400 8877 001世界最大模鍛液壓機(jī)
時(shí)間：2019-11-13 10:35:00 閱讀：9865 整理：廣州市場調(diào)查公司
巨型模鍛液壓機(jī)，是象征重工業(yè)實(shí)力的國寶級戰(zhàn)略裝備，世界上能研制的國家屈指可數(shù)。目前世界上擁有4萬噸級以上模鍛壓機(jī)的國家，只有中國、美國、俄國和法國。其中美國在1955年前后建造了兩臺當(dāng)時(shí)世界最大的4.5萬噸模鍛水壓機(jī)，一直用到現(xiàn)在。2001年，美國加州舒爾茨(Shultz)鋼廠，又建造了一臺4萬噸級模鍛壓機(jī)。蘇聯(lián)在1961年前后建造了兩臺7.5萬噸級的巨型模鍛水壓機(jī)。法國在1976年向蘇聯(lián)購買了一臺6.5萬噸級模鍛水壓機(jī)，又在2005年與德國合作研制了一臺4萬噸級模鍛壓機(jī)。中國在1973年建成第一臺3萬噸級模鍛壓機(jī)后，停滯了將近40年。直至近兩年爆發(fā)式地研制了多臺巨型壓機(jī)。僅在2012年建成的就有3萬噸(昆侖重工)、4萬噸(三角航空)、8萬噸(德陽二重)模鍛壓機(jī)各一臺。其中8萬噸級壓機(jī)，一舉打破了前蘇聯(lián)保持了51年的世界紀(jì)錄。
模鍛壓機(jī)主要用于制造航空、航天、核電、石化等領(lǐng)域的高強(qiáng)度鈦/鋁合金鍛件。如美國F15、F16、F22、F35戰(zhàn)斗機(jī)的鈦/鋁合金機(jī)身框架、起落架、發(fā)動機(jī)渦輪盤;美國波音747-787客機(jī)的鈦合金起落架構(gòu)件;俄國蘇27、蘇33、T50戰(zhàn)斗機(jī)的鈦合金結(jié)構(gòu)件;歐洲空客A320-380客機(jī)的鈦合金結(jié)構(gòu)件;烏克蘭GT25000艦用燃?xì)廨啓C(jī)直徑1.2米渦輪盤等，都需要用上述巨型壓機(jī)模鍛成型。其中美國波音747客機(jī)的主起落架傳動橫梁，采用TI-6Al-4V鈦合金，鍛件長6.20米，寬0.95米，投影面積4.06平方米，重達(dá)1545公斤。美國F-22戰(zhàn)斗機(jī)的后機(jī)身發(fā)動機(jī)艙，采用Ti-6Al-4V整體隔框閉式模鍛件，長3.8米，寬1.7米，投影面積5.16平方米，重達(dá)1590公斤，由威曼高登公司采用4.5萬噸級模鍛壓機(jī)制造。F-22戰(zhàn)斗機(jī)的中機(jī)身整體隔框閉式模鍛件，投影面積達(dá)到5.67平方米，是迄今為止世界上最大的航空用鈦合金整體隔框鍛件，也由威曼高登公司提供。
從世界范圍來看，凡是擁有巨型模鍛壓機(jī)的國家，無一不是航空工業(yè)強(qiáng)國。美、蘇、歐在半個(gè)世紀(jì)前建造的巨型壓機(jī)，奠定了世界航空工業(yè)三足鼎立的局面。而中國在1978年改革開放后，重工業(yè)發(fā)展嚴(yán)重停滯，大批航空軍工項(xiàng)目下馬，其中就包括一臺當(dāng)時(shí)計(jì)劃研制的6.5萬噸級壓機(jī)。這一停就是二十多年時(shí)間，嚴(yán)重制約了中國航空工業(yè)發(fā)展?！?億件襯衫換一架飛機(jī)”，成為改革開放后，中國工業(yè)體系墮落的真實(shí)寫照。中國JH7、J10、J11等飛機(jī)上的部分鈦鋁合金框、梁、軸、臂、桿等模鍛件，甚至需要從國外進(jìn)口。航空發(fā)動機(jī)、艦用燃?xì)廨啓C(jī)由于缺少巨型模鍛壓機(jī)的支持，在性能產(chǎn)量上長期無法突破。如此關(guān)鍵性的核心裝備，肯定是無法用“以市場換技術(shù)”的買辦政策從國外獲得。要想突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，仍然要靠中國人自己的努力。此時(shí)毛澤東時(shí)期給中國留下的重工業(yè)基礎(chǔ)，再一次發(fā)揮了作用。
關(guān)系國家命脈的國有企業(yè)
中國第二重型機(jī)械集團(tuán)，位于四川成都東北57公里的德陽市，始建于1958年10月13日，原名西南重型機(jī)器廠，1960年更名為第二重型機(jī)器廠，是1950-1963年間，我國籌建的八大重型機(jī)器廠之一。二重建設(shè)分為兩期工程，動員了數(shù)萬名建設(shè)者，由170多個(gè)單項(xiàng)工程組成，分屬生產(chǎn)車間、輔助車間、動力設(shè)施、倉庫設(shè)施、運(yùn)輸設(shè)施、焦化廠、耐火材料廠等十大部分。其中僅生產(chǎn)車間就有43.6萬平方米，采用大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建造。1954年從捷克進(jìn)口一臺1.2萬噸級自由鍛造水壓機(jī)，1960年運(yùn)至二重安裝，僅機(jī)坑就深達(dá)10米。120噸平爐廠房行車橫梁跨度達(dá)36米，重達(dá)150噸。1971年德陽二重全面建成投產(chǎn)，廠區(qū)占地面積2.69平方公里，下設(shè)鑄造、鍛造、模鍛、金屬結(jié)構(gòu)、重機(jī)、齒輪、軍工等7個(gè)分廠，及鍛冶、工藝等23個(gè)處，另有大型鑄鍛件研究所、重型機(jī)械設(shè)計(jì)研究所、工藝研究室等科研機(jī)構(gòu)。以大型軋鋼、鍛壓設(shè)備、電站設(shè)備鑄鍛件和大型火炮、航空鍛件為生產(chǎn)方向。
建廠54年來，德陽二重為我國重工業(yè)發(fā)展，提供了近200臺套關(guān)鍵裝備，完成機(jī)器產(chǎn)品產(chǎn)量113萬噸，為火電、水電、核電建設(shè)提供了20多萬兆瓦的大型鑄鍛件。1974年為葛洲壩制造世界最大的17萬千瓦轉(zhuǎn)槳式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片(轉(zhuǎn)輪直徑11.3米)，1978年為舞鋼研制的4200mm特厚板熱連軋機(jī)，被譽(yù)為“共和國功勛軋機(jī)”。1982年為重慶西南鋁加工廠研制1萬噸級多向模鍛水壓機(jī)。1987年為寶鋼二期制造2050mm熱連軋機(jī)。1988年研制成功國內(nèi)第一條全自動模鍛生產(chǎn)線——長春一汽12500噸曲軸前梁鍛造自動生產(chǎn)線。2005年為寶鋼研制的5000mm寬厚板軋機(jī)，是我國第一臺5米級軋機(jī)。2006年向波蘭出口2250mm熱連軋機(jī)組。2008年建成世界最大的1.6萬噸級自由鍛造水壓機(jī)。2010年參與制造三峽70萬千瓦水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。至今已形成一次冶煉900噸鋼水、澆鑄600噸級真空鋼錠、鑄造500噸級鑄鋼件、鍛造400噸級鍛件的能力。
德陽二重還是我國航空模鍛件的重要生產(chǎn)基地之一，有30多年的材料研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，先后為我國航空工業(yè)提供了40余萬件航空模鍛件，產(chǎn)品覆蓋了所有國產(chǎn)機(jī)型。但是由于缺乏巨型模鍛壓機(jī)，二重在生產(chǎn)航空鈦/鋁合金模鍛件方面，只有小型對擊錘、模鍛錘，難以加工大尺寸模鍛件。1973年中國第一臺3萬噸級模鍛壓機(jī)在西南鋁加工廠投產(chǎn)后，德陽二重曾在1976年計(jì)劃研制一臺6.5萬噸級模鍛壓機(jī)，并與清華大學(xué)展開了樣機(jī)研制工作。但是到改革開放后，該計(jì)劃最終流產(chǎn)。這一停就是二十多年。
世界鍛造工業(yè)萌芽期
鍛造是一種非常古老的金屬加工工藝，從遠(yuǎn)古時(shí)代起，人類就開始通過鍛造工藝來制造金屬刀劍。鐵匠通過上百次反復(fù)折疊錘打坯料，使疏松的金屬內(nèi)部柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，結(jié)成細(xì)小均勻的等軸再結(jié)晶組織，鋼胚內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等缺陷得到了壓實(shí)鍛合，讓刀劍獲得更高的硬度和韌性。刀劍屬于小型金屬件，鐵匠還能用鐵錘鍛打加工。但是當(dāng)人類進(jìn)入工業(yè)時(shí)代后，重型機(jī)械上重達(dá)幾噸、幾十噸、甚至幾百噸的巨型鋼鐵零部件，便不是鐵匠用鐵錘能鍛造的了。強(qiáng)度超過鋼鐵的鈦合金材料，也非人力所能加工，由此便促進(jìn)了金屬鍛造機(jī)械的發(fā)展。
1653年(清順治10年)。30歲的法國物理學(xué)家帕斯卡，在《論液體的平衡和空氣的重力》一書中，提出了液體靜壓傳動原理(帕斯卡原理)。利用液體的不可壓縮性，在密閉容器的一端，用活塞向液體施加作用力，液體會將相等的力傳遞到容器壁和另一端活塞，兩端壓強(qiáng)相等。假如第二個(gè)活塞的面積是第一個(gè)活塞面積的10倍，那么作用在第二個(gè)活塞上的力，將增大為原來的10倍。這一原理如同“力量倍增器”，讓人們找到了突破人類力量極限的方法。
1795年(清乾隆60年)，也就是乾隆退位的那一年。47歲的英國工程師布拉默(J.Bramah)，利用帕斯卡原理，制成了第一臺實(shí)用的水壓機(jī)，可用于壓紙打包。布拉默是個(gè)多才多藝的發(fā)明家，他改進(jìn)的U型管防臭抽水馬桶和防盜鎖具，都獲得了專利。他還與“英國機(jī)床之父”莫茲利合作，研究了制鎖車床。為了提高水壓機(jī)的壓制力，布拉默與莫茲利合作，研究如何提高液壓缸內(nèi)壁車床加工精度，并用采用皮制杯狀密封墊圈，解決了柱塞和液壓缸體之間的漏泄問題。同年他獲得了第2045號水壓機(jī)專利。1830年代后，隨著鐵路蒸汽機(jī)、機(jī)械制造等領(lǐng)域的需求，一些小型水壓機(jī)開始應(yīng)用于金屬鍛造領(lǐng)域。同一時(shí)期，以蒸汽為動力的落重蒸汽錘也獲得了發(fā)展。
1836年(清道光16年)，法國施耐德兄弟成立克魯索鑄造廠，開始用單臂蒸汽錘，制造蒸汽火車部件。1842年，英國工程師J·內(nèi)史密斯，在考察過克魯索工廠后，設(shè)計(jì)出“人”字形雙臂結(jié)構(gòu)的蒸汽錘。1843年，克魯索鑄造廠開始批量生產(chǎn)改良后的蒸汽錘。隨后德國軍火巨頭克虜伯公司，與其展開了激烈競爭?；鹋诩把b甲武器的生產(chǎn)，又進(jìn)一步刺激了蒸汽錘噸位不斷提升。1861年，克虜伯公司制造出一臺名叫“Fritz”的50噸級蒸汽錘，安裝在埃森工廠，并保持了16年的世界紀(jì)錄。
直至1877年，不甘落后的法國克魯索鑄造廠，推出世界最大的100噸超級蒸汽錘，并做成模型，在1878年的巴黎萬國博覽會上好生炫耀了一番。這是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的鍛機(jī)，包括機(jī)架、鍛砧、鍛錘、汽缸、閥門等部件?？傊亓窟_(dá)到1300噸，總高21米，基礎(chǔ)深入地下11米，砧座重達(dá)750噸，蒸汽汽缸內(nèi)徑1.9米，活塞行程5米，最大鍛造力500噸米，能鍛造120噸巨型鋼錠。由此克魯索成為當(dāng)時(shí)世界上鍛造能力最強(qiáng)的企業(yè)。1889年落成的埃菲爾鐵塔，所有的鋼鐵制件，均由克魯索工廠制造。1891年，美國伯利恒鋼鐵公司在購買了克魯索專利后，制造出一臺125噸蒸汽錘。喜歡熱鬧的美國人也造了一個(gè)木制模型，在1893年的芝加哥哥倫比亞世界博覽會上展出。同一年，美國伯利恒鋼鐵公司，歷時(shí)4年建設(shè)的美國第一個(gè)重型鍛造廠建成投產(chǎn)，裝備了世界第一臺萬噸級自由鍛造水壓機(jī)。
20世紀(jì)初，隨著大型蒸汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、重型火車、裝甲巡洋艦、大口徑火炮等重型機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，水壓機(jī)噸位迅速提高。1905年，出現(xiàn)以油代替水作為工作介質(zhì)的油壓機(jī)，性能得到進(jìn)一步改善。1934年12月，蘇聯(lián)在新克拉馬托爾斯克重型機(jī)器廠(NKMZ)建成第一臺萬噸水壓機(jī)(100MN)。此后，德國、日本、捷克等國相繼建成一批萬噸水壓機(jī)。到二戰(zhàn)結(jié)束前，蘇聯(lián)已經(jīng)擁有4臺萬噸級水壓機(jī)，美國擁有8臺，大型鍛造設(shè)備便成為一個(gè)國家工業(yè)實(shí)力的象征。
世界模鍛壓機(jī)發(fā)展概況
巨型模鍛液壓機(jī)是隨著航空工業(yè)的需要而逐步發(fā)展起來的，早在第二次世界大戰(zhàn)以前，德國為了發(fā)展航空工業(yè)，制造戰(zhàn)斗機(jī)需要的航空鋁合金鍛件，于1934年研制了7000噸模鍛液壓機(jī)。1938-1944年期間又先后制造了3萬噸模鍛水壓機(jī)1臺(安裝在斯列曼Schloemann公司，現(xiàn)在是SMS集團(tuán)的一部分)、1.5萬噸模鍛水壓機(jī)3臺。英國于1937年制造了1.2萬噸模鍛水壓機(jī)1臺，其他國家都沒有萬噸模鍛水壓機(jī)。
1942年第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)入白熱化后，美國為加速生產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)，曾建造百余臺中小型模鍛水壓機(jī)，但最大公稱壓力僅5000噸。由于戰(zhàn)時(shí)大型航空模鍛件供應(yīng)不足，B-17、B-25、B-29轟炸機(jī)在生產(chǎn)中出現(xiàn)很多問題。1945年二戰(zhàn)結(jié)束以后，美、蘇兩國意識到大型模鍛壓機(jī)的重要性，于是以戰(zhàn)敗賠償為由，從德國拆走了一批萬噸級模鍛液壓機(jī)，美國拆走2臺15000噸模鍛液壓機(jī)，蘇聯(lián)拆走15000噸及30000噸模鍛液壓機(jī)各一臺。這些設(shè)備成為美蘇兩國在冷戰(zhàn)時(shí)期，制造超大型模鍛壓機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)。
1950年，美國開始實(shí)施“空軍重型壓機(jī)計(jì)劃(The Air Force Heavy Press Program)”，由聯(lián)邦政府出資建造兩臺世界最大的4.5萬噸和兩臺3.15萬噸模鍛壓機(jī)。1955年，美國梅斯塔(MESTA)重型機(jī)器廠，為美國鋁業(yè)(Alcoa)位于俄亥俄州的克利夫蘭工廠，建造了一臺4.5萬噸級模鍛水壓機(jī)，同時(shí)聯(lián)合工程公司又為美國鋁業(yè)制造了一臺3.15萬噸模鍛液壓機(jī)。用于生產(chǎn)航空鋁合金模鍛件。同年，美國最大的航空鈦合金部件制造商——威曼·高登(Wyman-Gordon)，在馬薩諸塞州格拉夫頓鍛造廠，也建成了一臺4.5萬噸級模鍛水壓機(jī)和一臺3.15萬噸模鍛壓機(jī)，由美國勞威公司(Loewy Construction Company)設(shè)計(jì)制造，主要用于加工鈦合金模鍛件、高溫合金和鋼模鍛件。這四臺巨型模鍛壓機(jī)，為美國后來的大型客機(jī)(如波音747)、大型運(yùn)輸機(jī)(如C-5A)、戰(zhàn)略轟炸機(jī)(如B-1B)和先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)(如F-15、F-16、F-22、F-35)，提供了高質(zhì)量的航空鈦/鋁合金模鍛件，為美國稱霸世界航空工業(yè)奠定了雄厚基礎(chǔ)?？胺Q美國的“國寶級”裝備，它們?nèi)绻霈F(xiàn)問題，整個(gè)美國航空制造業(yè)就會癱瘓。2011年，美國鋁業(yè)為承攬F(tuán)-35戰(zhàn)斗機(jī)鍛件合同，耗資1.1億美元對4.5萬噸模鍛壓機(jī)進(jìn)行了翻新。
1951年，蘇聯(lián)將從德國斯列曼公司拆回來的30000噸級模鍛水壓機(jī)，安裝在卡敏斯克鋁廠，用于生產(chǎn)鋁合金模鍛件。1957年至1961年，烏克蘭新克拉馬托重型機(jī)器廠(HKM3)，為蘇聯(lián)建造了兩臺世界最大的7.5萬噸級模鍛水壓機(jī)，分別安裝在古比雪夫鋁廠和上薩爾達(dá)鈦廠。古比雪夫鋁廠建于1954年，1960年7月5日投產(chǎn)，是蘇聯(lián)最大的鋁合金加工廠，蘇聯(lián)解體后改名為薩馬拉冶金廠，2005年被美國鋁業(yè)收購。上薩爾達(dá)鈦廠(ВСМПО)始建于1933年，是蘇聯(lián)第一個(gè)航空鋁合金冶金廠，二戰(zhàn)期間搬遷至上薩爾達(dá)，是戰(zhàn)時(shí)蘇聯(lián)戰(zhàn)機(jī)鋁材的主要制造商，戰(zhàn)后發(fā)展為蘇聯(lián)最大的航空鈦合金加工廠。蘇聯(lián)建造的這兩臺巨型機(jī)器，成為其重工業(yè)實(shí)力的象征。這種當(dāng)時(shí)世界最大的巨型機(jī)器，總高34.7米，長13.6米，寬13.3米，基礎(chǔ)深入地下21.9米，總重20500噸。工作臺尺寸16米X3.5米，模具空間凈高4.5米，滑塊行程2000mm。1961-1964年，蘇聯(lián)還在烏拉爾重機(jī)廠(Y3TM)、新克拉馬托重機(jī)廠、新西伯利亞重機(jī)廠又各自制造1臺30000噸模鍛液壓機(jī)。在這期間HKM3還制造了1臺15000噸模鍛液壓機(jī)。
法國在二戰(zhàn)期間由于被德國占領(lǐng)，失去了發(fā)展航空工業(yè)的機(jī)會。二戰(zhàn)后，法國于1953年分別在伊索公司和Crcout-Loire公司，建造了兩臺2萬噸級模鍛水壓機(jī)，用于制造航空鋁合金鍛件。1976年，法國奧伯杜瓦(Aubet&Duval)特鋼公司，向?yàn)蹩颂m新克拉馬托重型機(jī)器廠(HKM3)，購買了一臺6.5萬噸模鍛水壓機(jī)，用于生產(chǎn)鈦合金模鍛件和航空鋁合金模鍛件。2005年，法國奧伯杜瓦公司，又從德國辛北爾康普集團(tuán)(Siempelkamp，1883年成立)，訂購了一臺4萬噸級模鍛液壓機(jī)。但是受限于加工能力，歐洲空中客車公司制造A380大型客機(jī)時(shí)，用的起落架鈦合金構(gòu)件，仍然需要送到俄羅斯的7.5萬噸級模鍛機(jī)上去加工。A380客機(jī)的兩個(gè)6輪三軸小車式主起落架，承重超過590噸，要求壽命達(dá)到60000個(gè)起落架次;采用Ti-1023鈦合金鍛造，長度達(dá)4.255米，重達(dá)3210公斤。這是目前世界最重的航空鈦合金模鍛件。
中國萬噸級模鍛壓機(jī)發(fā)展概況
中國由于鴉片戰(zhàn)爭以來遭受的長期破壞，工業(yè)發(fā)展水平極其低下。1947年，國民黨政府以戰(zhàn)爭賠償?shù)拿x，從日本拆回五臺1000-3000噸級老舊水壓機(jī)。由于國民黨迅速垮臺，這些設(shè)備運(yùn)回后一直存放在幾個(gè)省市的倉庫中銹蝕。1949年新中國成立后，為了加速國民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)重建，將這批老舊水壓機(jī)修復(fù)后投產(chǎn)。1953-1957年間，我國還從蘇聯(lián)和捷克進(jìn)口了8臺800-6000噸級自由鍛水壓機(jī)，分別安裝在籌建中的齊齊哈爾第一重機(jī)廠、太原重機(jī)廠等單位。這批千噸級水壓機(jī)，便成為中國重工業(yè)體系建設(shè)的起點(diǎn)。
1958年大躍進(jìn)期間，為了加速我國重工業(yè)發(fā)展，黨中央決定為籌建中的上海重型機(jī)器廠，和齊齊哈爾第一重型機(jī)器廠，各配置一臺國產(chǎn)1.2萬噸級自由鍛造水壓機(jī)，分別由上海江南造船廠和沈陽重型機(jī)器廠牽頭組織研制。另外從捷克進(jìn)口一臺1.2萬噸級自由鍛造水壓機(jī)，安裝在籌建中的德陽第二重型機(jī)器廠。這批國產(chǎn)萬噸級鍛造裝備的研制，極大提高了我國重型機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)制造能力，對于推動我國重工業(yè)發(fā)展，做出了極大貢獻(xiàn)。
1961年5月15日，為了加快航空、導(dǎo)彈、原子彈的研制工作，中央批準(zhǔn)國家計(jì)委、國家科委《關(guān)于安排九套大型成套設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)》的報(bào)告。決定為籌建中的重慶西南鋁加工廠(冶金部112廠)，研制一臺30000噸級模鍛水壓機(jī)，和一臺12500噸級臥式鋁合金擠壓機(jī)。其中3萬噸模鍛水壓機(jī)由第一重型機(jī)器廠、一機(jī)部機(jī)械科學(xué)研究院負(fù)責(zé)研究、設(shè)計(jì)、制造，以趙德生、劉炯黎、方瑞農(nóng)為主設(shè)計(jì)。12500噸臥式擠壓機(jī)，由沈陽重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造，以王錚安、馮華清、徐敦為主設(shè)計(jì)。
3萬噸模鍛水壓機(jī)于1960年8月開始研制，1967年底在齊齊哈爾第一重機(jī)廠完成制造，主體部件為鍛焊結(jié)構(gòu)，主機(jī)本體重7700噸(僅活動橫梁就重1429噸)，設(shè)備總重達(dá)9015噸，百噸以上的大件就有16件。在研制過程中，一重副總工程師馮子珮率領(lǐng)技術(shù)人員大膽采用電渣焊、電液同步平衡系統(tǒng)等新技術(shù)、新工藝，成功解決了立柱、工作缸的焊接，以及活動橫梁、下橫梁的20片縱向板(每片用8塊3200×1500×320毫米鍛板，電渣焊成)制造和大平面加工等難題，使主體設(shè)備的大型鑄件、鍛件、焊接件全部達(dá)到一級水平。
1970年9月21日，30000噸模鍛水壓機(jī)和12500噸臥式擠壓機(jī)，開始在西南鋁加工廠安裝。1973年9月，30000噸模鍛水壓機(jī)第三次試車成功，擠模壓車間全部建成投產(chǎn)。該機(jī)投產(chǎn)后又作了一些改進(jìn)。1981年西安重型機(jī)械研究所為該機(jī)研制成功內(nèi)控式邏輯閥和電氣系統(tǒng)半導(dǎo)體線路的平衡系統(tǒng)，使活動橫梁靜態(tài)平衡精度高于每米0.043毫米，比1970年代蘇聯(lián)為法國制造的相似設(shè)備，提高了一個(gè)數(shù)量級。
1975年，一機(jī)部(機(jī)械工業(yè)部)和三機(jī)部(航空工業(yè)部)，向當(dāng)時(shí)的國家計(jì)委提交了，關(guān)于建造大型模鍛水壓機(jī)基地的請示報(bào)告，并且得到批復(fù)。德陽二重隨即與清華大學(xué)合作，展開了6.5萬噸級多向模鍛水壓機(jī)的設(shè)計(jì)研制工作，1981年進(jìn)行了1000噸級模擬樣機(jī)測試。但是隨著改革開放后，中央大規(guī)模壓縮重工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)，大批項(xiàng)目列入“停緩建”目錄，該計(jì)劃最終流產(chǎn)。這一停就是22年!重型模鍛壓機(jī)的缺乏，成為阻礙我國航空工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。
在此期間，清華大學(xué)等單位，在鋼絲纏繞預(yù)應(yīng)力坎合技術(shù)研究上獲得突破，發(fā)展了一套完整的鋼絲(鋼帶)纏繞預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的計(jì)算、設(shè)計(jì)、制造、施工和檢測的方法手段，為研制巨型模鍛液壓機(jī)打下了技術(shù)基礎(chǔ)。2005年，清華大學(xué)機(jī)械工程系與沈陽重型機(jī)械集團(tuán)合作，設(shè)計(jì)成功3.5萬噸級模鍛液壓機(jī)。該機(jī)是當(dāng)時(shí)世界最大的單缸模鍛壓機(jī)，主要用于生產(chǎn)航空發(fā)動機(jī)渦輪盤(1964年德國奧托福克斯otto-Fuchs公司，曾建造過一臺3萬噸級單缸模鍛液壓機(jī))。2009年，內(nèi)蒙古北方重工集團(tuán)，與清華大學(xué)合作，研制成功世界最大的3.6萬噸級厚壁鋼管垂直擠壓機(jī)，和1.5萬噸級制坯液壓機(jī)。近年來，中國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的進(jìn)一步提高，與軍事斗爭準(zhǔn)備壓力的增大，促使我國再次啟動了巨型液壓機(jī)的研制工作。
重啟巨型模鍛壓機(jī)研制計(jì)劃
2003年，中國工程院師昌緒院士，組織了由全國31個(gè)企事業(yè)單位，包括航空、機(jī)械、冶金、教育等部門的五位院士和17位專家，組成了《發(fā)展我國大型鍛壓裝備研究——建設(shè)8萬噸模鍛液壓機(jī)及其配套設(shè)備》咨詢組，再次向國家建議：在“十一五”期間建造一臺8萬噸級模鍛液壓機(jī)，和一臺1.5萬噸難變形合金擠壓機(jī)，以使我國盡快獲得鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度合金鋼大型整體精化模鍛件的制造能力。國家發(fā)改委、科技部、國防科工委隨后將其列入中長期規(guī)劃，并安排組織實(shí)施。
2006年11月29日，北京海淀區(qū)中工大廈，由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會主持，中國二重集團(tuán)召開8萬噸級模鍛液壓機(jī)方案論證會。出席會議的學(xué)術(shù)界權(quán)威人士有：兩院院士師昌緒，工程院院士鐘掘、機(jī)械科學(xué)研究院副總工程師陳蘊(yùn)博、北航材料研究院副總工程師趙振業(yè)等大批專家。二重集團(tuán)副總工程師陳曉慈，通報(bào)了項(xiàng)目總體方案。會議確認(rèn)：由于8萬噸模鍛壓機(jī)是一項(xiàng)復(fù)雜的高技術(shù)系統(tǒng)工程，應(yīng)以二重集團(tuán)為主體，組建“產(chǎn)、學(xué)、研、用”相結(jié)合的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，大力協(xié)同，聯(lián)合攻關(guān)，以確保項(xiàng)目成功。
2007年10月1日，德陽二重集團(tuán)建造的當(dāng)時(shí)世界最大的16000噸級自由鍛造水壓機(jī)成功投產(chǎn)。喜訊接連不斷，11月15日，國家發(fā)改委最終批復(fù)，同意中國二重集團(tuán)，聯(lián)合中南大學(xué)、燕山大學(xué)、西安重型機(jī)械研究院等單位，設(shè)計(jì)制造8萬噸級模鍛壓機(jī)，項(xiàng)目總投資15.17億元，其中企業(yè)自籌3.03億元，申請國家撥款4億元，申請銀行貸款8億元。規(guī)劃年產(chǎn)航空、電力、石化等鈦/鋁合金模鍛件1.5萬件，重約1.34萬噸。
2008年5月27-29日，中國第二重型機(jī)械集團(tuán)在湖南中南大學(xué)，召開了8萬噸級模鍛壓機(jī)方案設(shè)計(jì)審查會。中南大學(xué)校長黃伯云院士、鐘掘院士、西安重型機(jī)械研究院關(guān)杰院士、二重集團(tuán)副總工程師何萬明、二重設(shè)計(jì)研究院副院長楊固川、燕山大學(xué)杜鳳山教授、許世民教授等人出席了審查會。楊固川副院長作為8萬噸壓機(jī)的總設(shè)計(jì)師，向與會專家詳細(xì)介紹了研究設(shè)計(jì)方案。2008年7月，由12位院士、專家組成的項(xiàng)目評審組，對8萬噸模鍛壓機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)方案進(jìn)行了評審，與會專家一致認(rèn)為，8萬噸模鍛壓機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)合理、可靠，達(dá)到了項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)計(jì)要求和深度，并順利通過評審。
8萬噸重型模鍛液壓機(jī)的巨大壓制能力，相當(dāng)于把8000輛10噸載重卡車，壓在一張書桌大小的面積上。因此工作過程中伴隨著巨大的能量聚集、傳遞和釋放，其部件制造、運(yùn)輸、安裝的難度極大。傳統(tǒng)的萬噸級自由鍛造水壓機(jī)，采用三梁四柱結(jié)構(gòu)，最重的運(yùn)行部件重量超過300噸。而8萬噸模鍛壓機(jī)，最大壓制噸位是其4-5倍以上，如果依舊采用三梁四柱結(jié)構(gòu)，必然會出現(xiàn)很多問題。如美國梅斯塔公司在1955年為美國鋁業(yè)建造的4.5萬噸壓機(jī)，就是采用三梁四柱結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)笨重、剛性較差，橫梁的撓度達(dá)每米0.6mm。重型鑄造橫梁的巨大彈性壓縮和偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致模鍛件厚度超差。鍛焊結(jié)構(gòu)機(jī)身疲勞壽命不高，美鋁4.5萬噸壓機(jī)的上、下橫梁運(yùn)行500萬次就要報(bào)廢，立柱和液壓缸最多運(yùn)行200萬次。蘇聯(lián)針對這些問題，采用了另辟蹊徑的設(shè)計(jì)方案。在7.5萬噸級壓機(jī)中采用非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，將多層超厚鋼板用螺栓緊固成整體框架，取代傳統(tǒng)整體鑄造橫梁，使重型鑄鋼件占整機(jī)重量下降到7%。在計(jì)算機(jī)軟件分析尚不發(fā)達(dá)的時(shí)代，這種設(shè)計(jì)是十分大膽的。我國要建造世界最大的8萬噸級模鍛壓機(jī)，必然要采用新型結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想，以減低制造安裝難度和成本，提高機(jī)體使用壽命。
二重研制團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期攻關(guān)，決定采用C形機(jī)架板框結(jié)構(gòu)，主要部件由機(jī)架、5個(gè)主工作液壓缸(中間缸也作為垂直穿孔缸)、垂直穿孔系統(tǒng)、上板梁、組合式活動橫梁、組合式固定下梁、移動工作臺、4個(gè)回程液壓缸、4個(gè)同步缸、兩個(gè)底座裝置等組成。采用的預(yù)緊大拉桿有60多根，直徑從160-900mm不等。四個(gè)主工作缸，液壓油工作壓力0-63MPa，單缸最大工作壓制力1.6萬噸。另有一個(gè)垂直穿孔缸(不穿孔時(shí)做主缸用)，單缸壓制力也是1.6萬噸，五缸合計(jì)8萬噸。工作臺面尺寸為4X8米，工作臺單缸抬升力240噸，總抬升力1920噸。主機(jī)地面高度為27米，基礎(chǔ)深入地下15米，總高度為42米，設(shè)備總重2.2萬噸。為驗(yàn)證主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的吻合程度，二重曾按照1比11.1的比例，制造了8萬噸模鍛壓機(jī)的金屬模型(6.5MN模擬樣機(jī))，以電測法為主，對各種載荷工況下的機(jī)架、橫梁等結(jié)構(gòu)部件和重要零件的強(qiáng)度、鋼度進(jìn)行全面測試，并與有限元分析結(jié)果進(jìn)行比對，最終確定壓機(jī)各部件的結(jié)構(gòu)。
該壓機(jī)的活動橫梁部分重達(dá)2600多噸，主要由兩片中梁、兩片側(cè)梁、四根導(dǎo)向桿、兩塊上墊板、中間墊板、拉桿、支柱、下板等組成。其中每片中梁重379噸，兩片中梁由10根直徑450mm的拉桿拉緊，每根施加2200噸的預(yù)緊力。每片側(cè)梁重232噸，長12.3米，寬1.93米，高3.6米，兩片側(cè)梁由2根550mm的拉桿與中梁鎖緊，每根拉桿施加2800噸的預(yù)緊力。該壓機(jī)控制系統(tǒng)可對壓力、速度、時(shí)間、壓下位置等參加進(jìn)行精確監(jiān)控。具備三級調(diào)壓設(shè)計(jì)，第一級壓制力4萬噸，運(yùn)行速度每秒60mm;第二級壓制力6萬噸，運(yùn)行速度每秒40mm;第三級壓制力8萬噸，運(yùn)行速度每秒30mm;均可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)壓?；顒訖M梁行程2米，最大裝?？臻g高度4.5米。
如何建造世界最大的巨型液壓機(jī)
8萬噸模鍛壓機(jī)屬于世界極限裝備，很多達(dá)到了人類工業(yè)能力的極限水平。如壓機(jī)的活動橫梁中梁，重達(dá)450噸，需要用758噸鋼水澆鑄;最長的單個(gè)零件長達(dá)36米，最厚的筒形鍛件壁厚達(dá)700毫米，最厚的焊接件厚度達(dá)550毫米。如何將圖紙上的上萬個(gè)零部件制造出來，對二重提出極高的技術(shù)挑戰(zhàn)。
2008年9月28日，二重集團(tuán)重型裝備股份公司，與集團(tuán)總公司簽訂8萬噸模鍛壓機(jī)供貨合同，負(fù)責(zé)鍛機(jī)設(shè)備制造安裝工程。2008年12月25日，二重集團(tuán)研制的8萬噸級模鍛液壓機(jī)，30多件鑄鋼件澆鑄模型正式投產(chǎn)，標(biāo)志著8萬噸壓機(jī)進(jìn)入制造階段。這臺巨型壓機(jī)光是三大鑄鋼件，就需要澆鑄2000多噸鋼水，加工后凈重達(dá)1351噸。主要部件下梁、中梁、上十字鍵上部、活動橫梁中梁的鑄件模型制作難度大，工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高。需要經(jīng)過撞制砂型，修型、干燥、制作蓋箱等多達(dá)幾十道工序的造型環(huán)節(jié)。僅鑄件的澆注系統(tǒng)冒口模型就創(chuàng)造了模型史上最大、最重的紀(jì)錄。二重集團(tuán)采用計(jì)算機(jī)反復(fù)模擬澆注凝固實(shí)驗(yàn)以確保澆注成功。
2009年4月30日凌晨3點(diǎn)，二重集團(tuán)鑄造廠鑄鋼車間造型現(xiàn)場大跨西30米地坑，8萬噸液壓機(jī)開始澆鑄第一件鑄鋼件——下固定梁中梁。該部件長8070mm，寬度4070mm，高度2225mm，重達(dá)395噸。二重組織了693噸鋼水，采用5包一次合澆成功。為確保成功，二重制作了1500噸靜壓48小時(shí)的加固硬砂床保證底床強(qiáng)度，多達(dá)3層的1000噸壓鐵科學(xué)分布在數(shù)百個(gè)背點(diǎn)，三次補(bǔ)澆后派專人看守132小時(shí)，以確保萬無一失。相隔近4個(gè)月后，8月25日，二重又成功澆鑄了第二片下固定梁中梁。
2009年11月16日，河南舞陽鋼鐵公司為德陽8萬噸壓機(jī)，研制的390mm電渣重熔特厚調(diào)質(zhì)鋼板如期交貨。這批80塊20MnNiMo特厚鋼板，主要用于制造8萬噸壓機(jī)機(jī)架，總重量達(dá)到2348噸。該鋼板內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密度、純潔度、機(jī)械性能及平直度等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求極高。由于鋼板大單重、大厚度，其表面質(zhì)量、性能合格率、探傷合格率極難保證，生產(chǎn)難度極大。
2010年2月24日，德陽二重鍛造廠熱處理車間，8萬噸壓機(jī)的固定拉桿一次性調(diào)質(zhì)淬火成功。該拉桿長14200mm，直徑550mm，是加工長度最長、直徑最小的產(chǎn)品，其細(xì)長形狀不僅造成淬火出爐上端部溫度偏低，而且造成淬火中變形量不易控制，給產(chǎn)品質(zhì)量的保證工作提出了挑戰(zhàn)。
2010年3月24日22時(shí)45分，二重集團(tuán)澆鑄有史以來最大的鑄鋼件——8萬噸壓機(jī)活動橫梁中梁(加工后重量450噸)。此次澆鑄所需鋼水重達(dá)758噸，僅第一次五包鋼水合澆就達(dá)609噸，需要80噸電爐和60噸電爐連續(xù)冶煉提供鋼水。整個(gè)活動橫梁為“II”型箱形結(jié)構(gòu)，分布有10個(gè)拉桿孔、4個(gè)鑄造工藝孔及中間穿孔部分，對鑄造砂箱造型、及鋼水分布有極高要求。整個(gè)澆鑄工作從當(dāng)天凌晨3時(shí)30分電爐送電開始，一直持續(xù)了19個(gè)小時(shí)。
2010年4月16日，德陽二重大型模鍛壓機(jī)廠房鋼結(jié)構(gòu)主體工程進(jìn)入收尾階段。該廠房總面積1.013萬平方米，有基坑、爐子間、高壓泵站、變電所輔助用房等組成。廠房鋼結(jié)構(gòu)立柱高達(dá)46米，重達(dá)80余噸。配置兩臺300噸級廠房起重機(jī)，單片梁重120噸，離地高度36米。負(fù)責(zé)施工的中機(jī)一建公司，用兩臺履帶式起重機(jī)完成了吊裝任務(wù)。
2010年6月30日，8萬噸壓機(jī)的下十字鍵，在二重鍛造廠水壓機(jī)車間鍛造成功。該部件形狀不規(guī)則，截面超大(2200×2300mm)，重達(dá)165噸，用290噸級鋼錠鍛制。為鍛造分廠生產(chǎn)史上最大矩形截面鍛件，生產(chǎn)難度很大。鍛造分廠技術(shù)科與水壓機(jī)相關(guān)人員及時(shí)提出解決措施，確保了鍛件的順利生產(chǎn)。隨著兩個(gè)下十字鍵的成功投料，8萬噸壓機(jī)的大型鍛件制造工作進(jìn)入尾聲。2010年8月，世界最大的8萬噸模鍛水壓機(jī)核心部件——5個(gè)主工作液壓缸柱塞，在二重集團(tuán)德陽萬力重型機(jī)械公司的外圓磨床上，磨削加工外圓。
2011年2月19日，二重重裝公司召開董事會，審議通過8萬噸壓機(jī)安裝設(shè)備議案。2011年5月15日，二重8萬噸模鍛車間廠房，各施工單位舉行總裝誓師大會，標(biāo)志著這臺世界最大的模鍛壓機(jī)，正式進(jìn)入主體安裝階段。該機(jī)設(shè)備總重達(dá)兩萬多噸，有眾多百噸級超大超限部件，對于翻身、運(yùn)輸、吊裝、裝配工作提出了極高要求。經(jīng)過長達(dá)一年的總裝工作。2012年4月1日，二重8萬噸級模鍛水壓機(jī)，首次投料試車。整個(gè)調(diào)試工作已經(jīng)進(jìn)入尾聲，預(yù)計(jì)2013年4月投產(chǎn)。
該機(jī)建造成功，標(biāo)志我國裝備制造業(yè)整體水平進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)了鍛造產(chǎn)品從高端產(chǎn)品向世界頂級產(chǎn)品的跨越，關(guān)鍵大型鍛件受制于外國的時(shí)代徹底結(jié)束，成為我國國民經(jīng)濟(jì)特別是裝備制造業(yè)和維護(hù)國家安全不可缺少的重要戰(zhàn)略裝備。8萬噸模鍛壓機(jī)與激光快速成型(3D打印)技術(shù)取得突破，將為中國航空工業(yè)發(fā)展，插上騰飛的翅膀。更多最新調(diào)查報(bào)告，市場調(diào)查報(bào)告，研究報(bào)告，華夏經(jīng)緯市場調(diào)查公司。
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