某科技公司超聲波金屬強(qiáng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)項目建設(shè)可行性研究報告-項目建設(shè)建議書

PAGEPAGE15項目簡介XXX科技有限公司二○○七年九月目錄一、項目意義和必要性 2二、項目技術(shù)基礎(chǔ) 21、國內(nèi)外發(fā)展概況 .22、項目技術(shù)特點 33、創(chuàng)新性 44、技術(shù)成熟程度 55、技術(shù)來源 56、成果水平 57、產(chǎn)品主要構(gòu)成 5三、主要建設(shè)內(nèi)容 61、設(shè)備制造廠 62、新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)研究所 63、公司總部 6HYPERLINK4、公司規(guī)模 6HYPERLINK四、市場預(yù)測與經(jīng)濟(jì)性分析 71、產(chǎn)品市場領(lǐng)域 72、產(chǎn)品年需求量 73、產(chǎn)品營銷額與利潤估算 7五、節(jié)能與環(huán)保 7六、超聲表面強(qiáng)化技術(shù)在我公司的研究發(fā)展簡介 81、超聲深滾和滾光技術(shù)的設(shè)備開發(fā)和研究應(yīng)用 82、超聲沖擊技術(shù)的設(shè)備開發(fā)和研究應(yīng)用 133、超聲噴丸技術(shù)設(shè)備開發(fā)和研究應(yīng)用 144、金屬熔體超聲波凝固處理設(shè)備開發(fā)和應(yīng)用 14一、項目意義和必要性疲勞斷裂和磨損是鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的兩種主要失效形式，約占各類機(jī)械結(jié)構(gòu)失效總數(shù)的70%以上。失效不僅會造成直接經(jīng)濟(jì)損失，而且因失效而引起的停工停產(chǎn)還會帶來附加經(jīng)濟(jì)損失和影響。其中，因疲勞斷裂所造成的機(jī)械失效常導(dǎo)致災(zāi)難性事故，如飛機(jī)、艦船、橋梁、發(fā)電機(jī)組和重載車輛等，這些機(jī)械裝備的動力或傳動系統(tǒng)零部件往往承受疲勞載荷和磨損等的聯(lián)合作用，一旦出現(xiàn)關(guān)鍵零部件失效就會導(dǎo)致重大事故。而且這類事故時有發(fā)生，給國民經(jīng)濟(jì)造成了損失。因此，采用先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、綠色的抗疲勞、耐磨損制造和維修技術(shù)，預(yù)防疲勞斷裂和磨損失效，提高機(jī)械裝備和鋼結(jié)構(gòu)的可靠性和使用性能，延長其服役壽命，降低運行成本是十分必要和迫切的。二、項目技術(shù)基礎(chǔ)1、國內(nèi)外發(fā)展概況將超聲波技術(shù)用于金屬材料的表面強(qiáng)化，近幾年在國際上受到了相關(guān)領(lǐng)域的高度重視，并已經(jīng)開始由提高焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度向機(jī)械零部件表面強(qiáng)化領(lǐng)域發(fā)展。其中，二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的超聲沖擊技術(shù)已經(jīng)在俄羅斯作為提高艦船和核潛艇焊接鋼結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)手段。美國聯(lián)邦高速公路管理局目前已將該技術(shù)用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)的焊接生產(chǎn)和維修。加拿大、澳大利亞、德國和比利時等國家也已經(jīng)開始將超聲沖擊作為一種經(jīng)濟(jì)可靠的焊后處理技術(shù)用于大型焊接鋼結(jié)構(gòu)的制造和維修。2003年，在布加勒斯特召開的IIW焊接結(jié)構(gòu)疲勞委員會年度會議上，討論了有關(guān)采用超聲沖擊處理技術(shù)進(jìn)行焊后處理的技術(shù)規(guī)范。研究與應(yīng)用表明，采用超聲沖擊處理可以使焊態(tài)鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度提高1～2個等級。近幾年，超聲處理作為通用的金屬表面強(qiáng)化技術(shù)已開始受到國際材料學(xué)、材料加工工程和疲勞與斷裂等領(lǐng)域的重視。英、美、法、加等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已開始了將超聲表面處理用于提高航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的疲勞性能和恢復(fù)老齡化飛機(jī)高強(qiáng)度鋁合金結(jié)構(gòu)抗疲勞和抗腐蝕疲勞性能的研究發(fā)展工作。美國空軍對該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用表示出很高的興趣，并出資資助美國MetalImprovement公司針對老齡飛機(jī)的疲勞可靠性問題開展有關(guān)研究與應(yīng)用。因為飛機(jī)的日歷壽命一般為20年，以此計算，上世紀(jì)八十年代生產(chǎn)的軍機(jī)都已進(jìn)入老齡化階段。如何延長這些軍機(jī)的服役壽命不僅是一個經(jīng)濟(jì)性問題，而且也是一個關(guān)系到空軍戰(zhàn)斗力的軍事問題。加拿大國家研究委員會（CNRC）航空結(jié)構(gòu)部和法國一家公司合作也在開展有關(guān)超聲表面強(qiáng)化的研究工作。斯奈克瑪（SNECMA）、法國空客、沃爾沃(Volvo)和雷諾(Renault)等國際航空航天和汽車工業(yè)集團(tuán)也已經(jīng)資助法國、德國和英國的一些研究機(jī)構(gòu)開展了有關(guān)研究工作。這些工作表明超聲表面強(qiáng)化，作為一種抗疲勞、耐磨損制造和維修技術(shù)有著巨大的潛力和應(yīng)用前景。正如英國雪菲爾德大學(xué)材料研究所國際疲勞研究專家Rodopoulos教授2006年在法國巴黎召開的國際噴丸學(xué)術(shù)會議上所述，正在得到迅速發(fā)展的超聲表面處理技術(shù)將會和激光沖擊處理技術(shù)一起，占領(lǐng)大部分原來屬于傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化技術(shù)的市場，并將在航空航天、艦船、汽車、電力和軍工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)的有關(guān)研發(fā)工作開展較晚，目前只有超聲沖擊作為一種提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的技術(shù)手段，在一些科研院所開展了研究工作，并在工程中開始得到應(yīng)用。但是將超聲表面強(qiáng)化作為一種通用的金屬抗疲勞、耐磨損應(yīng)用，目前尚未見有關(guān)的研究和應(yīng)用報道。凱程科技有限公司基于對超聲表面強(qiáng)化的國際發(fā)展前景的調(diào)研分析，于2004年開始研發(fā)有關(guān)的設(shè)備和技術(shù)，目前已成功開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)”，并將該技術(shù)成功地用于航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片和軸類零件的抗疲勞強(qiáng)化中。該技術(shù)已經(jīng)于2005年通過了國家有關(guān)部委組織的技術(shù)鑒定，并獲科學(xué)技術(shù)二等獎。鑒定委員會認(rèn)為，超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)在表面機(jī)械強(qiáng)化領(lǐng)域處于國際先進(jìn)和國內(nèi)領(lǐng)先水平。在此基礎(chǔ)上公司還成功地開發(fā)了可以取代傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化工藝的“超聲噴丸設(shè)備和技術(shù)”，以及用于焊縫處理的系列“超聲沖擊強(qiáng)化設(shè)備”。2、項目技術(shù)特點（1）應(yīng)用領(lǐng)域廣泛超聲表面強(qiáng)化技術(shù)可應(yīng)用于如下一些工業(yè)領(lǐng)域：焊接結(jié)構(gòu)、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、承受疲勞載荷作用的結(jié)構(gòu)和零部件、汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和零部件、造船和船修、鐵路制造與維修、模具制造與維修、鑄造和機(jī)加工零部件、重型機(jī)械等。具體工業(yè)領(lǐng)域和應(yīng)用對象如下：航空工業(yè)：渦輪和壓氣機(jī)葉片、渦輪盤、起落架、鋁合金結(jié)構(gòu)；機(jī)械制造：齒輪、軸、曲軸、軸承座；汽車工業(yè)：曲軸、液壓部件、發(fā)動機(jī)氣缸、缸套、扭桿彈簧；造船業(yè)：艦船發(fā)動機(jī)軸、傳動軸、螺旋槳；電力工業(yè)：渦輪轉(zhuǎn)子軸、壓縮機(jī)和泵等；交通運輸業(yè)：橋梁、塔架、交通燈桿、交通標(biāo)志桿；建筑業(yè)：起重機(jī)、挖掘機(jī)、吊車臂。冶金工業(yè)：軋輥、模具；紡織工業(yè)：紡織滾；造紙印刷業(yè)：烘缸、印刷滾、印鈔滾；（2）技術(shù)特點在零件表面制備出高值、大深度的殘余壓應(yīng)力層，從而大幅提高零件的疲勞強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能；產(chǎn)生表面硬化效果，提高零件的耐磨性；使零件表面產(chǎn)生晶粒細(xì)化（納米晶或超細(xì)晶），進(jìn)一步提高零件的抗疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展性能；可以實現(xiàn)無削拋光，大幅降低零件表面粗糙度和加工刀痕，減小應(yīng)力集中，提高零件的抗疲勞裂紋萌生能力?？梢韵驕p輕因腐蝕坑、劃傷和微孔洞等表面缺陷導(dǎo)致的零件疲勞性能下降。（3）應(yīng)用特點可以在現(xiàn)有的制造或維修生產(chǎn)線上利用普通或數(shù)控的車床、銑床實現(xiàn)，也可利用加工中心或機(jī)械手進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。（4）經(jīng)濟(jì)性特點與美國和德國的冷深滾（CDR）和低塑性滾光技術(shù)（LSP）相比，超聲表面強(qiáng)化設(shè)備制造成本低；超聲表面強(qiáng)化設(shè)備操作成本低，加工效率高；可以在現(xiàn)有的機(jī)加工設(shè)備上實現(xiàn)，不需要投資專門的生產(chǎn)間，一次性投入小，適合大中小企業(yè)應(yīng)用；不需要引入昂貴的合金元素，也不需要高能束處理，因此節(jié)能節(jié)材。（5）環(huán)保特點 無排放、無噪音，沒有化學(xué)或電化學(xué)過程，符合綠色環(huán)保要求。3、創(chuàng)新性（1）技術(shù)原理的先進(jìn)性 超聲金屬表面強(qiáng)化是一種利用超聲波的機(jī)械沖擊、超聲懸浮和動態(tài)接觸作用使金屬零件的表面性能得到提高的技術(shù)。超聲處理可以產(chǎn)生五種復(fù)合作用效果：引入大深度殘余壓應(yīng)力（抑制裂紋萌生、降低裂紋擴(kuò)展速率）；使材料表面晶粒細(xì)化或納米化（細(xì)晶強(qiáng)化）產(chǎn)生表面加工硬化（抵抗裂紋萌生、提高耐磨性）降低零件表面粗糙度（減小應(yīng)力集中系數(shù)，延長裂紋萌生壽命）修復(fù)或減輕表面缺陷或加工紋理（減小應(yīng)力集中）（2）與國內(nèi)外同類技術(shù)相比的先進(jìn)性與國外近年來發(fā)展起來的冷深滾、低塑性滾光以及激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)相比，超聲深滾設(shè)備不需要復(fù)雜的超高壓液壓技術(shù)和激光高能束技術(shù)，因此設(shè)備制造成本和使用成本低。而且，超聲沖擊利用了沖擊慣性力的作用，對零件的靜壓力很小，所以可以處理薄壁零件而不至于使零件產(chǎn)生宏觀變形。與傳統(tǒng)的噴丸強(qiáng)化技術(shù)相比，超聲表面處理的抗疲勞效果明顯優(yōu)于噴丸強(qiáng)化。而且不需要空壓機(jī)，對環(huán)境無污染。與傳統(tǒng)的滾光工藝相比，由于該技術(shù)利用超聲懸浮、動態(tài)接觸和自由滾動等技術(shù)原理實現(xiàn)了近“無摩擦”表面處理，不會對工件表面造成劃傷或產(chǎn)生不利的殘余剪應(yīng)力。目前在國內(nèi)外尚無相同的設(shè)備和技術(shù)。4、技術(shù)成熟程度凱程公司研制開發(fā)的下列超聲表面強(qiáng)化設(shè)備與相關(guān)工藝技術(shù)均已經(jīng)過了試生產(chǎn)。其中UDR-I型超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)、ZJ-II型超聲沖擊強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)已在工程中得到應(yīng)用。USP-I型超聲噴丸設(shè)備和技術(shù)已完成技術(shù)開發(fā)，并通過了實驗室鑒定實驗。UMS-I型金屬熔體超聲波凝固處理設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)完成了樣機(jī)的開發(fā)，目前正在進(jìn)行工藝試驗。UDR-I型超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備與工藝ZJ-II型超聲沖擊強(qiáng)化設(shè)備與工藝USP-I型超聲噴丸設(shè)備與工藝UMS-I型金屬熔體超聲波凝固處理設(shè)備5、技術(shù)來源 超聲表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)由XXX科技有限公司自主研制開發(fā)。6、成果水平凱程科技有限公司所開發(fā)的“超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)”，已經(jīng)于2005年通過了國家有關(guān)部委組織的技術(shù)鑒定，并獲科學(xué)技術(shù)二等獎。鑒定委員會認(rèn)為，超聲深滾與滾光一體化表面強(qiáng)化設(shè)備和技術(shù)在表面機(jī)械強(qiáng)化領(lǐng)域處于國際先進(jìn)和國內(nèi)領(lǐng)先水平。7、產(chǎn)品主要構(gòu)成超聲表面強(qiáng)化設(shè)備的主要組成部分見圖1。圖1超聲表面強(qiáng)化系統(tǒng)構(gòu)成示意圖三、主要建設(shè)內(nèi)容1、設(shè)備制造廠（1）機(jī)加工車間（含熱處理車間）（2）電子設(shè)備加工與調(diào)試車間（3）總裝與調(diào)試車間（4）原料倉庫（5）成品倉庫（6）配電室（7）污水處理站2、新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)研究所（1）超聲波換能器設(shè)計開發(fā)室（2）功率超聲電源設(shè)計開發(fā)室（3）超聲表面強(qiáng)化工業(yè)應(yīng)用設(shè)計開發(fā)室（4）金屬材料性能實驗室3、公司總部（1）人事管理部（2）市場營銷部（3）產(chǎn)品售后服務(wù)部（4）技術(shù)培訓(xùn)部（5）后勤與安全管理部（6）餐廳（7）停車場4、公司規(guī)模根據(jù)總體設(shè)計規(guī)劃，公司擬占地1500-2000畝，員工總數(shù)為600-1000人四、市場預(yù)測與經(jīng)濟(jì)性分析1、產(chǎn)品市場領(lǐng)域航空工業(yè)、機(jī)械制造、汽車工業(yè)、造船業(yè)、電力工業(yè)、交通運輸業(yè)、建筑業(yè)、冶金工業(yè)、紡織工業(yè)、造紙印刷業(yè)、武器工業(yè)、有關(guān)科研院所和大專院校。2、產(chǎn)品年需求量 國內(nèi)市場：1000~2000臺 國外市場：100臺3、產(chǎn)品營銷額與利潤估算 國內(nèi)市場/年: TS=臺數(shù)×單價=（1000~2000）×16=16000~32000（萬元） TI=TS-（臺數(shù)×（成本+消耗））=（16000~32000）-（（1000~2000）×（8.5+0.5））=7000~14000（萬元） 國際市場/年：（以國內(nèi)市場單價和利潤乘以5倍計算） TS=（100）×16×5=8000（萬元） TI=（100）×7×5=3500（萬元） 年均銷售總額：24000~40000（萬元） 年均利潤：10500~17500（萬元）TS：銷售額/年TI：利潤/年4、員工工資 2400萬元/年五、節(jié)能與環(huán)保 超聲金屬表面強(qiáng)化設(shè)備加工制造工藝中僅涉及機(jī)加工、熱處理和電子設(shè)備加工調(diào)試，無高能耗工藝過程，符合節(jié)能降耗要求。超聲金屬表面強(qiáng)化設(shè)備加工制造工藝中，除少量噴漆工藝外無化學(xué)或有機(jī)物污染，無煙塵排放，低噪音，符合環(huán)保要求。六、超聲表面強(qiáng)化技術(shù)在我公司的研究發(fā)展簡介1、超聲深滾和滾光技術(shù)的設(shè)備開發(fā)和研究應(yīng)用圖2超聲深滾設(shè)備在數(shù)控銑床上的安裝使用圖1超聲深滾設(shè)備在數(shù)控車床上的安裝使用我公司開發(fā)了超聲深滾、超聲滾光和冷深滾一體化超聲表面強(qiáng)化處理設(shè)備。該設(shè)備可以用來進(jìn)行冷深滾、滾光和超聲深滾處理，可以手持或在機(jī)床上實現(xiàn)對零部件和結(jié)構(gòu)的處理。圖1～圖3分別是超聲深滾設(shè)備在數(shù)控車床和銑床上應(yīng)用的情況。圖2超聲深滾設(shè)備在數(shù)控銑床上的安裝使用圖1超聲深滾設(shè)備在數(shù)控車床上的安裝使用2.1超聲深滾強(qiáng)化處理提高零件疲勞性能試驗研究圖3超聲深滾設(shè)備在機(jī)械手和加工中心上的安裝使用圖3超聲深滾設(shè)備在機(jī)械手和加工中心上的安裝使用根據(jù)國標(biāo)GB/T4337—1984制備了鈦合金（TC4）光滑旋彎疲勞試件進(jìn)行超聲深滾處理前后試件疲勞性能對比分析。圖4是超聲處理前后試件的疲勞壽命曲線?？梢姡幚砬癟C4試件疲勞強(qiáng)度（107周次）為362MPa，處理后疲勞強(qiáng)度為612MPa。經(jīng)超聲深滾強(qiáng)化處理疲勞強(qiáng)度提高了69.1%，使應(yīng)力幅為600MP下的試件疲勞壽命延長了約100倍。圖4超聲深滾處理前后試件的疲勞壽命曲線2.2超聲深滾強(qiáng)化處理層的硬度分析顯微硬度測試使用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度計，載荷為100g；納米壓痕測試使用英國微觀材料納米測試科技有限公司生產(chǎn)的Nanotest600型納米壓痕儀。測試了超聲深滾處理后試樣深度方向的硬度分布。圖5是沿超聲深滾試樣深度方向的顯微硬度和納米壓痕硬度分布?？梢姡暽顫L處理使TC4材料表面的顯微硬度由HV393提高到了HV426。圖5沿超聲深滾試樣深度方向的硬度分布2.3超聲深滾強(qiáng)化處理層的殘余應(yīng)力試驗研究在同一塊45鋼板試件的磨削態(tài)表面采用4種不同工藝參數(shù)進(jìn)行超聲深滾處理，然后采用線切割技術(shù)將試件切成4塊,采用日本理學(xué)M2F-2MX射線應(yīng)力分析儀進(jìn)行了表面殘余應(yīng)力測試。表1是表面殘余應(yīng)力測試結(jié)果。表1表面殘余應(yīng)力測試結(jié)果試件編號測量結(jié)果(MPa)處理后表面平均值處理前表面平均值1-612.5-554.7-584.1///2-542.9-525.3-534.1-98.9-127.4-112.73-687.9-780.1-734.1///4-493.9-444.9-469.4///可見，經(jīng)超聲深滾表面處理后，磨削態(tài)的45鋼板表面殘余應(yīng)力平均由-112.7MPa降低到-580MPa，降低了越400％。采用射線應(yīng)力分析技術(shù)對經(jīng)超聲深滾處理后的TC4試件沿深度方向的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試。采用電解拋光的方法逐層拋光，對試件進(jìn)行逐層測試。圖6是沿超聲深滾TC4試樣深度方向的殘余應(yīng)力分布曲線。圖6超聲深滾TC4試樣沿深度方向的殘余應(yīng)力分布曲線。由上圖可見，超聲深滾處理使鈦合金試件產(chǎn)生了深度達(dá)1mm的殘余壓應(yīng)力層。殘余壓應(yīng)力的幅值達(dá)到930MPa。表面殘余應(yīng)力的大幅降低對提高零件的疲勞壽命極為有利，同時也會提高零件的抗應(yīng)力腐蝕性能。該結(jié)果與美國Lnmbda公司采用LPB工藝處理的鈦合金試件的結(jié)果基本相同。2.4超聲深滾強(qiáng)化處理層表面形貌及表面粗糙度試驗研究對磨削后的TC4平板試樣進(jìn)行了常規(guī)工藝的超聲深滾處理，使用Quant200型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了試樣的表面形貌(圖7)。a(100×)ba(100×)b(250×)處理后處理前過渡區(qū)處理后處理前采用TR240型表面粗糙度儀測試了試樣的表面粗糙度。圖8是磨削態(tài)表面的粗糙度曲線。圖9是超聲深滾處理后的表面粗糙度曲線。圖8磨削態(tài)表面的粗糙度曲線圖9超聲深滾處理后的表面粗糙度曲線表2是表面粗糙度測試結(jié)果?？梢姡暽顫L處理可以使原始態(tài)工件（磨削）表面的粗糙度從2.32降低到0.11，降低了大約20倍。表2表面粗糙度測試結(jié)果表面位置表面粗糙度Ra（m）平均值Ra（m）未經(jīng)處理2.562.182.242.372.252.32超聲深滾處理后0.130.080.100.150.090.11表面形貌和粗糙度測試結(jié)果表明，超聲深滾處理可以大幅度提高零件的表面光潔度。表面光潔度的提高有利于提高零件的抗疲勞裂紋萌生能力。2.5圓柱