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重型模锻液压机今后主要研究与开发

重型模锻液压机今后主要研究与开发

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-08-26 18:10    浏览量:

经过80多年的发展,重型模锻液压机作为一个国家航空制造和重型装备设计与制造能力的体现,是当时重型承载结构最新设计理论和加工制造水平的集中应用。但随着航空、能源等领域对材料性能和零部件整体性的要求越来越高,重型模锻不但要求锻件成形,而且还要求保证其内部晶粒大小、分布和最终的组织性能。模锻工艺对设备的要求越来越高,在锻造能力提高的同时,还要求成形精度和过程的可控制性。欧美早期建造的重型模锻液压机在1990年后都进行了液压系统改造,将原来的水压系统改为油压,增加高精度的传感器和计算机控制系统,使动梁的平衡能力、速度控制精度提高,使这些50多年前的设备又焕发了青春。

当前我国建成的800MN、400MN和300MN模锻液压机,以及360MN垂直挤压机,已经具备了世界顶级的设备能力,覆盖了我国航空、航天及能源建设所需大型模锻件的加工需求。而近年来不少企业又陆续上马了500~680MN模锻液压机或挤压机,功能和产品基本相同。由于大型模锻件的市场需求有限,势必形成相互竞争。因此,对于我国刚刚建立起来的重型模锻加工行业来讲,今后的重点之一是不断提升模锻工艺水平、降低模具成本、挖掘设备潜力、提高竞争力。

而在设备方面,一方面为提高压制精度、扩大产品范围,液压系统的控制精度需要大幅提高,以适应等应变速率和热模锻工艺的要求。通过实行等应变速率(也称为等温锻)压制,可大大降低锻件的变形抗力,提高现有压机的锻造能力。

另一方面则发展精密、节材、绿色的重型多向模锻液压机。如前所述,多向模锻过程中材料在模膛内受到冲头的挤压,处于三向压应力下的塑性流动状态,塑性和成形性能大大提高,锻件变形均匀、组织致密、缺陷易于消除,锻件力学性能好,非常适于塑性较低的材料成形;同时多向模锻又具有闭式模锻的工艺特点,锻件外形复杂、成形精度高,成形后无飞边,无拔模斜度,金属流线连续完整且末端外露少,锻件的抗应力腐蚀和疲劳寿命可成倍提高。另外,由于可以一次锻造出零件的内孔,因此可以节省坯料重量,提高材料利用率,并减少后续切削加工量。

多向模锻工艺是火箭和鱼雷壳体、导弹喷管、起落架、涡轮盘等高性能锻件,以及核电、超超临界电站、石油石化等行业所需的高温高压阀门阀体的理想锻造工艺。以国民经济各行业广泛应用的阀门为例,我们阀门行业的年产值约1000亿元人民币。但每年仍需进口30亿美元(2007年数据,约200亿元人民币)的阀门,主要是火电、核电及石油、石化需要的高温高压大型阀门,特别是口径大于150mm、压力大于25MPa或工作温度高于570℃的高端阀门。

高温高压大型阀体尺寸大、形状复杂,对于其组织、性能、缺陷的尺度和分布、尺寸精度及外观质量均有严格的要求。多向模锻是最佳的阀体锻件制造技术。国际著名阀门制造商威兰(Velan)公司就是依靠威曼高登(Wyman-Gordon)公司几台多向模锻液压机制造的阀门阀体垄断了全球90%核电阀门和100%核潜艇阀门的供应。而我国在重型多向模锻技术及其工艺装备,特别是200MN以上的多向模锻液压机方面仍处于空白。

此外,多向模锻技术还是难变形材料的理想制造技术。难变形材料是指高温合金、钛合金、耐热合金钢、铝合金、镁合金等塑性材料是指高温合金、钛合金、耐热合金钢、铝合金、镁合金等塑性差、锻造温度区间窄、显微组织对变形量敏感的材料,这些材料的锻造成形工艺复杂、质量不稳定、技术难度大。但都是航空航天、火电核电的重要用材,尤其是高温合金、钛合金和耐热合金钢等难变形贵重金属更是航空发动机、燃气轮机、超超临界电站等的核心材料。而这些材料的最佳成形工艺是能够提供三向压应力的挤压或多向模锻工艺。据报道,威曼高登(Wyman-Gordon)公司和埃尔伍德(Ellwood)公司(拥有110MN多向模锻液压机)最主要的锻件产品是航空航天用的高温合金、钛合金锻件,如涡轮盘、压气机盘、火箭喷管、起落架等。

而我国由于缺乏重型多向模锻液压机,航空航天难变形材料的锻造主要依靠锤上模锻或液压机模锻,以及近年发展的等温锻造技术。在难变形贵重金属的多向模锻成形领域,我国一直处于空白。但随着我国航空航天产业的发展,特别是我国核电和超超临界火电建设的发展,急需发展我国自主的高效、优质、节材多向模锻技术,以提升我国难变形贵重材料的成形加工技术水平。

利用预应力钢丝缠绕技术,创新的正交预紧机架结构有效地解决了多向模锻液压机水平压制力承载结构设计的难题,并在已建成的40MN/64MN和90MN/126MN多向模锻液压机上得到的验证,为发展我国的多向模锻制造技术奠定了独立自主的技术基础。而计划中400MN多向模锻液压机已完成初步方案设计,其垂直最大合模力达400MN,水平最大合模力达100MN,将是世界上最大的多向模锻液压机。项目建成后,将打破美国英国公司在重型多向/精密锻造的垄断地位,建立我国此领域的自主化生产能力,并极大地促进我国锻造行业的绿色制造技术水平。

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