鋁合金鍛件未來前景

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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件，如飛機結(jié)構(gòu)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(chǎn)量，不僅不能滿足國內(nèi)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(chǎn)線是十分必要的、及時的，對國民經(jīng)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(chǎn)是一個很古老的行業(yè)，但鋁合金鍛件的大量生產(chǎn)應用是從1950年代開始的。經(jīng)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(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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(diào)節(jié)，對關(guān)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(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(shù)方向研制開發(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，對簡化工藝、減少工序、節(jié)省能耗、擴大品質(zhì)、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)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(nèi)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(shù)的關(guān)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(shù)、計算機技術(shù)、CAD/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(chǎn)效率，降低能耗。

在產(chǎn)品品種和質(zhì)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(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，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(chǎn)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(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。

鍛壓生產(chǎn)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(chǎn)。解放前，鍛壓生產(chǎn)十分落后。解放后，鍛壓生產(chǎn)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(chǎn)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(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。國外模鍛件的設計、模具制造方面已引入計算機技術(shù)、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(jù)同力鋁鍛件悉，工藝裝備的自動化水平和工藝技術(shù)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(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。

根據(jù)以上分析可知，目前我國鋁合金鍛壓工業(yè)，無論在技術(shù)裝備上、模具設計與制造上、產(chǎn)品產(chǎn)量與規(guī)模上、生產(chǎn)效率與批量化生產(chǎn)上、產(chǎn)品質(zhì)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(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(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機生產(chǎn)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(nèi)外市場的需求。可喜的是，隨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(jù)初步統(tǒng)計，1985年鋁鍛件占世界鍛件總產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)技術(shù)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(jù)同力鋁鍛件悉，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(chǎn)，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(chǎn)技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(nèi)外市場的需求，向鋁鍛壓大國強國邁進。