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中国突破大型径向精锻机技术 99坦克炮威力大幅提升

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-05-27

  2018年10月4日,由太原通泽重工有限公司(以下简称通泽重工)研制的TMH20/15MN大型径向精锻机在江苏标新工业有限公司(以下简称标新工业)一次热负荷试车成功,顺利锻造出了第一根合格棒材,这意味着长期被国外完全垄断的大型径向精锻机技术壁垒被成功打破,我国高端管材核心制造设备从此告别被“卡脖子”的历史。

  大型径向精锻机是高端管材制造的核心设备之一。以坦克炮管为例,一般先在电渣重熔炉中炼制出高纯度钢材并制成棒料,然后穿入芯棒送入大型径向精锻机中进行锻压,最后才是机加工和身管自紧。

  锻压工序的目的是让棒料的晶粒细化,并且在各层中产生给定的预应力,如果没有锻压工序或者锻压工序不到位,后续的其他机加工,尤其是身管自紧工序的时候,由于切削力或者自紧力的作用,炮管就很容易出问题,轻则变形超差,重则直接爆裂,无论哪一种情况都足以使炮管彻底报废。

  我们的邻国正是因为没有完全掌握这一整套炮管制造技术而使得他们的坦克炮在和我国口径相同的情况下,膛压、寿命和射击精度均不如我国;我们另一个隔海相望的邻国也是因为没有完全掌握这一套技术而使得他们的44倍口径120mm坦克炮全重达3295kg,而我国的50倍口径125mm坦克炮的全重仅为3028kg。无独有偶,第三代核电系统所用的管材因为工作环境恶劣,对可靠性和寿命要求极高,同样需要使用径向精锻机进行锻造。

  所谓径向锻造,是指棒料在锻造的时候,分布在圆周方向的多个锤头(目前一般多为四个)对棒料进行快速而同步的锻打,而且锻打力度较大,一般为10MN以上;锻打频率也较高,一般为每分钟200-2000次,只有这样,才能同时满足细化晶粒和在各层中产生给定预应力的要求。

  要满足大的锻打力度,锤头的运动惯量必然很大;而要满足高的锻打频率,则需要锤头快速运动;与此同时,还要满足四个锤头锻打的高度同步性以及保证棒料锻造完成后的成品的精度,这就意味着要解决以下一些棘手的难题:

  为了精准控制锤头和动作机构这些大惯量零部件的运动轨迹,需要基于液压伺服系统的运动控制技术;

  为了在高频锻打时锻造力偏载冲击下仍然保持整个系统的平稳运行,需要高刚度高稳定性传动链技术;

  为了协调锤头动作和操作机进给,需要具备多轴协调和实时运动轨迹控制功能的专用数控系统等。

  正是因为这些难题的存在,锻造力在10MN以上的大型径向精锻机技术一直被德国西马克(SMS)等极少数国外厂商所垄断,尤其是满足炮管和核电管等高端管材制造要求的大型径向精锻机一直被垄断在奥地利GFM这一家企业手里(径向精锻技术正是由奥地利人首先提出并由GFM产业化的),而GFM一台设备的售价更是高达3.6亿欧元,并且由于产能极其有限等原因不能完全做到及时供应。尤其是在电渣重熔炉、锥形穿孔机、高精度深孔镗设备和身管自紧设备都早已实现国产化的背景之下,作为高端管材生产所需核心设备中唯一被“卡脖子”的环节,尽早突破大型径向精锻机就自然的被提上了日程。

  通泽重工在联合了山西多家民营企业自筹资金,并得到山西省科技厅的大力支持的条件下,经过十年艰苦的技术攻关,先后自主开发了高刚度高稳定性传动链技术、液压伺服运动控制技术和专用数控系统,并结合自身和兄弟企业积累下来的工艺数据自主开发了管棒径向锻造工艺数学模型以及数字样机和控制系统优化技术,解决了锻造过程中的复杂工艺控制以及机电液控制系统的数据实时交换和协同处理等难题,最终突破了大型径向精锻机这一被国外厂商垄断数十年的技术壁垒。

  TMH/15MN大型径向精锻机有自由锻和径向精锻两种工作模式,最大锻造力均为15MN(1500t),自由锻模式下最大棒料直径为800mm,径向精锻模式下最大棒料直径为600mm,成品尺寸和形位误差均不大于0.5mm,均与GFM同级产品相当;最大棒料长度为6000mm,高于GFM同级产品的5000mm。TMH/15MN可生产成品直径为80-450mm的棒材或成品外径为90-450mm的管材,并可生产方钢、扁钢和阶梯轴等。适用的材料包括不锈钢、合金钢以及高温合金等,可满足军工和核电等不同应用场合的需求。

  可以说,TMH/15MN大型径向精锻机的技术和性能水平已经跻身世界先进行列。事实上,其第一个用户——标新工业正是一家以生产核电管为主业的企业,这充分说明了业内对首台套国产设备的信任和支持。

  因此,尽管TMH/15MN的锻造力仍然不及GFM最大的产品(后者最大可达25MN),但它的出现已经足以让我国的高端管材制造核心设备告别“卡脖子”的历史,其不超过1亿元人民币的售价,更能迫使国外厂商大幅降价,从而大幅降低进口设备的花销。

  而国产大型径向精锻机发展的下一步,当然是研发锻造力更大的设备,以期尽快赶超GFM;并实现国产设备对不同锻造力径向精锻机的全系列覆盖,以期让更多的行业、更多的企业能用上性价比更高的国产设备。

  大型径向精锻机的突破是国家部门和民营企业共同努力的结果,是国家意志和民间力量“劲往一处使”的成功典范,它证明了大协同和大合作是我国产业发展最大的制度优势,只要发挥好这一优势,就能真正推动经济转型和产业升级,从而实现高质量发展。(作者署名:科工力量)

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