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(wú)疑是重要的一環(huán)。因此,盡快研制、開(kāi)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(guò)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(méi)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(lái),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(lái)五年,我國(guó)特大鋁型材及鋁合金型材的需求量在15萬(wàn)噸以上,如果從國(guó)外進(jìn)口,其價(jià)格約在1萬(wàn)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)始研制我國(guó)首臺(tái)油壓傳動(dòng)的萬(wàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(wèn)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(guò)基于溫度和速度控制實(shí)現(xiàn)大型鋁型材等溫?cái)D壓過(guò)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(wàn)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(guò)程的控制系統(tǒng),國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)有限元分析軟件,對(duì)擠壓過(guò)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(guò)程中應(yīng)力變化進(jìn)行數(shù)字模擬,從而對(duì)擠壓過(guò)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(kāi)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(guò)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(jiàn)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(lái)越大,質(zhì)量水平要求越來(lái)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)、生產(chǎn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的大型鋁型材基地。