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首善禅城 匠心筑梦丨王凯:身怀工业模具修复“绝技”,志在推动产业绿色升级

佛山日报 2019-08-26 09:31:54.383

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人物简介
佛山科学技术学院特聘教授,研究生导师,机电工程学院机械设计制造系主任。长期从事增材制造与先进焊接技术研究,其主持研制的系列新型药芯焊丝制备技术,能广泛应用于高强钢焊接以及重载机械易损件、陶瓷及铝型材模具等的修复与再制造。该技术通过了国家科技部验收,并获得中国有色金属工业科学技术奖三等奖(第一完成人)。

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参加国际学术会议留影

王凯:身怀工业模具修复“绝技”,志在推动产业绿色升级
“这个就是用于电弧增材制造的新型药芯焊丝。”在佛山科学技术学院机电工程学院的增材制造研究室里,该校特聘教授、研究生导师王凯指着一捆细铁丝样的圆形物体说。
如果不说,没有人能看出,记者眼前的这捆普通到不能再普通的物品,是王凯在2011年-2014年开发的“系列新型药芯焊丝制备技术”的其中一个产品,而该系列产品引领和带动了我国焊接材料和装备制造业的发展,经济效益超过6000万元。
 8年前,王凯着手研究这一应用于工业模具修复再制造的高端耗材制备技术,如今他已成为该领域专家,并把这个行业评为“世界先进水平”的技术带到了佛山,致力推进佛山绿色再制造产业链升级。
乐于钻研交流,成就兴趣人生
“系列新型药芯焊丝制备技术,简单来说,就是一种丝状焊接材料的制造技术,通过改变药芯粉末的组成,既可以作为高强钢和不锈钢等钢铁的焊接材料,也可以用于金属模具的修复和再制造材料。”王凯介绍,工业制造应用中的模具,如陶瓷模具、铝型材模具、汽车锻压模具等受到损伤、破坏后,生产企业可以选择通过选择对应的药芯焊丝和恰当的电弧增材制造(焊接)技术把模具破埙部分修补完好。
而这项技术的开始是从8年前,当时高强钢药芯焊丝制备技术在国内尚处于初始研发阶段,距离国外先进水平尚存在较大差距,而国外的药芯焊丝产品占据了主要的国内市场。这一点也是真正触动王凯决意要开展该项技术研发的原因。
“我本科和研究生就读于合肥工业大学金属材料专业,之后到韩国进修读博士,一直都致力于金属材料的基础研究,长期以来的研究积累,让我具备了带领年轻团队开展项目研究的能力。”于是,王凯就组建了一支有从事焊接技术研究的年轻人团队去迎接挑战药芯焊丝制备技术。

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王凯在给国家科技部专家现场汇报系列新型药芯焊丝技术。

“研发过程其实有诸多困难,比如制备焊丝的过程绝对不能中断,一旦停止容易造成粉末受潮,将会导致研发结果出现偏差等问题。”王凯说,而整个制备过程往往需要一天的时间,包括了从粉末配比、混粉、烘粉等预处理开始,到成形和拉拔减径过程的控制,再到最后的层绕和收卷焊丝这一系列工艺过程,每一步都具有很多小窍门需要去摸索。
那段时间,王凯坚持经常带领团队成员一起,没日没夜地加班加点到半夜。
“很多不可预计的小问题都会影响到研究进度,都需要团队一起努力去克服。”回想起这个过程,无论遇到什么困难或者难题,王凯都选择乐在其中,还特别喜欢琢磨如何破解难题。
“有时候睡觉也在想有什么解决方法。”王凯笑呵呵地解释,可能因为真的源于兴趣与热爱,并不会觉得累与苦。“有时候一觉睡醒了,还真的想出了‘点子’呢。”
但更多的时候,王凯坦言,除了自己乐于花时间“沉浸式”钻研,更喜欢通过和同行交流探讨的方式解决难题。“有交流,有碰撞,才能出‘火花’嘛。”王凯说,现在已经是跨学科交叉融合的时代了,不可能总是局限在实验室里面里埋头苦干、闭门造车。
对标国际最先进技术对王凯来讲,是研发过程中至为关键的成功因素。
针对国内药芯焊丝制造的薄弱环节,结合国内船舶制造、石油化工、模具修复等领域的市场需求,王凯团队通过中国-乌克兰巴顿焊接研究院这一国际创新科技合作平台,成立了中乌固连科技有限公司,通过产学研合作在船舶、海洋工程、矿山机械等行业开展技术推广工作。
“采取合作研发方式,我们在注重引进吸收消化乌克兰先进药芯焊丝制备技术经验的基础上,根据国产材料的特性和市场需求,再自主开发新型药芯焊丝产品并进行研究成果的应用推广。”王凯说,与国际先进科技交流合作带来的成果是显著的。
其中,自主研发产品中,名为600MPa及700MPa气保护药芯焊丝已在广船国际有限公司工艺实验室完成应用验证和部分结构件的焊接制造;堆焊药芯焊丝已应用于东卓机械设备(天津)有限公司的大型矿山球磨机锤头和广州起重设备有限公司的重载起重器轮毂的修复与再制造,相关产品新增产值已超过6000万元。
走进生产第一线,推进企业绿色再制造
2016年,佛山科学技术学院向身在广州的王凯抛出了“橄榄枝”,“高校+高端研究院所+龙头企业”的产学研合作发展模式和产学研融合创新环境让王凯最终选择来到佛山。同时,王凯也看中了佛山是制造业大市,产业多元化,模具修复与绿色再制造的需求日益增大。当时,佛山还没有一家企业尝试过新型药芯焊丝制备技术。
带着研发成果来了,学术成就也相当亮眼。但是,新的问题来了,王凯在向市场推广过程中发现,佛山企业对新技术的接受程度普遍不高。
由此,这也变化近年来摆在王凯面前一道经常思考的现实难题:科研成果如何向市场转化?

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参加国际焊接年会留影

开局很艰难,王凯却没放弃。“其实我们所研发的产品一直都是针对企业实际问题,解决产业化需求,达到带动产业升级目的去做的。” 王凯相信,这确实需要一个过程接受。“于是,我们就坚持一家又一家企业去推广应用,与佛山企业面对面交流。”
王凯表示,企业在生产过程中,发现模具损坏后,一般会选择人工修复。“但是这个过程效率低下,耗时长,效果也不稳定。即使修复好,可再利用率也不高,不超过10次。”
“如果应用我们研发的电弧增材制造(3D打印)技术和配套的药芯焊丝产品,就可再用100次。”王凯自信地说,我们的技术不仅可以达到修复如新,效率快、稳定可靠,提高使用寿命,还可以通过对废旧模具进行改型升级,进一步提升产品价值,绿色环保,而且能够有效的提升企业的智能制造水平。
目前,已有近30家具有一定规模化的本地企业在使用该项焊接技术应用于模具修复等。
王凯认为,只有坚持走进生产第一线,了解工人的实际使用感受,再回头反过来优化配方和制备技术。只有与企业基层多交流,碰撞出更多“火花”,才能真正了解企业的需求点到底是什么,也有利于高校研究型教师在科研产出数量与质量的提升,也对佛山的模具修复与绿色再制造产业链有带动作用。
推动建立校企合作实验室,为佛山输送高素质应用型人才
作为佛山科学技术学院特聘教授,王凯在承担教学工作中,对于本科生的教学指导更多是鼓励学生培养兴趣,大力提倡用“玩”的方式去研究各种技术研发“套路”,对研究生则要求必须把理论知识学透,把机理吃透。
在增材制造研究室里,说起王凯,一名研三的学生王钰可是赞不绝口。“知识理论、实践经验都特别丰富。”王钰说,王凯总是鼓励学生尝试自己的想法,勇敢去创新。“他和学生研究课题项目,从来都是有商有量,能让大家不断保持学习的兴趣和探索的热情。”

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指导学生做实验。佛山日报记者周师伢摄

同时,作为机电工程学院机械设计制造系主任, 从2016年开始,王凯就积极推动建立了机器人产业学院-校企合作实验室,成功构建了一种专业、学科、产业三位一体的新型校企合作人才培养模式。
“学院鼓励学生申请专利,经过机器人产业学院孵化成果。”王凯说,对于市场前景较好的研究成果,学院也积极鼓励学生创业,力争做到人人有专利,个个有成果。
“未来想建更多的产业学院实验室,特别是在增材制造技术、激光加工技术和模具制造相关领域的校企联合实验室。”接下来,王凯希望吸引更多的企业与院校共建实验室,企业可以通过提供设备,把项目放到实验室里交给学生去尝试应用,也让学生更好地明白理解企业和市场的需求是什么,该往哪方面锻炼提升技能。
王凯认为,推动建立校企合作实验室,最终目的其实是为佛山培育输送高素质的应用型人才,是一种人才培养模式的创新。


2019“禅城大工匠”初审通过名单

姓名   单位及职务

王凯   佛山科学技术学院 教师

王锐明  海天公司设备厂 质控经理

邓燕平  佛山市禅城区邓燕平艺术工作室 工艺美术家

冯平   佛山市凯文玛索石砖有限公司 产品美学总工程师

任少东  广东天安新材料股份有限公司装饰材料事业部 总经理

刘炳   石湾新美陶厂 艺术顾问

江欣灿  佛山市禅城区创业职业技能学校 首席培训导师

麦剑   广东睿江云计算股份有限公司 研发部总工程师

杜蔚安  广东美众生物科技有限公司 副总经理

李肖霞  张槎街道农产品检测和动物防疫检疫站 食品检验员

李涛   佛山市冠恒网络科技有限公司 总经理

杨华亮  佛山市陶瓷研究所集团股份有限公司金刚研究院 院长

吴启莹  佛山市禅城区创业职业技能学校 常务副校长

吴树钊  佛山禅城供电局配网综合班 副班长

邱军   鹰牌公司河源二厂 副厂长

范安琪  佛山市大唐陶业有限公司 艺术总监

罗焕均  佛山市众盈电子有限公司 研发部经理

周樑成  佛山华国光学器材有限公司 总经理

庞文忠  石湾新美陶厂 艺术顾问

庞仲达  佛山市金凯过滤设备有限公司 董事长兼总经理

郑永忠  佛山市三技精密机械厂 总经理

封伟民  封伟民工作室 创作总监

钟礼丰  广东金意陶贸易有限公司 研发中心副总监

黄文铮  广东省六建集团有限公司副 总经理、项目经理

黄春林  广东新明珠陶瓷集团有限公司 研发经理

黄健   佛山市华夏建筑陶瓷研究开发中心有限公司 主任、副总经理

韩彦明  佛山市华材职业技术学校汽车运用与维修专业 专业课老师

曾权   佛山市东鹏陶瓷有限公司 总监

霍家荣  石湾新美陶厂 创作室主任

戴永刚  广东金意陶有限公司 副部长


文丨佛山日报记者周师伢

图丨受访者供图(除署名外)

编辑 郑佳乐
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