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          鍛壓裝備在國民經濟、社會發展和科學發展中所起的作用

          鍛壓裝備在國民經濟、社會發展和科學發展中所起的作用

          作者:admin    來源:未知    發布時間:2020-08-26 18:38    瀏覽量:

          鍛壓裝備制造的零件具備高生產率、高性能和精確性的優勢,在國民經濟、社會發展和科學發展中起著舉足輕重的作用。

          1 新材料產業發展的需要

          新材料涉及領域廣泛,一般指新出現的具有優異性能和特殊功能的材料,或是傳統材料改進后性能明顯提高和產生新功能的材料,其范圍隨著經濟發展、科技進步、產業升級不斷發生變化。我國新材料產業“十二五”發展規劃中將“高端金屬結構材料”作為一個重要的發展領域。主要包括高品質特殊鋼、新型輕合金材料等。這些材料大多需要用鍛壓設備加工來實現對原材料性能的顯著改善,如高品質特殊鋼中的耐高溫、耐高壓、耐腐蝕電站用鋼、節鎳型高性能不銹鋼、高標準軸承鋼、齒輪鋼、模具、高強度緊固件用特種鋼。新型合金材料中以輕質、高強、大規格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞的高性能鋁合金、鎂合金和鈦合金為代表,主要應用于航空航天、高速鐵路、汽車零部件、軌道列車等領域。

          2 高端制造業的要求

          高端裝備制造業是以高新技術為引領,處于價值鏈高端和產業鏈核心環節,決定著整個產業鏈綜合競爭力的戰略性新興產業,是現代產業體系的脊梁,是推動我國工業轉型升級的引擎。在調整產業結構的背景下,高端裝備制造業被認為是七大新興產業中資金最密集、產業鏈最完備、見效最快的產業之一。高端裝備主要包括傳統產業轉型升級和戰略性新興產業發展所需的高技術、高附加值裝備?!秶鴦赵宏P于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》明確的重點領域和方向包括航空裝備、衛星及應用、軌道交通裝備、海洋工程裝備等。

          目前航空、航天、兵器等國防工業的零部件都朝著大型化、整體化、精密化的方向發展,例如俄羅斯的安-22運輸機機身采用750MN模鍛水壓機生產的投影面積達3.5㎡的B95合金大型隔框整體模鍛件共20個,5m2的B95合金大型隔框整體模鍛件共20個,共減少了800個零件,減輕飛機機體質量1000kg,減少機械加工工時15%~20%。再如某飛機的主要承力框,在原設計中采用分體鍛造、整體焊接的結構,使用和試驗結果表明,焊縫處疲勞壽命比母體約低30%,因此飛機設計目標壽命較低,僅2000飛行小時。由于承力框采用三部分焊接制造工藝,包含多個焊縫,焊接工序多、焊縫質量控制難度大,一個整框零件的生產周期長達6~7個月,成為制約飛機生產進度的瓶頸,中國第二重型機械集團有限公司(簡稱二重)萬航模鍛有限公司在2006年進行了大型鈦框的鍛件設計、研制和生產,并首次在國內成功研制出整體鈦合金框模鍛件。其中整框模鍛件產品的加工周期由原來的6~7個月減少至3個月,機械加工工時節約45%。這些零件中很多為難變形材料諸如鈦合金、高溫合金,其變形抗力大、組織性能要求高,鍛壓時的工藝控制困難。特別隨著現代航空裝備對高性能、高減重、長壽命、高可靠性及低成本制造技術等需求的不斷提高,現代飛機和發動機進一步向結構整體化、零件大型化的方向發展。大型模鍛件的應用水平已成為先進飛機的標志之一。

          美國波音747~787、A320~380客機的鈦合金起落架,F-16戰斗機鈦合金機身隔框,D-10飛機的后支承環,915發動機機座,蘇27~33戰斗機鈦合金大型結構件,GT25000艦用燃氣輪機直徑1.2m渦輪盤等都是在上述大型模鍛水壓機上模鍛成形的。當今世界上航空制造業強國都擁有4.5萬t以上的重型模鍛液壓機。美國擁有兩臺4.5萬t模鍛液壓機,俄羅斯擁有兩臺7.5萬t模鍛液壓機,法國擁有一臺6.5萬t模鍛液壓機??罩锌蛙嚬旧a的A380客機起落架的成形,就是在俄羅斯7.5萬t壓力機上完成的。美國第四代戰斗機F-22機身采用了4個長約4m、投影面積達5m2以上的TC4鈦合金整體式隔框模鍛件,大型鈦合金模鍛件的采用,大幅度提高了飛機結構效益水平,并且實現了高性能軍機的制造。模鍛件的大型化和整體化是航空鍛壓技術的發展方向,是實現飛機主承力結構整體化的重要條件。大型航空模鍛件的制造離不開大型鍛壓設備,近年來中國相繼成功研發了用于航空大飛機的400MN、800MN大型航空模鍛液壓機生產線、用于兵器炮管制造的360MN立式管材熱擠壓生產線、用于固體導彈發動機筒體旋壓的100t立式數控強力旋壓機,滿足了中國國防工業的急需。用于航空航天以及衛星的零部件使用的材料多為輕質、耐高溫、難變形合金,航空發動機渦輪盤需要擠壓機開坯才能滿足其性能要求,美國在350MN立式鋼擠壓機上為其開坯;美國將125MN臥式擠壓機(德國在二戰期間為制造軍用飛機所需的大型鋁合金及鎂合金擠壓材料而建造的大型擠壓機)改造為145MN正反向雙動擠壓機,也用于大型飛機的鋁合金、鎂合金材料擠壓,可生產長為32m、單位質量為134kg/m、寬為1016mm的型材。

          船舶工業是為水上交通、海洋開發及國防建設提供技術裝備的現代綜合性產業,是軍民結合的戰略性產業。進一步發展壯大船舶工業,是提升我國綜合國力的必然要求。海洋工程裝備是人類在開發、利用和保護海洋活動中使用的各類裝備的總稱,是海洋經濟發展的前提和基礎,處于海洋產業價值鏈的核心環節。海洋工程裝備制造業是戰略性新興產業的重要組成部分,也是高端裝備制造業的重要方向,具有知識技術密集、物資資源消耗少、成長潛力大、綜合效益好等特點,是發展海洋經濟的先導性產業。船舶及海洋工程同樣也離不開擠壓機,如艦艇、船舶、汽艇等的船身結構件和甲板;潛艇潛望鏡用大口徑厚壁超長管;艦船用耐壓、耐腐蝕不銹管;石油運輸管等均需用擠壓產品。

          發展“技術先進、安全可靠、經濟適用、節能環保”的軌道交通裝備,是提升交通運輸效率的保證,是實現資源節約和環境友好的有效途徑,對國民經濟和社會發展有較強的帶動作用。隨著我國軌道交通特別是高鐵的高速發展,軌道交通裝備業對節能、環保、安全性、可靠性的需求進一步增強,高速列車以及地鐵車廂的覆蓋件、集裝箱和廂式貨車大都采用擠壓型材。

          3 新能源產業要求

          《國民經濟和社會發展十二五規劃綱要》指出:“新能源產業重點發展新一代核能、太陽能熱利用和光伏光熱發電、風電技術裝備、智能電網、生物質能。開發利用、支持新能源產業發展,為在“十二五”時期繼續促進能源發展方式轉變,加快資源節約型和環境友好型國家建設,確保能源與經濟、社會、環境的協調發展具有重要意義。”擠壓機是新能源產業不可或缺的關鍵設備之一,如中國重型機械研究院的40MN鋯管擠壓機專為核電擠壓核原料容器用高管而建設,500MN立式鋼管擠壓機采用鐓擠技術為核電站生產主管道而建設。

          新能源汽車是新能源產業的重要分支之一,節能與新能源汽車已成為國際汽車產業的發展方向,而輕量化則是實現新能源汽車的重要環節。鋁合金材料以其質量輕、強度剛度高成為汽車輕量化的最佳使用材料。日本本田NSX全車用鋁材達到31.3%。據杜克公司(Duker)調查,2009年有67款汽車(歐洲49款、日本18款)的鋁合金用量達到182kg/輛。歐洲小汽車用鋁量2010年不足100kg/輛,2012年已達到140kg/輛,預計2020年將增至200kg/輛;福特提出要在2020年前實現鋁合金和鋼在車身上的用量大致相等的目標;我國也提出單車用鋁量目標2020年為190kg/輛,2030年達到350kg/輛。這些鋁材大部分使用的是擠壓產品,如保險杠、車窗、座椅等,復合板箱式車和冷藏式箱式車,其前頂軌、側頂軌、前底軌等產品均為鋁合金擠壓型材。

          4 汽車、鐵路及船舶工業

          2009年中國汽車產銷量分別達1379.10萬輛和1364.48萬輛,至此中國成為世界汽車產銷第一的國家。隨著我國汽車工業一直保持快速發展的步伐,汽車中70%以上的零部件是依靠板料制作的,在汽車制造的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝中,板料、模具、設備是覆蓋件生產必不可少的三大硬件或三大要素。沖壓是第一道工藝,相應的沖壓設備也是四大工藝中投資最大、技術水平要求最高的,對汽車制造規模與質量保障極為重要。

          目前中國的鐵路裝備制造業已帶給世界更多、更快、更先進的高鐵工程。中國鐵路制造業制造的機車、車輛、鋼軌、道岔、通信信號設備、大型施工機械,基本滿足了中國鐵路建設和發展的需要。目前中國的飛機、汽車制造裝備還主要依賴進口,中國的鐵路運輸所采用的技術裝備基本是由中國制造的。因為對鐵路運輸裝備中零部件的力學性能要求高,因此超過一半以上的零部件是依靠鍛壓工藝制作的。這些零部件的制造,鍛壓設備是關鍵保障設備。例如西安軌道交通裝備有限責任公司與天津市天鍛壓力機有限公司簽訂并實施了拉深滑塊公稱壓力為85MN、壓邊滑塊公稱力40MN的鐵路罐體封頭制造用雙動厚板拉深液壓機,確保了大型罐體的國產化。

          目前汽車、鐵路等行業所需要的大型鍛件,特別是重載汽車的曲軸大型鍛件,采用錘鍛的方式來生產,或只能采用鑄件來代替鍛件的方式。重型曲軸熱模鍛生產線的研制能大規模提高生產效率,降低鍛件毛坯的鍛造成本,提高鍛件的鍛造性能,滿足汽車、鐵路、造船等方面的發展需要。

          國內從20世紀70年代開始制造熱模鍛壓力機,同時開展鍛造的自動化連線工作。目前,大量使用錘鍛、摩擦壓力機等的鍛造廠都在更新設備,采用技術更優的熱模鍛壓力機。熱模鍛自動生產線在鍛造行業占據的份額越來越大,熱模鍛自動生產線設計也就越來越重要。目前,國外僅有兩條160MN熱模鍛生產線,全球能夠設計、制造的只有兩家公司,都是外國公司,國內在該領域是空白的。隨著我國汽車、鐵路、造船等重要領域技術裝備的快速發展,對大型鍛件需求越來越旺盛,對大型熱模鍛生產線需求巨大。國內80MN以上的大型熱模鍛生產線的制造,均由二重設計、完成,該公司已經具備生產研發重型曲軸熱模鍛生產線的能力。根據國內外鍛造行業的發展趨勢,大型熱模鍛生產線的需求量巨大,有著廣闊的市場前景。

          二重制造的125MN熱模鍛壓力機生產線,為我國的汽車和鐵路的發展起到了良好的保障作用,現在世界上已有兩臺160MN熱模鍛壓力機。我國目前擬研制重型曲軸熱模鍛生產線:配置?1000輥鍛機、160MN熱模鍛壓力機、16MN切邊機、2.5MN扭轉機、20MN校正機,6400kW中頻加熱爐以及后續熱處理工藝設備,這些設備在國內都是全新的,需要根據該生產線的要求進行新的設計,重型曲軸熱模鍛生產線的研制同時也帶動了國內設備的制造業水平。

          5 電器與家電工業

          早在1996年,我國主要家電產品的產量已進入世界前列,如電冰箱、電視機、洗衣機、電熨斗、電風扇、電飯鍋產量已居世界首位。電器與家電設備中的絕大多數零部件的加工,通常是采用沖壓工藝分別成形出幾個工件后,再采用焊接的方法制成的。巨大的產量迫使高速壓力機的滑塊每分鐘的行程次數已高達4000次。國內目前已研發出1500次/min、125MN的大型高速壓力機。例如利用三滾輪旋壓機床來生產薄壁不銹鋼鍋、鋁鍋等普通鍋或高壓鍋類產品。用這種方法生產出來的零件不但具有良好的內外表面質量,且能節省多達50%的材料。采用變薄旋壓的方法可以生產一般家庭、餐館或醫院常用的不銹鋼器皿,例如碗、大口杯、桶、過濾器、水壺、量具、調味瓶等。采用普通旋壓的方法可以生產鋁壺、點心盒、勺、平底鍋、真空保溫容器等用品。對某些經過沖壓或變薄旋壓成形后的工件有時還需要進行縮頸旋壓成形,例如茶壺、咖啡壺、糖罐、花瓶等。而這些鍛壓工藝的實施,鍛壓設備是必不可少的關鍵的設備。

          6 電力工業

          中國對電力的需求量極大,從而迫使我們要加大發電設備的制造步伐。目前傳統的發電機、汽輪機、鍋爐三大動力設備的成套總產量已達到全球的2/3。如此大的電力市場要求國內裝備制造業不斷進取、創新。例如中國一重集團有限公司(簡稱一重)1.50萬t、二重1.6萬t、上海重型機器廠有限公司(簡稱上重)1.65萬t、中信重工機械股份有限公司(簡稱洛礦)1.85萬t的大型自由鍛液壓機相繼投入使用,滿足了電力裝備大型自由鍛件鍛造的迫切要求。

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