机床零部件缺陷检测与诊断分析中的共享服务.docx

1、机床零部件缺陷检测与诊断分析中的共享服务扫描电镜在机床零部件缺陷检测与诊断分析中的共享服务1.背景和意义1.1项目所属技术领域的确切含义机床零部件是指构成机床所有部件和零件的总称。机床零部件包括的范围很广，有铸件，有主轴、轴承等重要部件，还有加工件、标准件等零件类以及其他电控等部分。它们是构成机床必不可少的重要部件。这些部件的有着不同的生产方法，有的部件是采用铸造、锻造方法成形，有的部件是采用机械加工生产而成。由于服务对象主要为沈阳装备制造业产业集群企业，因此本项目为装备制造业领域。机床零部件的缺陷可分为宏观缺陷和微观缺陷：宏观缺陷通过简单的处理，通过肉眼或借助普通放大镜可以观察，形成原因也较

2、易判断，如铸件的夹砂、冷隔、宏观缩孔与气孔；锻件的折叠、错移和裂纹等。而微观缺陷必须借助先进的检测仪器设备，并配备具有专业知识和检测经验的技术人员才能诊断出来。在铸件中，这些缺陷包括缩松、微观气孔、偏析、晶粒粗大等等。对于锻件，不同种类的材料，由于其成分、组织不同，在加热、锻造和冷却过程中，其组织变化和力学行为也不同，因而锻造工艺不当时，可能产生的缺陷也有其特殊性。例如，莱氏体高合金工具钢锻件的缺陷主要是碳化物颗粒粗大、分布不均匀和裂纹，高温合金锻件的缺陷主要是粗晶和裂纹；奥氏体不锈钢锻件的缺陷主要是晶间贫铬，抗晶间腐蚀能力下降，铁素体带状组织和裂纹等；铝合金锻件的缺陷主要是粗晶、折叠、涡流、

3、穿流等。对于机械零件由于设计不当；材料缺陷；铸造、锻造、焊接、热处理、冷加工等工艺不当以及安装和使用不当而造成的零件失效的缺陷分析更需要先进的检测设备来完成。本项目的主要服务对象为中国沈阳国际特种机床装备城的各企业。沈阳国际特种机床装备城位于沈阳市于洪区，占地面积7.54平方公里。它是集数控机床整机生产、机床功能部件生产、机械零件加工、机床精密铸件生产加工、机床整机展示销售、功能部件展示销售于一体的专业园区。机床城内将有特种专用数控机床及功能部件生产型企业300家，目前美国、日本、欧洲、韩国等80余个国家和地区的装备制造企业已落户于此，60余家企业已正式投产。机床城不仅生产金属切削机床，也生产

4、非金属切削机床，同时生产为各行业配套的机械加工设备，机床城将由单一的机床核心领域会拓展到装备制造业的产业集群建设上来，最终机床城将成为沈阳装备制造业的配套区。机床城依托东北老工业基地在教育、研发、技术、现有重工业企业上的先天综合优势，大力发展技术含量高，市场广阔、经济效益显著的特种数控机床产业体系与特种专业数控机床基地，是完善沈阳市数控机床产业体系，提升机床企业核心竞争力的战略需要；同时也将充分发挥沈阳工业优势，进一步做大做强机床产业，形成沈阳机床集团的“高、大、精”通用机床与机床城的“专、特、稀”特种专用数控机床的互补发展。此外，机床城还搭建包括研发设计、认证检验等9个功能各异的公共服务平台

5、，它是由于洪区人民政府和沈阳市科学技术局主导，沈阳北方特种机床有限公司为运营载体，整合中科院沈阳计算机研究所、沈阳机床集团、高科技创业中心、辽宁省嵌入式技术工程中心、北方特种机床研究设计院等，为机床城提供多方面的服务。因此机床城具有雄厚的技术力量和人才优势，具有大型设备共享的基础、条件和需求。1.2项目的需求分析，对行业进步和我市经济社会发展的推动作用在国家“十二五”规划中，把高端装备制造业作为国家战略的重要支柱。计划到2015年，我国高端装备的销售产值占装备制造业的比例达到20以上，力争通过10年左右的努力，使高端装备制造业成为国民经济的支柱产业。高端装备制造业的发展迫切需要尽快提升国产数控

6、机床发展水平。在国产通用数控机床已经能够基本满足国家发展需要的今天，我国对于高速、高精、高性能等专用数控机床却大部分依赖进口，占据每年进口数控机床总量的70%以上。发展我国自己的“高速、高精、高性能”机床空前需求。在汽车制造领域，近年来，我国汽车行业的加速发展，对机床消费起到了巨大的拉动作用。从固定资产投资规模来看，汽车产业“十五”期间固定资产投资为2350亿元，“十一五”期间投资将超过4000亿元，“十一五”到“十三五”期间投资将达到1.5亿元，固定资产投资规模的持续高速增长为机床消费奠定了基础。据不完全统计，目前国内在建和刚建成的项目就将增加年产百万台发动机和上百万辆整车能力。所有这些新上

7、项目都将引发新的机床需求。按照目前的投资计划和投资规模，根据业内人士提供的经验数据，若按照平均每年投资1000亿元，设备占70%，其中机床占50%，则汽车工业每年为机床提供约350亿元的市场。在航空领域，我国航空工业进入快速发展期，在重点型号工程的支持和市场需求的拉动下，我国航空工业获得了长足的进步，取得了一系列的自主创新成果，尤其是以歼10等为代表的新型先进战机已成为我国空军装备的主力，而以ARJ-21、新舟60、新舟600、新舟700等支线飞机为代表的民用飞机的研发制造也取得了重大进展。与此同时，我国还锐意发展以大飞机为代表的高新航空产业。根据有关预算，从大飞机前期的研发费用到生产能力建设

8、，再到产品最终投放市场，相关投入总体上将超过2 000亿元。大飞机因其在安全性和有效载荷方面的突出要求，零组件大量采取了轻量化的整体结构设计方法，零件的壁厚越来越薄，在加工中为避免产生切削变形和提高加工效率，采用高速铣削加工技术已是必然的发展趋势，对高速数控机床的需求量将越来越大。目前，我国航空制造业中加工飞机关键件的机床设备主要还是依赖于进口，而研制大飞机所需的部分高性能机床装备属于难以从国外进口或者国外不向我国出口的产品，因此大飞机项目必将引领国产高速、高效机床的发展。我国航空航天行业迅速发展，必将带动新型机床的产生和需求量的增加。在核电工业领域，我国核电产业一个显著的特性是核电设备追求国

9、产化，在众多核电设备中，核岛、常规岛的主设备和局部核级设备加工难度大、要求高，其设计和制造是国产化的关键。对加工核电设备机床工具和制造工艺也会提出更高的要求，如：在核电设备中，压力容器壳体、蒸汽发作器壳体、稳压器壳体等大型圆桶类部件的切削加工需求超重型数控立式车床、超重型数控卧式车床、大镗杆多轴联动数控镗铣床、数控龙门镗铣床、五轴联动车铣中心等，要求废品率必需100%，因而对机床的牢靠性和稳定性有很高的要求。要完成核电设备国产化，不只需求核电设备制造企业付出更多的努力，机床工具企业和制造工艺相关的技术人员也需求付出更多的努力，才能制造出高要求的合格的核电设备。按照核电中长期发展规划确定的我国核

10、电发展目标，到2010年，在运行核电装机容量1200万千瓦;到2020年，新建31座核电站，在运行装机容量4000万KW，在建核电装机容量1800万KW。我国今后每年至少要新开工建设2个百万千瓦级核电机组，总共需要投资数千亿元。据统计，核电配备投资占到核电站总投资的55%左右，配备投资中约40%用于购置各种机床设备，因而，核电的快速开展，无疑将为机床工具行业提供宏大的市场。核电设备国产化的特质也决议着更多的国产机床将应用到核电设备当中，这无疑为国产机床提供了一个宏大的发展平台。在船舶工业领域，“十二五”时期，船舶工业将进入由大到强转变的关键阶段。海洋工程装备制造业销售收入将达到2000亿元以上

11、，国际市场份额超过20%。形成若干具有较强国际竞争力的品牌修船企业。2015年船舶工业销售收入达到12000亿元，出口总额超过800亿美元。作为“制器之器”的工业母机，国内机床行业为船舶工业企业特别是船用设备生产企业提供了种类多、技术精、性能高的机床设备，随着中国船舶产品结构优化升级的速度不断加快，一批大型化、高技术、高附加值船舶产品将会越来越多，高效、快捷的建造出这批船舶和船用配套设备需要更为高端、更为先进的数控机床。可以预见，今后较长一段时期内，船舶工业对机床设备尤其是高端数控机床的需求质量将趋于高端化，这必将带动机床行业进一步发展壮大。在铁路领域，城市轨道交通方面，根据国务院批准的第一批

12、城市轨道交通项目规划，至2015年的规划线路长度是2400km，投资规模近7000亿元，截至2008年11月已完成了1000亿元投资。城市轨道交通的大规模建设和规划，必将带动机床加工机床的需求增加，如大型铣床、磨床、重型机床等加工设备。以高速和提速、重载为重点的中国铁路建设与改造，已经步入了发展的“快车道”。 轨道交通业对机床的需求是多方位的。一个是机车(电力机车和电传动内燃机车)和车辆制造。另一个是车轮和车轴制造机日常维护，还有轨道加工和高速铁路轨枕加工等方面。上述这些加工制造急需通用数控金切机床、如加工中心、数控立车等。也需要专用数控金切机床，如轨道板磨床、车轴磨床等。还需要压力机、折弯机

13、等成形机床。沈阳作为国家重要老工业基地和国家重要装备制造业基地, 是我市经济发展和竞争力提升的重要依托。沈阳装备制造业09年实现增加值967.4亿元，增长18.6%，占全市规模以上工业增加值的48.0%。沈阳装备制造业产业发展规划纲要（2009-2020）提出，2012年沈阳装备制造业产值计划将达到6250亿元、2015年达到9380亿元。因此沈阳“十二五”规划中明确将建设“先进装备制造业基地”作为沈阳经济社会发展的三大目标之一。纲要规划“十三五”期间沈阳装备制造业将迈上超万亿元级台阶，初步完成建设具有国际竞争力的先进装备制造业基地的战略任务，成为沈阳市国民经济的重要支柱，使“沈阳装备”成为全

14、球公认的品牌。沈阳装备制造业的发展，迫切需要提升国产数控机床发展水平。沈阳机床集团等大型企业的“高、大、精”通用数控机床与中国沈阳国际特种机床装备城专、特、稀”专用数控机床共同发展是推进沈阳建设世界级先进装备制造基地的需要。沈阳机床城承担两方面任务：其一是为沈阳机床进行配套，如生产机床功能部件、机械零件加工等；其二是发展包括数控机床在内的特种机床，就是数控机床的整机生产。提高机床零部件产品质量是制造高水平、先进机床的根本保证。机床零部件的质量受很多因素影响，其中包括，零部件材料缺陷，如材质成分不合格；铸锻件中的缩孔、缩松、气孔、夹杂、晶粒粗大、严重偏析等缺陷；热处理、冷加工等工艺不当以及安装和

15、使用不当而造成的零件失效等因素。这些影响机床零部件的质量的因素都与其微观组织密切相关。因此，机床零部件的质量控制取决于微观组织和结构的控制。沈阳工业大学材料学院分析检测中心具有丰富的材料检验与测试手段，微观组织检验主要包括扫描电镜、场发射扫描电镜、透射电镜、蔡氏光学显微镜、偏光显微镜等；结合X射线衍射仪、能谱仪可对或透射电镜电子衍射对实现组织结构分析；通过拉压、冲击、蠕变、疲劳、磨损等设备可实现机床零部件材料力学性能、服役条件和使用寿命的检验分析。机床零部件的使用性能取决于材料组织的微观状态，研究和诊断材料组织的微观状态以扫描电镜具有代表性，结合X射线、能谱仪可以确定材料的微观组织变化；使用背

16、反射，可以确定夹杂物的存在位置；断口形貌观察可以判断断裂方式和裂纹源。因此以扫描电镜为主体，结合光学显微镜、能谱仪、透射电镜、X射线衍射仪等高端检测设备，构建机床零部件微观缺陷诊断体系，并通过缺陷形成机制的分析，给出缺陷的形成原因和控制方法，是满足装备制造业对高水平机床需求的重要措施。1.3项目的重要性和紧迫性分析机床是制造业的母机，我国实现装备制造业的现代化，取决于机床的发展水平。目前，我国机床行业的发展存在的问题是机床行业大而不强，产品质量、技术较国际先进水平仍然差距很大。目前我国经济建设所需的高速、高精、高性能等高档数控机床主要依赖进口，占据每年进口数控机床总量的70%以上，这严重影响我国核心装备的发展和国家实力的增强。因此，机床制造业既是我国经济建设和发展的关键性行业，也是我国重大装备制造业的基础；是关系到国家安全和国家经济命脉的不可或缺的战略性高新技术行业。因此快速发展我国“高、大、精”和“专、特、稀” 数控机床极为重要和紧迫。 “中国沈阳国