大型鋁材擠壓技術有待突破

我國研制生產新型高速列車、船舶和大型飛機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無疑是重要的一環。因此,盡快研制、開發出我國高技術含量的大型鋁材擠壓和拉伸矯直設備,加快推廣我國自己制造的大型鋁型材生產先進裝備,是目前擺在我國裝備制造行業一項十分緊迫的任務。

　　現代工業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,交貨長度大于12米的鋁型材。大型鋁型材截面形狀復雜,長度可達60米,是多種功能的集合體,可以達到一般機械加工產品的同等精度,并作為重要的結構材料用于機器的關鍵部位。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件,從而使機械部件的結構變得更加合理,獲得完善的部件表面。同時,生產大型鋁型材可提高擠壓生產率、節約費用。因此,生產新型高速列車、船舶和大型飛機,如果沒有大型鋁型材為支撐,其所謂“中國制造”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、船舶和大型飛機制造的必要材料,也是我國目前經濟高速發展中各方面急需的重要材料。如地鐵、輕軌等現代化交通運輸裝備的制造,還是國防建設中現代化武器生產及航空航天等行業發展的重要材料。

　　近幾年來,由于我國地鐵、高速列車、城市輕軌、航空航天等行業的發展,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、高精度和復雜斷面的鋁合金型材的需求量快速增長。在“十一五”計劃中,國家將投資2000億元用于國內大城市的地鐵建設,新出廠的地鐵車廂將全部采用特大鋁合金型材制造。據有關方面預測,在未來五年,我國特大鋁型材及鋁合金型材的需求量在15萬噸以上,如果從國外進口,其價格約在1萬美元/噸。

　　大型擠壓裝備市場潛力巨大

　　擠壓機雖然種類較多,但國際上通常把50MN以上的擠壓機稱為大型擠壓機,80MN以上的擠壓機稱為重型擠壓機。目前,國內外生產的大型擠壓機裝備,總量超不過40臺。

　　國外的大型擠壓機裝備基本是上世紀70年代以前生產的,多為水壓機,技術落后。近幾年,美國、德國、日本、韓國等新增了4臺到5臺大型擠壓機。中國目前已投產的大型鋁型材生產線有7條,正在建設的大型鋁型材擠壓機生產線有5條。近5年內,中國還將建設大型擠壓機生產線10條以上。

　　大型擠壓機在我國有潛在的巨大市場,在國外也呈上升的需求態勢。如東南亞、印度等國家,目前在大型擠壓機開發方面還處于起步階段,但估計10年內將有多條大型擠壓機生產線投產。

　　大型鋁型材擠壓裝備的研究與開發,發達國家一直非常重視,不少國家相繼建立了有關技術研究中心。其中,較著名的有德國BCTiin擠壓技術中心、美國KENTCKY擠壓技術中心、英國HYDRO擠壓技術研究與工程技術研究中心等。我國在大型鋁型材擠壓技術和裝備的研究開發方面起步較晚,不僅研究的手段和方法落后于國外,而且在投入的人力和財力方面均落后于國外。在大型鋁型材裝備研究開發方面,中國重型機械研究院(西安重型機械研究所)和太原重工股份公司處于國內領先地位。

　　中國重型機械研究院從1999年起開始研制我國首臺油壓傳動的萬噸擠壓生產裝備,于2002年7月1日投入生產。2003年該院又開始研制125MN油壓雙動鋁型材擠壓生產線,現已安裝調試,使我國在大型鋁型材的技術開發和新產品的研制方面有了重大突破。到目前為止,該院設計開發制造了30多條5MN到125MN的銅/鋁擠壓機生產線。如其開發的125MN雙動鋁擠壓機為目前世界最大的油泵直接傳動鋁擠壓機,40MN雙動銅擠壓機生產線為目前亞洲最大的銅擠壓生產線。同時,該院還開發出55MN、60MN、100MN和125MN鋁型材擠壓生產線后部處理設備,而150MN鋁型材擠壓生產線正在研制中。

　　技術研發及產業化基礎亟待建立

　　大型鋁型材等溫擠壓技術工藝是生產高性能大型鋁型材的控制基礎。我國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;提出了針對大型寬幅板材和大型異型翅片管材的等溫擠壓速度曲線;提出了通過基于溫度和速度控制實現大型鋁型材等溫擠壓過程的技術路線。

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

　　但與發達國家的先進技術比,我國的大型鋁型材擠壓裝備仍有一定的差距。如鋁型材等溫擠壓技術涉及擠壓過程的控制系統,國外已經開始采用計算機有限元分析軟件,對擠壓過程中鋁錠坯、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力變化進行數字模擬,從而對擠壓過程進行自動控制,取得在鋁型材產量和質量控制方面的進步,開發出用優化的擠壓參數進行鋁型材擠壓的自動控制系統。

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

　　現在,我國經濟發展迅速,有關方面對大型鋁型材的需求量越來越大,質量水平要求越來越高。特別是現在國家已經把生產大型運輸飛機和大型客機作為發展重點,而大型飛機和其他各類型飛機,其骨架、機身等大部分用的是高端大型鋁型材。

　　因此,為適應這種形勢的要求,盡快研制、開發、推廣我國的大型鋁型材擠壓機,是目前一項十分緊迫而艱巨的任務。因此,國家有關方面應十分重視這方面的研究與發展,從政策上給予支持,從資金上給予扶持。同時,有關方面應根據我國在擠壓機研制開發方面的現狀,迅速組織相關方面人力、物力、財力,建立我國大型鋁型材技術裝備研制開發中心。另外,按照我國經濟發展需要,應有計劃、有針對性地培養能夠研制、開發、生產具有國際先進水平的大型鋁型材基地。