科研之路

李倩倩 翟 琳

胡正寰,1997年当选中国工程院院士,2004年获中国机械工程学会科技成就奖。1986年被评为国家级有突出贡献中青年科技专家,获全国“五一”劳动奖章。发表学术论文200多篇,专著5本,培养博士、硕士生近50名。所领导的课题组获国家级奖5项,省部级一、二等奖7项。是中国轴类零件轧制技术主要开创人。在北京科技大学举行的2009年全国博士生学术会议(机械工程)上,胡院士谈了研究轴类零件轧制技术的历程及多年的心得体会。

轴类零件轧制是20世纪已经开始应用,21世纪还要大力发展的一项技术,是冶金轧制与机械锻压的交叉、延伸与发展。到20世纪末,我国轴类零件轧制技术总体上达到世界先进水平,在轧制零件精度、复杂程度、产品多样化等方面处于世界领先水平,但在设备机械化、自动化及其控制等方面仍有差距。进入21世纪,我国轴类零件轧制的年产量大约20万吨,而年需要量大约200~300万吨,所以轴类零件轧制仍有较大发展和应用空间,特别是大型、复杂、高精度轴类零件的开发与应用。21世纪将有更多的机器零件在专业化的零件轧制工厂中生产。

一、研发攻关

北京科技大学1958年就开始了零件轧制的研发工作。前二三十年,主要是在实验室过技术关。楔横轧在20世纪60年代初,由原捷克斯洛伐克发明并首先应用于工业生产。20世纪70年代,重庆大学在我国首先开展了楔横轧研究工作。清华大学、东北大学、北京钢铁学院(现北京科技大学)等也随后展开。目前仍从事此项研究工作的有北京科技大学、北京机电研究所、济南铸锻研究所等。斜轧在20世纪40年代末,由前苏联发明并首先用于生产轴承、球磨钢球。1958年,机械科学研究院、哈尔滨工业大学、太原工学院、北京钢铁学院等近10个单位从事斜轧的研究工作。至今,只有北京科技大学仍在从事斜轧的研究与开发工作。我们经过了二三十年的研发才比较全面地掌握了零件轧制这项技术,研发出了具有工作压力小、设备轻、生产率和材料利用率高、工作噪音低、模具寿命长等优点的工艺。

技术进展上,我们中心在精密楔横轧发动机凸轮轴、精密室温斜轧铜球、斜轧锚杆、轧铝合金件、模具CAD/CAM技术等方面均有突破。2001~2005年期间,在国家多项自然科学基金资助下,应用理论分析、数值模拟、实验研究相结合的研究方法,在成形机理、疏松产生机理、轧制力能参数、最大断面收缩率、多楔轧制等理论研究方面也取得了相应的理论成果。当然这些工作都是在学校理论工作的基础上进行的,这里要特别提一下:理论分析,数值模拟和实验研究要相结合,绝不是单在计算机上做数值模拟。

二、技术推广

最近二十多年,我们比较全面地掌握了这项技术后,就开始在全国范围内推广。

为了成功地推广这项技术,我们设计出了符合我们国家特点的楔横轧机及斜轧机,并且把它系列化,为什么做这项工作?因为推广工作不是等别人找到你了,你才来设计轧机。系列化以后,只要客户拿着产品来了,就能找到相应的轧机。

胡正寰院士了解楔横轧成型技术应用情况

另外,还在我们学校建立了一个模具的设计制造中心。因为这项技术的特点是模具特殊、复杂,但寿命比较长,一般说来同一个产品,一年一副模具就够了,客户没必要自己去开发。而且自己开发掌握不好的话,还不能稳定投产,所以就在我们学校建立了一个模具设计制造中心,我们推广的生产线的绝大部分模具都在这里制造,并且制造的过程也已成功地从手工操作走向了数控机床全自动加工。

由于这项技术可以使成本平均下降30%,所以在社会上受到了比较广泛的欢迎。现在已经在国内24个省市推广生产线160多条,每年平均还要推广10条左右。其中有9条是卖给国外的,卖给国外的9条中有4条是卖给美国。除此之外,我们还有一个独特之处:帮助国内10多家企业建成了零件轧制专业化工厂。据我们现在所掌握的资料,国外还没有一家建成专业化的厂,都是哪个厂要用什么零件,就建一台轧机。什么是专业化厂?专业化厂拥有一系列的轧机,轧出的零件卖给使用厂,这样的专业化厂最能够发挥高新技术的优势。这十几个厂现在的产值都是以亿元来计,累计生产零件400多万吨。其中石家庄的一个厂,现在一年要生产一万多吨汽车轴,供给我们国家最大的一个重型汽车的变速箱厂西安法斯特,完全代替了锻造方法生产。

三、科研体会

大家现在有一个共识:科技是生产力,是第一生产力。机械工程这个专业跟国民经济是紧密结合的,其研究成果能够直接促进国民经济的发展。我大学毕业两年就开始做这项研究,前二三十年是在实验室里摸索。这期间,我们也曾经走出去转化过,但是失败了。因为当时我不知道这项技术真正用于生产是要解决一系列技术问题,例如:设备、工艺、模具,不是光把样品做出来就行了。所以最终用了差不多二三十年的时间基本掌握了这套技术,最近二十多年推广。这些工作给我的体会是,需要“三有”。

(一)有一个实验基地

研究机械,如果没有实验室,只在纸上、计算机上做,我认为是不行的,有很多问题要在实验里解决。现在都强调转化,科技转化生产力,教育部提倡高等学校走出去,实行产学研,把高校的优势,企业的需要结合起来。高校的优势是什么?是人才、技术;企业的需要是什么?企业需要的正是人才和技术。所以应该产学研结合,这是非常好的一个大方向。高校成果的推广我的体会是:你决不能没有把握或者只有百分之五六十的把握就去推广。那不但不能促进生产力,还容易给工厂带来损失。当然不可能所有新的东西在实验室全部做成功,特别是建设备投产,但是关键的技术在实验室里一定要突破了,再去推广。用我的话讲,没有百分之九十的把握,就不要去转化,所以实验室工作是很重要的。实验室建立起来还有另外一个好处,就是工厂的人可以到实验室来培训。

(二)有一个配套的队伍

人是非常重要的,什么事情都要靠人去完成。我们国家反复提到要重视人才,国内外的差距除了其他方面,人才的差距应该也是很大的。现在中央组织部李源潮部长对引进高层次人才非常重视。我的体会是:一个队伍是极其重要的。我们的成果,绝对不是我个人的成果,而是我这个团队的成果,包括与我们合作的企业的人,他们的一些主意都对我们这个技术起到了促进作用,所以人才是非常重要的。这个人才不是某一类人才,而是既要有教授、高级工程师、技术工人,还要包括博士生硕士生。对我们这个项目而言,他们都做出了贡献。

(三)有一个系列化设备

轧制零件大小、形状不同,使用的轧机就不同,我们将它系列化,并定点生产。系列化以后在技术的推广过程当中,用户就可以直接选用合适的轧机,而不是等用户需要了再去设计,这是我们这项技术能够推广成功的一个重要原因。