精密塑性成形齿轮产业化项目可行性研究报告Word格式.docx
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周转次数多，生产率低。
造成产品零件生产的高能耗，高污染，高成本，低性能，低效率，虽有市场，但利润低，有的甚至亏损，急待技术进步。
市场要求提高产品质量、降低生产成本、高效生产，环境保护要求减少能耗和环境污染，因此，工厂迫切需要与此相适应的新的成套技术。
山西某精密塑性成形有限公司研究开发出了齿轮精密成形新技术和新工艺，解决了包括大模数、高、长齿型在内的各种齿轮精密塑性成形的关键技术难题。
用精密塑性成形技术直接成形出齿轮的齿形，可直接达到产品要求或留少量的剃齿或磨齿余量。
该技术可提高产品性能、节约材料、减少能耗，大幅度提高生产率。
齿轮生产成本降低30%，疲劳寿命可提高20-30%。
同时，减少了能耗和环境污染，降低了工人劳动强度。
主要用于直齿柱齿轮、同步器齿轮的成形。
国内汽车及其它传动机械每年需齿轮3亿多件，具有广阔的市场前景。
精密塑性成形齿轮技术具有成形力小、齿轮充填好、脱模容易、减少能源消耗和环境污染、降低生产成本、提高生产效率和产品性能等优点；
是一种附加值高、带动性强的新技术，有足够潜力的高技术产品，也是一种先进的符合可持续发展的制造技术；
该技术急需进行转化，运用于生产实践，形成新的生产力，提高产业化关联度，产生可观的经济效益和社会效益。
二、技术可行性分析
2.1项目的技术内容及关键技术
精密塑性成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。
它是建立在新材料、新能源、机电一体化、精密模具技术、计算机技术、自动化技术、数值分析和模拟技术等多学科高新技术成果基础上，改造了传统的毛坯成形技术，使之由粗糙成形变为优质、高效、高精度、轻量化、低成本的成形技术。
它使得成形的机械构件具有精确的外形、高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。
该项技术包括近净形铸造成形、精确塑性成形、精确连接、精密热处理改性、表面改性、高精度模具等专业领域，并且是新工艺、新装备、新材料以及各项新技术成果的综合集成技术。
本项目在精密塑性成型工程研究的基础上，针对产业化要面向工厂实际应用的特点，对模具寿命、润滑工艺及措施各工序衔接、坯料的装取等主要关键技术进行突破，并进行大批量生产，考核产业化研究成果，并不断对其进行完善，使其达到预定目标。
根据国际权威机构预测，齿轮制造的发展趋势，一是提高产品性能，降低生产成本；
二是将多种先进技术加以有机集成，形成新的制造技术。
该齿轮精密成形技术的产业化，将提高产品性能，降低生产成本，形成新的齿轮制造技术，引起齿轮制造的一场新的大变革。
华北工学院以张治民教授为首的课题组在研究大口径炮弹弹体温挤压成形基础上，研究开发了齿轮精密成形的“逐次控制变形”新理论；
“温——冷复合成形”新技术，“形变热处理技术”集成的新型制造技术，“开放式充填”、“径向分流，轴向导流”、“推挤成形”新工艺。
这项技术解决了包括大模数、高、长齿型等各种齿轮精密塑性成形的关键技术难题，挤压成形出了符合产品图纸要求的齿轮。
在实验室条件下，又成功地成形出摩托车变速齿轮，汽车同步环齿轮、变速副齿轮1200多件。
实验证明：
研究的新工艺，成功地解决了齿型充填、脱模等工艺难点，具有成形力小、能源消耗低、环境污染少等优点，能有效降低生产成本、、提高生产效率和产品性能。
2001年4月通过省级鉴定：
处于国际领先水平。
所成形的齿轮，已投入实际应用。
省政办正2000）39号文，将“齿轮精密塑性成形中试基地建设”列为山西省2000年高新技术重点项目，已在华北工学院建成进行中试研究。
这是用精密成形新工艺代替“锻造——机械切削加工”，也就是将原来的“热锻——切削加工”生产零件变为用精密塑性成形直接生产高质量的齿轮的一种先进制造技术，该项技术可靠、可直接用于批量生产。
该齿轮生产新技术与传统技术工艺的对比如图1。
齿轮精密塑性成形具有以下优点：
（1）提高产品的力学性能
成形的零件保持了流线的完整，细化了组织，可提高齿轮强韧性20％左右，疲劳寿命提高2倍。
（2）节能省材，减少环境污染，降低生产成本
材料利用率由50％提高到80％以上；
降低加热温度和时间，减少加热次数和切削量，节约能源30—50％。
降低齿轮生产成本30％以上，提高模具寿命，具有明显的经济效益。
（3）生产率高
“下料——加热——温、冷精密成形——形变热处理”一条龙生产，便于组织连续化生产，一个单元可生产1．0—40件／分钟。
（4）产品的精度高，表面粗糙度低，可直接生产出产品零件。
（5）具有良好的社会效益，精密成形技术，降低了加热温度和加热次数，降低了能耗；
减少了锻造车间的噪音，净化和改善了劳动环境。
模数为3、齿轮21、齿长33mm、齿高7mm。
齿型公法线公差小于0.03mm，齿形满足产品要求，表面粗糙度达到Ra0.8，流线顺畅，所需成形力小。
总之，齿轮精密塑性成形技术是先进可行的，对齿轮制造工艺来讲是一个突破性的转变，影响深远。
2．2国内外研究现状与发展趋势
该技术为自主知识产权技术，在国内是独一无二的，对于大模数、长齿轮直齿齿轮的精密成型技术达到国际领先水平。
从七十年代以来，各工业发达国家政府与工业界对近净成形技术投入了大量资金和人力，使这项技术得到很快发展，由于这项技术对市场竞争能力的突出贡献，被美国、日本政府和企业列为九十年代影响竞争能力的关键技术，其产值增长幅度也远高于制造业产值增长幅度。
主要发展趋势有：
1、不断开发近净成形新技术
工业发达国家一直致力于开发近净成形新技术，在本专题所涉及的各件领域都有很大进展，因而近净形成形所占比重和成形件精度以及成形零件的复杂程度都有很大提高。
例如汽车缸体铸件已经做到壁厚在3～4mm，轿车齿轮已有很多可以采用冷挤压生产，齿形不再加工。
轿车等速万向节零件是很复杂的零件，已经可以采用精确的塑性成形技术来生产。
轿车连杆不仅尺寸精度高，重量偏差也小，轿车连杆重量精度已经可以控制在3～4%以下，这些技术都推动了轿车自重降低和性能提高，随着成形精度提高已经开发了一大批近净成形工艺技术。
新材料的发展推动了新的成形技术研究开发，高密度能源（激光、等离子束、电子束等）的发展和用于近净成形，也推出了一批新的近净成形工艺。
所有这些都使这项技术形成了五彩纷呈、竞相发展的局面。
在我国近净成形技术在整个成形制造生产中所占比重还比较低，成形件精度总体水平平均要比发达国家低1～2个等级，一些新技术只有少数企业采用，不少复杂难成形件我国还不能生产，部分先进成形设备、机械手机器人，很大一部分高水平自动化生产线国内还不能成套提供，因此总体水平要比国外落后15～25年。
2、应用工艺模拟技术，优化净成形工艺参数
传统的成形技术是建立在经验和实验数据基础上的技术，制定一个新的零件成形工艺在生产时往往还要进行大量修改调试。
计算机和计算技术发展，特别是非线性问题的计算技术发展，使成形过程的模拟分析和优化成为可能，国外通过大量工作已经形成铸造、锻造、复盖件冲压、模具CAD/CAM等多项商业软件，有力推动了近净成形技术发展，我国在模拟分析研究方面已经做了不少工作，但力量分散，每个单位的投入都不足，单项研究多，成为商品软件的很少，现在国外成形软件相继进入国内市场，也暴露出成本高、不适合国情等问题。
如何组织国内力量。
从国情出发，把优势单位组织起来，开展工艺模拟和优化工作，开发先进适用软件，是当前应当解决的问题。
3、不断开发适于近净成形生产用机器人和机械手
近净成形通常是大批量生产，需要建设自动生产线，需要有相应的机械手和机器人，由于工作环境的多样性，通常又在高温下工作，因此近净成形机械手和机器人与一般冷加工和装配用的机器人有不同特点，在国外针对不同成形工艺需要，通过多年工作已经掌握了一系列成形机械手和机器人的设计制造技术，我国生产用成形机器人和机械手除部分引进消化发展和自行开发能提供企业需要外，多数产品还需要研究开发或通过引进消化吸收发展，逐步形成系列化。
4、开展并使用近净成形自动生产线和柔性生产线建线和控制技术，不断提高生产效率
国外大批量生产的近净成形多数采用了自动线生产，因而具有生产率高、质量稳定、劳动条件好等优点，在工业发达国家这种生产线研究和建设已有几十年历史，并且随着人们对产品个性化的要求，已经出现一些柔性生产线。
我国一些重点企业在70～80年代前期依靠引进设备陆续建立了一些近净成形生产线，（例如70年代末期二汽购进了德国奥姆科公司的一万二千吨热模锻压力机生产自动线）。
其后通过引进和自主开发，我国在90年代初已经能够全部依靠国内技术和设备建设热模锻生产线。
还有很多生产线建设技术，国内尚未掌握，在下个世纪初十年必须掌握这些技术，才能根据国内企业需求，建设不同自动化程度的生产线和柔性生产线。
5、重视近净成形生产过程的质量控制，提高质量一致性
国外企业为了保证产品质量一方面加强管理，做好生产全过程的质量控制，另一方面通过生产过程中的自动化和智能控制以保证近净成形生产质量稳定，并且开发各种在线检测和无损检测技术和仪器，并且进行了统计过程控制技术的研究和应用，从而使成形件的质量和精度可靠。
上述几项关键技术我国还有不小差距，也需要尽快掌握，从而保证最终成形件质量。
2．3项目承担单位情况
1999年，省政府出台了我省产业结构调整的宏伟蓝图，逐渐由“能源重化工传统产品”向高科技产品转化，加大了对高科技产品的扶持力度。
清徐亚兴焦化有限公司紧跟省政府调整步伐，及时调整产品结构，以创新的思维，知识经济的理念，以超前的意识，走产品创新和机制创新之路，决定全面停止对环境有污染焦炭产品的生产，以华北工学院齿轮集成精密成形新技术和人才为后盾，“产、学、研”相结合，本着优势互补，平等互惠的原则，以清徐亚兴焦化有限公司为甲方，华北工学院为乙方，共同组建山西某精密塑性成形有限公司，发挥各自之长，合资开发、研制、生产精密塑性成形齿轮高新技术产品，建立生产基地，形成规模经济效益，从而促进和带动清徐县经济的发展，可见，项目具有十分重要的意义，项目实施对企业将是调产的新机遇，又是优势整合，二次创业新的经济增长点。
产品填补了国内空白，既适时，更必要。
三、项目成熟程度
对齿轮常用钢20CrMnTi的温成形性进行了研究，发现了该材料在两相区变形时铁素体新的细化机构，提出了"
项链式"
动态再结晶--新的细化模型。
并在试验基础上，运用泛函极值原理，开发了实验数据处理程序DAM（DataAnalysisMethod），提出了新的插值方法得到了与实验结果基本相符的变形抗力数学模型。
结合实际生产进行了批量试制，验证了"
温-冷复合成形"
及"
轴向导流，径向分流"
、"
开放式充填"
补充成形"
等新成形技术的可行性，解决了大模数、长齿型直齿齿轮精密成形和产品精度问题；
研究的润滑工艺及润滑材料，完全可以代替冷整形前毛坯软化、酸洗、磷化、皂化处理，既减少了环境污染，又减少了成形工序，降低了表面粗糙度（达Ra0.8以下）；
解决了成形齿轮毛坯的后续机加工序的衔接，使该技术用于齿轮实际生产成为可能。
此齿轮生产新技术与传统技术相比具有以下特点：
1.节能省材、减少环境污染、降低生产成本材料利用率由50%提高到80%以上；
降低加热温度和时间,减少加热次数和切削量，节约能源30-50%；
降低齿轮生产成本30%以上，具有明显的经济效益。
2.生产率高"
下料-加热-温-冷精密成形-形变热处理"
一条龙生产，便于组织连续化生产，一个单元可生产10-40件/分钟。
由于降低了加热温度和加热次数，从而节约了能耗；
减少了锻造噪音，净化和改善了劳动环境。
此外可减少机加设备占有率，减少工件周转等，具有良好的社会效益。
3.提高产品的力学性能成形的零件，保持了流线的完整，细化了组织（晶粒度达11级），可提高齿轮强韧性20%左右，预计疲劳寿命（接触与弯曲）可以提高2倍以上。
本项目已在山西大同齿轮集团有限责任公司、山西某精密塑性成形有限公司、长治市金力光谱普高科技开发有限公司等厂家的汽车变速箱中的六档固定齿座、跟踪式太阳能热水器的传动齿轮等产品的生产中推广应用，取得了良好经济和社会效益。
采用精密成形技术，材料利用率高，机械切削加量少，节约能源，减少了环境污染，便于实现自动化生产，提高生产效率，将使我国齿轮制造技术达到国际领先水平。
我们的实验结果表明，用本工艺制造的工件，零件疲劳寿命可提高20%。
同时由于新工艺的应用，齿轮的制造也会采用新的材料，减少工件尺寸，以实现进一步的轻量化。
3．2核心技术
本项目是由华北工学院以张治民教授为首的课题组在研究大口径炮弹弹体温挤压成形基础上，研究开发了齿轮精密成形的“逐次控制变形”新理论；
2001年4月通过省级科学技术成果鉴定：
该技术解决了包括大模数、高、长齿型等各种齿轮精密塑性成形的关键技术难题，挤压成形出了符合产品图纸要求的齿轮。
研究的新工艺，成功地解决了齿型充填、脱模等工艺难点，具有成形力小、能源消耗低、环境污染少等优点，能有效降低生产成本、提高生产效率和产品性能。
四、市场需求情况和风险分析
齿轮是机械传动的主要零件之一，范围大，用途广。
以国内年产汽车150万辆，农用车250万辆、摩托车1000万辆、加上其他传动机械共需齿轮2亿多件，还可用于各种车辆零配件和其他零件的精密塑性成形，并可开发与这相适应的精密成形和低压变温渗透碳设备，自动控制装置等，带动相关领域的发展。
目前我国汽车发展态势强劲，汽车上需要此种产品的加工零件就更多了：
仅车桥一个部件上就至少有十几个零件需要该产品加工。
一个年产量在10万辆以下的底盘厂至少要配置本产品10台以上。
据我们收集的资料，全国年产发动机数百万台，汽车数百万辆，市场的需求巨大。
目前轿车零件向着轻量化、高强度、高精度、低能耗的方向发展。
塑性精密成形技术对于提高轿车零件产品精度、缩短产品交货期、减少或免除切削加工、降低成本、节省原材料、降低能耗、提高产品性能等方面有其突出的优势。
现在国内约有265家厂家在从事齿轮加工与制造，仍采用落后的传统生产工艺，造成齿轮生产的材料利用率低。
据不完全统计，齿轮材料每年将有20万吨钢材被白白切削浪费掉，就原材料一项损失就达10亿元；
所浪费的切削加工工时及能耗更高；
高温锻造及热处理，浪费了能源，并污染了环境。
由于齿轮生产的高成本、低性能，虽仍有市场，但利润甚低，产品缺乏竞争力，多数厂家的生产处于不景气状态。
与普通模锻比较，塑性精密成形具有表面质量好、机械加工余量少、尺寸精度高、零件机械强度高等优点。
特别是在冷挤压变形过程中金属毛坯始终处于三向压应力状态下及在挤压过程中产生的冷作强化特性，使变形后材料组织致密、由于具有连续的纤维流向，因而制件的强度有较大提高。
因此近年来塑性精密成形技术正在成为轿车零件制造的方向之一。
圆锥齿轮是轿车传动与变速系统上的重要零件，平均每辆车需3对6件，为满足国内新车安装，旧车维修和国外用户订单，所需的品种多，数量巨大。
4．2国际市场需求分析
世界上由于传动件齿轮制造技术复杂、要求高，在市场竞争如此激烈的情况下，国外许多大公司都投入相当多的力量进行研究和开发新技术。
如法国雷诺公司，德国ZF公司，日本日产公司等都进行了相关技术的研究，但未见有工程化。
近年来，欧洲和日本对轿车圆锥齿轮闭式冷精锻技术及装备进行了大力开发与应用，并已逐渐取代传统的机加工方法生产，产生了显著的效益。
国内，江苏、重庆等地的民营企业进口了日本和德国的轿车圆锥齿轮精锻技术及精锻压力机，经过几年的生产表明：
设备价格昂贵（200~300万美元/台（套）），导致长时间亏损；
使用单位技术力量薄弱，消化吸收与二次开发能力差。
五、投资估算及资金筹措
本项目总投资650万元，企业自筹550万元,申请配套资金100万元。
费用支出：
设备费：
350万元、能源材料费100万元、实验外协费80万元、测试及化验费30万元、差旅费10万元、人员费20万元、其他费用60万元；
六、经济和社会效益分析
利用齿轮精密塑性成形技术，可直接成形出齿轮的齿型，齿面不再进行切削粗加工，材料利用率由30～50%提高到85%左右，缩短材料周转和加热时间，减少加热次数和切削量；
节约能源50%以上；
提高齿轮疲劳寿命20～30%；
并大幅度提高生产率；
降低齿轮生产成本30%以上。
减少能耗和环境污染，净化工作环境，降低工人劳动强度，并且具有柔性制造能力，适应性强，不仅适应于目前使用的渐开线齿轮的生产，更适用于新型齿轮如摆线等各种齿轮的生产，生产成本低，产品性能好，具有明显的经济和环境效益。
6．1项目盈利能力分析
6．1．1静态指标分析
=54％
6．1．2财务现金流量分析
财务现金流量计算详见附表1-4—8财务现金流量表（全部投资），经测算分析，各项指标如下：
评价指标所得税后
财务内部收益率：
31-％
财务净现值（i0＝12％）：
10635万元
投资回收期：
4．2
自有资金财务内部收益率为43％，财务净现值为11705万元
6．2不确定性分析：
6．2．1盈亏平衡分析
以达产年（第五年）的数据进行测算，盈亏平衡点（以生产能力利用率来表示）为：
计算结果表明：
当生产负荷达到49%时，企业可以保本经营。
盈亏分析示意图如下：
6．2．2敏感性分析
为了测算项目可能承受的风险程度，将项目计算期内可能发生变化的因素，主要有销售收入、经营成本和固定资产投资，对财务内部收益率的影响进行敏感性分析。
参见表14－1敏感性分析表。
分析结果表明：
财务内部收益率对销售收入的变化相当敏感。
因此企业应进一步拓宽销售市场，同时应加强成本控制，从而提高经济效益。
表14－1敏感性分析表（所得税后）
从投资经济效益评价指标可以看到，项目投资利润率、投资利税率、财务内部收益率都高于同行业的基准值，说明项目的投资效果良好。
项目投资回收期低于行业基准值，说明项目的投资回收速度较快。
从不确定性分析来看，项目的抗风险能力较强。
综上所述，本项目经济上是可行的。
七、综合实力和产业基础
山西某精密塑性成形有有限公司建于清徐县吴村乡油房堡村，该村交通方便，南邻307国道晋夏公路段，西邻亚兴焦化有限公司，北邻旧307国道。
厂址距县城5公里，离太原市中心45公里，距太原机场32公里，地理位置优越。
厂地形较平坦，供电、供水都比较方便，地方供电局已有承诺，若有缺口，可由邻厂东盛焦化厂供给。
据相邻企业建厂地质资料分析，本项目建厂地质条件较好，有利于新建工程项目建设。
本项目无剧毒性废物，工艺用水经水质处理后，可循环使用。
本项目系高科技成果产业化，从技术发展到产品销售有诸多有利因素。
我省大同齿轮集团有限公司主导产品是重型汽车变速箱，主要用户为东汽公司、一汽公司、金龙公司和上柴公司，历年来该产品占有国内市场份额由原37％上升到目前的45％以上，并基本上形成了稳固的配套关系。
该项目可利用这一有利条件，与大同齿轮集团有限公司强强联手，作为推广新型齿轮技术的切入点，根据大齿集团市场调查，预测前景较为乐观，市场需求如下表：
随着我国市场经济的发展，特别是加入WTO之后，国家公路法规与国际贯例接轨，以往中重型车错位的现象将得到一定程度的扼制，由此将有利于重型车的发展，加之
国家加大基础设施的建设，我国道路条件将会得到很好改善。
西部大开发需要大量重型车、大客车，费改税的宣传，提高了用户对重型车高效益的预期购买意识，可望精密塑性成形齿轮将会有大的需求市场。
本项目负责人为张志民教授，毕业于华北工学院。
先后在《金属学报》、《兵工学报》、《塑性工程学报》、国际塑性加工年会等国内外期刊和国际国内会议上发表学术论文50多篇；
出版专著《温热成形在车辆零件制造中的应用》1部。
先后负责省部级重点科研项目12项，横向合作项目6项。
有6项通过省部级鉴定；
5项国际先进，1项国际领先。
3、企业从事研究开发的人员力量、资金投入，以及企业内部管理体系等情况。
（一）企业组织机构：
公司实行董事会领导下的经理负责制，经理由董事会任命，部室干部由经理任命，下设公司办公室，生产部、工程技术部、质检部（测试中心）、营销部、财务部、综合部职能管理机构。
（二）工作制度
按国家现行的全年工作日为25l天，每班为8小时工作制，生产车间采用两班制（热处理自动线三班制），辅助车间原则上为单班制，根据企业生产特点，个别工种如：
模具车间钳工人员需采用二班制，电加上需三班连续工作。
工人年时基数：
1850小时
设备年时基数：
3800小时（二班制）
5480小时（三班制）
（三）劳动定员
本项目生产工人285人，辅助工人96人，职能科室20人，工程技术人员10人，营销人员10人，新增人员由公司酌情自行解决，所有人员需经培训后方可上岗工作。
（四）员工培训
精密塑性成形齿轮生产系高新技术，技术含量高、科技成果产业化有许多新工艺技术，装备来保证，方可使成果转化正常实施，生产全过程工艺制定、人员操作环环都需要严密精心，素质要高，因此各岗位从业人员基本素质应具备一
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