本人在安庆活塞环厂工作时，主持技术工作，其中两项亲自主持的项目获得省级科学技术进步二等奖。

{dy}部分：关于内撑螺旋弹簧油环的设计与试制

项目的背景：中国的活塞环的设计和生产工艺历来是照搬建国初期苏联援建项目的技术，基本上都是世界30—40年代的技术水平。活塞环是汽油机和柴油机中的一个配件，按当时的技术分工，配件厂只能按照图纸生产，配件的图纸是研究所提供的，而汽油机柴油机的主机厂只管将配件装配到主机上。活塞环这个小配件在研究上存在“三无力”的现象：即研究所无精力研究活塞环、主机厂无能力研究活塞环，而活塞环厂无权力研究活塞环。

1981年，安庆市成立了商业局车队，车队的汽车青一色由日本进口。该车队的队长司机多人原与我是一个工厂的。从车队拿来的日本原装的活塞环，其结构及表面简直让我看不懂。一组活塞环中，{dy}道平环外周镀铬，镀铬面已不是圆柱面，而是弧形的球面，{zh1}一道油环外周也镀铬，内周撑着精致的螺旋弹簧。在国内找不到任何资料能说明其原理和用途。我到图书馆找了日本有关内燃机的杂志，又到上海内燃机研究所查询，终于弄清了原理，也了解了当前国内各主要活塞环厂都在试制这种活塞环，但都未成功。

活塞环外周镀铬，可改善活塞环的摩擦性能，提高活塞环和气缸这对摩擦付的使用寿命。当时镀铬技术和工艺已基本成熟，但使镀铬圆柱表面球面化以及油环表面镀铬的工艺均未突破。其中内撑的螺旋弹簧，超出了弹簧标准，其设计和计算都无公式可参。

设计和试制：

一、镀铬层研磨关。

由于活塞与气缸之间有间隙，活塞在此间隙范围内会摆动，故圆柱面的镀铬层其边缘反而会刮伤气缸，对活塞环镀铬表面制成球面，就能解决此问题，还可缩短新发动机的磨合时间。

镀铬层表面硬度极高，普通的加工方式均无可能。一般都是通过磨削来加工，国外有报导说，有用成形的砂轮磨制。但平环一般2—2.5毫米厚，但砂轮要修成每2—2.5毫米一道弧形面，难度太大了；日本采用研磨方法，且国内几家重点厂也开始用研磨法作试验。

我们根据气缸的间隙，计算出活塞摆动的角度，确定球面的弧形量，再确定研磨具的摆动值，以此设计制造了旋转往复研磨机。经研磨的镀铬活塞环，通过金相显微镜对其剖面测定，xx达到设计要求。我们以此制定的球面环的标准。

二、油环镀铬关

油环表面上要求有油槽还开有油孔，如在电镀前不先开油孔，则电镀后表面为硬铬层，无法加工油孔；如先开好孔，则油孔在电镀时造成电力线扭曲，电力线密的地方镀层厚，电力线疏的地方镀层薄，甚至没有镀层。如何避免电力线扭曲，各厂家都想了多种方式。如堵孔法，在电镀前先将油槽、油孔用胶物封堵，等电镀后再设法切除这些封堵物；也有用氧化法，先不加工油孔，将整片毛坯加热氧化，因氧化层镀不上铬，故能在再次加工时挖油槽，然后再开油孔。这几种方法虽能完成镀铬工艺，但工艺过程复杂，成品率低且封堵物殘留和氧化层殘留影响产品的外观。我分析，大家设想的工艺流程应是走错了方向，必须另选途径。

如何另选途径？本人日思夜想，居然在一次梦中发现油孔加工的铣刀的轨迹与内径粗加工圆弧在空间中不相交，如果撑簧槽先不加工，油孔不会穿通…醒来后马上作测算，xx符合加工工艺要求：这就是我们所称的“内径余量法”。我们以正常加工流程加工，镀前不加工内径，内径撑簧部分的加工余量就能封住了油孔，电镀后，再加工内径，在铣撑簧槽时就顺利地打开了油孔。我将这一新工艺流程方案通知镀铬车间主任董金乐，他马上就动手，在陈玉清的配合下，一次成功。这一新工艺流程，没有附加流程、没有附加物品，产品品质优良。一下子，我们就投入了批量生产。（由于当时没有专利的概念，新工艺流程难以保密，一年后逐步被全国各厂应用了）

（关于我的梦：在中学读书时几次几何题作不出来，{zh1}在梦中正确添加了辅助线；在大学每逢晚上背外语单词，结果梦中就会背一个夜里；写论文时思考很多，经常会在梦中修改文章—不知其他同仁是否有过类似的经历）

三、弹簧绕制关

内撑弹簧的内径和弹簧钢丝都是1mm细，其中径与钢丝直径比远低于国际的弹簧规范，正规的绕簧机无法绕制。国内各家活塞环厂都在试制。有的用绕簧机强制绕制，虽然也能绕出，但绕簧机的夹具寿命很短；也有用普通车床，芯轴用1mm钢丝，效率很低，一不小心芯轴就断；也有采用星型梭轮，将弹簧钢丝先绕在星型梭轮，再绕到芯轴上，这样芯轴只作轴向移动不作转运，就不易断。我们改进了星型梭轮，将该梭轮总成装在车头上，顺利地拉出了所需的弹簧，热处理定型后再通过无心磨，使外园接触面加宽。

当时戚墅堰机车车辆研究所急需机车用大环（240mm）的内撑弹簧，我们用同样方法制作了一批工夹具，也顺利地为他们作了配套。说明该弹簧绕制定型磨削工艺正式过关。

四、弹簧设计关

弹簧的绕制技术算是解决了，但如何使制造的弹簧弹力符合要求？影响弹力的因素有钢丝直径、弹簧内径、绕簧节距和弹簧压缩距离。钢丝直径和弹簧内径都由油环结构决定，绕簧节距和弹簧压缩距离就成了决定弹力的关键因素。由于内撑弹簧是异型弹簧，不符合弹簧规范，原成熟的弹簧设计的计算公式都不能应用，各厂也只能通过弹力测定来确定弹簧的长度。

为此，我请教了我大学的材料力学教授苏笺筹（当时他在上海同济大学任教），他给我寄来了一本《弹簧》的技术书，是美国霍尔先生所著，里面有各种异型弹簧和变型弹簧的计算方法、有经验公式。结合内撑油环的实际情况，选用合适的计算方法。总算解决了弹簧的设计关。

我将该设计计算过程写成《关于内撑螺旋弹簧油环设计计算的几个问题》论文，发表于中国内燃机协会发表会上。至今仍是各位专家设计时引用的参考资料。

在整个试制攻关过程中，上海内燃机研究所薛景渊先生在技术上提供了大量非常有用的信息，在工艺安排试制过程中冯中淼先生出了很大力。

五、内撑弹簧油环新产品的应用关

前面已经表述过，活塞环研究设计中的“三无力现象”（即研究所无精力研究活塞环、主机厂无能力研究活塞环，而活塞环厂无权力研究活塞环），我们研究试制成功的新产品，必须得到研究所和主机厂的认可。如果他们不认可，则我们就一事无成。

首先我们主攻量大面广的S195柴油机，当时在安徽有名望的是蚌埠柴油机厂和芜湖柴油机厂（他们是安徽柴油机行业的组长厂），我们各向他们送了一批新产品的样品，希望他们能试用，并能给我们试验报告。我们告诉他们根据资料，这种内撑弹簧的油环不仅寿命长，而且能大量节省机油。

可是，这两家工厂都置之不理。经电话追问后，芜湖柴油机厂将一台窜油无法出厂的柴油机，装上了我们的活塞环后，达到出厂指标（每马力小时3克），让它出了厂。并写了一张测试纪录。真让我们哭笑不得，新的活塞环组在正常的机组上安装可以达到0.3克指标，而装在非正常的机组上虽能达到目前的出厂标准，如果该机下次维修又该怎么办，让它继续窜油？！

半年后，东风起了。安徽省机械厅召开全省柴油机行业节油产品会议，下达设计制造节油柴油机的指示。我们在会上主动介绍新产品的节油效果，厅长当场表扬、各厂要求供货，让蚌埠柴油机厂和芜湖柴油机厂很难看。算是初步胜利。但总销量太低。

不久，又听到华东汽车制造业要成立联合企业，要以南京汽车制造厂为龙头，设计制造新495汽油机，取代原跃进的482汽油机。安徽省机械厅希望我们能争取为南汽配套。我们派出技术科长端木政到南京汽车研究所索取活塞环图纸，但南汽方面不同意给图纸，说是机械工业部已指定由福建南平汽车配件厂负责供应活塞环。无奈之下，端木科长提出让我们看一眼活塞环产品图。一看南京所设计的活塞环仍是三四十年代的技术。端木科长当场就指出，这样落后的技术怎能达到国际先进的指标。激得南汽方面同意采用我们的设计和制造技术。我们用了半个月时间，就将{dy}批样品送呈了南汽研究所。新495汽油机获得成功，并送到英国理卡陀试验室通过的测试。正等待进一步的好消息时，却传来了坏消息：机械工业部决定南京汽车制造厂不再发展495型汽油机，改与意大利合资生产依维柯汽车。

不久接到南阳柴油机厂试制190柴油机的任务。该柴油机是洛阳拖拉机研究所设计的。活塞环由安庆和长沙两家试制。可以说长沙是严格按图纸制造的。但因内撑弹簧长度难以计算，设计时就留有余量，让厂方在装机时实测确定后，剪去多余的长度。但装配的工人，不知道这些情况，觉得弹簧太长装不上。我们试制的活塞环，则按照我们的计算公式，确定了弹簧的弹力和长度，很容易装配。得到厂方的欢迎。我们应邀出席了隆重的190柴油机鉴定投产大会。

为扩大新产品的经济效益，我们对在国内量大面广的活塞环作了改制和生产，如长春一汽CA-10配件生产和供应、湖北二汽EQ-140配件生产和供应以及河南洛阳拖拉机厂6120配件生产和供应。新试制带有内撑弹簧油环的这些产品，因其寿命长又节油得到广大用户的一致好评。

为表彰和激励新技术试制和应用，1988年安徽省科委同意评审该项技术为科学技术进步奖。因技术应用必须落实在具体的产品上，最终确定以《EQ-140型汽车活塞环的设计与制造》作为申报项目，并获得安徽省科学技术进步二等奖。获奖项目组名单如下：桂声万、杨积义、冯中淼、端木政和董金乐五人。

第二部分：关于钒钛钨铸铁活塞环（材质）的研究

项目的背景：自1981年起，全国活塞环行业组对各省各企业生产的活塞环的加工质量作评比，优者评为部优和国优产品称号。继又提出如何提高活塞环的耐磨性（使用寿命）。上海内燃机研究所和洛阳拖拉机研究所各自设计了活塞环耐磨性快速试验机。农机部确定以洛阳拖拉机研究所作为全国各活塞环厂产品的测试基地。1982年，测试报告中显示：安庆活塞环厂的活塞环耐磨性全国{dy}。

为什么我们会得{dy}，国内活塞环的材质分铬系列和钨系列两大类，安庆采用钨系列材质。全国各厂大多以本溪生铁为原料，本溪生铁的{zd0}的优点是材质稳定；我们是安徽小厂，没有本溪生铁的供应计划，我们只能用马鞍山生铁代用，马鞍山生铁的材质不稳定，因为有钒钛等杂质。是不是微量元素钒钛起了重要作用？又有资料称，碳化钛是三角形的硬质点，在铸铁基体内会对气缸造成意外磨损。究竟钒钛起了什么作用，钒钛的含量应该如何控制。安徽省科委对此很感兴趣，希望我们能将此作为课题好好研究。

当时，我厂技术人员中与科委走得较近的，是负责标准技术的黄文灌，他为此项目立项到处奔走。立项前要开一次论证会，黄文灌邀请负责化验室金相的技术人员WDS在论证会上作说明，WDS从金相角度分析各金属元素对材质耐磨性可能的影响。省科委决定给予立项，并拨款10万元为科研经费，并要求安徽省机械研究所共同研究。10万元科研经费中划出2万元给机械研究所。当时整个活塞环厂的产值仅300万元，利润为负数。这10万元是很大一笔资金啊！

一、成立活寒环研究所

项目立项了，经费拨下来了，怎么办，假戏也要真做了。如何研究，由谁研究，毕竟我们的从事活塞环技术多年的企业。黄文灌宣布，自己不懂材质和工艺，已办成立项和拨款，功劳已不小了，不参加项目研究组；WDS宣布自己是化验室的，不管生产工艺，也不同意参加项目研究组；项目研究组成了烫手山芋。

恰在此时，我任技术科长，我们的厂长见我xx（所以立项过程中也不与我这个技术科长通气），这次他决定免了我技术科长职务，改任活塞环研究所所长，负责该项目课题，逼我上梁山。派铸造车间技术员徐建武为副所长。我知道，如果研究不成，则拿我是问，如果研究成功，则是他用人得当。我本来就爱对问题追根刨底，近期又独立研究开发了近20多种新产品，在与厂长的关系上，我实在不愿意看到他在生产技术领域瞎指挥，到相对封闭的研究所，也省得我心烦。这次，我就听话到研究所报了到。

二、研究项目工作的分工。

安徽机械研究所派出陈柱全和张明敏两位技术人员，我们共同商讨项目研究的分工。机械研究所负责项目计划、日程安排、资料收集、对外联络、硬质点分析；厂方负责介绍生产工艺过程，控制微量元素对耐磨性的影响。

我们厂内分工，我负责全面，重点是对耐磨性测试；徐建武负责炉料成分控制、试验品的金相资料管理和分析。

三、添置必须的研究设备

首先要自制活塞环材质快速磨损试验机。我到洛阳拖拉机研究所索取试验机的图纸和测试规范，对方不同意提供，仅同意让我看一眼试验机。靠自己的记忆，回家后作设计和改装。我到滁县柴油机厂采购一台2105的气缸体和曲轴，作为试验机的基体，再加工了各种零部件，由钳工孙继圣作装配。试验机装好后，就由孙师傅开始作耐磨试验，逐步掌握了测试的技巧，与孙继圣一起摸索和制定测试的规范，纪录各次测试数据，由我作分析比较。

工厂铸造生产使用0.5吨电弧炉，为不影响正常生产，又要模拟生产条件，我们决定添一台0.05吨电弧炉作为试验设备。经查上海松江电炉厂生产这种电弧炉，但当时生产资料供应都要列入国家计划，厂方不同意卖给我们。我找了在上海机电设备公司任副经理的同学钱伯恒，请他打电话写条子，我则又找松江厂方同意以我厂的金属铝（加拿大铝）计划作交换。总算才使0.05吨电炉运到家。使得试验可以正常进行。

四、安徽机械研究所的研究成果

陈柱全和张明敏工作责任性很强，除自己查阅各种关于钒钛性能的资料外，亲自到中国科学院固体物理研究所，请求采用淬取的方法，将钒钛钨硬质点淬取成功，并用光谱扫描分析了成分。获得了硬质点分子结构及分子量。该硬质点是复合物，其成分有钒钛钨锰铁碳各种元素组成。从成形的资料看，核心部分是三角形的碳化钛，外面包的是铁钒锰碳合金。而包裹后的硬质点呈不规则圆球形，扭曲了结晶的晶格，硬度很高。这是国内{dy}次解析了硬质点的内在面目。

五、我们活塞环研究所的研究成果

我们通过用不同的炉料配比，得出不同的耐磨性，同时不同的炉料配比，也具有不同的工艺性。首先每批马鞍山原料生铁中钒钛的含量不一致，每批来料必须先对其原始的钒钛含量作测定，将高含量生铁与低含量生铁分开存放。我们发现，含钒钛量高时耐磨性好，但工艺性差；含钒钛量低时工艺性好，但耐磨性差。如果钒钛含量过高，铸件的材质金相易出现过冷现象，珠光体减少；钒钛含量适当时，基体细强度大，珠光体清晰，硬质点均匀。当原料生铁的钒钛量高时，我们用本溪生铁搭配稀释；当原料生铁的钒钛量低时则搭配高含量钒钛生铁，以控制材质中的钒钛含量稳定在一个合理范围内。

六、关于钒钛钨铸铁活塞环（材质）的研究的鉴定会

钒钛钨铸铁活塞环（材质）的研究基本完成，在准备鉴定会资料时，发现缺少钒钛钨材质的金相标准，这是因为原在化验室中掌握金相资料的的WDS拒不参加项目组造成的（项目组正常的金相分析经常受阻）。在项目临将完成时我已被调至上级主管单位安庆地区经济委员会工作。徐建武告诉我，已担任技术副厂长的WDS明确宣布不参加鉴定会。我不得不找WDS商议，他必须出席会议，并要求他整理出钒钛钨铸铁材质的金相标准。

1985年由省科委正式召开钒钛钨铸铁活塞环（材质）的研究的鉴定会，请来了全国各方专家和教授。我则代表上级主管单位安庆地区经济委员会参加鉴定会。安徽机械研究所和安庆活塞环厂项目组向大会作了项目科研成果的介绍，WDS则将原生产的钨钒钛铸铁金相标准作为钒钛钨铸铁金相标准向大会提供。由于该项目成果丰硕，大会没有对金相标准提出异议。

鉴定的几项结论：1，本项目是国内{dy}次采用{zxj}的研究方法--硬质点的淬取技术；2，{dy}次明确了钒钛钨硬质点的分子结构，证明钒钛钨硬质点有优越的耐磨性，并排除碳化钛质点拉缸的说法；3，{dy}次明确了钒钛的作用；4，{dy}次推出了钒钛系列材质，过去认为钨能强化基体，钨起主要作用，所以称为钨系列材质，将钒钛作为微量元素，合称为钨钒钛材质，而现在才明确钨对材质的影响远小于钒钛，故定名为钒钛系列材质，确定称作钒钛钨活塞环材质。5，以马鞍山生铁为主要原料的活塞环，其耐磨性达到全国{dy}，是由于钒钛钨各种元素的共同作用，强化细化了珠光体的铸铁基体，完善了磷共晶的耐磨结构，加上硬质点的耐磨作用，使活塞环材质既有良好的润滑性，又有优良的耐磨骨架，又有硬质点提高耐磨性。

本项目属省级新产品，按政策享受两年免税优惠。20万元的免税，对于一个企业扭亏为盈起到了决定性的作用。

七、关于本科研项目申报科技奖

本项科研项目圆满完成，多项为全国{dy}，省科委、省机械研究所和活塞环厂都相当满意。确定可以上报申请省级科技进步奖。每个项目可以申报五名项目成员，由于我刚离开该厂，在申报名单时却出了意外。

安徽机械研究所方面有陈柱全和张明敏二位是无争议的。厂方名单如何确定？徐建武是研究所副所长，从事铸造技术，他本来就是项目组成员，也无异议。另两名该谁？黄文灌仅在项目前期做了些工作，项目本身未参与。WDS提出他参与了项目前期的论证会，又参与了项目{zh1}的鉴定会，所以他是自项目论证会至鉴定会从头到底都参加的人员。新上任的厂长陈庆儿听到后也确实认为他是自始至终都参加了项目研究的人，便同意将他的名字上报至省科委。省科委公布的名单是四人：陈柱全、张明敏、徐建武和WDS。等我知道此事，向省科委质疑时，省科委回答说，我们将名单公告征求过意见，现在征求意见期已过，原名单生效！陈庆儿厂长也亲口对我说过，既然他从头到底都参加了，你为何会有意见？

唉！辛苦作他人的嫁衣裳。