张平：工程机械再制造关键技术推广及应用

【第一工程机械网 独家报道】2013年9月13日，以“格局演变与规则重塑”为主题的2013中国工程机械后市场发展论坛暨2013中国工程机械工业协会维修及再制造分会年会、2013中国工程机械学会维修工程分会年会在武汉玛雅海滩酒店隆重召开。维修工程分会理事长马世宁，维修及再制造分会会长杜海涛，装甲兵工程学院教授、中国工程院院士徐滨士，工业和信息化部节能与综合利用司综合处副处长王孝洋，中国工程机械工业协会会长祁俊，斗山工程机械中国区产品服务部总经理孙培楠，千里马工程机械集团股份有限公司董事长杨义华、同济大学汽车后市场研究所所长陈荣章，山东临工工程机械有限公司副总经理姚金军，北京天顺长城液压科技有限公司副总经理杨安等行业企业领导莅临会议，现场300多名企业代表齐聚一堂，共探后市场发展之道。

装甲兵工程学院机械产品再制造国家工程研究中心张平作报告

装甲兵工程学院机械产品再制造国家工程研究中心张平作了题为《工程机械典型零部件失效机理与再制造关键技术推广应用》报告，以下为第一工程机械网记者总结的文字记录：

一、再制造的内涵及特点

发展再制造工程的重要性：

2003年中国工程院发布腐蚀调查报告显示：2002年我国因腐蚀造成损失近6000亿元，占当年GDP的5％。2007年中国工程院发布摩擦学调查报告显示：2006年全国因摩擦磨损造成的损失高达9500亿元，占当年GDP的4.5%。两者之和约为GDP的9.5%。

零件的失效特点与再制造：

如果将大量的废旧装备集中起来，以拆解后的废旧零件为毛坯，利用表面工程技术对毛坯进行批量化修复和升级改造，重新赋予废旧装备的服役能力，这一过程就是“再制造”。

简言之，再制造是废旧产品高技术修复、改造的产业化。

再制造的巨大效益：

再制造200万台斯泰尔发动机的综合效益

再制造的特征：

再制造特征

国外的再制造模式：

几十年来，欧美国家在传统制造业基础上逐渐发展并完善了以“换件修理法和尺寸修理法”为核心的再制造模式。

国外再制造车间

该模式的技术特点是：对于损伤程度较重的零件直接更换新件；对于损伤程度较轻的零件，则利用车、磨、镗等机械加工手段，在改变零件尺寸的同时恢复零件的几何精度，再与加大尺寸的非标新品零件配副。

国外再制造模式的不足：

但是国外再制造模式存在较明显的不足，如旧件的再制造率较低、浪费较大、节能减排效果欠佳等。具体表现为：

1)更换新件浪费很大，没有挖掘零件中蕴含的高附加值；

2)尺寸变化后破坏了零件的互换性，不能保证再制造产品的寿命达到原型新品；

3)适合对表面轻度损伤的零件进行再制造，很难对表面重度损伤的零件、更无法对三维体积损伤的零件（如掉块等)进行再制造。

中国特色的再制造模式：

以表面工程为手段，以恢复尺寸和表面强化为特色。

中国的新型再制造模式：

中国新型再制造模式

中国自1999年正式提出再制造的概念以来，开始探索自主创新的再制造模式，将“表面修复和性能提升法”作为再制造的主要技术方法，把先进的无损检测理论与技术、表面工程理论与技术和熔覆成形理论与技术引入再制造。

中国再制造模式的特点：

中国自主创新的再制造模式特点突出：

1)不仅能对表面较轻度损伤的零件进行再制造，还能对表面重度损伤及三维体积损伤的零件进行再制造；

2)不仅恢复零件损伤部位的尺寸超差，而且明显提升零件的整体性能（这是因为再制造表面层的材料用量很少，可选用成本高但耐磨耐蚀抗疲劳性比零件基体更好的材料)。

十余年的实践证明，中国自主创新的再制造模式很好地弥补了国外再制造模式的不足，效果更优。

再制造的巨大效益：

再制造效益巨大

二、国家政策与再制造的发展

国家政策：

2005年，国务院颁发的21、22号文件中均指出：国家将“支持废旧机电产品再制造”，并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方各级人民政府要加大经费支持力度的关键、共性项目之一”。

国家政策—循环经济促进法：

2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效。该法在第2、第40及第56条中六次阐述再制造，标志着再制造已进入国家法律。

该法第40条指出：“国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造。”

国家政策—战略性新兴产业：

2010年10月，国务院发布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，推进战略性新兴产业发展。

战略性新兴产业是指以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业。

战略性新兴产业七大领域：

国务院发布《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将“节能环保产业”列为七大重点发展领域之一。

七大战略性新兴产业：

节能环保产业；新一代信息技术产业；生物产业；高端装备制造产业；新能源产业；新材料产业；新能源汽车产业。

战略性新兴产业与再制造：

节能环保产业的主要内容如下，再制造是其中的重要内容：

◆ 重点开发推广高效节能技术装备及产品，实现重点领域关键技术突破，带动能效整体水平的提高。

◆ 加快资源循环利用关键共性技术研发和产业化示范，提高资源综合利用水平和再制造产业化水平。

◆ 示范推广先进环保技术装备及产品，提升污染防治水平。推进市场化节能环保服务体系建设。

◆ 加快建立以先进技术为支撑的废旧商品回收利用体系，积极推进煤炭清洁利用、海水综合利用。

国家政策——十二五规划纲要：

2011年3月，国家发布了《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》。

《纲要》指导思想是：以科学发展为主题，以加快转变经济发展方式为主线，为全面建成小康社会打下具有决定性意义的基础。

《纲要》要求“坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点。”

十二五规划纲要与再制造：

《纲要》第23章提出：

加快完善再制造旧件回收体系，推进再制造产业发展；开发应用再制造等关键技术，推广循环经济典型模式。

第23章在叙述“再制造产业化”时指出：

建设若干国家级再制造产业集聚区，培育一批汽车零部件、工程机械、矿山机械、机床、办公用品等再制造示范企业，实现再制造的规模化、产业化发展。完善再制造产品标准体系。

国家领导人重视再制造：

2009年4月，在全国循环经济座谈会上，徐滨士院士做了“中国自主创新的再制造产业发展现状与对策建议”的发言，受到时任国务院副总理李克强，科技部部长万钢，中国工程院前院长徐匡迪等领导的关心重视。

徐滨士院士给李克强副总理汇报再制造工作

2009年12月8日，中共中央政治局常委、国务院总理温家宝对该报告作出重要批示：“再制造产业非常重要。它不仅关系循环经济的发展，而且关系扩大内需和环境保护。再制造产业链条长，涉及政策、法规、标准、技术和组织，是一项比较复杂的系统工程。

2010年5月14日，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强主持召开循环经济工作座谈会。会议听取了“大力发展再制造，实现经济效益和社会效益的双赢”等循环经济发展的工作报告。

循环经济工作座谈会

国家机关重视再制造：

2010年5月，国家发改委、科技部、工信部、公安部、财政部、商务部等11个部委联合下发《关于推进再制造产业发展的意见》，指导全国加快再制造的产业发展，并将再制造产业作为国家新的经济增长点予以培育。

2010年5月，国家发改委、科技部、工信部、公安部、财政部、商务部等
11个部委联合下发《关于推进再制造产业发展的意见》

国家发改委：

此前，在2008年3月，国家发改委启动了由一汽、二汽、上汽、重汽等14家企业组成的全国第一批汽车零部件再制造产业试点工作。试点将通过两三年时间，探索推进汽车零部件再制造产业发展的政策、管理制度和监管体系。

工业与信息化部:

2009年11月，工业与信息化部启动了包括工程机械、矿采机械、机床、船舶、再制造产业集聚区等在内的8大领域35家企业参加的再制造试点工作。

国家自然科学基金委:

国家自然科学基金委非常重视再制造的基础研究工作。“十五”、“十一五”期间先后支持了两项关于再制造的重点项目。

国家自然科学基金委重视再制造基础研究工作

三、再制造关键技术—表面工程技术

再制造的优异效果需要关键技术予以支撑。各种先进的表面工程技术无疑是再制造的支撑技术，另外，堆焊技术在再制造工程领域中也发挥着重要的作用。

a.自动化纳米颗粒复合电刷镀技术

手工电刷镀生产效率低、劳动强度大、质量稳定性较差。为此，研发了自动化纳米电刷镀技术。

通过自主创新，针对发动机连杆、缸体等典型零件的再制造产业化问题，在国内外首次研制成功重载斯太尔发动机连杆和缸体再制造的自动化纳米颗粒复合电刷镀专机。

连杆自动化纳米电刷镀再制造生产专机

该专机突破了国外发动机缸体缸筒只能采用尺寸修理法和换件加衬套修复，且修复次数有限的局限，显著延长了缸体服役寿命，再制造后的性能超过了新品。实现了节能、节材、减排的重大效益。

b.自动化高速电弧喷涂技术

高速电弧喷涂技术是指高压空气通过高速喷管加速后，将短路的两根金属丝材熔化后的熔滴雾化，并使雾化粒子高速喷射到工件表面形成致密涂层的技术。与普通电弧喷涂技术相比，它喷涂速度高、并具有电弧稳定性好、沉积效率高、涂层组织致密和结合强度好等特点，可以制备耐磨、防腐及生物相容性涂层。

自动化高速电弧喷涂再制造发动机曲轴生产现场

自动化高速电弧喷涂技术已成功应用于发动机再制造生产线，再制造生产汽车发动机曲轴和缸体等重要零部件，提高了再制造生产质量和效率。

c.自动化微束等离子弧熔覆技术

等离子弧是一种导电截面收缩比较小、能量更加集中的电弧。由于电弧受到热压缩、机械压缩和电磁压缩，其能量密度远高于其它形式的焊接电弧。

1.等离子电源，2.操作机变位机控制器，3.送粉器，4.离子气，5.保护气，6.操作机，7.变位机，8.等离子熔覆枪，9.水冷机

利用该技术对斯太尔发动机废旧排气门密封锥面进行了再制造。再制造后气门变形量小，表面硬度恢复到新品数值，力学性能满足要求。

d.激光熔覆技术

激光熔覆技术在对损伤零件进行修复和再制造时，具有可自由选区修复、零件基体变形小、修复部位和基体为冶金结合、修复部位力学性能好、后加工余量小等诸多优点。

机器人操作的激光熔覆成形

e.堆焊技术

堆焊技术最初应用于表面层的修补，受焊材品种（焊条、实芯焊丝或焊带)和堆焊设备功能（普通单丝埋弧焊)的限制，堆焊层质量有限，且堆焊效率较低。在20世纪70年代，随着堆焊药芯焊丝和多丝埋弧堆焊技术的大量应用，开始在高强度、高韧性的低合金或中碳合金钢等表面堆焊高合金耐磨工作层，堆焊复合制造技术在冶金、水泥、电力等行业得到了迅猛发展。

连铸辊堆焊

工程机械设备急需再制造：

工程机械设备工况：工作环境恶劣，大量的粉尘颗粒；常在高速、重载、振动、冲击、摩擦和介质腐蚀条件下工作；长期连续作业；润滑条件差等。

每年因零部件磨损失效导致设备报废而致经济损失数亿元

报废产品只是部分零部件或局部功能失效，依然有利用价值

每年因零部件磨损失效导致的设备报废而造成的经济损失达数亿元。

再制造修复具有很大的应用价值和经济效益。

典型零部件的失效：

混凝土泵车主要用于混凝土料的疏送,工作环境比较恶劣,经调研得出混凝土泵车经服役疏送10Wm3混凝土料后,关键零部件如液压油缸由于内壁划伤、碰伤，在水泥料的冲蚀作用下会引起油缸内壁加剧腐蚀，严重会造成油缸壁减薄至穿孔。

典型零部件的失效

液压油缸内部如果有硬质颗粒或杂质进入，会造成油缸内壁或活塞杆表面拉伤、脱铬，最终就影响了液压系统的动力，最终必须报废换件。

结论：

★ 再制造是循环经济的重要技术支撑，是对废旧产品进行高技术修复、改造的产业化。再制造的重要特征是再制造产品质量和性能不低于新品，有些能超过新品，成本却只是新品的50%，节能60%，节材70%，对环境的不良影响显著降低。

★ 大量报废的工程机械亟待再制造，此项事业大有可为。

★ 产品质量是再制造的生命，先进的表面工程技术和严格的无损检测及寿命预测技术是再制造产品质量制备的有力保证。

★ 国外再制造采用的是换件修理法和尺寸修复法；而我国探索形成了“以高新技术为支撑，以恢复尺寸、提升性能的表面工程技术为依托，产学研相结合，既循环又经济”的中国特色的再制造模式。

责任编辑：Eason