科研之路

李倩倩 翟 琳

胡正寰,1997年當選中國工程院院士,2004年獲中國機械工程學會科技成就獎。1986年被評為國家級有突出貢獻中青年科技專家,獲全國“五一”勞動獎章。發(fā)表學術論文200多篇,專著5本,培養(yǎng)博士、碩士生近50名。所領導的課題組獲國家級獎5項,省部級一、二等獎7項。是中國軸類零件軋制技術主要開創(chuàng)人。在北京科技大學舉行的2009年全國博士生學術會議(機械工程)上,胡院士談了研究軸類零件軋制技術的歷程及多年的心得體會。

軸類零件軋制是20世紀已經開始應用,21世紀還要大力發(fā)展的一項技術,是冶金軋制與機械鍛壓的交叉、延伸與發(fā)展。到20世紀末,我國軸類零件軋制技術總體上達到世界先進水平,在軋制零件精度、復雜程度、產品多樣化等方面處于世界領先水平,但在設備機械化、自動化及其控制等方面仍有差距。進入21世紀,我國軸類零件軋制的年產量大約20萬噸,而年需要量大約200~300萬噸,所以軸類零件軋制仍有較大發(fā)展和應用空間,特別是大型、復雜、高精度軸類零件的開發(fā)與應用。21世紀將有更多的機器零件在專業(yè)化的零件軋制工廠中生產。

一、研發(fā)攻關

北京科技大學1958年就開始了零件軋制的研發(fā)工作。前二三十年,主要是在實驗室過技術關。楔橫軋在20世紀60年代初,由原捷克斯洛伐克發(fā)明并首先應用于工業(yè)生產。20世紀70年代,重慶大學在我國首先開展了楔橫軋研究工作。清華大學、東北大學、北京鋼鐵學院(現(xiàn)北京科技大學)等也隨后展開。目前仍從事此項研究工作的有北京科技大學、北京機電研究所、濟南鑄鍛研究所等。斜軋在20世紀40年代末,由前蘇聯(lián)發(fā)明并首先用于生產軸承、球磨鋼球。1958年,機械科學研究院、哈爾濱工業(yè)大學、太原工學院、北京鋼鐵學院等近10個單位從事斜軋的研究工作。至今,只有北京科技大學仍在從事斜軋的研究與開發(fā)工作。我們經過了二三十年的研發(fā)才比較全面地掌握了零件軋制這項技術,研發(fā)出了具有工作壓力小、設備輕、生產率和材料利用率高、工作噪音低、模具壽命長等優(yōu)點的工藝。

技術進展上,我們中心在精密楔橫軋發(fā)動機凸輪軸、精密室溫斜軋銅球、斜軋錨桿、軋鋁合金件、模具CAD/CAM技術等方面均有突破。2001~2005年期間,在國家多項自然科學基金資助下,應用理論分析、數(shù)值模擬、實驗研究相結合的研究方法,在成形機理、疏松產生機理、軋制力能參數(shù)、最大斷面收縮率、多楔軋制等理論研究方面也取得了相應的理論成果。當然這些工作都是在學校理論工作的基礎上進行的,這里要特別提一下:理論分析,數(shù)值模擬和實驗研究要相結合,絕不是單在計算機上做數(shù)值模擬。

二、技術推廣

最近二十多年,我們比較全面地掌握了這項技術后,就開始在全國范圍內推廣。

為了成功地推廣這項技術,我們設計出了符合我們國家特點的楔橫軋機及斜軋機,并且把它系列化,為什么做這項工作?因為推廣工作不是等別人找到你了,你才來設計軋機。系列化以后,只要客戶拿著產品來了,就能找到相應的軋機。

胡正寰院士了解楔橫軋成型技術應用情況

另外,還在我們學校建立了一個模具的設計制造中心。因為這項技術的特點是模具特殊、復雜,但壽命比較長,一般說來同一個產品,一年一副模具就夠了,客戶沒必要自己去開發(fā)。而且自己開發(fā)掌握不好的話,還不能穩(wěn)定投產,所以就在我們學校建立了一個模具設計制造中心,我們推廣的生產線的絕大部分模具都在這里制造,并且制造的過程也已成功地從手工操作走向了數(shù)控機床全自動加工。

由于這項技術可以使成本平均下降30%,所以在社會上受到了比較廣泛的歡迎。現(xiàn)在已經在國內24個省市推廣生產線160多條,每年平均還要推廣10條左右。其中有9條是賣給國外的,賣給國外的9條中有4條是賣給美國。除此之外,我們還有一個獨特之處:幫助國內10多家企業(yè)建成了零件軋制專業(yè)化工廠。據(jù)我們現(xiàn)在所掌握的資料,國外還沒有一家建成專業(yè)化的廠,都是哪個廠要用什么零件,就建一臺軋機。什么是專業(yè)化廠?專業(yè)化廠擁有一系列的軋機,軋出的零件賣給使用廠,這樣的專業(yè)化廠最能夠發(fā)揮高新技術的優(yōu)勢。這十幾個廠現(xiàn)在的產值都是以億元來計,累計生產零件400多萬噸。其中石家莊的一個廠,現(xiàn)在一年要生產一萬多噸汽車軸,供給我們國家最大的一個重型汽車的變速箱廠西安法斯特,完全代替了鍛造方法生產。

三、科研體會

大家現(xiàn)在有一個共識:科技是生產力,是第一生產力。機械工程這個專業(yè)跟國民經濟是緊密結合的,其研究成果能夠直接促進國民經濟的發(fā)展。我大學畢業(yè)兩年就開始做這項研究,前二三十年是在實驗室里摸索。這期間,我們也曾經走出去轉化過,但是失敗了。因為當時我不知道這項技術真正用于生產是要解決一系列技術問題,例如:設備、工藝、模具,不是光把樣品做出來就行了。所以最終用了差不多二三十年的時間基本掌握了這套技術,最近二十多年推廣。這些工作給我的體會是,需要“三有”。

(一)有一個實驗基地

研究機械,如果沒有實驗室,只在紙上、計算機上做,我認為是不行的,有很多問題要在實驗里解決?，F(xiàn)在都強調轉化,科技轉化生產力,教育部提倡高等學校走出去,實行產學研,把高校的優(yōu)勢,企業(yè)的需要結合起來。高校的優(yōu)勢是什么?是人才、技術;企業(yè)的需要是什么?企業(yè)需要的正是人才和技術。所以應該產學研結合,這是非常好的一個大方向。高校成果的推廣我的體會是:你決不能沒有把握或者只有百分之五六十的把握就去推廣。那不但不能促進生產力,還容易給工廠帶來損失。當然不可能所有新的東西在實驗室全部做成功,特別是建設備投產,但是關鍵的技術在實驗室里一定要突破了,再去推廣。用我的話講,沒有百分之九十的把握,就不要去轉化,所以實驗室工作是很重要的。實驗室建立起來還有另外一個好處,就是工廠的人可以到實驗室來培訓。

(二)有一個配套的隊伍

人是非常重要的,什么事情都要靠人去完成。我們國家反復提到要重視人才,國內外的差距除了其他方面,人才的差距應該也是很大的。現(xiàn)在中央組織部李源潮部長對引進高層次人才非常重視。我的體會是:一個隊伍是極其重要的。我們的成果,絕對不是我個人的成果,而是我這個團隊的成果,包括與我們合作的企業(yè)的人,他們的一些主意都對我們這個技術起到了促進作用,所以人才是非常重要的。這個人才不是某一類人才,而是既要有教授、高級工程師、技術工人,還要包括博士生碩士生。對我們這個項目而言,他們都做出了貢獻。

(三)有一個系列化設備

軋制零件大小、形狀不同,使用的軋機就不同,我們將它系列化,并定點生產。系列化以后在技術的推廣過程當中,用戶就可以直接選用合適的軋機,而不是等用戶需要了再去設計,這是我們這項技術能夠推廣成功的一個重要原因。