该项目来源于原中国北车股份有限公司与齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司签订的技术开发（委托）合同《铁路货车关键铸钢件高能X射线工业CT/DR检测技术及逆向三维造型技术研究》（合同编号：2014NGA004）。摇枕、侧架、车钩、牵引杆、牵引梁等铁路货车关键铸钢件的内部质量直接关系着铁路货车的运行安全，随着铁路货车重载提速技术的发展，铁道运输安全对铁路货车关键铸钢件的可靠性和安全性提出了更高的要求。目前，铁道行业普遍采用整体磁化荧光磁粉探伤技术对关键铸钢件表面缺陷进行检测，采用X射线照相和密实度解剖的方法对内部缺陷及铸造工艺的合理性进行评价。由于X射线照相只能获取缺陷在工件内部的平面投影信息，无法获得在工件截面上的深度及厚度信息，不能对缺陷的危害性进行全面准确的评价，且其检测效率低，对环境存在污染。对于传统的密实度解剖方法，虽然可以获取缺陷在工件断面上的信息，但由于该方法为破坏性检验，解剖样本及解剖断层数量均受到一定的限制，随机性较强，不能全面客观反映特定结构及特定工艺条件下工件内部缺陷分布及特征。为了保证铁路货车关键铸钢件的可靠性和运用安全，迫切需要开展高能X射线工业CT和DR成像检测技术对关键铸钢件内部缺陷检测和评价的研究工作，依托现代的无损检测技术，创建一套科学、先进、可靠的关键铸钢件内部缺陷评价体系和评价标准，进一步提高铁路货车产品研发、工艺研究及可靠性研究的能力和水平。逆向设计是现代数字制造技术研究领域中的一个重要分支，是产品仿制、引进技术消化和吸收及再创新、新产品开发的一种重要技术手段。它是利用一定的测量手段对现有产品扫描，利用扫描得到的数据生成CAD 模型的技术。目前的逆向设计是基于产品外型尺寸机械、光电测量的技术，不但受到被测结构表面形状复杂，材料性质、表面光滑程度的限制，更为突出的问题是不能获取内部结构形态的数据。因此，复杂内腔结构产品的技术消化一直是我国企业面临的难题。工业CT是基于射线束穿透被测物体进行断层扫描，在无损条件下以二维剖面或三维立体图像的形式，准确地展示被检测物体内外结构，实现对被检测物体结构、尺寸、材质密度的定性分析和定量测量，与其它的测量技术（如三坐标测量机、结构光法、计算机视觉法和激光干涉法等）相比，工业CT具有非破坏性、不受被测物体内外结构复杂程度影响等突出特点，具有其他测量技术无法替代的优越性。因此，基于工业CT技术的逆向设计技术将提供一种新的逆向设计手段，突破传统逆向设计的局限性，解决复杂内腔结构产品的逆向设计难题。开展逆向三维造型技术的研究工作可进一步提高企业的新产品研发和技术引进消化能力。 1 检测技术方面的作用和意义 在铁路货车行业内，目前尚无可对实际生产进行指导的完整工业CT检测标准和检测工艺技术规范，无可供实用的工业CT检测典型缺陷标准图谱，无可直接指导生产铸件工业CT检测的国家或行业标准，无基于CT成像的铸钢件逆向三维造型技术和软件，本项目研究工作将填补上述空白。同时，基于工业CT技术的逆向设计技术将提供一种新的逆向设计手段，突破传统逆向设计的局限性，解决复杂内腔结构产品的逆向设计难题，提高企业的新产品开发和技术引进消化能力。 2 行业发展方面的作用和意义 开展铁路货车关键铸钢件高能X射线工业CT/DR检测技术及逆向三维造型技术研究工作，创建一套科学、先进、可靠的关键铸钢件内部缺陷评价标准和评价体系，实现对其内部结构及其内部气孔、夹砂、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷高效率、高精度的无损检测，可有效提高铁路货车关键铸钢件内部质量和可靠性，对保障国家和人民生命财产安全具有重大的意义。 该项目研究工作的开展将进一步提高公司产品研发、工艺研究及可靠性研究的能力和水平，全面提升企业核心技术竞争能力，增强国内外客户对我公司产品的信任度和美誉度，为进一步开拓国内外市场，树立和巩固公司在全球轨道交通装备行业的形象和地位奠定坚实的基础。依托高能X射线工业CT和DR检测系统开展对铁路货车关键铸钢件内部缺陷检测和评价的研究工作，通过分析计算、对比试验、工艺试验等方法，完成铁路货车摇枕、侧架、车钩等关键铸钢件工业CT和DR检测方法及工艺参数的研究，实现对其内部结构及其内部气孔、夹砂、夹杂物、缩孔、疏松、冷隔、裂纹等铸造缺陷高效率、高精度的无损检测。 依托现有工业CT/DR检测技术平台，完成三维网格重建技术、端面填充技术、三维网格平滑技术、三维网格简化技术、三维网格规范化技术、逆向设计软件三维CAD实体模型重构研究工作，实现复杂内腔结构产品的逆向设计，填补铁路货车关键铸钢件内部缺陷工业CT/DR检测技术空白。 主要完成工作如下： （1）完成关键铸钢件内部缺陷高能X射线工业CT和DR检测工艺试验，确定检测工艺。 （2）创建一套科学、先进、可靠的关键铸钢件内部缺陷评价体系和评价标准。 （3）完成三维网格重建技术、三维CAD实体模型重构等研究工作。 （4）开发设计逆向三维造型软件。 （5）在产品研发、铸造工艺研究、可靠性研究及生产过程质量控制推广应用。该项目研究成果在2016年中国中车科技研究计划开发项目《国铁货车车钩运用可靠性提升技术研究》中解决了检测难题，发挥了巨大的作用；完成了逆向设计软件开发，具备铁路货车复杂内腔结构产品的逆向设计能力，并在CQ-1A型钩舌和120阀体研发和工艺改进中成功应用，不仅提升了无损检测综合能力，而且提高了产品研发和工艺研究水平；在摇枕、侧架、车钩等关键铸钢件内部缺陷检测与质量评价方面，实现了高效率、高精度的无损检测，不仅更加科学、合理、有效的实现了铸造工艺稳定性的评价，缩短了产品研发试制周期，而且减少了破坏性试验和重复性试验造成的成本增加，实现了成本节约。 通过应用铁路货车关键铸钢件高能X射线工业CT/DR检测技术及逆向三维造型技术研究项目成果，在摇枕、侧架、车钩等关键铸钢件产品研发、工艺研究试验、质量控制、成本节约以及效率提升等方面取得了非常可观的收益，以检测结果为导向，有的放矢，实现了铸造工艺水平和综合能力的高效提升，有效提高了铁路货车关键铸钢件内部质量和可靠性，对保障国家和人民生命财产安全具有重大的意义，同时，增强了国内外客户对我公司产品的信任度和美誉度，为进一步开拓国内外市场，树立和巩固公司在全球轨道交通装备行业的形象和地位奠定了坚实的基础。

中车齐齐哈尔车辆有限公司

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