再制造机械产品的特点与现行再制造技术概述
收稿日期:2009-04-16
基金项目:/十一五0国家公益性技术资助项目(国家质检总局公益
性行业专项)(2007GYJ028)
作者简介:华 沂(1969-),女,浙江人,工程师.从事进出口金属材
料的检验检测工作.
文章编号:1006-3269(2009)02-0001-08
再制造机械产品的特点与现行再制造技术概述
华 沂1,吴益文1,蒋海宁1,胥成民1,张霁箐2,王 辰2,陈 进2,孙晓明2
(1.上海出入境检验检疫局工业品原材料检测技术中心,上海200135;2.华东理工大学机械与动力工程学院失效分析中心,上海200237)
摘 要: 再制造作为一种可持续发展的技术,是先进
制造技术的一个重要组成部分和发展方向.本文根据再制造工程的国内外研究和应用现状,指出再制造机械产品具有利用价值较高和动载工况下的表面损伤失效模式两大特点,并对再制造与维修、再循环的主要区别加以论述,同时对再制造的主要流程进行简单介绍.最后对现行再制造技术中的电弧喷涂技术、纳米复合电刷镀技术、纳米表面损伤自修复技术、微脉冲冷焊技术以及激光熔敷技术作了重点介绍.通过对再制造工程的国内外研究和应用现状、再制造机械产品的特点及现行再制造技术的概述,总结出现行再制造技术主要分为/加法0、/减法0和/替换法03种,并指出在现行的再制造产品的性能评价中,多集中于产品功能参数的评判,而较少关注产品材料本身的性能变化.
关 键 词:再制造;表面损伤;表面工程;/加法0再制造;/减法0再制造
中图分类号: T G174.4 文献标识码: A doi:10.3969/j.issn.1006-3269.2009.02.001
再制造亦称绿色再制造技术,是先进制造技术的一个重要组成部分和发展方向,被誉为21世纪极
具潜力的新型产业.它以报废设备或其零部件的循环使用和反复利用为目的,将报废产品作为坯料,采用先进成形技术(包括高新表面工程技术、数控化改造技术、快速成形技术及其他加工技术)进行再次
制造,使得原来可能只能报废的设备或其零部件重新恢复尺寸、形状和性能,形成一系列再制造产品.本文对再制造机械产品的特点与现行再制造技术进行概括综述.
1 再制造的由来与现状
20世纪50年代或更早,欧美的企业由于利益的驱动,对废旧产品实行回收再利用,于是逐渐产生了再制造这个行业.该行业的不显现性,导致很少有人从事该领域的研究.70年代末,美国麻省理工学
院开始了研究工作.80年代,Lund Robert T.等人对再制造工程经济领域的问题展开了研究
[1]
,世界
银行资助完成了5再制造:美国的经验及对发展中国家的启示6总结报告,其中介绍了美国进行再制造的企业和开展再制造的经验,并分析了一些第三世界国家再制造的应用前景,由此推动了再制造业的蓬勃发展.
在国外,再制造领域的涉及面已经非常广了,开展了许多研究工作.比如20世纪80年代早期,Lund 和Skeels 对产品再制造领域的许多问题进行了研究探讨,包括:产品的选择、市场策略、再制造技术、成本分析、机构因素及法律事项等,并把再制造产品分成4个组:汽车零件、工业设备、商业产品和住宅产品.再制造是统筹考虑全生命周期的系统工程,它的研究主要包括概念描述、再制造策略、再制造环境分析、产品失效分析与寿命评估(包括智能测试和诊断)、回收与拆卸方法、再制造设计与方法、质量控制管理、成本分析、综合评价、相关软件工具开发等.再制造产品开发的战略步骤包括改善材料质
量、减少材料消耗、优化工艺流程、优化流通渠道、延长生命周期、减少环境负担、优化废物处理及优化系统功能等[2].在美国、加拿大、欧盟等发达国家,废旧机电产品再制造已有几十年的发展历史.从技术标准、生产工艺、加工设备到废旧产品回收,再制造产品销售和售后服务等方面形成了一套完整的产业体系.再制造产品的范围已覆盖汽车零部件、机床、工程机械、铁路装备、医疗设备以及部分电子类产品.其中,汽车零部件再制造无论从技术成熟性、经济性还是从产业规模来看,尤具优势.
在美国,从再制造技术中获益最大的是美国军方,军事装备中很多均采用再制造部件,不但节约了制造费用,而且延长了装备的寿命,提高了装备的维修能力.例如,海湾战争中,美军陆军支援大队在短短3个月的时间内利用再制造技术恢复了战区70%的损坏装备,共改造和修理了3.4万多个装备部件.对于原零件翻新的再制造技术,除传统的冷热矫正、焊补、配件替换、铆接等技术外,还应用了等离子喷涂、刷镀、粘接等技术.据报道,美国在1980和1990年两次对1948年开始设计的B-52轰炸机进行再制造技术改造,到1997年平均自然寿命还有13000飞行小时,预计可延长到2030年,比一般飞机服役期增长1倍以上[3,4].再制造工程的快速发展受到了美国国防决策部门的重视.美国国防科学研究委员会在制订2010年国防工业制造技术框架时,将/新的再制造技术0和/有利于装备延寿的设计方法0列为重点发展的核心研究方向之一[5].
随着技术的成熟,再制造也成为了美国经济中的支柱产业之一.据波士顿大学最近的统计[6],美国有大约73000个企业从事再制造,从业人员达到48万人;再制造业的年销售额达到530亿美元;其中360亿元再制造零部件占据了美国汽车维修零部件市场的70%-90%.作为参考,美国钢铁工业全年销售额为510亿美元,直接从业人员仅为24.1万人.到2001年,美国仅汽车再制造公司总数就达50 538个,总雇员337571人,年销售总额365亿美元.美国还制定了再制造中长期规划:到2010年,保证10%再制造产品性能达到或超过原产品;到2020年,再制造业基本实现零浪费[7].
为了保障再制造企业的利益,解决再制造发展过程中遇到的各种问题和协调各方利益,美国还建立了各种贸易协会组织,主要有美国轮胎再制造商协会、北美泵体回收协会、自动变速装置再制造商协会、汽车发动机再制造商协会、汽车零件再制造商协会、电子仪器服务协会、国际压缩机再制造商协会、北美阀门再制造商协会、成品发动机再制造商协会、联合激光墨盒回收商协会、阀门再制造商协会等.这些协会不仅促进了再制造的研究与发展,也提高了所有再制造企业的目标与利益.
另外,在美国许多高校也从事再制造研究开发及教学[8],如设在美国罗切斯特理工学院的全国再制造和资源恢复中心以及波士顿大学的机械制造学院等.美国罗切斯特理工学院还有一个专门从事再制造工程研究的全国再制造和资源恢复中心;田纳西大学无污染产品和技术研究中心也在进行汽车行业的再制造技术研究;北卡罗来纳大学凯南-弗拉格勒商学院进行逆向后勤学的教学,逆向后勤学是把产品收回,然后对其进行再制造[9].许多学校在工业设计课程中讲授再制造技术,要求在工业产品设计中考虑设备部件的再制造性,认为在设计产品时只考虑一次性使用是不合理的.这些都为再制造技术的发展提供了坚实的基础.
欧洲主要工业化国家的一些大企业也都相继开展了再制造,尤其是汽车行业,如著名的大众、宝马、梅塞德斯汽车企业早已建立了汽车拆卸试验中心.在2005年,就已经达到85%废旧汽车零部件都可以得到回收利用,到2015年这一比例将提高到95%.据介绍法国废旧汽车2006年年前已有75%的零部件得到回收利用,目前估计废旧汽车的零部件回收率已提高到85%.这些企业或者有自己的发动机再制造厂,或者与其他独立的专业发动机再制造公司保持固定的合作关系,以对旧发动机进行再制造.再制造发动机作为它们售后服务体系不可缺少的重要组成部分,对维护本公司产品在市场上良好的形象和声誉是强有力的保证.2002年2月,欧盟委员会也通过了一项有利于环境保护的新规定,未来所有欧盟的汽车用户将享受免费旧车回收,这样保障了汽车再制造的顺利运营,预计到2015年,废旧汽车的可再生利用率将达到95%.
在日本,施乐(Xerox)复印机公司的再制造实践也是一个成功的实例,施乐公司加强了在产品的设计阶段考虑对环境的影响,并分析了产品-用户界面.迄今为止,施乐公司在全国己经建立了50个废弃复印机回收点.将回收到的复印机进行拆散,然
后按照5种不同的质量等级采用数据库进行管理,对零件进行再制造,然后投放市场[1].并在此基础上研制开发了预测复印机回收数据库与管理零部件质量的计算软件.日本是一个汽车大国,每年有500万辆汽车报废,但很多厂家应用再制造技术恢复了报废汽车的功能,实现了汽车寿命的延长.某汽车再制造生产企业,每月处理15~20辆报废汽车,然后6 ~8月重新组装一辆,并给用户12,000英里与12个月的质量保证,成本只有$600,仅为一辆新车成本的一半左右[6,9].
我国的再制造工程是在装备维修工程、表面工程基础上发展起来的,相对起步较晚,存在与国外相比滞后的现象,但发展极其迅速.从90年代后期起步,1999年在西安召开的/先进制造技术0国际会议上,徐滨士院士发表了5表面工程与再制造技术6,在国内首次提出了/再制造0的概念.1999年12月,在广州召开的国家自然科学基金委机械学科前沿及优先领域研讨会上,徐滨士作了5现代制造科学之21世纪的再制造工程技术及理论研究6报告,引起了国家自然科学基金委的高度重视,并将/再制造工程技术及理论研究0列为国家自然科学基金机械学科发展前沿与优先发展领域,此后关于再制造工程的研究逐渐受到重视.2001年5月,国家级重点实验室/装备再制造技术国防科技重点实验室0成立.2005年,中国工程院启动了5建设节约型社会战略研究6,组织了33位院士、80余位专家参加这一研究项目,总结出17项关键工程,/机电产品回收利用与再制造工程0就是其中的一个关键工程.
目前,再制造工程正在逐步得到我国政府、企业界的认同和支持[10].2005年,国务院颁发的21号、22号文件均指出:国家将大力/支持废旧机电产品再制造0,并把/绿色再制造技术/列为0国务院有关部门和地方人民政府要加大经费支持力度的关键、共性项目之一/[11].2006年2月14日,国家发改委、科技部、环保总局在对外发布的5汽车产品回收利用技术政策6中指出:0对报废汽车零部件及维修更换的旧零部件,鼓励有技术、设备、检测条件的企业进行再制造,作为维修备件用于汽车修理./4月,曾培炎副总理在国家发改委5关于汽车零部件再制造产业发展及有关对策措施建议的报告6上批示:0同意以汽车零部件为再制造产业试点,探索经验,研究技术,同时要考虑定时修订有关法律法规./说明国家重视再制造业的发展,再制造也被列为2005年批准的第一批循环经济试点行业和领域中的0四个重点领域0之一[12].
国内有许多单位正在进行再制造领域的研究,但其研究和应用尚处于起步阶段.如:全军装备维修表面工程研究中心、西安交通大学等单位使用表面工程技术进行设备零部件的再制造研究和应用;上海交通大学与美国通用、福特汽车公司合作开展了轿车的回收再制造研究,其生命质量与机械工程研究所正在与上海远东拆车有限公司、上海善能机械有限公司合作进行清洁生产及车辆的拆卸和回收技术的研究[13].
国内也成立了一批有实力的再制造企业,其中比较著名的两家再制造发动机企业是中英合资的济南复强动力有限公司和中德合资的上海大众瑞贝德动力总成有限公司.大众公司已经为桑塔纳提供1. 1万台/再制造心脏0,比更换新发动机节约647t钢材,节电190万度,且成本仅为新品的50%左右.发动机再制造的模式也在胜利油田、鞍钢和采矿等部门及发动机零售业中得到了应用,效果明显的优于大修模式.其他还有诸如沈阳机床集团、大连机床集团、重庆机床厂等从事机床维修的机床维修服务部或子公司[14].国外再制造著名企业也纷纷进入国内市场,如卡特比勒公司于2005年10月在上海市临港工业园区成立了/卡特比勒再制造(上海)有限公司0.卡特彼勒再制造服务作为第一家在中国获得再制造许可的外国独资公司,在再制造方面拥有30多年的经验,是该项技术的全球领先企业.2005年,世界各地的客户返回卡特彼勒再制造服务的零部件有61200t之多.其中,在2200万t使用年限到期的零部件中,有近70%经过再制造成为卡特比勒再制造产品,其他30%则得到了再生利用.
2再制造机械类产品的特点
通常再制造机械产品具有以下2个特点:首先它是利用价值较高的部件,如果是低值易损件就没有再制造的必要;其次,它的失效模式主要表现为动载工况下的表面损伤,而内部材质通常认为尚无损伤.因而有望通过再制造技术使其重新投入服役,延长使用寿命.
由于这样的特点,目前商业化再制造的机械类产品主要是象汽车发动机中的缸体、缸盖、连杆、大
型齿轮等这类零部件.并且作为再制造产品的坯料)))回收旧品有其特定的规格和批量要求,一些大型的再制造企业往往与新品制造企业紧密相关.如卡特比勒再制造工业(上海)公司的主要再制造产品是卡特比勒工程机械中的缸盖、连杆、泵和活塞总成;上海大众瑞贝德动力总成有限公司的主要再制造产品是上海大众汽车的桑塔纳轿车发动机;济南复强动力有限公司的主要再制造产品是济南重卡汽车的发动机.
3再制造与维修及再循环的区别
当一个产品发生故障时它可能意味着零部件已经磨损或损坏,因此不能正常工作.要把它恢复到正常状态,可以维修或再制造.这2种方式都可以使产品恢复到正常工作,从而避免了花钱购买一个新产品和丢弃损坏的老产品.但是这种相同点导致了消费者对再制造产品的误解,普遍认为再制造产品就是修复的旧产品.实际上再制造不同于维修.维修是在产品的使用阶段为了保持其良好技术状况及正常运行而采取的技术措施,常具有随机性、原位性、应急性.而再制造是将大量同类的废旧机电产品回收拆卸后,对零部件进行清洗和检测.将有再制造价值的废旧产品作为再制造毛坯,对其进行批量化修复,所获得的再制造产品在技术性能上一般能达到新品的功能性指标.
其次再制造也不同于再循环,再循环是通过回炉冶炼等加工方式,以得到低品位的原材料,而且回炉时要消耗较多的能源,对环境有较大的影响.再制造是以废旧成型零部件为毛坯,通过再制造技术获得高品质、高附加值的产品.消耗的能源少,最大限度地找回了废旧零部件中蕴含的附加值,尤其是成本要远远低于新品[9].
此外再制造与传统制造的另一重要区别是加工的坯件不同.传统制造是对新坯料进行加工,而再制造是对经过长期使用的已经成形但有表面缺陷的零件进行加工.由于坯料不同,相对于传统制造而言,再制造工程中的鉴定、加工、调整以及质量控制等方面技术难度增大,约束条件苛刻.
再制造与维修、再循环相比最大的优点是再制造减少了对原始资源的需求,节省了能量,尤其是再制造产品比新产品价格要相对便宜许多.4再制造的一般流程
对回收旧品进行再制造的主要工序有拆解、分类清洗、重新加工和组装,其工序流程见图1.
图1回收件再制造流程图
(1)入库检查.对部件进行初步筛选清洗,然后检查了解其基本状况,如部件的外观、型号、制造时间等,最后对部件加以标识使其容易辨认,将这些数据输入数据库,为后续工作做准备.
(2)拆解.系统地从装配体上拆除其组成零部件,要求不对目标零部件造成损害.拆解分为破坏性拆卸和非破坏性拆卸2种.破坏性拆卸后的零部件不能重新装配成原来的产品.非破坏性拆卸是指拆卸过程中产品的零部件(包括连接方式)都没有受到损坏,这样拆卸后的零部件能够重新装配成一个产品.
拆解是再制造过程的第一步,是部件进入再制造的门槛,会影响到再制造的各个方面.拆解就是要使可回收零件和材料重用所需的工作量大大减少;产品结构模块化、统一化,使产品有较大的预测能力;拆下的零部件易于手工或自动处理;回收材料及残余废弃物易于分类和后处理.拆解完毕后将低值或必须更换的易损件报废,将可再制造的零件留下.
(3)清洗.对零部件表面清洗是再制造过程中的重要工序,是检测零件表面尺寸精度、几何形状、粗
糙度、表面性能、磨蚀磨损及粘着情况等的前提;是零件进行再制造的基础.清洗工序的基本要求包括:1彻底清除工件表面的油污、油漆;
o彻底清除工件内部的机油垢和水垢;
?在清洗过程中保证工件不因高温而产生变形或金相组织的改变;
?保证工件不因化学物质而被腐蚀;
?保证清洗工序的残渣、废液不对环境产生污染.
对于不同的清洗对象,由于其清洗要求、批量、零件形态、污染程度和污染物粘附情况等各异,因此要选择合适的清洗工艺方法和工艺条件.
(4)检测.所有零件都需经过评估以确定损坏范围,根据检查结果给出详细的翻新方案和需要更换零件的一览表,同时根据零部件类型对零部件进行分类.这些信息可以用来决定恰当的翻新策略和翻新产品所需的成本.一旦翻新成本的方案被接受,该部件再制造过程就可以开始,其中不能再制造的零件就作为原料回炉.
(5)再制造.这是再制造流程中核心的一环.这个阶段涉及到表面处理(例如:修复零件受腐蚀表面,磨损表面)、机械加工(例如:用金属喷涂或加焊、车磨以恢复磨损的零部件).从经济的角度考虑,要依据产品的型号、工作量和数量来选择零部件的再制造过程.
(6)检测.再制造后仍需对零件进行一轮检测,对检测合格的零件附上再制造零件的标签被放入仓库.不合格的零件就作为原料回炉.
(7)装配、测试、用户.当所有零件在仓库中备齐后,在车间或生产线对再制造部件或产品进行装配,经过一步一步装配和测试,完成全部装配并通过最终测试后,产品或部件附上再制造标记(这是与新产品不同的,从而有别于新品),最后产品送入成品库等待销售或附上保修条例(这是与新产品相似的)后发送到用户手中.整个装配、测试和质量控制方式完全按新产品的技术要求进行,其过程与新品制造类似.
5现行主要的再制造加工技术
再制造加工技术门类十分广泛,大体可分为3类.第一类,也就是大部分的表面工程方法,它对零件的损伤表面进行加工,通常添加一层材料覆盖磨损、腐蚀造成的材料表面缺陷,以改变旧品零件的表面形态、化学成分、组织结构和应力状态,获得所需的材料表面性能;第二类就是没有造成材料的表面改性,只是应用了机械加工技术,主要对旧品零件几何尺寸进行修正,去除表面的损伤部分,然后换用相应尺寸的零件重新配合,提高配合度和精度,达到零件服役所要求的间隙配合;第三类是把已损件用新品替换.即所谓的/加法0、/减法0和/替换法0./加法0主要是指利用表面工程,对旧品表面进行加工,如表面涂覆等.而减法则主要是传统的机加工,如车、钳、刨、铣、钻、磨、镗、拉等加工方法./加法0更多的应用于大型、单一零件的维修,在批量零件再制造中较少用到./减法0是目前批量零件再制造中的主要技术,例如在发动机再制造中,缸体、缸盖零件的再制造加工都是运用此类技术.
现将与再制造相关的主要加工技术简述如下.
5.1高速电弧喷涂技术
电弧喷涂技术是热喷涂技术的一种,它是以电弧为热源,将溶化的金属丝用高速气流雾化,并以高速喷射到工件表面形成涂层的一种工艺[16].
该技术产生较早,兴起于20世纪50年代.随着喷涂设备、材料、工艺的迅速发展与更新,电弧喷涂科技已经成为目前热喷涂领域中最引人注目的技术之一.
高速电弧喷涂技术[17]是根据气体动力学原理,在传统电弧喷涂的基础上,将高压空气或高温燃气通过特殊设计的喷嘴加速后,作为电弧喷涂的高速雾化和加速熔融金属的动力来源,将雾化粒子高速喷射到工件表面形成致密涂层.图2为高速电弧喷涂原理示意图.
图2高速电弧喷涂原理示意图
采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层,可以应用于磨损零件的修复和强化.新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比,粒子速度显著提高,雾化效果明显改
善;涂层的结合强度显著提高,涂层的孔隙率和表面粗糙度低[18].高速电弧喷涂具有优质、高效、低成本的特点,在防腐、耐磨及高温腐蚀、冲蚀领域具有很好的应用价值[19,20].
5.2纳米复合电刷镀技术
纳米复合电刷镀技术是在电刷镀技术基础上,把具有特定性能的纳米颗粒加入电刷镀液中,获得纳米颗粒弥散分布的复合电刷镀涂层,提高零部件的表面面性能.
纳米电刷镀技术和电刷镀的基本原理相同,都是金属离子的阴极还原反应.纳米电刷镀与电刷镀的区别主要在于[21]:纳米电刷镀要在镀液中加入一定量的不溶性纳米微粒,并使其均匀地悬浮在镀液中,这些不溶性纳米微粒能够吸附镀液中的正离子,发生阴极反应时,与金属离子一起沉积在工件上,获得纳米复合镀层.其余一些没有吸附正离子的不溶性固体微粒,也随着镀液送到工件表面,它们虽不参与阴极反应,却在阴极反应时像杂质一样被镶嵌在镀层中,即纳米颗粒与刷镀金属发生共沉积,形成纳米复合电刷镀层.图3为纳米复合电刷镀技术的示意图
图3纳米复合电刷镀技术示意图
由于纳米材料具有优异的力学性能,可用于制造超硬、高强、高韧超塑性材料和高性能陶瓷及高韧、高硬涂层,不仅能够获得质量优良的原材料,而且可以采用表面工程技术对零部件进行维修或再制造,获得高性能的零件或备品配件.
纳米复合电刷镀技术有助于提高零件表面的耐磨性,降低零件表面的摩擦系数,而且还可以提高零件表面的高温耐磨性和抗疲劳性能.
再制造过程中可先用传统的电镀、电刷镀的方法快速恢复磨损的零件尺寸,然后使用纳米复合电刷镀技术镀上纳米复合镀层作为工作层,以提升零件的表面性能.一般可用于进行装备零部件表面损伤的修复、新品零部件表面的强化和防护,在汽车发动机的连杆、轴类零件的磨损部位得到广泛应用[22,23].
5.3纳米表面损伤自修复技术
纳米材料具有比表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点低等特性,因此以纳米材料为基础制备的新型润滑剂应用于摩擦系统中,将以不同于传统添加剂的作用方式起到减摩和抗磨作用.
若要实现摩擦副表面的原位动态修复,润滑剂中应该含有能够实现原位动态修复的物质,当这些物质加入到润滑油中后,它们随润滑油分散于各个摩擦副接触表面,在摩擦机械、摩擦化学和摩擦电化学的作用下,由添加剂分子在摩擦副的表面上沉积、结晶、渗透、铺展成膜并与金属表面摩擦的微观颗粒产生共晶填补表面微观沟谷,形成非牺牲性的保护膜,从而具有较好的抗磨减摩作用,实现对磨损表面损伤的补偿和自修复[24,25].纳米表面损伤自修复技术现在主要应用于发动机的摩擦副中.
5.4微脉冲冷焊技术
微脉冲冷焊技术是一种采用特殊设计电脉冲电源的电阻焊技术,也称为微区脉冲电阻焊.微脉冲冷焊技术是一项新的表面工程实用技术,特别适用于具有特殊形状机械零件的修补.它利用电流通过电阻产生的高温,将补材施焊到工件母材上去.在施焊修补过程中,工件在修补区整体温升很小.因此,微脉冲电阻焊技术,是一种/冷焊0技术.该技术特别适用于对旧零件局部损伤(压坑、腐蚀坑、划伤、磨损等)和铸件气孔、砂眼的修补.常用于修补各种模具,精密液压件,各种辊类零件,各种轴类零件,铸件表面缺陷,特殊形状表面或异形结构件.
5.5激光再制造技术
激光再制造技术是指应用激光束对废旧零部件进行再制造处理的各种激光技术的统称.其中应用最广的就是激光熔覆,图4为激光熔覆技术示意图.
激光熔敷原本是一种表面强化技术,它不涉及零件精确成形问题.以激光熔敷为修复技术平台,加上现代先进制造、快速成形等技术理念,则发展成为激光再制造技术.它是以金属粉末为材料,在具有零
图4激光熔覆技术示意图
件原型的CAD/CAM软件支持下,CNC(计算机数控)控制激光头、送粉嘴和机床按指定空间轨迹运动,光束与粉末同步输送,形成1支金属笔,在修复部位逐层熔敷,最后生成与原型零件近似的三维实体[26].
激光熔覆技术是一种可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能的工艺方法.它是一种经济效益较高的表面改性技术和废旧零件维修与再制造技术,可以在低性能廉价钢材上制备出高性能的合金表面,以降低材料成本,节约贵重稀有金属材料.
激光熔敷技术诞生以来,作为一种修复技术已在许多重要的零部件上得到应用.如英国R.R航空发动机公司将它用于涡轮发动机叶片的修复,美国海军试验室用于修复舰船螺旋桨叶.国内对此项技术应用也在近年来取得很大进展.天津工业大学已将此技术用于冶金轧辊、拉丝辊的修复,石油行业的采油泵体、主轴的修复,铁路、石化行业大型柴油机曲轴的修复,均收到良好的效果[27].
5.6机加工技术
采用传统的机加工方法,如车、钳、刨、铣、钻、磨、镗、拉等加工方法以及发展的各种数控、高速、强力、精密等新方法,进行旧品零部件表面的再制造加工.
6结束语
综上所述,再制造作为一种可持续发展的技术,有效地节约能源,节约原材料,节约资金,越来越多的应用于机电产品中.
再制造机械产品首先是利用价值较高的部件并且它的失效模式主要表现为动载工况下的表面损伤.因而有望通过再制造技术使其重新投入服役,延长使用寿命.由于这样的特点,目前商业化再制造的机械类产品主要是象汽车发动机中的缸体、缸盖、连杆、大型齿轮等这类零部件.
现行主要的再制造加工技术大体可分为3类.第一类是热喷涂技术,它对零件的损伤表面进行加工,通常添加一层材料覆盖磨损腐蚀造成的材料表面缺陷,以改变旧品零件的表面形态、化学成分、组织结构和应力状态,获得所需的材料表面性能;第二类是不造成材料的表面改性,只是应用了机械加工技术,主要对旧品零件几何尺寸进行修正,去除表面的损伤部分,然后换用相应尺寸的零件重新配合,提高配合度和精度,达到零件服役所要求的间隙配合;第三类是把已损件用新品替换.
除了重新加工之外,再制造产品很重要的一点是再制造部件的重新装配和测试,一般要求按新品的技术规范进行,保证产品的性能合格.但在现行的再制造产品的性能评价中,多集中于产品功能参数的评判,而较少关注产品材料本身的性能变化,因此一些批量化的再制造产品可能会因此出现问题.
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Overviews on the Features of the Remanufacturing Mechanics Products and the Current Remanufacturing Technologies
H U A Yi1,WU Y-i w en1,JIANG H a-i ning1,
XU Cheng-min1,ZH ANG J-i jing2,WANG Chen2 CH EN Jin2,SUN Xiao-ming2
(1.T echnical Center fo r Industr ial P ro ducts and Raw
M aterials T est,Shang hai Entry-Ex it Inspect ion&
Inspectio n and Quarantine Bur eau,Shanghai200135;
2.Failure analy sis Center,Scho ol of M echanical
and Po wer Eng ineering,East China U niv ersity o f Science and T echnolo gy,Shanghai200237,China)
Abstract:A s a technolog y used fo r pr omo ting the sus-tainable develo pment,remanufactur ing techno lo gy now be-comes an import ant part and developing t rend of the ad-v anced manufact ur ing techno log y.Accor ding to the domestic and internatio nal research and a pplicat ion situat ion,this pa-per indicates that it has tw o featur es:first,an a ppreciable u-tilization value,second,an failur e model that sur face damage under a dynamic lo ading conditio n,and it describes t he differ ence amo ng remanufacturing,maintenance and recy-cling,and briefly intr oduces the main remanufactur ing pr ocess,finally,the cur rent remanufacturing techno lo gy such as ar c spr aying techno lo gy,nano-depo siting T echno log y etc. are emphat ically intro duced also.T hro ug h summarizing t he do mestic and inter nat ional research and application sit uation, the features o f the r emanufacturing pr oducts and the current remanufacturing technolog y,it indicates that the current mainly remanufacturing technolog ies are/adding r emanufac-tur e0,/reducing remanufactur e0and/replacing r emanufac-tur e0,and it is also indicated that attention ar e paid to t he functional par amet er w hile the mater ial perfo rmance is ig-nor ed during the evaluat ion of the perfo rmance of the reman-ufacturing pr oducts.
Key words:r emanufacture;sur face damag e;sur face pro-ject;adding remanufacture;reducing remanufacture