智能熱處理及其發(fā)展前景研究

羅培培

（中航工程集成設(shè)備有限公司，北京 102206）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和科技水平的不斷提升，我國熱處理研究工作在眾多專家學(xué)者的艱苦奮斗下從無到有，從小到大，不斷發(fā)展，取得了顯著的發(fā)展成果，為我國的裝備制造企業(yè)及其相關(guān)企業(yè)的發(fā)展和壯大做出了不容忽視的重要貢獻(xiàn)，為我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)民生的保障留下了不可磨滅的功勛。尤其是改革開放以來，我國熱處理技術(shù)發(fā)展迅猛，熱處理企業(yè)如雨后春筍般迅速崛起，不斷發(fā)展和完善，行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)取得了銷售收入560億元的佳績，更為解決就業(yè)和提高人民生活水平打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。就現(xiàn)階段的熱處理技術(shù)種類而言，化學(xué)熱處理、整體熱處理、感應(yīng)熱處理和形變熱處理等重要技術(shù)發(fā)展迅速，門類齊全，為我國現(xiàn)代制造業(yè)的運(yùn)行和長續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但與此同時(shí)，我國熱處理技術(shù)和世界發(fā)達(dá)國家相比仍舊存在較大差異，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量差、實(shí)際能耗較大以及高端熱處理裝備自主創(chuàng)新能力較差等問題嚴(yán)重困擾著現(xiàn)階段我國的經(jīng)濟(jì)安全和國家安全，更面臨著全新的金融危機(jī)和工業(yè)革命挑戰(zhàn)。因此，梳理熱處理技術(shù)的重要性，探究智能熱處理技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)及其未來發(fā)展前景，調(diào)整現(xiàn)階段發(fā)展戰(zhàn)略，探索熱處理行業(yè)存在問題及其解決途徑的緊迫性不言而喻[1]。

1 熱處理的重要性

一般而言，熱處理技術(shù)主要是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或金屬構(gòu)件進(jìn)行加熱、保溫或冷卻的方式，以獲得預(yù)期的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)性能的重要工藝。眾所周知，金屬材料或金屬構(gòu)件的內(nèi)在性能和質(zhì)量除成分這一重要影響因素外，主要由熱加工過程中的諸多工藝性質(zhì)決定。而熱處理工藝作為熱加工工藝流程的最后一道工序，能對(duì)金屬材料或金屬構(gòu)件的內(nèi)部微觀組織結(jié)構(gòu)和綜合性能進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整和把控，同時(shí)也能嚴(yán)格控制熱處理畸形和變化。也就是說，熱處理技術(shù)是機(jī)械制造技術(shù)的重要組成部分，更是強(qiáng)化金屬材料或金屬構(gòu)件、發(fā)揮金屬材料真正潛力的重要工藝手段，是保證和提高目前我國機(jī)械產(chǎn)品制造質(zhì)量、生產(chǎn)可靠性、運(yùn)行可靠性和延長實(shí)際使用壽命的重要技術(shù)之一，是制造企業(yè)核心競爭力的突出表現(xiàn)。

2 智能熱處理是智能制造的重要組成

智能制造，也就是制造智能化的重要內(nèi)涵是針對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品、裝備或機(jī)械設(shè)施的設(shè)計(jì)制造過程，合理利用信息感知、決策判斷和安全執(zhí)行等先進(jìn)的智能化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品、工具、制造環(huán)境以及制造工人之間資源的最優(yōu)化組合和最優(yōu)化配置，從而達(dá)到由人類學(xué)專家和智能機(jī)械設(shè)備共同組成的人機(jī)系統(tǒng)去擴(kuò)大和延伸甚至部分取代現(xiàn)有勞動(dòng)力在傳統(tǒng)制造生產(chǎn)企業(yè)中的的體力活動(dòng)和腦力活動(dòng)的目的。

可以說，21世紀(jì)將是智能制造企業(yè)獲得快速發(fā)展的全新時(shí)代，智能制造企業(yè)將引領(lǐng)新一代制造業(yè)的重大變革，甚至對(duì)傳統(tǒng)制造企業(yè)產(chǎn)生顛覆性變化。

由于數(shù)字化和智能化制造生產(chǎn)具有靈敏度較高、生產(chǎn)效率較高和能耗較低等諸多特質(zhì)，能夠滿足可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展下的市場化需求，能滿足傳統(tǒng)制造企業(yè)不能滿足的低碳環(huán)保目標(biāo)、個(gè)性化生產(chǎn)目標(biāo)以及快速生產(chǎn)目標(biāo)和高品質(zhì)生產(chǎn)目標(biāo)等[2]。

與此同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和信息技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，數(shù)字化制造和智能化制造獲得了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，而信息技術(shù)和制造技術(shù)的不斷深度融合和交流發(fā)展以及知識(shí)對(duì)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)增長基礎(chǔ)作用顯著性的不斷增強(qiáng)，在未來較長時(shí)間內(nèi)智能制造將成為我國制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和跨越式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和核心手段。

簡單而言，制造智能化并不單純是單元技術(shù)的集成，更是制造模式的創(chuàng)新。智能化制造技術(shù)具備以下特征：首先是以知識(shí)理論為核心，以知識(shí)促進(jìn)生產(chǎn)；其次是制造商、客戶和市場的緊密聯(lián)系，密切滿足市場需求和客戶需要。再者是高效管理和柔性生產(chǎn)。制造智能化能憑借其靈敏度較高的諸多優(yōu)勢強(qiáng)化生產(chǎn)組織，提升制造企業(yè)實(shí)際管理效率。最后，制造智能化還能大幅度提升傳統(tǒng)模式下制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量，降低產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)成本，在減少資源消耗的同時(shí)減小對(duì)周圍環(huán)境的負(fù)面影響。也就是說，智能化制造下的制造企業(yè)，能由傳統(tǒng)模式下的對(duì)資源高度依賴和對(duì)環(huán)境高度污染轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源節(jié)約型和環(huán)境友好型，為綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色制造奠定重要基石。

3 智能熱處理重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)

3.1 熱處理設(shè)備節(jié)能減排控制技術(shù)

熱處理設(shè)備節(jié)能減排控制技術(shù)主要包括爐體構(gòu)造、工裝夾具的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)能電源及新型加熱元器件的研發(fā)，新型節(jié)能爐用材料的研究與應(yīng)用和電子輻射控制設(shè)計(jì)等四大方面。就爐體構(gòu)造、工裝、夾具的最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題而言，相關(guān)專家學(xué)者運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法對(duì)熱處理設(shè)備和設(shè)施的爐體構(gòu)造、工裝夾具等關(guān)鍵部位進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使熱處理設(shè)備、爐體構(gòu)造符合節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而為熱處理設(shè)備的智能化控制和數(shù)字化發(fā)展奠定一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 冷卻控制技術(shù)

冷卻控制技術(shù)主要包括淬火冷卻工藝系數(shù)模擬、淬火變形控制技術(shù)和強(qiáng)烈淬火技術(shù)等三大部分。就淬火變形控制技術(shù)問題而言，由于金屬設(shè)備或金屬材料在熱處理淬火變形過程中的實(shí)際影響因素較為復(fù)雜，導(dǎo)致材料或金屬構(gòu)件變形控制難度進(jìn)一步提高，而借助校正方法糾正金屬淬火變形或增強(qiáng)切削加工實(shí)際余料量等傳統(tǒng)方式控制熱處理材料變形量，都會(huì)在一定程度上使熱處理加工成本大幅度增加，因此，對(duì)淬火變形控制技術(shù)的優(yōu)化改良是提升熱處理產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量、延長生產(chǎn)零部件實(shí)際使用壽命甚至提高熱處理經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

4 結(jié)語

隨著我國科技的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)熱處理裝備和熱處理材料的要求越來越高，智能熱處理制造行業(yè)在我國工業(yè)制造中的重要價(jià)值進(jìn)一步凸顯。而由于熱處理技術(shù)是涉及材料、機(jī)械、冶金等多個(gè)行業(yè)的重要制造工藝，更是提升我國制造業(yè)水平和制造業(yè)自主創(chuàng)新能力的重要手段，因此，有關(guān)專家學(xué)者及制造企業(yè)必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)智能熱處理核心技術(shù)的關(guān)注，使智能熱處理技術(shù)從傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)性技術(shù)跨越為科學(xué)計(jì)算型技術(shù)，最大程度上使熱處理技術(shù)擺脫依賴傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的落后狀態(tài)，向精確化生產(chǎn)和可靠質(zhì)量控制方向不斷發(fā)展，為我國科技進(jìn)步和制造業(yè)市場競爭力的提升做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)[3]。