国家科学技术奖公示-大尺寸铝合金车轮成型关键技术及应用

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来源:科学技术研究院 | 作者:chinacaw | 发布时间: 2019-02-17 | 18324 次浏览 | 分享到:

各单位：

按照《国家科学技术奖励工作办公室关于2019年度国家科学技术奖励提名工作的通知》（国科奖字〔2018〕41号）要求，我单位对2019年申报国家奖的项目基本情况进行公示（见后），公示期为7个自然日。

各单位或个人如对公示项目的有关意见，可在7个工作日内以实名和书面形式向科学技术研究院反映，并提供必要证明材料。反映情况要坚持实事求是，具体真实，便于调查核实。

特此公示。

联系人：赵婧 01082338198

电子邮件：zhaojingz@buaa.edu.cn

科学技术研究院

2019年1月14日

一、项目名称

大尺寸铝合金车轮成型关键技术及应用

二、提名专家意见

提名专家意见1
专家	王华明	职称	院士、教授
工作单位	北京航空航天大学	学科专业	材料加工工程
提名意见：汽车车轮以铝代钢，节能减排效果显著。大尺寸铝合金车轮已成为汽车高端化的标志，市场需求日益增大。传统低压铸造技术生产的大尺寸铝合金车轮本体强度和冲击韧性低、安全可靠性差；锻造等技术成型，成本高，难以推广。传统低压铸造技术的问题在于，轮辐轮心部位冷却速率低导致晶粒粗大、补缩困难导致缩孔缩松缺陷，以及批量生产时的缺陷在线检测与控制严重依赖人工、传统低压铸造机和生产线不能满足大尺寸车轮成型与批产要求等问题。 2002年8月以来，在国家863项目和企业项目支持下，针对车轮本体细晶化、致密化难题，研发了大尺寸铝合金车轮的本体细晶化技术、大结晶压力技术，使得车轮轮缘、轮辐、轮心各部位的整体组织细化和强韧化。针对大批量生产条件下的工艺稳定性和高效生产问题，创新研制成功缺陷在线检测与控制等技术，研发、建成了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线，并在10余家企业推广应用。项目成功解决了乘用车用大尺寸铝合金车轮高性能、安全可靠与大批量低成本难题。中信戴卡股份有限公司自2002年开始参与项目研究并推广应用，2008以来一直保持奥迪等知名高端汽车的中国独家供应商地位；近三年销售乘用车用大尺寸车轮8361.7万只，占全球市场份额超过20%。近三年应用单位新增销售收入104.66亿元，经济效益与节能减排效果显著。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

提名专家意见2
专家	李元元	职称	院士、教授
工作单位	华中科技大学	学科专业	材料加工工程
提名意见：大尺寸铝合金车轮已成为乘用车高端化的象征，需求日益增大。作为安保件，铝合金车轮尺寸越大，对力学性能的要求越高。传统的低压铸造技术不能满足大尺寸铝合金车轮安全可靠要求，采用锻造等技术成型成本提高30~50%，阻碍了大尺寸铝合金车轮的普及应用，成为铝合金车轮行业亟待解决的问题。项目针对乘用车用大尺寸铝合金车轮组织粗大、致密度低、力学性能差等问题，发明了新型高形核能力晶粒细化剂、新型炉衬结构及快开炉门结构的熔池式铝液保温炉等技术，形成了大尺寸车轮的本体细晶化技术、大结晶压力补缩技术；针对大批量生产条件下的工艺稳定性问题，通过研发大尺寸车轮成型装备和缺陷在线检测与控制技术、发明取放过滤网机械手和模具快速测温技术等，建成了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线。项目获中国发明专利26项、美国发明专利6项、软件著作权5项。在10余家铝合金车轮制造企业推广应用，实现了大尺寸铝合金车轮高性能、安全可靠原则下的规模化低成本生产，推动了乘用车用铝合金车轮行业大尺寸、高端化的升级发展。近三年销售乘用车用大尺寸车轮8361.7万只，占全球市场份额超过20%，稳居世界第一。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

提名专家意见3
专家	聂祚仁	职称	院士、教授
工作单位	北京工业大学	学科专业	材料加工工程
提名意见：铝合金车轮对汽车轻量化、降油耗、减轻环境污染与改善操作性能有重大意义。低压铸造的顺序凝固工艺特性和大尺寸车轮形状复杂、壁厚变化大的结构特点，导致车轮本体组织粗大、致密性差、力学性能低，不能够满足大尺寸铝合金车轮高性能、安全可靠要求。采用锻造等技术成型，成本高，阻碍了大尺寸铝合金车轮的普及应用。项目针对车轮本体细晶化、致密化难题，攻克了大尺寸车轮的本体细晶化技术和大结晶压力补缩技术，发明了新型高形核能力晶粒细化剂，增强了细晶形成能力；发明了新型炉衬结构及快开炉门结构的熔池式铝液保温炉，实现了大结晶压力补缩凝固；使得车轮轮缘、轮辐、轮心各部位的整体组织细化和强韧化。针对大批量生产条件下的工艺稳定性问题，研发并建成了大尺寸车轮成型装备及大批量生产线，实现了大尺寸铝合金车轮规模化、低成本生产。项目整体居国际先进水平，其中大尺寸铝合金车轮的本体细晶化技术、大结晶压力技术及应用在同行业居国际领先水平。项目成果在10余家铝合金车轮制造企业推广应用，近三年新增销售收入104.66亿元，经济效益显著，对我国铝合金车轮行业高端化发展和绿色发展具有重要意义。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。

三、项目简介

汽车车轮以铝代钢，可实现车轮减重30~50%，整车降低油耗7~13%、减少排放4~6%。传统低压铸造成型技术成功解决了乘用车用中小尺寸（14″~17″）铝合金车轮安全可靠、大批量、低成本问题。但是对于乘用车用大尺寸（18″~22″）铝合金车轮，由于传统低压铸造铝合金车轮本体强度和冲击韧性低，安全可靠性差，只能采用锻造或锻造+旋压等技术成型，成本高，难以推广。随着大尺寸车轮快速普及，高性能与低成本之间矛盾日益突出。大尺寸车轮采用低压铸造成型的难点在于，轮辐轮心部位冷却速率低导致晶粒粗大、补缩困难导致缩孔缩松缺陷和批量生产时的缺陷在线检测与控制、实现大结晶压力补缩技术以及成型装备和大批量生产线等问题。

2002年8月以来，在国家863项目和企业项目支持下，解决了乘用车用大尺寸铝合金车轮成型技术及应用问题，主要创新点如下：

1、大尺寸车轮的本体细晶化技术。针对车轮本体细晶化难题，攻克了顺序凝固原则下快速冷却技术，实现了快速顺序凝固；发明了新型高形核能力晶粒细化剂，增强了细晶形成能力；发展了轮缘温度场均匀化技术，减少了轮缘变形和飞边，实现了铸态直接旋压加工；使得车轮轮缘、轮辐、轮心各部位的整体组织细化和强韧化，其中轮辐晶粒细化程度提高59~80%，延伸率提高40~200%，冲击韧性提高110~150%。

2、大尺寸车轮的大结晶压力补缩技术。针对车轮本体致密化难题，提出了按模具状态加压新思路，发明了新型炉衬结构及快开炉门结构的熔池式铝液保温炉，实现了高压补缩凝固，减少了缩孔缩松缺陷，车轮本体密度显著提高。保压压力增大到0.3MPa，轮辐轮心孔隙率降低55%以上，延伸率提高90%以上，抗拉强度平均提高10%以上。

3、大尺寸车轮成型装备及大批量生产线。针对大批量生产条件下的工艺稳定性问题，通过研发大尺寸车轮成型装备和缺陷在线检测与控制技术、发明取放过滤网机械手和模具快速测温技术等，建成了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线，实现了大尺寸铝合金车轮大批量稳定生产，单台装备平均生产效率提高90%以上，由1人操作1台铸造机发展到1人操作12台铸造机。

通过上述材料-工艺-装备与生产线等方面关键技术的突破，成功解决了大尺寸铝合金车轮高性能、安全可靠与大批量低成本难题。获中国发明专利26项、美国发明专利6项、软件著作权5项。经专家评价：“该项目水平整体居国际先进，其中铝合金车轮快速顺序凝固技术、大结晶压力技术及应用在同行业居国际领先水平”。

项目成果在10余家铝合金车轮制造企业推广应用，实现了大尺寸铝合金车轮规模化低成本生产。中信戴卡股份有限公司自2002年开始参与项目研究并推广应用，2008以来一直保持奥迪等知名高端汽车的中国独家供应商地位；近三年销售乘用车用大尺寸车轮8361.7万只，占全球市场份额超过20%。近三年应用单位新增销售收入104.66亿元，经济效益与节能减排效果显著。

四、客观评价

1、科技成果评价

中国有色金属工业协会组织的项目评价专家组（组长为潘复生院士，副组长为聂祚仁院士、苏仕方研究员）评价结论：“该项目水平整体居国际先进，其中铝合金车轮快速顺序凝固技术、大结晶压力技术及应用在同行业居国际领先水平”；“该项目技术成果提高了车轮承载能力和安全性能、提高了生产效率和材料利用率、减低了生产成本，可提高我国铝合金车轮产品的市场竞争力，推动我国铝合金车轮抢占更多高端车轮市场，对推动我国铝合金车轮行业技术进步、产业升级意义重大。”

2、项目验收意见

国家863计划“轻质高强铝钪合金与细晶铸旋成形及其应用技术”（2013AA031002）验收意见：“利用细晶铸旋技术制造的A356.2铝合金轮毂（20″、21″及24″）毛坯分别减重21.8%、21.9%、24.0%，轮毂的本体力学性能与传统低压铸造轮毂（美国GM公司标准GM4337~M）相比，轮毂轮辐部位延伸率提高100～200%，强度提高24～26%；轮辋部位延伸率提高200～260%，强度提高40～43%；轮毂的合格率达到90%以上。”“开发了适用于A356.2铝合金的低冷速敏感高形核能力细化剂、直接挤压式低压铸造机及配套使用的高冷效脱模剂，凝固过程中的强化冷却与控制技术、铝液净化技术，突破了大尺寸A356铝合金轮毂细晶铸旋成形关键技术。”

3、应用评价

丰田、本田、日产、福特、大众等众多知名汽车厂家授予中信戴卡股份有限公司卓越质量奖、品质改善奖、十佳供应商等荣誉。

五、应用情况

项目成果在10余家铝合金车轮制造企业推广应用，实现了大尺寸铝合金车轮规模化低成本生产。中信戴卡股份有限公司自2002年开始参与项目研究并推广应用，2008以来一直保持奥迪等知名高端汽车的中国独家供应商地位；近三年销售乘用车用大尺寸车轮8361.7万只，占全球市场份额超过20%。

项目成果推动中信戴卡成为全球最大的铝合金车轮制造企业、全国最大的汽车零部件生产企业、全球汽车零部件百强企业71位，打破了中国企业入围汽车零部件100强的零记录。

近三年新增销售收入104.66亿元，经济效益与节能减排效果显著。

六、主要知识产权证明目录

知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家（地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号（标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态
发明专利	一种铝合金用低冷速敏感高形核能力AlNbTiBRE复合细化变质剂及其制备方法	中国	ZL201511031473.9	2017年4月19日	2457281	北京航空航天大学	张花蕊、张虎	有效专利
发明专利	一种带有圆形快速对开炉门结构的铸造保温炉	中国	ZL201611249824.8	2018年1月19日	2787712	北京航空航天大学，中信戴卡股份有限公司，秦皇岛信越智能装备有限公司	张花蕊、徐佐、张虎、武汉琦、贾丽娜、刘双勇	有效专利
发明专利	一种用于铸造铝合金车轮的水冷模具及其制造方法	中国	ZL201510725297.2	2017年10月3日	2546442	中信戴卡股份有限公司	朱霖、李昌海、李鸿标、李勇	有效专利
发明专利	一种快速响应测温热电偶	中国	ZL201611249105.6	2018年10月30日	3130095	北京航空航天大学	徐惠彬、张花蕊、张虎	有效专利
发明专利	一种铝合金车轮金属型低压铸造成型用结晶保压增压方法	中国	ZL201610131475.3	2017年5月31日	2500300	北京航空航天大学	张花蕊、张虎	有效专利
发明专利	一种机械手	中国	ZL201610232926.2	2018年8月10日	3029544	秦皇岛信越智能装备有限公司	陈云、刘涛涛、刘双勇、王绍江	有效专利
发明专利	一种金属过滤网分网机	中国	ZL201610347755.8	2017年11月7日	2688031	秦皇岛信越智能装备有限公司	刘双勇、侯旭、肖国新、王绍江	有效专利
发明专利	一种容纳金属熔体的容器及增加炉壁背压的方法	中国	ZL201611245776.5	2018年3月6日	2838400	北京航空航天大学	张花蕊、张虎	有效专利
发明专利	用于铸造模具上的循环冷却机构	中国	ZL201710309095.9	2018年8月17日	3037881	佛山市南海奔达模具有限公司	简伟文、何燕、王宁、陈庆勋、胡浩然	有效专利
发明专利	一种顶模串联水点冷装置	中国	ZL201610216598.7	2018年3月16日	2847706	中信戴卡股份有限公司	朱霖、李昌海、李鸿标、李勇	有效专利

七、主要完成人情况

姓名	排名	技术职称	行政职务	工作单位	完成单位	对本项目贡献
张虎	1	教授	无	北京航空航天大学	北京航空航天大学	总体负责项目需求分析、方案设计、关键技术攻关、参与应用推广工作。对创新点1、2、3做出了创造性贡献：提出了快速顺序凝固概念，发明了新型高形核能力晶粒细化剂，发明了大结晶压力工艺方法和快开式保温炉，实现了保压压力精确控制。
徐佐	2	高级经济师	董事长	中信戴卡股份有限公司	中信戴卡股份有限公司	负责项目的应用需求分析、方案设计、应用推广工作，对创新点2、3做出了创造性贡献：发明了圆形快开炉门结构的熔池式铝液保温炉，提出了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线建设思路和目标。
张花蕊	3	讲师	无	北京航空航天大学	北京航空航天大学	负责项目关键技术研究和应用推广，对创新点1、2、3做出创造性贡献：发明了新型高形核能力晶粒细化剂、发明了大结晶压力工艺方法、实现了模具温度快速测量方法实际应用。
徐惠彬	4	教授/院士	校长	北京航空航天大学	北京航空航天大学	负责项目总体技术方案设计、理论方法研究、关键技术研发。对创新点2、3做出创造性贡献：提出了按模具状态加压新思路，发明了模具温度快速测量方法。
武汉琦	5	教授级高工	总经理	中信戴卡股份有限公司	中信戴卡股份有限公司	负责项目关键技术研究及应用推广工作，对创新点2、3做出了创造性贡献：发明了新型炉衬结构；提出了缺陷在线检测与控制实现方法；解决了大结晶压力低压铸造机安全应用问题。
朱志华	6	教授级高工	工程技术研究院院长	中信戴卡股份有限公司	中信戴卡股份有限公司	负责项目关键技术研究，对创新点1、3做出了创造性贡献：发明了模具直接水冷新机构和车轮质量检测快速定位装置。
李昌海	7	高工	工程技术研究院副总工程师	中信戴卡股份有限公司	中信戴卡股份有限公司	负责项目关键技术研究，对创新点1做出了创造性贡献：发明了模具直接水冷新技术、模具温度场控制方法和后续旋压技术开发。
刘双勇	8	高工	总经理	秦皇岛信越智能装备有限公司	秦皇岛信越智能装备有限公司	负责项目关键技术研究及应用推广工作，对创新点3做出了创造性贡献：发明取放过滤网机械手和金属过滤网分网机，建成了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线，实现了大尺寸铝合金车轮大批量稳定生产。
简伟文	9	工程师	董事长	佛山市南海奔达模具有限公司	佛山市南海奔达模具有限公司	负责项目关键技术研究及应用推广工作，对创新点1、3做出了创造性贡献：发明了新型水冷模具机构、新型模具结构和使用方法；提高了单台低压铸造机和大尺寸铝合金车轮生产线的生产效率。
陶同祥	10	工程师	副总经理	青岛航大新材料技术有限公司	青岛航大新材料技术有限公司	负责项目关键技术研究及应用推广工作，对创新点2、3做出了创造性贡献：提出了大结晶压力低压铸造机的工艺参数优化方法。

八、主要完成单位及创新推广贡献

排名	完成单位	创新推广贡献
1	北京航空航天大学	北京航空航天大学作为项目的第一完成单位，负责项目总体技术方案设计、理论方法研究、关键技术研发等工作，对项目创新点1、2、3做出重要贡献，具体包括：1、大尺寸车轮的本体细晶化技术；2、大尺寸车轮的大结晶压力补缩技术；3、大尺寸车轮成型装备及大批量生产线。
2	中信戴卡股份有限公司	中信戴卡股份有限公司作为本项目的第二完成单位，负责项目应用需求分析、关键技术攻关、核心技术研制、成果应用推广等工作，对项目创新点1、2、3做出重要贡献，具体包括：1、大尺寸车轮的本体细晶化技术；2、大尺寸车轮的大结晶压力补缩技术；3、大尺寸车轮成型装备及大批量生产线。
3	秦皇岛信越智能装备有限公司	秦皇岛信越智能装备有限公司作为本项目的第三完成单位，负责项目关键技术攻关、核心技术研制、成果应用推广等工作，对项目创新点2、3做出重要贡献，具体包括：发明了圆形快开炉门结构的熔池式铝液保温炉；通过研发大尺寸车轮成型装备和缺陷在线检测与控制技术、发明取放过滤网机械手和模具快速测温技术等，建成了大尺寸车轮成型用新型低压铸造大批量生产线。
4	佛山市南海奔达模具有限公司	佛山市南海奔达模具有限公司作为本项目的第四完成单位，负责项目关键技术攻关、核心技术研制、成果应用推广等工作，对项目创新点1、3做出重要贡献，具体包括：发明了新型水冷模具机构；发明了新型模具结构和使用方法；提高了单台低压铸造机和大尺寸铝合金车轮生产线的生产效率。
5	青岛航大新材料技术有限公司	青岛航大新材料技术有限公司作为本项目的第五完成单位，负责项目关键技术攻关、核心技术研制、成果应用推广等工作，对项目创新点2、3做出重要贡献，具体包括：设计研发了新型大结晶压力低压铸造机控制系统和工艺参数优化方法。

九、完成人合作关系说明

项目完成人张虎、张花蕊、徐惠彬共同获批中国发明专利：ZL201611249105.6，一种快速响应测温热电偶。

项目完成人张虎、徐佐、张花蕊、武汉琦、刘双勇共同获批中国发明专利：ZL201611249824.8，一种带有圆形快速对开炉门结构的铸造保温炉。

项目完成人张虎、张花蕊、朱志华共同完成了国家高技术研究发展计划（863计划）课题：轻质高强铝钪合金与细晶铸旋成形及其应用技术（课题编号2013AA031002）。

项目完成人朱志华、李昌海共同获批美国发明专利：US9713837B2， Water spot cooling device of bottom mold for wheel hub casting and method for cooling bottom mold。

项目完成人徐佐、武汉琦、简伟文共同开发了大尺寸铝合金车轮低压铸造用水冷金属型模具。

项目完成人张虎、张花蕊、陶同祥共同发表论文：“Effect of cooling rate and Co content on the formation of Fe-rich intermetallics in hypoeutectic A17Si0.3Mg alloy with 0.5%Fe，MATERIALS CHARACTERIZATION，139 (2018) 116–124”。

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