機械制造工業(yè)鋁管熱鍛鋁管熱鍛工藝

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起經(jīng)加熱錘鍛成劍，并經(jīng)淬火。同時出土的鐵兜鍪(鐵盔)用89片鐵甲綴成。為了減輕質(zhì)量，鐵甲多為薄片，大都經(jīng)過加熱鍛造。1960年呼和浩特二十家子古城出土的西漢鐵鎧甲，其鐵片厚度僅1~2mm,為熱鍛鐵件。1973年在鄭州發(fā)現(xiàn)的窖藏東漢末年的鐵器遺物中，鍛件占很大比重。其中有滎水縣王灣村出土的兩條鐵鎖鏈，一條長2400mm,每環(huán)長75mm,是熟鐵經(jīng)熱鍛焊連成鏈索的?！短旃ら_物》中總結(jié)了古代大小器物的鍛造方法并附有圖畫，談到戰(zhàn)艦和海船用的千鈞錨，“錘法先成四爪，以次逐節(jié)接身",即采用分段鍛造，然后鍛焊成整體。

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1840年鴉片戰(zhàn)爭以后，為了適應(yīng)航運業(yè)發(fā)展的需要，外商首先在中國建立了船舶修造廠。1845年英國人J.C.柯拜在廣州黃埔設(shè)立的柯拜船舶廠，是中國領(lǐng)土內(nèi)早的一家外資機械廠。清政府為了自救開展了洋務(wù)運動，開始了中國近代機械制造工業(yè)。從早的江漢制造局、江南制造局、金陵制造局到福州船政局等都已經(jīng)開始了現(xiàn)代制造業(yè)。1871年福州船政局所屬鐵廠首先采用新的冶煉技術(shù)，安裝吊車，鑄造大型汽缸，購置3t汽錘鍛造大軸，建成中國機械工業(yè)早的鑄鍛車間。

我國的鍛造業(yè)歷史悠久，到19世紀中國也有了一些現(xiàn)代制造業(yè)的鑄鍛車間，但是，這主要是用于鍛造鋼鐵材料的，有色金屬鍛造，特別是鋁及鋁合金的鍛造業(yè)幾乎還是。

1.2.2鋁合金鍛壓生產(chǎn)與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及水平分析

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1.2.2.1國外發(fā)展狀況與水平分析

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(yīng)用是從20世紀50年代開始的。經(jīng)過幾十年的現(xiàn)代化改造，無論在工藝裝備、模具設(shè)計和制造、生產(chǎn)工藝和技術(shù)上，還是在產(chǎn)品品種規(guī)格、生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量等方面都得到了飛速發(fā)展，尤其是美國、俄羅斯、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，全有鍛壓廠上千家、鍛壓機數(shù)千臺，年產(chǎn)鍛件近500萬噸。其中，鋁合金模鍛件30萬噸左右(年消耗量近50萬噸)。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以上的重型液壓鍛壓機的分布

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1.2鍛壓生產(chǎn)發(fā)展概況及鋁合金鍛壓技術(shù)發(fā)展水平  ·7·

情況是;俄羅斯4臺，其中2臺是750MN,為之：美國5臺中其中包括2臺450MN);法國1臺，為650MN;德國2臺；中國1臺并正在王生建設(shè)和制造450MN和800MN巨型模鍛液壓機);羅馬尼亞1英國1臺。這些大型水(液)壓機的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊、功能自動化程度高、配備有操作機和快速換模裝置，平面配置合理有利國于連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。此外隨著鋁合金模鍛件大型化、精密度的提高，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鍛液壓機，其中美國3臺，大為300MN;法國1生、為650MN;英國1臺，為300MN;中國1臺，為100MN;俄羅F江臺，為200MN和500MN;德國1臺，為350MN。多向模鍛機屬滿密鍛壓設(shè)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(guān)鍵部件佳工作點進行控制，對各工作狀態(tài)進行監(jiān)控和顯示，對系統(tǒng)故障、設(shè)備過載、過溫和失控進行預(yù)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、磁存儲器、集成電路、光纖通三、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重理。此外，為了生產(chǎn)各種規(guī)格和品種的大、中型精密鍛件，各國裝配了各種型號的精鍛機，50t以上的大型鍛錘、平鍛機及5~12m三狀型精密軋環(huán)機，如美國的J12m、俄羅斯的φ10m精密軋環(huán)機，中國也裝備了多臺d5m的精密軋環(huán)機。

在鋁及鋁合金鍛件技術(shù)方面，研制開發(fā)出了大量的鍛壓新工藝、新技術(shù)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，對于簡化工藝、減少工序、節(jié)省能毛增加規(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)微益等發(fā)揮了重大作用。的計算機軟件為控制鍛造溫度、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)部組力學性能等提供了可靠的保證。

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模鍛的設(shè)計與制造是鋁合金鍛壓技術(shù)的關(guān)鍵，鍛件CAD/CAM/AE系統(tǒng)已十分成熟和普及。在美國，CAD/CAM/CAE系統(tǒng)正被CIM算機一體化)所代替。CIM包括成套技術(shù)、計算機模擬技術(shù)AD/CAM/CAE技術(shù)、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(shè)計和工藝改進提供了條件。如在汽車工業(yè)，對前梁、羊角、輪轂、曲軸等零件進行設(shè)計和工藝過程優(yōu)化，可使優(yōu)化設(shè)計后的羊角減重15%,輪轂減重30%.曲軸減重20%,而且可大大提高生產(chǎn)效率，降低能耗。

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在產(chǎn)品品種和質(zhì)量上獲得了突破性進展，目前上研制開發(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，年產(chǎn)能在3萬噸以上的大型企業(yè)已近十家。目前上可生產(chǎn)的鋁合金模鍛件的大投影面積達5m2(750MN),長的鋁鍛件達15m,重的鋁鍛件達2.5t,大的鍛環(huán)直徑達11.5m,基本上可滿足大的飛機、飛船、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、艦艇、航母以及發(fā)電設(shè)備、起重設(shè)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。

近年來，除中國正在建設(shè)450MN和800MN巨型模鍛機外，各國在大、中型鍛壓機的新建和改造方面的力度不大。因此，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。

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1.2.2.2國內(nèi)鋁合金鍛壓生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀和水平分析

在我國鍛壓生產(chǎn)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)。1949年新中國成立前鍛壓生產(chǎn)十分落后。1949年新中國成立后，鍛壓生產(chǎn)迅速發(fā)展，125MN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、80MN、60MN、50MN、30MN等10余臺大、中型鋁鍛壓水(液)壓機和1臺100MN多向模鍛液壓機及d5m軋環(huán)機2臺，鋁鍛件年生產(chǎn)能力僅為1.5萬噸左右，大模鍛件投影面積為2.5m2(鋁合金)及1.5m2(鈦合金),大長度為7m,大寬度為3.5m,鍛環(huán)大直徑5m,以及盤徑為d534~730mm的鋁合金絞線盤和300~600mm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(shè)計、模具制造已引入計算機技術(shù)，模鍛CAD/CAMCAE和模

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1.2鍛壓生產(chǎn)發(fā)展概況及鋁合金鍛壓技術(shù)發(fā)展水平  ·9·

鍛過程仿直已進入實用化階段、而我國很多鍛壓廠在這方面才剛剛起先工藝裝備的白動化水平和工藝技術(shù)水平也相對落后，

目前我國鋁合金鍛壓工業(yè)，在技術(shù)裝備、模具設(shè)計與制造、產(chǎn)品產(chǎn)量與規(guī)模、生產(chǎn)效率與批量化生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量與效益等方面與國外先進水平相比，還存在差距。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、高速火三輪船等)輕量化要求以鋁鍛件代替鋼鍛件的步伐。為此，我國應(yīng)一人力、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生產(chǎn)線，以盡快縮小與國外先進水平的差距，大限度滿足國內(nèi)外場的需求?？上驳氖牵S著我國大飛機項目及其他大型重點項目的.正在建造200MN重型臥式擠壓機和450MN、800MN巨型立式液壓機，向鋁合金鍛壓大國和強國邁進，

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12.2.3我國鋁模鍛技術(shù)與先進水平的對比與差距分析

目前，我國規(guī)模大、裝備先進、品種的鋁合金鍛壓企業(yè)為中鋁公司下屬的西南鋁加工廠，擁有級的300MN模鍛水壓機，100MN多向模鍛水壓機和60MN鍛造水壓機乃配套的輔助設(shè)備以及切橋直、鋸切、機加工、制模和檢測設(shè)備等，是一個專為航空航天等部是供高質(zhì)量鋁合金鍛件和模鍛件的工廠。美國是目前上鋁合金鍛壓三一和技術(shù)發(fā)達的國家之一，美鋁公司下屬的克利弗蘭鍛造廠是其具性的鋁合金鍛壓企業(yè)，擁有30MN、40MN、80MN、150MN、300MN、500MN等多臺鍛壓水壓機；7~10MN、13MN、16MN、20MN、二3MN、40~60MN等機械壓力機及6MN、8MN、18MN、36MN、N、150MN鍛錘以及配套的輔助設(shè)備和公共設(shè)施。下面以這兩個代表，對我國鋁鍛壓技術(shù)與先進水平進行對比分析

規(guī)模、產(chǎn)能、品種和質(zhì)量方面

總體來看，國外鍛造廠的規(guī)模比我國要大得多，品種更多，規(guī)格范圍用途更廣泛，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量更高。因此，經(jīng)濟效益也。

B技術(shù)方面

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鍛造制坯

大家知道，模鍛所需的坯料是通過鍛造制得的。影響鍛造制坯技術(shù)的主要因素有鍛造水壓機的裝機水平和鍛造工的操作技術(shù)。

Alcoa公司鍛造制坯主要在30MN鍛造水壓機上完成。這臺設(shè)備小巧靈活，工作臺上有一個主模座和多個輔助模座，適用于坯料鍛打、旋轉(zhuǎn)和翻滾：有鍛造操作機。由于鍛造坯料的形狀往往比較復(fù)雜，需要反復(fù)鐓粗、壓扁、拔長，壞料在工作臺上頻繁移動和翻滾，因此這種鍛造設(shè)備非常適合，且具有操作方便、、省力、勞動效率高、壞料質(zhì)量好等優(yōu)點。西南鋁加工廠鍛造制壞是在60MN鍛造水壓機上完成的。設(shè)備能力大(實際上每道次的鍛壓力很小),不靈活。雖配有有軌鍛造車，但由干水壓機工作臺上只有一個主模座，壞料的移動與翻滾仍然很不方便，需要多名鍛造工人配合完成。這既費力費時，又不，勞動效率低下，壞件質(zhì)量粗糙。

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b模鍛成形

與Alcoa公司相比，模鍛工序的主要差距是裝卸料的機械化和潤滑技術(shù)。

坯料的出爐、裝模與出模，Alcoa公司均采用無軌操作車(即裝卸料機械手),只有模具的裝卸才采用天車。而西南鋁加工廠仍然采用天車裝卸料，水壓機每模壓一個料，需要開動水壓機移動工作臺一次，臺班生產(chǎn)效率低下。例如，用300MN級模鍛水壓機生產(chǎn)投影面積為0.5m2的鋁模鍛件，Alcoa公司平均每小時可模鍛12件，西南鋁平均6件，效率差50%。另一個致命弱點是，由于頻繁開動工作臺，加速工作臺和控制閥的磨損，使設(shè)備故障頻繁，大大降低了設(shè)備的有效作業(yè)時間，使成本大幅上升。

為了改善金屬在鍛模模膛中的流動性能和防止金屬粘模，鋁模鍛時使用潤滑劑。由于潤滑技術(shù)直接影響到模鍛件的內(nèi)在質(zhì)量、外表質(zhì)量及生產(chǎn)效率，因此各國非常重視潤滑技術(shù)(包括潤滑劑和潤滑方式)的研究。與Alcoa公司相比，除潤滑劑的種類比較單調(diào)(鋁模鍛采用石墨加礦物油的混合物)外，潤滑方式也十分落后。西南鋁加工廠目前仍然采用傳統(tǒng)的涂刷方式，國外早已采用噴涂方式。涂刷方式的大缺點是模膛潤滑不均勻，特別是窄而深的模膛，不是沒有潤滑劑，就是潤滑劑存積太多，導(dǎo)致粘模嚴重和成形差。Alcoa公司鍛造廠建立了集中潤滑站，向幾臺模鍛水壓機機臺分供高壓潤滑劑。將噴槍與機臺上的潤滑劑管相連接即可使用。這樣既保證質(zhì)量，又便于操作和管理，使工作現(xiàn)場免受油污污染。如堤不好，造成粘模，就大大制約了采用機械手從模具中直接能性

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