大型鋁材擠壓技術(shù)有待突破

我國(guó)研制生產(chǎn)新型高速列車、船舶和大型飛機(jī)需要大量的各種高端材料作為支撐,其中大型鋁型材的生產(chǎn)無疑是重要的一環(huán)。因此,盡快研制、開發(fā)出我國(guó)高技術(shù)含量的大型鋁材擠壓和拉伸矯直設(shè)備,加快推廣我國(guó)自己制造的大型鋁型材生產(chǎn)先進(jìn)裝備,是目前擺在我國(guó)裝備制造行業(yè)一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

　　現(xiàn)代工業(yè)急需大型鋁材等重要材料

　　所謂大型鋁型材,主要是指寬度大于800毫米和外接圓直徑大于250毫米,交貨長(zhǎng)度大于12米的鋁型材。大型鋁型材截面形狀復(fù)雜,長(zhǎng)度可達(dá)60米,是多種功能的集合體,可以達(dá)到一般機(jī)械加工產(chǎn)品的同等精度,并作為重要的結(jié)構(gòu)材料用于機(jī)器的關(guān)鍵部位。由于大型鋁型材一根可以代替過去用兩根或多根鋁型材拼成的寬幅薄壁鋁型材構(gòu)件,從而使機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)變得更加合理,獲得完善的部件表面。同時(shí),生產(chǎn)大型鋁型材可提高擠壓生產(chǎn)率、節(jié)約費(fèi)用。因此,生產(chǎn)新型高速列車、船舶和大型飛機(jī),如果沒有大型鋁型材為支撐,其所謂“中國(guó)制造”就是一句空話。

　　更重要的是,大型鋁型材不只是新型高速列車、船舶和大型飛機(jī)制造的必要材料,也是我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中各方面急需的重要材料。如地鐵、輕軌等現(xiàn)代化交通運(yùn)輸裝備的制造,還是國(guó)防建設(shè)中現(xiàn)代化武器生產(chǎn)及航空航天等行業(yè)發(fā)展的重要材料。

　　近幾年來,由于我國(guó)地鐵、高速列車、城市輕軌、航空航天等行業(yè)的發(fā)展,用于航空器壁板、高速列車車體、地鐵及城市輕軌列車、磁懸浮列車車體、集裝箱、船用壁板等大型薄壁、寬幅、高精度和復(fù)雜斷面的鋁合金型材的需求量快速增長(zhǎng)。在“十一五”計(jì)劃中,國(guó)家將投資2000億元用于國(guó)內(nèi)大城市的地鐵建設(shè),新出廠的地鐵車廂將全部采用特大鋁合金型材制造。據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè),在未來五年,我國(guó)特大鋁型材及鋁合金型材的需求量在15萬噸以上,如果從國(guó)外進(jìn)口,其價(jià)格約在1萬美元/噸。

　　大型擠壓裝備市場(chǎng)潛力巨大

　　擠壓機(jī)雖然種類較多,但國(guó)際上通常把50MN以上的擠壓機(jī)稱為大型擠壓機(jī),80MN以上的擠壓機(jī)稱為重型擠壓機(jī)。目前,國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的大型擠壓機(jī)裝備,總量超不過40臺(tái)。

　　國(guó)外的大型擠壓機(jī)裝備基本是上世紀(jì)70年代以前生產(chǎn)的,多為水壓機(jī),技術(shù)落后。近幾年,美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等新增了4臺(tái)到5臺(tái)大型擠壓機(jī)。中國(guó)目前已投產(chǎn)的大型鋁型材生產(chǎn)線有7條,正在建設(shè)的大型鋁型材擠壓機(jī)生產(chǎn)線有5條。近5年內(nèi),中國(guó)還將建設(shè)大型擠壓機(jī)生產(chǎn)線10條以上。

　　大型擠壓機(jī)在我國(guó)有潛在的巨大市場(chǎng),在國(guó)外也呈上升的需求態(tài)勢(shì)。如東南亞、印度等國(guó)家,目前在大型擠壓機(jī)開發(fā)方面還處于起步階段,但估計(jì)10年內(nèi)將有多條大型擠壓機(jī)生產(chǎn)線投產(chǎn)。

　　大型鋁型材擠壓裝備的研究與開發(fā),發(fā)達(dá)國(guó)家一直非常重視,不少國(guó)家相繼建立了有關(guān)技術(shù)研究中心。其中,較著名的有德國(guó)BCTiin擠壓技術(shù)中心、美國(guó)KENTCKY擠壓技術(shù)中心、英國(guó)HYDRO擠壓技術(shù)研究與工程技術(shù)研究中心等。我國(guó)在大型鋁型材擠壓技術(shù)和裝備的研究開發(fā)方面起步較晚,不僅研究的手段和方法落后于國(guó)外,而且在投入的人力和財(cái)力方面均落后于國(guó)外。在大型鋁型材裝備研究開發(fā)方面,中國(guó)重型機(jī)械研究院(西安重型機(jī)械研究所)和太原重工股份公司處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

　　中國(guó)重型機(jī)械研究院從1999年起開始研制我國(guó)首臺(tái)油壓傳動(dòng)的萬噸擠壓生產(chǎn)裝備,于2002年7月1日投入生產(chǎn)。2003年該院又開始研制125MN油壓雙動(dòng)鋁型材擠壓生產(chǎn)線,現(xiàn)已安裝調(diào)試,使我國(guó)在大型鋁型材的技術(shù)開發(fā)和新產(chǎn)品的研制方面有了重大突破。到目前為止,該院設(shè)計(jì)開發(fā)制造了30多條5MN到125MN的銅/鋁擠壓機(jī)生產(chǎn)線。如其開發(fā)的125MN雙動(dòng)鋁擠壓機(jī)為目前世界最大的油泵直接傳動(dòng)鋁擠壓機(jī),40MN雙動(dòng)銅擠壓機(jī)生產(chǎn)線為目前亞洲最大的銅擠壓生產(chǎn)線。同時(shí),該院還開發(fā)出55MN、60MN、100MN和125MN鋁型材擠壓生產(chǎn)線后部處理設(shè)備,而150MN鋁型材擠壓生產(chǎn)線正在研制中。

　　技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)亟待建立

　　大型鋁型材等溫?cái)D壓技術(shù)工藝是生產(chǎn)高性能大型鋁型材的控制基礎(chǔ)。我國(guó)已研究建立了大型鋁型材擠壓容室所需的加熱能量,加熱功率以及空氣冷卻量的計(jì)算公式;建立了大型鋁型材擠壓過程三維熱力藕合有限元分析模型,解決了邊界條件合理處理問題;提出了針對(duì)大型寬幅板材和大型異型翅片管材的等溫?cái)D壓速度曲線;提出了通過基于溫度和速度控制實(shí)現(xiàn)大型鋁型材等溫?cái)D壓過程的技術(shù)路線。

　　此外,在大型鋁型材固定針擠壓技術(shù)、大型鋁型材反向擠壓技術(shù)、大型短程擠壓裝備技術(shù)、大型鋁型材快速冷卻技術(shù)、大型鋁型材牽引技術(shù)、拉伸與校正技術(shù)等方面我國(guó)均有重大突破,而萬噸雙動(dòng)鋁擠壓機(jī)獲得了國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　但與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)比,我國(guó)的大型鋁型材擠壓裝備仍有一定的差距。如鋁型材等溫?cái)D壓技術(shù)涉及擠壓過程的控制系統(tǒng),國(guó)外已經(jīng)開始采用計(jì)算機(jī)有限元分析軟件,對(duì)擠壓過程中鋁錠坯、擠壓工具、擠壓筒等之間的熱量傳遞及鋁錠坯形成過程中應(yīng)力變化進(jìn)行數(shù)字模擬,從而對(duì)擠壓過程進(jìn)行自動(dòng)控制,取得在鋁型材產(chǎn)量和質(zhì)量控制方面的進(jìn)步,開發(fā)出用優(yōu)化的擠壓參數(shù)進(jìn)行鋁型材擠壓的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　目前,世界各大擠壓機(jī)制造公司都擁有自己的鋁型材擠壓過程控制系統(tǒng),如意大利、德國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)的企業(yè)都有自己的獨(dú)有技術(shù)。我國(guó)在這些方面同國(guó)外比,還明顯存在著不足(詳見相關(guān)鏈接)。

　　現(xiàn)在,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,有關(guān)方面對(duì)大型鋁型材的需求量越來越大,質(zhì)量水平要求越來越高。特別是現(xiàn)在國(guó)家已經(jīng)把生產(chǎn)大型運(yùn)輸飛機(jī)和大型客機(jī)作為發(fā)展重點(diǎn),而大型飛機(jī)和其他各類型飛機(jī),其骨架、機(jī)身等大部分用的是高端大型鋁型材。

　　因此,為適應(yīng)這種形勢(shì)的要求,盡快研制、開發(fā)、推廣我國(guó)的大型鋁型材擠壓機(jī),是目前一項(xiàng)十分緊迫而艱巨的任務(wù)。因此,國(guó)家有關(guān)方面應(yīng)十分重視這方面的研究與發(fā)展,從政策上給予支持,從資金上給予扶持。同時(shí),有關(guān)方面應(yīng)根據(jù)我國(guó)在擠壓機(jī)研制開發(fā)方面的現(xiàn)狀,迅速組織相關(guān)方面人力、物力、財(cái)力,建立我國(guó)大型鋁型材技術(shù)裝備研制開發(fā)中心。另外,按照我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要,應(yīng)有計(jì)劃、有針對(duì)性地培養(yǎng)能夠研制、開發(fā)、生產(chǎn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的大型鋁型材基地。