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鋁合金前景甚好

  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量,不僅不能滿足國內市場的需要,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線是十分必要的、及時的,對國民經濟的高速發(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。

  鍛件生產是一個很古老的行業(yè),但鋁合金鍛件的大量生產應用是從1950年代開始的。經過幾十年的現(xiàn)代化改造,無論在工業(yè)裝備上,模具設計和制造上,生產工藝和技術上,還是在產品品種規(guī)格、生產規(guī)模和質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、增加規(guī)格、提高質量和生產效率、保護環(huán)境、降低勞動強度、提高經濟效益等方面發(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%,而且大大提高生產效率,降低能耗。

  在產品品種和質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。產品的內部組織、力學性能和尺寸精度也能滿足各種用戶要求,在產品開發(fā)上達到了相當高的水平。

  鍛壓生產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。解放前,鍛壓生產十分落后。解放后,鍛壓生產迅速發(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。據嘉德鋁鍛件悉,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、中型鋁鍛壓生產線。

  根據以上分析可知,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、產品產量與規(guī)模上、生產效率與批量化生產上、產品質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的工藝裝備水平和生產工藝水平,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外市場的需求?上驳氖牵S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。據初步統(tǒng)計,1985年鋁鍛件占世界鍛件總產量的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。

  據嘉德鋁鍛件悉,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,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,最大程度滿足國內外市場的需求,向鋁鍛壓大國強國邁進。

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