再制造技術(shù)介紹課件

第六章再制造技術(shù)介紹課程提綱循環(huán)經(jīng)濟呼喚再制造再制造的內(nèi)涵、特色及發(fā)展再制造的研究內(nèi)容（重點）結(jié)論資源產(chǎn)品廢棄物

經(jīng)濟增長方式存在著兩種模式：一種是傳統(tǒng)的線性增長模式，即“資源-產(chǎn)品-廢棄物”的單向直線過程，這意味著創(chuàng)造的財富越多，消耗的資源就越多，產(chǎn)生的廢棄物也就越多。一、循環(huán)經(jīng)濟呼喚再制造資源產(chǎn)品廢棄產(chǎn)品再制造產(chǎn)品

另一種是循環(huán)經(jīng)濟增長模式，即“資源-產(chǎn)品-廢棄物-再生資源”的循環(huán)過程，可更有效地利用資源和保護環(huán)境，以盡可能小的資源消耗和環(huán)境成本，獲得盡可能大的經(jīng)濟和社會效益。循環(huán)經(jīng)濟動畫廣告片.flv一、循環(huán)經(jīng)濟呼喚再制造

再制造的內(nèi)涵二、再制造的內(nèi)涵、特色及發(fā)展

再制造工程是指以產(chǎn)品全壽命周期理論為指導(dǎo)，以實現(xiàn)廢舊產(chǎn)品性能提升為目標(biāo)，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，進(jìn)行修復(fù)、改造廢舊產(chǎn)品的一系列技術(shù)措施或工程活動的總稱。

簡言之，再制造是廢舊產(chǎn)品高技術(shù)修復(fù)、改造的產(chǎn)業(yè)化。成本節(jié)約能源節(jié)省材料再制造新機制造降低50%降低60%降低70%影響環(huán)境顯著降低

再制造的特征

再制造的重要特征是：再制造后的產(chǎn)品質(zhì)量和性能不低于新品，有些還超過新品，成本只是新品的50%，節(jié)能60%，節(jié)材70%，對環(huán)境的不良影響顯著降低。

歐美等國的再制造多年以來是在原型產(chǎn)品制造工業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要以尺寸修理法和換件修理法為主。換件修理法是將損傷零件整體更換為新品零件；尺寸修理法是將失配的零件表面尺寸加工到可以配合的范圍，如缸套-活塞磨損失效后，通過鏜缸的方法恢復(fù)缸套的尺寸精度，再配以大尺寸的活塞完成再制造。這種模式的缺點是資源能源消耗大，舊件利用率低。二、再制造的內(nèi)涵、特色及發(fā)展二、再制造的內(nèi)涵、特色及發(fā)展

我國的再制造是在維修工程、表面工程基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要采用尺寸恢復(fù)和性能提升法，可使再制造率顯著提高、資源能源消耗顯著降低，具有突出的節(jié)能減排效益。納米電刷鍍技術(shù)再制造連桿激光熔覆技術(shù)再制造鋁合金缸體自動化電弧噴涂技術(shù)再制造曲軸

行星框架是某型重載車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)重要的薄壁零件，易于磨損失效。上世紀(jì)六十年代時，由于堆焊修復(fù)會變形，大修技術(shù)條件規(guī)定必須報廢。進(jìn)入八十年代，我國采用最新出現(xiàn)的等離子噴涂技術(shù)完成了行星框架的再制造。經(jīng)六輛車輛的實車考核，再制造行星框架的使用壽命達(dá)到新品的3倍，成本為新品的1/10，材料消耗為1/100。

再制造實例–重載車輛行星框架再制造

再制造實例--新型鋁合金發(fā)動機再制造鋁合金發(fā)動機缸蓋再制造后的缸蓋表面表面環(huán)形壓痕形貌

鋁合金材料零件的再制造是國外再制造企業(yè)面臨的技術(shù)難題之一，英國委托我國對路虎汽車(Land-Rover)的鋁合金發(fā)動機缸蓋進(jìn)行再制造，我國采用高速電弧噴涂、微弧等離子熔覆、激光熔覆等三種先進(jìn)技術(shù)成功解決了這一難題。再制造的發(fā)動機已投入實用考核，效果良好。

再制造取得了十分顯著的成效。以濟南復(fù)強公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，若再制造200萬臺斯泰爾發(fā)動機，可以節(jié)省金屬153萬噸，節(jié)電29億度，回收附加值646億元，實現(xiàn)利稅58億元，減少CO2排放12萬噸。

減少CO2排放再用金屬節(jié)電創(chuàng)利稅節(jié)省購機費回收附加值12萬噸153萬噸29億度58億元580億元646億元

再制造的巨大效益11B-52轟炸機1961年定型1980年第一次再制造1996年第二次再制造服役期延長至2030年M1A2型坦克1985年再制造368輛1996-2000年再制造580輛M1A2坦克M1坦克AH-64阿帕奇直升機2000-2005年再制造269架今后10年再制造750架AH64-A直升機AH64-D直升機

1000架波音747飛機和7000架波音737飛機服役年限已超過20年，面臨報廢。

廢舊波音747客機再制造成貨運飛機(客改貨)，一臺舊客機成本200萬美元，再制造后售價為8000萬美元，仍遠(yuǎn)低于原型新貨運飛機1.15億元的售價。目前，我國上海航空公司正在積極籌建波音737飛機再制造生產(chǎn)線。

以色列飛機再制造再制造前－客機再制造過程再制造后－貨機各種天氣情況下飛機起飛和降落

再制造的對象是經(jīng)過長期服役而報廢的成形零件，大多存在因磨損、腐蝕而導(dǎo)致的表面失效，因疲勞導(dǎo)致的殘余應(yīng)力和內(nèi)部裂紋，因震動沖擊導(dǎo)致的零件變形等一系列問題。再制造的壽命預(yù)測技術(shù)作為再制造質(zhì)量控制體系的核心，是保證再制造產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。實現(xiàn)再制造產(chǎn)品的質(zhì)量控制，就是通過嚴(yán)格把關(guān)形成再制造產(chǎn)品的三個重要環(huán)節(jié)來確保再制造產(chǎn)品性能不低于新品：1）再制造毛坯的質(zhì)量控制；2）再制造成形過程的質(zhì)量控制；3）再制造后涂層的質(zhì)量控制與檢測。中國自主創(chuàng)新的再制造質(zhì)量控制與關(guān)鍵技術(shù)再制造毛坯的質(zhì)量控制—壽命評估預(yù)測技術(shù)

壽命評估技術(shù)是再制造工程核心研究內(nèi)容之一，是確保再制造產(chǎn)品質(zhì)量、性能不低于新品的關(guān)鍵技術(shù)。

再制造毛坯經(jīng)歷了一輪服役周期的使用過程，服役時可能產(chǎn)生不同程度的損傷。再制造前，必須采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)評價毛坯的剩余壽命，這是實現(xiàn)再制造產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段。FerromagneticcomponentFatigueWearCorrosiondamageCreepLifeEvaluation新方向

壽命評估技術(shù)已在濟南復(fù)強動力有限公司再制造生產(chǎn)線上應(yīng)用。采用金屬磁記憶檢測、渦流檢測、超聲檢測等綜合檢測技術(shù)，初步實現(xiàn)了發(fā)動機氣門桿、連桿、曲軸、發(fā)動機缸體等重要零部件損傷和壽命的檢測評估。渦流/磁記憶綜合檢測評估發(fā)動機缸體超聲檢測評估發(fā)動機氣門桿XZE-1型多頻渦流檢測儀XZU-1型超聲無損檢測儀XZE-3型渦流/磁記憶檢測儀再制造廠無損檢測與壽命評估車間

再制造的研究內(nèi)容非常廣泛，貫穿產(chǎn)品的全壽命周期，體現(xiàn)著深刻的基礎(chǔ)性和科學(xué)性。主要以先進(jìn)的表面工程技術(shù)為修復(fù)手段。

噴涂修復(fù)技術(shù)電刷鍍修復(fù)技術(shù)激光修復(fù)技術(shù)軸類及一些貴重零件修復(fù)技術(shù)納米表面工程技術(shù)三、再制造研究內(nèi)容

再制造的優(yōu)異效果需要關(guān)鍵技術(shù)予以支撐。表面工程技術(shù)是再制造的支撐技術(shù)。在傳統(tǒng)表面工程技術(shù)基礎(chǔ)上，通過交叉融合前沿技術(shù)，相繼開發(fā)了性能更優(yōu)異的復(fù)合表面工程、納米表面工程和自動化表面工程技術(shù)。

再制造關(guān)鍵技術(shù)—表面工程技術(shù)表面工程發(fā)展的技術(shù)階段

表面工程從誕生至今，已發(fā)展了四代：

1）初露鋒芒的單一表面工程階段：如熱噴涂、電刷鍍、氣相沉積等，發(fā)揮了較好的作用。

2）威力倍增的復(fù)合表面工程階段：復(fù)合應(yīng)用兩種或多種表面技術(shù)，起到“1+1>2”的協(xié)同效果。

3）功能神奇的納米表面工程階段：充分利用納米材料的特性，提升改善傳統(tǒng)表面工程的性能。

4）產(chǎn)業(yè)先鋒的自動化表面工程階段：充分適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化的要求，將表面工程技術(shù)從手工操作發(fā)展到自動化完成。（一）復(fù)合表面工程

表面工程的第二階段被稱為復(fù)合表面工程階段，即將兩種或多種傳統(tǒng)的表面技術(shù)復(fù)合應(yīng)用，或?qū)煞N或多種表面涂層材料進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用，起到“1+1>2”的協(xié)同效果。例如，熱噴涂與電子束重熔的復(fù)合，熱噴涂與電刷鍍的復(fù)合，化學(xué)熱處理與電鍍的復(fù)合，熱噴涂中多種疊層材料的復(fù)合等等。這些技術(shù)復(fù)合已成為提升表面性能的“倍增器”。(熱噴涂與電子束重熔相復(fù)合)

采用熱噴涂和電子束重熔復(fù)合處理飛機發(fā)動機渦輪葉片。先由等離子噴涂CoCrW合金，再對合金進(jìn)行電子束重熔，所得復(fù)合涂層的孔隙率大幅度減少，重熔層和基體形成冶金結(jié)合。重熔層的抗微動磨損性能是原等離子噴涂層的13倍。威力倍增的復(fù)合表面工程

在建設(shè)西陵長江大橋時，利用電刷鍍技術(shù)在懸索鞍座和底板上制備了多層金屬復(fù)合減摩涂層，與減摩添加劑復(fù)合運用，減少了摩擦系數(shù)，顯著減少了重達(dá)數(shù)萬噸的懸索鞍座的縱向推力。這是復(fù)合表面工程在橋梁建設(shè)上的一次成功應(yīng)用，在國內(nèi)外建橋史上尚屬首次。(電刷鍍技術(shù)及涂層材料的多重復(fù)合)威力倍增的復(fù)合表面工程(高速電弧噴涂防熱腐蝕材料的復(fù)合)噴涂后噴涂前

開發(fā)的高速電弧噴涂SL30（Ni-Cr合金）涂層材料具有優(yōu)異的抗高溫腐蝕性能，已在天津大港等電廠鍋爐管道水冷壁噴涂應(yīng)用，防腐壽命可達(dá)5年以上，其綜合性能達(dá)到了美國45CT涂層水平，成本僅為其30%左右，我國擁有這項技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)。威力倍增的復(fù)合表面工程威力倍增的復(fù)合表面工程

納米技術(shù)是21世紀(jì)的三大高新技術(shù)之一（信息技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)）。整體納米化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用還需等待二、三十年時間。在現(xiàn)階段，我國將納米顆粒彌散分布在表面涂層內(nèi)，或在涂層的成形過程中得到納米晶和非晶，使納米材料與傳統(tǒng)表面工程技術(shù)得到交叉融合，發(fā)揮納米材料的優(yōu)異性能，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納米表面工程技術(shù)。（二）納米表面工程技術(shù)

電刷鍍技術(shù)是20世紀(jì)80年代開發(fā)出來的新型表面技術(shù)，在失效零部件的修復(fù)和再制造方面有重要作用。通過在電刷鍍液中添加納米陶瓷顆粒以進(jìn)一步提高涂層效果的電刷鍍技術(shù)就稱為納米電刷鍍技術(shù)。a.納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)電刷鍍技術(shù)工作原理電源鍍筆工具及配件

納米顆粒在鹽溶液中的團聚現(xiàn)象是制備鍍液必須克服的重大難題。該創(chuàng)新采用了高能機械化學(xué)法成功解決了納米顆粒在鹽溶液中的分散與懸浮穩(wěn)定問題，制備出了性能優(yōu)異的納米電刷鍍鍍液。

納米電刷鍍鍍液的制備表面預(yù)處理溶液鍍底層和夾心層溶液納米顆粒復(fù)合鍍液

納米顆粒復(fù)合電刷鍍鍍層的制備

非導(dǎo)電的納米顆粒與金屬實現(xiàn)共沉積是納米電刷鍍鍍層制備需解決的關(guān)鍵問題。我國通過準(zhǔn)確控制工作電壓、鍍筆運動速度和鍍液溫度等參數(shù)，成功解決了不同種類非導(dǎo)電的納米顆粒與金屬的共沉積及其在鍍層中彌散分布的重大難題，首次制備出了硬度和結(jié)合強度高、耐磨性好、抗接觸疲勞性能好、服役溫度較高的納米顆粒復(fù)合刷鍍層。

納米電刷鍍的應(yīng)用

空軍某部利用納米電刷鍍技術(shù)修復(fù)某型進(jìn)口飛機發(fā)動機壓氣機葉片，并已通過空軍裝備部組織的300小時臺架考核和專家組鑒定。該技術(shù)已被空軍批準(zhǔn)用于飛機發(fā)動機零部件的批量修復(fù)，已創(chuàng)造經(jīng)濟效益7500萬元以上。b.納米熱噴涂技術(shù)高效能超音速納米粒子復(fù)合等離子噴涂槍及射流高效能超音速納米粒子復(fù)合等離子噴涂粒子流速度、溫度等參量

納米熱噴涂技術(shù)是以現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)為基礎(chǔ)，通過噴涂納米顆?；蚝{米顆粒的絲材制備具有納米結(jié)構(gòu)涂層的新技術(shù)。高效能超音速等離子噴涂系統(tǒng)可制備各種高熔點的納米陶瓷或金屬陶瓷涂層，由于納米顆粒的作用，涂層的結(jié)合強度、致密性和其它綜合性能顯著提高。

納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)是一種通過摩擦化學(xué)作用來實現(xiàn)磨損表面自修復(fù)的技術(shù)。將含有納米顆粒的復(fù)合添加劑加入到潤滑油中，納米顆粒隨潤滑油分散于各個摩擦副接觸面，在一定溫度、壓力、摩擦力作用下，摩擦副表面產(chǎn)生劇烈摩擦和塑性變形，發(fā)生摩擦化學(xué)作用，添加劑中的納米顆粒就會在摩擦表面沉積，并與表面作用，填補表面微觀溝谷，從而形成一層具有抗磨減摩作用的液態(tài)或固態(tài)自修復(fù)膜。c.納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)主軸頸磨損尺寸-時間變化圖

單缸發(fā)動機主軸頸磨損對比實驗結(jié)果

上圖給出了普通機油和三種不同添加劑（國外某添加劑MJ、自主開發(fā)的常規(guī)減摩添加劑M3和納米減摩添加劑M6）作用下主軸頸磨損量隨時間變化曲線?？梢姼魈砑觿χ鬏S頸都有較明顯的抗磨效果，抗磨順序為M6添加劑MJ添加劑M3添加劑

普通機油。其中，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的M6添加劑的磨損量比普通機油的磨損量降低了7倍。

圖為軍用吉普車發(fā)動機300小時耐久試驗后，缸套磨損表面的彩色元素分析圖，其中紅色部分為銅，說明摩擦表面生成了含銅的固體自修復(fù)膜。該薄膜的生成，大大改善了缸套-活塞環(huán)摩擦副的潤滑狀況。

軍用吉普車發(fā)動機修復(fù)表面的元素分析每臺車每年節(jié)約汽油消耗、降低排放情況減少CO排放0.6噸節(jié)約汽油1.1噸減少CH排放0.36噸

青島交運巴士分公司現(xiàn)有車輛500余輛，按照每輛車每年行駛8萬公里計算，則：每年可節(jié)約燃油550噸，直接經(jīng)濟效益270萬；減少一氧化碳排放330噸，減少CH排放200噸。

經(jīng)濟和社會效益顯著!

納米自修復(fù)添加劑M6在青島交運巴士公司的三臺公交車進(jìn)行了15000公里的應(yīng)用試驗，結(jié)果表明，使用該添加劑后可提高發(fā)動機輸出功率2%~5%，節(jié)約燃油3%~6%，降低尾氣排放30%~50%，達(dá)到了節(jié)省燃油、降低尾氣排放的目的。

實際應(yīng)用結(jié)果課件休息課件休息納米涂層的應(yīng)用研究

再制造過程是產(chǎn)業(yè)化、批量化的生產(chǎn)加工過程。為了更好地適應(yīng)再制造的產(chǎn)業(yè)化要求，表面工程技術(shù)必須從手工操作發(fā)展到自動化操作。我國重點開發(fā)了自動化納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)、自動化高速電弧噴涂技術(shù)、半自動化微弧等離子熔覆技術(shù)和自動化激光熔覆技術(shù)，進(jìn)一步提高了表面涂層的性能和再制造質(zhì)量。（三）自動化表面工程技術(shù)

自動化納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)適用于損傷超差較小、對配合度要求較高的零件的再制造。自動化高速電弧噴技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)形狀較簡單，磨損、腐蝕超差較大，以及對修復(fù)效率要求較高的零件的再制造。自動化微弧等離子熔覆技術(shù)適用于結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，結(jié)合強度要求高的重要零件的再制造。自動化激光熔覆技術(shù)用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、要求冶金結(jié)合高、抗疲勞性能好的關(guān)鍵零件再制造。

連桿自動化納米電刷鍍再制造生產(chǎn)專機

手工電刷鍍生產(chǎn)效率低、勞動強度大、質(zhì)量穩(wěn)定性較差。為此，研發(fā)了自動化納米電刷鍍技術(shù)。通過創(chuàng)新，針對發(fā)動機連桿、缸體等典型零件的再制造產(chǎn)業(yè)化問題，在國內(nèi)外首次研制成功重載斯太爾發(fā)動機連桿和缸體再制造的自動化納米顆粒復(fù)合電刷鍍專機。a.自動化納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)發(fā)動機缸體汽缸筒自動化納米電刷鍍再制造專機

該專機突破了國外發(fā)動機缸體缸筒只能采用尺寸修理法和換件加襯套修復(fù)，且修復(fù)次數(shù)有限的局限，顯著延長了缸體服役壽命，再制造后的性能超過了新品。實現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)材、減排的重大效益。發(fā)動機缸體高速電弧噴涂焰流

高速電弧噴涂技術(shù)是指高壓空氣通過高速噴管加速后，將短路的兩根金屬絲材熔化后的熔滴霧化，并使霧化粒子高速噴射到工件表面形成致密涂層的技術(shù)。與普通電弧噴涂技術(shù)相比，它噴涂速度高、并具有電弧穩(wěn)定性好、沉積效率高、涂層組織致密和結(jié)合強度號等特點，可以制備耐磨、防腐及生物相容性涂層。b.自動化高速電弧噴涂技術(shù)噴涂絲基體+-涂層噴涂絲霧化氣體原理示意圖

自動化高速電弧噴涂技術(shù)，采用機器人或操作機的操作臂夾持噴槍，通過紅外溫度場監(jiān)測和編程控制高速電弧噴槍實現(xiàn)各種規(guī)劃路徑，實時反饋調(diào)節(jié)噴涂工藝參數(shù)，實現(xiàn)自動噴涂作業(yè)的智能控制。紅外熱像儀監(jiān)測噴涂溫度場自動化高速電弧噴涂系統(tǒng)構(gòu)成自動化高速電弧噴涂再制造發(fā)動機曲軸生產(chǎn)現(xiàn)場自動化高速電弧噴涂再制造車間

自動化高速電弧噴涂技術(shù)已成功應(yīng)用于發(fā)動機再制造生產(chǎn)線，再制造生產(chǎn)汽車發(fā)動機曲軸和缸體等重要零部件，提高了再制造生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

自動化微束等離子弧熔覆技術(shù)是以微束等離子弧為熱源，對由變位機夾持的零部件表面進(jìn)行熔覆，實現(xiàn)零部件修復(fù)或再制造的表面技術(shù)。自動化微束等離子弧熔覆系統(tǒng)由微束等離子電源、操作機、變位機、送粉系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)組成。11.等離子電源，2.操作機變位機控制器，3.送粉器，4.離子氣，5.保護氣，6.操作機，7.變位機，8.等離子熔覆槍，9.水冷機。23456789c.自動化微束等離子弧熔覆技術(shù)

利用70KHz高頻逆變微束等離子電源，高于目前通常采用的20KHz逆變頻率，從而減少了設(shè)備的體積，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)特性，使得微束等離子弧的工作更加穩(wěn)定。

高頻逆變微束等離子電源正面圖半自動化微束等離子熔覆系統(tǒng)

利用該技術(shù)對斯太爾發(fā)動機廢舊排氣門密封錐面進(jìn)行了再制造。再制造后氣門變形量小，表面硬度恢復(fù)到新品數(shù)值，力學(xué)性能滿足要求。每只新品排氣門價值70元，而再制造一個廢舊排氣門的成本約為10元。

多個廢舊氣門待熔覆熔覆再制造并機加后的氣門

研制成功“裝備特殊材料零件機器人等離子再制造方艙”，以六自由度機器人和二自由度變位機為執(zhí)行機構(gòu)，能夠滿足復(fù)雜形狀零件的再制造。該套方艙自動化程度高，可以實現(xiàn)裝備零件的現(xiàn)場修復(fù)與再制造，減少再制造零件的后加工余量。車載方艙外形方艙內(nèi)部工作情形正在進(jìn)行等離子熔覆d.自動化激光熔覆技術(shù)

自動化激光熔覆技術(shù)是指采用工業(yè)機器人或操作機在規(guī)定的程序控制下自動完成零件損傷部位的修復(fù)和再制造的表面技術(shù)。自動化激光熔覆技術(shù)在對損傷零件進(jìn)行修復(fù)和再制造時，具有可自由選區(qū)修復(fù)、零件基體變形小、修復(fù)部位和基體為冶金結(jié)合、修復(fù)部位力學(xué)性能好、后加工余量小等諸多優(yōu)點。

利用自動化激光熔覆技術(shù)成功完成了齒面磨損失效嚴(yán)重的重載齒類零件的再制造，解決了再制造過程中熔覆層開裂、基體局部過熱、熔覆齒