科技公司超聲波金屬強化高技術產(chǎn)業(yè)可研報告-可研報告

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、項目技術基礎 21、國內外發(fā)展概況 .22、項目技術特點 33、創(chuàng)新性 44、技術成熟程度 55、技術來源 56、成果水平 57、產(chǎn)品主要構成 5三、主要建設內容 61、設備制造廠 62、新產(chǎn)品設計開發(fā)研究所 63、公司總部 6HYPERLINK4、公司規(guī)模 6HYPERLINK四、市場預測與經(jīng)濟性分析 71、產(chǎn)品市場領域 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、超聲表面強化技術在我公司的研究發(fā)展簡介 81、超聲深滾和滾光技術的設備開發(fā)和研究應用 82、超聲沖擊技術的設備開發(fā)和研究應用 133、超聲噴丸技術設備開發(fā)和研究應用 144、金屬熔體超聲波凝固處理設備開發(fā)和應用 14一、項目意義和必要性疲勞斷裂和磨損是鋼結構和機械零件的兩種主要失效形式，約占各類機械結構失效總數(shù)的70%以上。失效不僅會造成直接經(jīng)濟損失，而且因失效而引起的停工停產(chǎn)還會帶來附加經(jīng)濟損失和影響。其中，因疲勞斷裂所造成的機械失效常導致災難性事故，如飛機、艦船、橋梁、發(fā)電機組和重載車輛等，這些機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)關鍵零部件失效就會導致重大事故。而且這類事故時有發(fā)生，給國民經(jīng)濟造成了損失。因此，采用先進、經(jīng)濟、綠色的抗疲勞、耐磨損制造和維修技術，預防疲勞斷裂和磨損失效，提高機械裝備和鋼結構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、項目技術基礎1、國內外發(fā)展概況將超聲波技術用于金屬材料的表面強化，近幾年在國際上受到了相關領域的高度重視，并已經(jīng)開始由提高焊接結構的疲勞強度向機械零部件表面強化領域發(fā)展。其中，二十世紀九十年代發(fā)展起來的超聲沖擊技術已經(jīng)在俄羅斯作為提高艦船和核潛艇焊接鋼結構的重要技術手段。美國聯(lián)邦高速公路管理局目前已將該技術用于橋梁鋼結構的焊接生產(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)濟可靠的焊后處理技術用于大型焊接鋼結構的制造和維修。2003年，在布加勒斯特召開的IIW焊接結構疲勞委員會年度會議上，討論了有關采用超聲沖擊處理技術進行焊后處理的技術規(guī)范。研究與應用表明，采用超聲沖擊處理可以使焊態(tài)鋼結構的疲勞強度提高1～2個等級。近幾年，超聲處理作為通用的金屬表面強化技術已開始受到國際材料學、材料加工工程和疲勞與斷裂等領域的重視。英、美、法、加等工業(yè)發(fā)達國家已開始了將超聲表面處理用于提高航空發(fā)動機渦輪葉片的疲勞性能和恢復老齡化飛機高強度鋁合金結構抗疲勞和抗腐蝕疲勞性能的研究發(fā)展工作。美國空軍對該技術的發(fā)展和應用表示出很高的興趣，并出資資助美國MetalImprovement公司針對老齡飛機的疲勞可靠性問題開展有關研究與應用。因為飛機的日歷壽命一般為20年，以此計算，上世紀八十年代生產(chǎn)的軍機都已進入老齡化階段。如何延長這些軍機的服役壽命不僅是一個經(jīng)濟性問題，而且也是一個關系到空軍戰(zhàn)斗力的軍事問題。加拿大國家研究委員會（CNRC）航空結構部和法國一家公司合作也在開展有關超聲表面強化的研究工作。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)集團也已經(jīng)資助法國、德國和英國的一些研究機構開展了有關研究工作。這些工作表明超聲表面強化，作為一種抗疲勞、耐磨損制造和維修技術有著巨大的潛力和應用前景。正如英國雪菲爾德大學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術會議上所述，正在得到迅速發(fā)展的超聲表面處理技術將會和激光沖擊處理技術一起，占領大部分原來屬于傳統(tǒng)噴丸強化技術的市場，并將在航空航天、艦船、汽車、電力和軍工等領域得到廣泛的應用。國內的有關研發(fā)工作開展較晚，目前只有超聲沖擊作為一種提高焊接結構疲勞強度的技術手段，在一些科研院所開展了研究工作，并在工程中開始得到應用。但是將超聲表面強化作為一種通用的金屬抗疲勞、耐磨損應用，目前尚未見有關的研究和應用報道。凱程科技有限公司基于對超聲表面強化的國際發(fā)展前景的調研分析，于2004年開始研發(fā)有關的設備和技術，目前已成功開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權的“超聲深滾與滾光一體化表面強化設備和技術”，并將該技術成功地用于航空發(fā)動機壓氣機葉片、渦輪葉片和軸類零件的抗疲勞強化中。該技術已經(jīng)于2005年通過了國家有關部委組織的技術鑒定，并獲科學技術二等獎。鑒定委員會認為，超聲深滾與滾光一體化表面強化設備和技術在表面機械強化領域處于國際先進和國內領先水平。在此基礎上公司還成功地開發(fā)了可以取代傳統(tǒng)噴丸強化工藝的“超聲噴丸設備和技術”，以及用于焊縫處理的系列“超聲沖擊強化設備”。2、項目技術特點（1）應用領域廣泛超聲表面強化技術可應用于如下一些工業(yè)領域：焊接結構、橋梁鋼結構、承受疲勞載荷作用的結構和零部件、汽車零部件、飛機結構和零部件、造船和船修、鐵路制造與維修、模具制造與維修、鑄造和機加工零部件、重型機械等。具體工業(yè)領域和應用對象如下：航空工業(yè)：渦輪和壓氣機葉片、渦輪盤、起落架、鋁合金結構；機械制造：齒輪、軸、曲軸、軸承座；汽車工業(yè)：曲軸、液壓部件、發(fā)動機氣缸、缸套、扭桿彈簧；造船業(yè)：艦船發(fā)動機軸、傳動軸、螺旋槳；電力工業(yè)：渦輪轉子軸、壓縮機和泵等；交通運輸業(yè)：橋梁、塔架、交通燈桿、交通標志桿；建筑業(yè)：起重機、挖掘機、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）技術特點在零件表面制備出高值、大深度的殘余壓應力層，從而大幅提高零件的疲勞強度和抗應力腐蝕性能；產(chǎn)生表面硬化效果，提高零件的耐磨性；使零件表面產(chǎn)生晶粒細化（納米晶或超細晶），進一步提高零件的抗疲勞裂紋萌生和擴展性能；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，減小應力集中，提高零件的抗疲勞裂紋萌生能力。可以消除或減輕因腐蝕坑、劃傷和微孔洞等表面缺陷導致的零件疲勞性能下降。（3）應用特點可以在現(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械手進行表面強化處理。（4）經(jīng)濟性特點與美國和德國的冷深滾（CDR）和低塑性滾光技術（LSP）相比，超聲表面強化設備制造成本低；超聲表面強化設備操作成本低，加工效率高；可以在現(xiàn)有的機加工設備上實現(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，沒有化學或電化學過程，符合綠色環(huán)保要求。3、創(chuàng)新性（1）技術原理的先進性 超聲金屬表面強化是一種利用超聲波的機械沖擊、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。超聲處理可以產(chǎn)生五種復合作用效果：引入大深度殘余壓應力（抑制裂紋萌生、降低裂紋擴展速率）；使材料表面晶粒細化或納米化（細晶強化）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（減小應力集中系數(shù)，延長裂紋萌生壽命）修復或減輕表面缺陷或加工紋理（減小應力集中）（2）與國內外同類技術相比的先進性與國外近年來發(fā)展起來的冷深滾、低塑性滾光以及激光沖擊強化技術相比，超聲深滾設備不需要復雜的超高壓液壓技術和激光高能束技術，因此設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)的噴丸強化技術相比，超聲表面處理的抗疲勞效果明顯優(yōu)于噴丸強化。而且不需要空壓機，對環(huán)境無污染。與傳統(tǒng)的滾光工藝相比，由于該技術利用超聲懸浮、動態(tài)接觸和自由滾動等技術原理實現(xiàn)了近“無摩擦”表面處理，不會對工件表面造成劃傷或產(chǎn)生不利的殘余剪應力。目前在國內外尚無相同的設備和技術。4、技術成熟程度凱程公司研制開發(fā)的下列超聲表面強化設備與相關工藝技術均已經(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化設備和技術、ZJ-II型超聲沖擊強化設備和技術已在工程中得到應用。USP-I型超聲噴丸設備和技術已完成技術開發(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備和技術已經(jīng)完成了樣機的開發(fā)，目前正在進行工藝試驗。UDR-I型超聲深滾與滾光一體化表面強化設備與工藝ZJ-II型超聲沖擊強化設備與工藝USP-I型超聲噴丸設備與工藝UMS-I型金屬熔體超聲波凝固處理設備5、技術來源 超聲表面強化設備和技術由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化設備和技術”，已經(jīng)于2005年通過了國家有關部委組織的技術鑒定，并獲科學技術二等獎。鑒定委員會認為，超聲深滾與滾光一體化表面強化設備和技術在表面機械強化領域處于國際先進和國內領先水平。7、產(chǎn)品主要構成超聲表面強化設備的主要組成部分見圖1。圖1超聲表面強化系統(tǒng)構成示意圖三、主要建設內容1、設備制造廠（1）機加工車間（含熱處理車間）（2）電子設備加工與調試車間（3）總裝與調試車間（4）原料倉庫（5）成品倉庫（6）配電室（7）污水處理站2、新產(chǎn)品設計開發(fā)研究所（1）超聲波換能器設計開發(fā)室（2）功率超聲電源設計開發(fā)室（3）超聲表面強化工業(yè)應用設計開發(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)品售后服務部（4）技術培訓部（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、市場預測與經(jīng)濟性分析1、產(chǎn)品市場領域航空工業(yè)、機械制造、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)、有關科研院所和大專院校。2、產(chǎn)品年需求量 國內市場：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 超聲金屬表面強化設備加工制造工藝中僅涉及機加工、熱處理和電子設備加工調試，無高能耗工藝過程，符合節(jié)能降耗要求。超聲金屬表面強化設備加工制造工藝中，除少量噴漆工藝外無化學或有機物污染，無煙塵排放，低噪音，符合環(huán)保要求。六、超聲表面強化技術在我公司的研究發(fā)展簡介1、超聲深滾和滾光技術的設備開發(fā)和研究應用圖2超聲深滾設備在數(shù)控銑床上的安裝使用圖1超聲深滾設備在數(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化處理設備。該設備可以用來進行冷深滾、滾光和超聲深滾處理，可以手持或在機床上實現(xiàn)對零部件和結構的處理。圖1～圖3分別是超聲深滾設備在數(shù)控車床和銑床上應用的情況。圖2超聲深滾設備在數(shù)控銑床上的安裝使用圖1超聲深滾設備在數(shù)控車床上的安裝使用2.1超聲深滾強化處理提高零件疲勞性能試驗研究圖3超聲深滾設備在機械手和加工中心上的安裝使用圖3超聲深滾設備在機械手和加工中心上的安裝使用根據(jù)國標GB/T4337—1984制備了鈦合金（TC4）光滑旋彎疲勞試件進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試件疲勞強度（107周次）為362MPa，處理后疲勞強度為612MPa。經(jīng)超聲深滾強化處理疲勞強度提高了69.1%，使應力幅為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超聲深滾強化處理層的殘余應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)進行超聲深滾處理，然后采用線切割技術將試件切成4塊,采用日本理學M2F-2MX射線應力分析儀進行了表面殘余應力測試。表1是表面殘余應力測試結果。表1表面殘余應力測試結果試件編號測量結果(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鋼板表面殘余應力平均由-112.7MPa降低到-580MPa，降低了越400％。采用射線應力分析技術對經(jīng)超聲深滾處理后的TC4試件沿深度方向的殘余應力進行了測試。采用電解拋光的方法逐層拋光，對試件進行逐層測試。圖6是沿超聲深滾TC4試樣深度方向的殘余應力分布曲線。圖6超聲深滾TC4試樣沿深度方向的殘余應力分布曲線。由上圖可見，超聲深滾處理使鈦合金試件產(chǎn)生了深度達1mm的殘余壓應力層。殘余壓應力的幅值達到930MPa。表面殘余應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力腐蝕性能。該結果與美國Lnmbda公司采用LPB工藝處理的鈦合金試件的結果基本相同。2.4超聲深滾強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果?？梢?，超聲深滾處理可以使原始態(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圓柱形零件超聲沖擊滾壓前后的宏觀形貌圖10圓柱形零件超聲沖擊滾壓前后的宏觀形貌深滾后切削態(tài)圖10圖10圓柱形零件超聲沖擊滾壓前后的宏觀形貌深滾后切削態(tài)2、超聲沖擊技術的設備開發(fā)和研究應用處理后處理前處理后處理前圖13超聲沖擊設備3、超聲噴丸技術設備開發(fā)和研究應用圖13超聲沖擊設備研制了超聲噴丸設備和系列噴丸工具頭（圖14）。超聲噴丸技術特別適合與對工件的局部表面進行噴丸強化處理。與空氣噴丸相比，因不需要壓縮空氣，因此設備簡單便攜，使用方便。由于不需要進行丸粒回收，因此可以使用貴重的優(yōu)質合金丸。該設備也可以在制造生產(chǎn)線上利用傳統(tǒng)的機加工設備對零件表面進行噴丸強化。由于超聲噴丸工藝比普通的氣動噴丸工藝相比具有更高的強度，因此可以更大程度地提高零件的抗疲勞性能。在一些大型機械裝備和橋梁、塌架等大型鋼結構的維修中，利用超聲噴丸技術也比普通噴丸技術有明顯的優(yōu)越性，設備便攜，僅需電力驅動，無污染，便于進行結構的局部維修強化。圖14超聲噴丸槍和系列噴丸工具頭4、金屬熔體超聲波凝固處理設備開發(fā)和應用圖15是為北京某金屬研究院研制開發(fā)的用于鎂合金和鋁合金鑄造的金屬熔體超聲波凝固處理設備的工具頭照片。該設備和工藝已在該研究院的鎂合金鑄造工藝中得到了應用，試驗表明，采用超聲波熔體處理技術后，鎂合金鑄錠的晶粒得到了細化，減少了枝晶的生長，降低了氣孔率，同時使境界偏析得到了抑制。力學性能試驗表明，經(jīng)超聲波熔體處理后，鎂合金鑄錠的強度和韌性均有提高。目前，該研究院正在和我公司合作，開展超聲波熔體處理技術在鎂合金和鋁合金鑄件生產(chǎn)中的應用技術開發(fā)。圖15金屬熔體超聲波凝固處理設備工具頭目錄TOC\o"1-2"\h\z第一章項目基本情況 3一、項目情況說明 3二、可行性研究的依據(jù) 5第二章項目建設的必要性與可行性 8一、項目建設背景 8二、項目建設的必要性 9三、項目建設的可行性 14第三章市場供求分析及預測 17一、項目區(qū)生豬養(yǎng)殖和養(yǎng)殖糞污的利用現(xiàn)狀 17二、禽畜糞污產(chǎn)量、沼氣及沼肥產(chǎn)量調查與分析 18三、項目產(chǎn)品市場前景分析 20第四章項目承擔單位的基本情況 21一、養(yǎng)殖場概況 21二、資產(chǎn)狀況 21三、經(jīng)營狀況 21第五章項目地點選擇分析 23一、選址原則 23二、項目選點 23三、項目區(qū)建設條件 24第六章 工藝技術方案分析 27一、污水處理模式的選擇 27二、處理工藝的選擇 29三、項目工藝流程 31四、主要技術參數(shù) 35五、主要設備選型 39第七章項目建設目標 40一、項目建設目標 40二、項目建設規(guī)模 40第八章項目建設內容 42一、建安工程 42二、儀器設備 46第九章投資估算和資金籌措 48一、投資估算的范圍 48二、投資估算的依據(jù) 48三、投資估算 49四、資金使用計劃 54五、資金籌措 54第十章建設期限和實施進度安排 55一、項目建設期限 55二、項目實施進度安排 55第十一章土地、規(guī)劃和環(huán)保 57一、土地與規(guī)劃 PAGEREF_