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访谈

第 12 卷 - 2024 年 6 月刊
机械表面处理可显著降低部件的碳足迹
Oliver Maiß,ECOROLL研发和设计负责人

Oliver Maiß,ECOROLL研发和设计负责人

图解深层滚压

图解深层滚压

轻量化设计

轻量化设计

CO2结果

CO2结果

MFN采访了ECOROLL研发和设计负责人Oliver Maiß博士。

(?)MFN:下午好,Maiß博士。非常感谢您抽出时间接受我们的采访。

您能否先介绍一下自己和ECOROLL AG,以便读者了解?

(!)O.M.:您好,感谢您提供这次机会。ECOROLL AG是一家通过滚压抛光和深层滚压进行机械表面加工的技术领先企业。与抛喷丸强化不同,我们利用工具持续向表面施加压力。因此,表面质量特别高,近表面区域也会受到压缩。我们的工具能够向极深位置引入非常高的残余压应力,实现使用寿命的大幅延长。

我们在位于德国策勒的工厂开发、生产和销售滚压抛光和深层滚压工具。除此之外,我们还协助客户设计优化工艺。

我是ECOROLL AG的研发和设计负责人。我2018年加入公司,2019年接手部门管理工作。加入ECOROLL之前,我在汉诺威制造技术与机床研究所(IFW)工作,我的博士论文主题就是圆柱滚子轴承的硬车削和深层滚压。

(?)MFN:非常感谢您的简短介绍。很显然,您在这一领域积累了丰富的专业知识。我们期待您与我们和读者分享一些这方面的信息。

你们目前就深层滚压的二氧化碳平衡问题开展了大量工作。为什么?

(!)O.M.:气候变化是一个全球性问题,给我们人类带来了巨大的挑战。作为一家公司,我们当然也希望在这方面有所贡献。现在,许多研究项目都涉及到深层滚压这一主题,这往往是因为我们可以利用深层滚压实现轻量化设计,从而节省资源。因此,这种工艺总体上被认为对气候具有积极意义。

为了加深对这一效应的应用,我们希望在内容和营销方面更多地涉猎深层滚压和二氧化碳主题。当然,如果许多客户转而采用这种工艺,对我们公司也大有裨益。我愿意倾囊相授。但是,我个人认为,如果这种工艺对气候确实有积极影响,我们就有责任加以利用,为减少二氧化碳做出有意义的贡献。为此,两年前我们启动了一个内部项目,旨在更好地了解部件的二氧化碳足迹与深层滚压之间的联系。

(?)MFN:好的。这个项目的目标究竟是什么?

(!)O.M.:我们为自己设定了三个目标。这些目标一方面是内部目标,另一方面是外部目标,即与客户携手达成的目标。首要目标是创建一种评估深层滚压工艺对部件碳足迹影响程度的方法。因此,我们的工作就是要建构知识。其次,我们想把这些知识传授给大家。尽可能广泛地传播成果是这个项目的明确组成部分。方式包括会议、向客户演示甚至采访,就像这次采访一样。第三个目标是提高我们员工的积极性。对于年轻一代,“目标”这一话题的重要性日益凸显,而对于年长的同事来说,也从未停止追寻目标的脚步。看到工作意义的同事会更加兢兢业业地工作。这涉及到我们公司的每一个人。上至总经理,下至仓库员工。每个人都做出了突出贡献。

(?)MFN:你们是如何实现这些目标的?

(!)O.M.:首先,我们要寻求支持。德国设有由联邦政府资助的数字化主题能力中心。汉诺威的能力中心向我们提供了极大的支持。这是因为Christoph Herrmann教授任职的不伦瑞克工业大学制造技术与机床研究所也是该中心的成员。他被认为是生命周期工程领域的绝对专家之一。我们与该中心共同设立一个项目,进行所谓的生命周期评估。为此,我们选取一个部件样品和一种典型的滚压工艺,并利用数据库进行了从“摇篮”到“坟墓”的全过程分析。

不过,该项目的基本构想是首先确定深层滚压的应用。众所周知,深层滚压原则上可以延长动态负载部件的使用寿命。目前,可通过两种不同的方式延长使用寿命。一方面,部件可以按原样使用。这意味着投入的材料保持不变,但部件可以使用更长时间。如果部件要定期更换,这是最关键的一点。第二种情况对我们来说更为重要。部件在设计上就已经具有抗疲劳性。在这种情况下,在尺寸不变的情况下延长使用寿命毫无意义。不过,我们可以采用轻量化设计方法节省材料。我们对这种部件进行了研究。

(?)MFN:部件到底是什么样的?

(!)O.M.:我们基本上考虑了三种情况。在第一种情况下,我们纯粹从理论上进行了研究。我们假定一个部件的钢材含量是1千克,对不使用滚压工艺的情况进行生命周期评估,然后对使用滚压工艺的情况再次进行生命周期评估,后者节省了5%的材料。我们做出一些假设,在第二步中将这些假设与数据相结合。为此,我们从一个已发表的项目着手,通过深层滚压对滚子轴承进行研究。使用寿命延长150%。根据我们计算的数据,结果表明稍小一点的轴承滚压更牢固,使用寿命也相同。我们将这些数据输入模型,首先对二氧化碳进行了实际测试评估。最后,我们对“车削”、“滚压”和“滚压+减少材料”三种部件进行比较。我们还希望评估滚压工艺的能耗。

(?)MFN:这种方法听起来非常有条理。结果如何呢?

(!)O.M.:结果却截然不同。在我们自己的测试中,即最后一部分,很遗憾,我们在材料中发现了一些未曾预料到的影响,导致测试的分散度非常大,使用寿命的增长相当低,仅为10%左右。因此,对碳足迹的影响也小于10%。但从积极的方面来看,通过滚压工艺的参数研究,我们能够评估机床在滚压工艺中的额外能耗与参数之间的函数关系。简言之,额外的能耗几乎可忽略不计。

而我们在滚子轴承却取得了显著的成效。我们进行了使用寿命测试和滚压测试,这些测试来自我自己撰写的出版物,也是我论文的一部分。因此,我能够对数据进行最优化的评估和使用。如果可以将使用寿命提高2.5倍,再加上尺寸的缩小,就可以节省约33%的钢材。换算成二氧化碳当量,意味着轴承的二氧化碳足迹可以降低31%,我认为这是一项了不起的成果。

(?)MFN:是的,听起来似乎相当不错。但是,您认为遇到了哪些限制?

(!)O.M.:遗憾的是,我们还没有完成这个项目。基本上,我们还需要证明,我们确实可以生产出使用寿命完全相同的两个部件,而其中一个部件的材料用量更少。

我们通过这个项目开创了一个伟大的理论过程。那就是,任何人都可以通过一项计划尽可能详细地确定深层滚压部件的碳足迹。此外,利用项目数据进行的粗略估算已经相当不错,但这仅仅是粗略估算。如果能够向计算器自动输入更多真实数据,改进估算结果,那就更好了。因为,要提高精确度,就绕不开非常详细的生命周期评估,而且还必须优化、精细化深层滚压工艺的设计。

(?)MFN:在此期间,您能使用这些数据吗?还是客户会运用这些知识?

(!)O.M.:我们在2023年年中才刚刚开始公开这一主题。初步反馈非常积极,我们已经计划与一些大客户会面,他们希望就这一主题与我们展开讨论。是的,虽然我还不能利用部件样品进行说明,但我们正在应用这些成果。

(?)MFN:我们很快就会见证这些成果。感谢您抽出时间对项目进行详细的介绍。祝未来一切顺利。

(!)O.M.:非常感谢。


MFN感谢Oliver Maiß接受此次采访!


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29227 Celle, Germany

电话:+49.5141.9865-0

邮箱:mail@ecoroll.de

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