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国内外重型模锻液压机发展及应用

国内外重型模锻液压机发展及应用

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-08-18 21:12    浏览量:

重型模锻(close die forge)设备一般是指压制吨位大于100MN的,依靠成形模具进行锻件生产的设备,其特点是吨位大、压制能力强、锻件形状复杂(相对于自由锻件)、尺寸精度高、工艺稳定性好、生产效率高等。它主要应用于航空航天飞行器结构件、发动机/燃气轮机零件、大型高压高温阀体、油井防喷器、采油树以及大型齿轮等大型高性能关键零部件的生产上。重型模锻设备一般包括重型模锻液压机和多向模锻液压机。

9.1 模锻液压机

9.1.1 重型模锻液压机

自从1893年世界上第1台万吨级(126MN)自由锻水压机在美国建成后,重型液压机成为大型、高强度零件锻造加工的重要基础装备,尤其是航空高性能部件的制造,重型模锻液压机更是基础核心装备。

20世纪初飞机的发明,特别是战争对高性能航空器的迫切需求,高精度、高强度的大型航空锻件的制造成为航空产业的关键。二战期间,德国秘密研制的150MN和300MN模锻液压机(见图1)为德国战机提供了大型整体锻件,大大提高了德国战斗机的整体性能。开创了重型模锻液压机的先河。

施罗曼(Schloemann)的300MN模锻水压机

二战后,受到德国的启示,美国、苏联开始大力发展各自的重型模锻液压机装备。1950年美国开始实施“空军重型压机计划(The Air Force Heavy Press Program)”,由联邦政府出资,在威曼高登(Wyman-Gordon)的格拉夫顿(Grafton)工厂和美国铝业公司(Alcoa)在克利夫兰(Cleveland)的工厂各建造1台315MN和450MN模锻液压机。这几台20世纪50年代的重型模锻液压机为美国后来的大型客机(如波音747)、大型运输机(如C-5A)、战略轰炸机(如B-1B)和先进战斗机(如F-22)提供了高质量的关键零部件,为美国航空工业的发展奠定了坚实的基础。在20世纪90年代,美国的舒尔茨钢铁公司(SHULTZ STEEL)和Web公司又各自建成了1台400MN模锻液压机。

苏联根据对德国重型模锻液压机的深入研究和技术准备,在1959年后也陆续建成3台300MN模锻水压机和2台世界最大吨位的750MN模锻水压机(除中国在2012年建成的800MN外)。750MN模锻液压机锻造了世界上最大民航客机A380的起落架(Ti-10V-2Fe-3Al合金,4255mm×568mm×690mm,质量为3210kg)。

欧洲德国的欧福控股有限公司(OTTO FUCHS)于20世纪60年代初建造了1台300MN单缸模锻液压机(见图9-5),能锻造出非常精密的模锻件。法国于1976年从苏联引进了1台650MN模锻水压机,安装于法国AD公司,使用至今。AD公司于2005年又由德国的辛北尔康普(Siempelkamp)公司建造了1台400MN模锻液压机。

2012年前,重型模锻液压机在中国甚至亚洲都是空白,因此亚洲的航空制造技术也远远落后于上述三个地区。而2012年,西安三角防务股份有限公司(简称西安三角航空)400MN模锻液压机进了首次热试车,仅1天之后二重的800MN模锻液压机也成功进行了热试车,标志着这台世界最大吨位的模锻液压机试生产成功。随后昆山2013年300MN也进行了热试车。这些模锻液压机的建成,使我国的重型模锻液压机的装备能力得到了迅速提升,我国的航空制造业具备了关键的大型、高性能模锻制造能力。

重型模锻液压机是高性能航空飞行器中的重要承力构件关键成形装备。如飞机机体的承力框、梁、接头、起落架等,发动机的盘、轴、机匣壳体、叶片等。而随着航空飞行器的发展,其结构的整体性成为提高性能、减轻质量的关键手段。而采用重型模锻液压机所压制的高温合金、钛合金、超高强度钢和先进铝合金大型整体模锻件,无论在强度、韧性、疲劳和断裂性能方面都具有较大优势,表现出良好的综合技术经济效果,成为先进航空器性能提升和质量降低的关键技术。

例如美国F-102歼击机采用了315MN模锻水压机制造的7075铝合金整体大梁精密锻造件,长3200mm,取代了原设计中的272种零件和3200个铆钉,使飞机减重45.5~54.5kg,节约机械加工工时50%;又例如俄罗斯安-22运输机,采用750MN水压机模锻的投影面积约3.5m2的B95铝合金20个隔框锻件,减少了800个零件,使飞机机体减重1000kg,减少机械加工工时15%~20%。最新的波音B-777民航机起落架整体模锻件(质量为1440kg)是用Ti-10V-2Fe-3Al钛合金在450MN水压机上压制的。

我国近年来在航空武器装备上取得了较大的发展,第三代飞机已经批量生产,并装备部队;第四代战机和大运等一批先进飞机也正在研制或即将定型。前述重型模锻液压机投产奠定了其中大型整体精化模锻件制造的生产基础。

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