機械工程中節材的途徑

高威威　孫馳　萬鑫娟　王天然

摘 要 近年來，雖然我國工程機械工業得到了快速發展，然而由于機械工程中耗材嚴重，已與經濟和社會可持續發展相矛盾。本文通過對機械工程中耗材現狀的分析，提出了節材的途徑，并對以后的發展進行了展望。

關鍵詞 機械工程 節材 途徑

進入21世紀，我國經濟進入了突飛猛進的發展期，作為經濟發展重要基石的機械工業也隨之取得了飛速發展。然而，在取得成績的同時，我們還應該看到，我們付出了高額的能源代價，能源短缺已成為我國經濟社會發展的致命瓶頸。為維持經濟和社會的可持續發展，我們必須要節約資源消耗，因此在機械工程中節材是社會可持續發展的必然要求。

一、機械工程中材料消耗的現狀

（一）在機械產品成本中，原材料費用過高

根據國家有關部門對機械系統近萬個企業進行的統計結果表明：每年消耗鋼材1000萬t，占全國的15%～20%。原材料費用平均占機械產品成本的60%以上。

（二）鋼材利用率低

據統計，我國機械工業鋼材利用率權為60%左右，與發達國家相比，有10%～15%的差距。每提高一個百分點就意味著可節約10萬t鋼材。我國機械工業的鑄、鍛件綜合廢品率偏高，造成原材料和能源的浪費，有人調查過部分企業，鑄鐵件廢品率為12%～14%，鑄鋼件廢品率為10%～11%，有些廠甚至高達20%，而國外一般低于5%。另外我國重要的基礎件的壽命低，如模具僅為發達國家的1/3。與國家有關機械系統節約材料技術政策中的要求相差甚遠。

二、機械工程中節材的途徑

機械工業節約材料的重點是鋼材等金屬材料，同時也要注意節約其它原材料。從技術經濟角度來看，機械工業節材必須考慮以下四個方面：降低產品的材料消耗；減少制造過程中的材料消耗量；提高產品質量；延長產品規定的服役期間。

（一）采用先進技術，提高利用率

采用先進制造技術，提高鑄件精度，推廣精密性成形技術，在金屬件生產中擴大中精鍛件比例，使模鍛、精鍛件比例提高到60%以上；繼續推行集中下料、科學套材、改進下料工藝和裝備，推廣各種精密，自動、數控編排的切割技術，采用帶鋸床、中溫剪切等下料新設備；大力采用先進焊接技術，減少焊條用量；采用先進的熱處理技術，提高零部件壽命；推廣可控氣氛，少、無氧化熱處理工藝和鍛造用保護氣氛加熱工藝和裝備，減少金屬氧化損失；采用材料表面處理技術，提高材料表面性能，實現節材低耗；對于關鍵基礎體（軸承、齒輪、彈簧、液壓氣動元件、模具等），擴大采用精煉鋼和脫氧鋼，以及行之有效的熱處理和表面熱處理新技術，顯著延長其使用壽命。如上海某公司采用切削活塞，其材料利用率為43.5%，改用冷擠壓后可達92%。某大型軸承廠采用高速鐓鍛生產線，使直徑在50mm以下的套圈材料利用率從9.9%提高到42%，一年節鋼1800t。

（二）采用先進的防腐蝕技術，提高設備的使用壽命

在國民經濟中不論哪個部門都毫無例外的存在著腐蝕問題。腐蝕給人們造成的危害也是很大的，它一方面造成設備、零件等材料的直接損失，另一方面還造成影響正常生產，惡化操作環境，影響產品質量，新工藝不能上馬，設計上的保守，以及發生人身安全事故等一系列重大的損失。據有關資料介紹，估計全世界每年腐蝕損失100億英磅（折合人民幣約590.8億元）。全世界每年金屬的腐蝕損失約為全年總產量的20%，也就是說全世界每年約有1億t金屬因腐蝕而損失掉。由此可見，腐蝕是自然界最大浪費之一。因此，防腐蝕也是機械工程中節材的又一重大技術課題之一。隨著科學技術的飛速發展，新的防腐蝕材料和方法的不斷涌現，防腐蝕技術也在不斷提高。例如：我軍裝備維修表面工程研究中心在海軍獵潛艇上推廣新型電弧噴涂防腐技術，可使獵潛艇鋼結構的防腐壽命從5年提高到15年。

（三）擴大應用新材料，改善用材結構

擴大應用新材料，改善用材結構，提高用材水平，積極推廣各種高強度低合金鋼、冷成形鋼、冷拔鋼管等高效鋼，使用切削鋼、新型模具鋼、感應淬火鋼等節能節材新材料；擴大硬質合金材料的使用，以及節約高速鋼和模具鋼等t擴大粉末冶金材料在汽車、拖拉機和家用電器等方面的應用；在汽車、農機和交通運輸設備中，開發應用工程塑料和復合材料。比如用高強度低合金鋼代替普通碳鋼制作一般承載構件，可以減少重量10%～30%。

（四）提高產品設計水平，充分發揮材料潛力

提高產品設計水平，充分發揮材料潛力，降低材料消耗以輕量化為目標，大力推廣計算機輔助設計，優化設計，有限壽命設計、防腐蝕設計和價值工程方法，使產品既可靠安全又結構緊湊，用材合理；適當提高材料使用強度等級，充分發揮材料性能潛力，降低材料消耗。如對EQ-140汽車橋殼進行疲勞研究和優化設計后，每臺減少5kg，新設計的經濟型數控車床與普通塔車床相比，采用數控伺服機構后，省去刀架和溜板等，零件數目減少2/5。

三、對節材途徑的展望

（1）面臨進入WTO新技術發展的機遇和挑戰，發展再制造業是應付這種挑戰的一種有效手段，使用再制造產品將再制造業降低成本，節約資源，減少污染。（2）節約原材料貫穿于原材料生產，產品設計制造及使用的全過程，其中制造過程中節材潛力最大，是最易見效的一個環節。因此要大力開發和使用先進技術、工藝和裝備，大幅度提高國產技術裝備水平，加速傳統產業技術升級。（3）基于以上論述，筆者建議在上世紀90年代出臺的有關節約材料技術政策的基礎上，力爭在行業平均鋼材利用率達80%，鑄造綜合體廢品率下降5%以下，重點骨干企業下降到3%以下，并將關鍵基礎件的平均使用壽命延長到30%以上。

四、結束語

隨著現代工業的發展，資源、能源及環境保護的問題日益突出。因此，材料的工程應用必須對之有所考慮，特別是對于大批量生產的零件，所用材料應該來源豐富，要顧及國內的資源及市場供給情況，并應盡量選用生產過程耗能低的材料。節材與節能的結果必然減少了環境的污染，有利于保護生態環境。從人類可持續發展的戰略高度出發，節約原材料，代用稀缺物資應是現代機械制造工程必須繼續探討的重要內容之一。