隨著我國交通運輸業(yè)向現(xiàn)代化,、高速化方向發(fā)展,交通運輸工具的輕量化要求日趨強烈,,以鋁代鋼的呼聲越來越大,,特別是輕量化程度要求高的飛機、航天器,、鐵道車輛,、地下鐵道、高速列車,、貨運車,、汽車、艦艇,、船舶,、火炮、坦克以及機械設備等重要受力部件和結構件,,近幾年來大量使用鋁及鋁合金鍛件和模鍛件以替代原來的鋼結構件,,如飛機結構件幾乎全部采用鋁合金模鍛件;汽車(特別是重型汽車和大中型客車)輪轂,、保險杠,、底座大梁;坦克的負重輪,;炮臺機架,;直升機的動環(huán)和不動環(huán);火車的氣缸和活塞裙,;木工機械機身,;紡織機械的機座、軌道和絞線盤等等都已應用鋁合金模鍛件來制造,。而且,,這些趨勢正在大幅度增長,甚至某些鋁合金鑄件也開始采用鋁合金模鍛件來代替,。
目前,,世界上大型鍛壓液壓機為數(shù)不多,中國更是寥寥無幾,,隨著國防工業(yè)的現(xiàn)代化和民用工業(yè)特別是交通運輸業(yè)的發(fā)展,鋁合金模鍛件的品種和產(chǎn)量,,不僅不能滿足國內(nèi)市場的需要,,國際市場也有很大缺口,。因此,我國抓緊建設幾條大,、中型鋁合金鍛壓生產(chǎn)線是十分必要的,、及時的,對國民經(jīng)濟的高速發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化有重要的現(xiàn)實意義和長遠意義,。
鍛件生產(chǎn)是一個很古老的行業(yè),,但鋁合金鍛件的大量生產(chǎn)應用是從1950年代開始的。經(jīng)過幾十年的現(xiàn)代化改造,,無論在工業(yè)裝備上,,模具設計和制造上,生產(chǎn)工藝和技術上,,還是在產(chǎn)品品種規(guī)格,、生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量等方面都得到飛速發(fā)展,尤其是美國,、俄國,、德國、日本,、法國,、意大利、捷克,、奧地利,、瑞士等國的鍛壓生產(chǎn)的發(fā)展達到了相當高的水平。
目前,,全世界有鍛壓廠上千家,,鍛壓機數(shù)千臺,年產(chǎn)鍛件近500萬噸/年,,其中,,鋁合金模鍛件30萬噸/年左右(年消耗近50萬噸/年)。全球有大小水(液)壓機500余臺,,其中100MN以上的大型水(液)壓機10余臺,。300MN以上的重型鍛壓機的分布情況是:俄國4臺。其中一臺是750MN,,為世界之最,;美國5臺(其中包括2臺450MN);法國1臺,,為650MN,;德國2臺;中國1臺(中國正在建設和制造450MN和800MN巨型模鍛液壓機);羅馬尼亞1臺,;英國1臺,。這些大型水(液)壓機的主要特點是結構緊湊、功能多,、自動化程度高,、配備有操作機和快速換模裝置、平面配置合理,、有利于連續(xù)作業(yè),、生產(chǎn)效率高。
此外隨著鋁合金模鍛件大型化,、精密化程度提高,,大型精密多向模鍛液壓機日益受到重視,各國已擁有多臺大型多向模壓液壓機,,其中美國3臺,,最大為300MN;法國1臺為650MN,;英國1臺為300MN,;中國1臺為100MN,俄國2臺為200MN和500MN,;德國1臺為350MN,。多向模鍛機屬于精密鍛壓設備,配備了PLC系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng),,可對能量,、行程、壓力,、速度進行自動調(diào)節(jié),,對關鍵部件最佳工作點進行控制,對各項工作狀態(tài)進行監(jiān)控和顯示,,對系統(tǒng)故障,、設備過載、過溫和失控等進行預報和保護,,對制品質(zhì)量進行控制,。有的還包括有偏移檢測、同步系統(tǒng),、工作臺和機架變形補償,、磁包存儲器、集成電路,、光纖通訊,、彩色屏等,可實現(xiàn)全機或全機列,甚至整個車間的自動控制與科學管理,。
在鋁及鋁合金鍛件技術方向研制開發(fā)出了大量的鍛壓新工藝,、新技術,如液體模鍛,、半固態(tài)模鍛、等溫鍛造,、粉末鍛造,、多向鍛造、無斜度精密模鍛,、分部模鍛,、包套模鍛等,對簡化工藝,、減少工序,、節(jié)省能耗、擴大品質(zhì),、增加規(guī)格,、提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率、保護環(huán)境,、降低勞動強度,、提高經(jīng)濟效益等方面發(fā)揮了重大作用。專用的計算機軟件對控制鍛造溫度,、鍛壓力,、變形程度(欠壓力)和工藝潤滑等主要工藝參數(shù),控制制品尺寸和內(nèi)部組織,、力學性能等提供了可靠的保證,。
模鍛的設計與制造是鋁合金鍛壓技術的關鍵,鍛件CAD/CAM/CAE系統(tǒng)已十分成熟和普及,,在美國,,CAD/CAM/CAE系統(tǒng)正被CIM(計算機一體化)所代替。CIM包括成套技術,、計算機技術,、CAD/CAM/CAE技術、機器人,、專家系統(tǒng),、加工計劃、控制系統(tǒng)以及自動材料處理等,,為模鍛件的優(yōu)化設計和工藝改進提供了條件,。如汽車工業(yè)上,對前梁、羊角,、輪轂,、曲軸等零件進行設計和工藝過程優(yōu)化,可使優(yōu)化設計后的羊角減重15%,,輪轂減重30%,,曲軸減重20%,而且大大提高生產(chǎn)效率,,降低能耗,。
在產(chǎn)品品種和質(zhì)量上獲得了突破性進展,目前世界上研制開發(fā)的鍛造鋁合金有上百種,,十幾個狀態(tài),,可大批量生產(chǎn)不同合金、不同狀態(tài),、不同性能,、不同功能、各種形狀,、各種規(guī)格,、各種用途的鋁合金鍛件,規(guī)模在30000噸/年以上的大型企業(yè)已有十來家,。目前世界上可生產(chǎn)的鋁合金模鍛件的最大投影面積達5m2(750MN),,最長的鋁鍛件達15m,最重的鋁鍛件達1.5噸,,最大的鍛環(huán)直徑達11.5m,,基本上可滿足最大的飛機、飛船,、火箭,、導彈、衛(wèi)星,、航艇,、航母以及發(fā)電設備、起重設備等的需要,。產(chǎn)品的內(nèi)部組織,、力學性能和尺寸精度也能滿足各種用戶要求,在產(chǎn)品開發(fā)上達到了相當高的水平,。
鍛壓生產(chǎn)在我國有悠久的歷史,,3300多年以前的殷墟文化早期,鍛壓已用于兵器生產(chǎn),。解放前,,鍛壓生產(chǎn)十分落后,。解放后,鍛壓生產(chǎn)迅速發(fā)展,,180MN以下的自由鍛水壓機,、300MN模鍛水壓機、160KN以下的模鍛錘,、16000KN以下的摩擦壓力機,、8000KN以下的熱模鍛壓機已成系列裝備了各鍛壓廠。但到目前為止,,我國鋁加工企業(yè)僅有300MN,、100MN、60MN,、50MN、30MN10臺大,、中型鋁鍛壓水(液)壓機和1臺100MN多向模壓水壓機及Φ5m軋環(huán)機2臺,,鋁鍛件年生產(chǎn)能力僅為20000噸左右,最大模鍛件投影面積為2.5 m2(鋁合金)及1.5 m2(鈦合金),,最大長度為7m,,最大寬度為3.5m,鍛環(huán)最大直徑Φ6m,,以及盤徑為Φ534mm~Φ730mm的鋁合金絞線盤和Φ650mm左右的汽車輪箍,。產(chǎn)品品種相對較少,例如工業(yè)發(fā)達國家的模鍛件已占全部鍛件的80%左右,,我國只占30%左右,。國外模鍛件的設計、模具制造方面已引入計算機技術,、模鍛CAD/CAM/CAE和模鍛過程仿真已進入實用化階段,,而我國很多鍛壓廠在這方面才剛剛起步。據(jù)同力鋁鍛件悉,,工藝裝備的自動化水平和工藝技術水平也相對落后,。由于近年來,除中國正在建設450MN和800MN巨型模鍛機外,,世界各國在大,、中型鍛壓機的新建和改造方面力度不大,因此,,總的來說,,世界鋁合金鍛件的生產(chǎn)尚不能滿足交通運輸輕量化對鋁鍛件的需求,有必要新建若干條現(xiàn)代化的大,、中型鋁鍛壓生產(chǎn)線,。
根據(jù)以上分析可知,,目前我國鋁合金鍛壓工業(yè),無論在技術裝備上,、模具設計與制造上,、產(chǎn)品產(chǎn)量與規(guī)模上、生產(chǎn)效率與批量化生產(chǎn)上,、產(chǎn)品質(zhì)量與效益等方面都與國外先進水平存在較大差距,。不僅不能滿足國內(nèi)外市場對鋁合金鍛件日益增長的需求,更跟不上交通運輸(如飛機,、汽車,、高速火車、輪船等)輕量化要求以鋁鍛件代替鋼鍛件的步伐,。
為此,,我國應集中人力、物力和財力,,盡快提高我國鋁合金鍛壓生產(chǎn)的工藝裝備水平和生產(chǎn)工藝水平,,并盡快新建若干條大中型現(xiàn)代化鋁合金鍛壓液壓機生產(chǎn)線,以盡快縮小與國外先進水平的差距,,最大程度地滿足國內(nèi)外市場的需求,。可喜的是,,隨著我國大飛機項目及航母以及其他大型重點項目的實施,,正在建造200MN重型臥式擠壓機和450MN和800MN巨型立式模鍛液壓機,向世界鋁合金鍛壓大國和強國邁進,。
由于鋁及鋁合金鍛件具有以上一系列的優(yōu)越性,,在航空航天、汽車,、船舶,、交通運輸、兵器,、電訊等工業(yè)部門備受青睞,,應用范圍越來越廣泛。據(jù)初步統(tǒng)計,,1985年鋁鍛件占世界鍛件總產(chǎn)量的0.5%(即1.8萬噸),,2008年上升到18%左右,目前,,世界上消耗鍛件450萬噸左右,,其中鋁鍛件占了80萬噸/年左右;鈦鍛件和高溫合金鍛件大約占1.5%(即1.8萬噸/年左右),;鋼鍛件依然占絕大多數(shù),。
從鋁加工工業(yè)的角度來看,,目前全世界的鋁產(chǎn)量(包括再生鋁)為5000萬噸/年左右,其中85%要變成加工材,,即目前世界上加工材年產(chǎn)量為4000萬噸左右,,其中板、帶,、箔材占57%左右,,擠壓材占38%左右。鋁合金鍛造材由于成本較高,,生產(chǎn)技術難度較大,,僅在特別重要的受力部位才應用,所占比重不大,。但是,,鋁鍛造材是增長速度最快的鋁材,近十多年來,,由于軍工和民用工業(yè),,特別是交通運輸業(yè)現(xiàn)代化和輕量化的需要,以鋁代鋼的要求十分迫切,,因而,鋁鍛件的品種和應用都得到了迅猛的增長,。其在鋁材中的比例已由1985年的0.5%增加到了2009年的2.5%,,即80萬噸/年左右。
據(jù)同力鋁鍛件悉,,為了滿足軍工和民用各部門對鋁和鋁合金鍛件日益增長的要求,,世界各國都集中人力、物力和財力發(fā)展鋁鍛壓生產(chǎn),,設計和制造各種鍛壓設備,,特別是大中型水(液)壓鍛壓機。但是由于鍛壓設備比較貴,,制造周期長,,鍛件生產(chǎn)技術也比較復雜,因而很難滿足市場需要,。目前世界上鋁鍛件的生產(chǎn)能力大約為80萬噸/年左右,,不能滿足消費量100萬噸/年的需求。中國由于大,、重型水(液)壓鍛造設備少,,生產(chǎn)能力低,遠遠不能滿足工業(yè)部門對鋁鍛壓件的需求,,年缺口量在4.0萬噸以上,。到2015年,,由于我國的汽車、飛機,、船舶及交通運輸和機械制造業(yè)的大量增加,,鋁鍛件的年消耗量可能達到8萬噸/年以上。
鍛壓生產(chǎn)是向各工業(yè)部門提供機械零件毛坯的重要途徑之一,,在國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展和國防軍工現(xiàn)代化中占重要的地位并起著特殊的作用,。由于鋁合金鍛件具有一系列優(yōu)良特性,其應用范圍越來越廣泛,,市場潛力巨大,,應用前景很好,最大程度滿足國內(nèi)外市場的需求,,向鋁鍛壓大國強國邁進,。
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