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1、“国宝级”设备焕然一新西南铝3万吨模锻水压机升级改造项目竣工复产2、一种铝合金快速锻造液压机3、中国8万吨模锻压机，多项纪录创世界第一，有何战略价值？

“国宝级”设备焕然一新西南铝3万吨模锻水压机升级改造项目竣工复产

新重庆-重庆日报 记者 夏元 见习记者 王光平

“3万吨模锻压机，开工！”3月11日，经过90天的精心组织、精密设计和精准施工，由中国一重承担的西南铝3万吨立式模锻水压机升级改造项目完成改造，正式竣工复产。

▲西南铝3万吨立式模锻水压机升级改造项目竣工仪式（企业供图）

据介绍，3万吨模锻水压机是我国自主设计制造的大型设备，也是西南铝“国宝级”装备之一，于1977年成功生产出航空用大型铝合金框架模锻件，从此开启我国航空模锻件向大型化发展之路。近50年来，3万吨模锻水压机不断书写我国铝加工业的发展历史，担负起国家重点领域所需关键配套材料保供的重任，为服务国家战略发挥极其重要的作用。

为持续提高战略保障能力，去年12月，西南铝3万吨模锻水压机启动升级改造。在项目建设期间，以中国一重为主体的多个参建单位通力协作、密切配合，全力保障既定节点目标顺利实现。特别是在春节期间，参建人员坚守岗位，奋战在项目建设一线，最终提前10天完成升级改造任务。

目前，完成改造的3万吨模锻水压机的设备本体及控制精度均得到大幅提升，模锻质量随之显著增强，生产效能也将大幅提高，为西南铝生产模锻件、高温合金等先进材料提供更加坚实有力的支撑保障。

西南铝负责人表示，将在发挥设备最大效能、生产更多优质产品的同时，围绕中铝高端产能规模倍增目标，进一步提升产销规模、生产效率和装备智能化、信息化水平，锻造新质生产力，赋能企业高质量发展。

一种铝合金快速锻造液压机

本文介绍了铝合金快速锻造液压机研发的必要性，在分析现有生产工艺流程模式下成形设备不足的基础上阐述了使用铝合金快速锻造液压机的优势。之后阐述了铝合金快速锻造液压机设计的关键技术条件，包括主机参数特点及设计优化、液压系统设计等内容，并指出该种成形液压机的设计成功将极大提高生产效率、降低能耗、噪声，为该生产工艺的广泛应用提供可能。

目前，铝合金锻造工艺流程为加热、镦粗、拔长、滚圆、整形、冷却。通常采用普通锻造液压机实现热锻成形，但存在生产效率低、能耗较大、工作现场噪声大等问题。

铝合金快速锻造液压机（图1），可采用人工或机器人实现各工序之间的流转，提高了生产效率，减轻了人工劳动强度。同时，对普通自由锻液压机在用于铝合金锻造时的使用工况进行分析优化后，采用外部液压控制恒流量泵组和泵直驱系统，以提高设备控制精度，降低能量传递过程中的损耗和待机时的空运行能耗及噪声，总能耗降低30%左右，噪声降低10～15db以上，有效的降低了生产能耗和噪声。

铝合金快速锻造生产工艺简介

图2所示为铝合金快速锻造工艺布局图。铝合金快速锻造生产工艺如下：原材料通过送料机进入加热炉加热→传送至出料台的取料位置→人工或R1机器人取料→人工或R1机器人送入液压机工作区→操作机在工作区接受工件→操作机在20000kN压机上完成镦粗、拔长、滚圆、整形工艺→人工或R1机器人由压机工作区取出锻件送至冷却、转运堆放区，待冷却后进行时效得到成品。

图1 铝合金快速锻造液压机

铝合金快速锻造液压机的主要技术特点

滑块压制和退回速度快

铝合金锻造零件的锻造温度一般在400～500℃左右，锻造温度区间很小，一般在70～100℃之间，工件出炉后温度很快就会下降到终锻温度，必须快速完成锻造。如果锻造速度不够，不能完成全部锻造工序，就需要重新加热，极大的延长了制造时间、降低了生产效率，并会产生很大的能源浪费。因此，20000kN快速锻造液压机在满吨位时的成形速度一般要求≥80mm/s，退回速度≥300mm/s。

设备偏载较大，冲击振动大

根据成形零件及模具的相关要求，20000kN的液压机台面（长×宽）为1800mm×1200mm。相对台面较小的模具通过T形槽固定的台板上，模具中心与压机中心在安装模具时会存在一定的误差，使用过程中这个误差会加大；操作机在摆放工件时也会有误差，这些都会导致压机存在一定的偏载。特别是拔长和滚圆工序，工件几乎不可能摆放在模具正中心，此时设备必定存在很大的偏载力矩。设备滑块快速接触工件并压制的过程中在上模和工件接触时会像铁锤敲打一样产生很大的冲击振动。

设备的滑块运行精度要求高

由于铝合金锻造中，铝材料的特殊性，在锻造压制过程中的材料抗力不是单向均匀变化的，液压机滑块的速度精度和定位精度对于锻件的成形质量会产生很大影响。如果滑块速度和位置精度不够，会导致锻件的内部流线、组织分布不均匀，外形尺寸偏差加大，提高锻件产生缺陷的风险，增加后续的加工量，影响生产效率，严重时可能会导致锻件的报废。由于该设备需满足配合机器人实现半自动化生产，对工件的外形尺寸要求较高。如果工件的外形尺寸偏差较大，会影响机器人正常抓取工件，增加人工干预时间，会导致整个生产线运行效率降低。

铝合金快速锻造液压机的主要方案

针对铝合金锻造成形工艺对设备的特殊要求：精度高、偏载力较大，以及对生产工艺过程的详细研究分析，进而优化设计，充分利用各种内外部资源，实现了设备的高精度、高效率、节能环保。

液压机机身框架以传统三梁四柱机身为基础，优化了上下梁的内部结构，提高了框架柔性以吸收冲击，梁焊后采用退火彻底消除焊接应力，保证了机身的强度和刚度。根据铝合金锻造成形工艺的特点：零件较小、应力较为集中，滑块采用单缸加压的形式有效的适应应力集中的使用工况。

滑块本体采用钢板焊接成箱形结构，同时采用有限元进行分析和优化，具有足够的刚度和强度，焊后退火消除焊接应力。考虑到锻件生产工艺对设备偏载要求，增加滑块高度并优化改造了滑块导向结构，滑块的导向采用导套导向，导套的结构和尺寸经过精密计算、优化，从而保证滑块在热环境下膨胀变形和较大的偏心载荷情况下的的运行精度。

根据成形速度和位移精度的要求，按照常规液压机设计，滑块压制速度会随着负载压力变化而变化，不能保证压制速度恒定，速度不稳定又会导致位移精度下降。因此，20000kN铝合金快速锻造液压机，采用恒流量泵搭载负载压力补偿系统，该系统可以保持输出端的流量不随负载压力变化而变化，从而提高速度精度；在补偿系统输入端采用比例伺服阀，用来调节滑块速度、控制滑块位移。

根据锻造工艺过程的分析结果，油泵采用外部液压控制泵的输出流量，除成形和回程阶段外，泵的排量降低80%～90%，噪声降低10～15db，用电量降低30%以上，冷却功率降低30%，实现节能降噪，大大改善了操作环境，降低了使用成本。

压机的滑块压力控制采用比例调压，压力调整范围为公称压力的10%～100%，压力控制精度为±0.3MPa；滑块位置采用高精度位移传感器闭环控制，位置显示精度可达0.01mm，控制精度在±0.5mm以内；滑块速度控制采用比例伺服阀，控制精度在±1mm/s以内，有效的提高了锻件（图3）的成形精度和位置精度。

图3 成品铝合金锻件

实践结果

该铝合金快速锻造液压机的研发成功，对铝合金锻造成形的生产工艺优化，提高生产效率，提高锻件的质量，减少后续加工量都有着非常积极的意义。目前，此设备已经在用户处稳定运行一年的时间，提高了锻件一火锻造的生产效率。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第7期

中国8万吨模锻压机，多项纪录创世界第一，有何战略价值？

图为中国8万吨模压机

随着中国综合国力的逐步提升，中国的制造业实力也在不断提升研发出了很多先进工程装备，而前段时间中国又拿下了一项世界第一，中国企业成功研发出了中国第1款，同时也是全球第1款8万吨级模压机，引发了全球工程制造行业的关注，这款巨型模压机的多项纪录创下世界第一，最大压力达到了10万吨，超过了俄罗斯的7.5万吨问鼎模压机世界之最，让很多西方专家都感叹中国果然无愧于大国称号，那么这款巨型模压机到底有何战略价值呢？有专家对此表示，这款巨型模压机的诞生可以让中国制造尺寸更大精密度却更高的大型零部件，国产的歼20战机和运载火箭都可以从它身上受益。

图为中国模压机

加工零部件模压机是一种我们在日常生活里基本上不太可能见到的专用工程制造机械，这种特殊设备的主要用途是对金属零部件进行模压加工，从而制造出尺寸较大，精密度和强度却足够高的特殊金属零部件，模压加工其实就是指利用强大的压力，将金属材料在特制模具中压制成型的加工技术，在极为巨大的压力作用下，被加热到一定温度的金属零部件会像水一样流动充满整个模具，冷却后取出就成为了强度精度兼具的高性能零部件。

图为模压机加工零部件

从它的工作原理可以看出，对于模压机来说，它能输出的最大压力直接决定了它的制造能力，因此各国一直在研发压力更大的巨型模压机，在这款大国重器诞生之前，全球只有美俄法三国拥有制造4万吨级以上模压机的技术能力，就连以制造技术著称的德国日本都没有这项技术，中国工程师此前也突破了重重难关，成功让中国成为了全球第4个可以制造此类设备的国家，而这次中国工程师取得的突破则更加显著。中国这次打造的8万吨级模压机实际上可以输出的最大压力达到了10万吨的级别，这一数据已经超过了俄罗斯此前创造的7.5万吨模压压力，是目前全球压力最大的模压机，更大的压力意味着中国模压机可以制造精度更高或尺寸更大的零部件，中国模压机一次就可以制造一个尺寸两米以上，最薄处只有5毫米的高精密度高强度铝镁合金零部件，用作战斗机等先进航空设备的承力结构，制造效率相比其他制造手段快了不知多少倍。

图为中国模压机

如今这款8万吨级模压机已经开始为中国航空工业制造零部件了，多款国产战机身上都已经安装了它所生产的高精密度零部件，性能因此获得了更大提升，而中国研发的多款运载火箭身上也使用了它的零部件，可以说它的研发成功，让整个中国的精密制造能力都提升了很大一个档次，是不折不扣的大国重器。而它的研发成功也不意味着中国会就此停下，如今中国工程师已经开始打造性能更先进的模压机了，未来更加先进的战斗机和运载火箭就需要使用它生产的零部件，也希望中国工程师能在这一领域内尽早取得突破。

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