【非凡十年·企業(yè)篇】讓“大塊頭”干出“繡花活”——中國重型院自主研發(fā)大型鍛造操作機紀實

2022-12-12 10:23:00

圖1、圖2、圖3為工作中的大型鍛造操作機。

　　金秋時節(jié)，走進國機集團國機重裝二重（德陽）重型裝備制造有限公司（以下簡稱二重裝備）鑄鍛公司鍛造廠生產(chǎn)車間，一臺巨大的自動化鍛造操作機首先映入眼簾，隨著這臺像小山丘一樣移動的設(shè)備開啟，它用強壯有力的鉗口夾持裝置穩(wěn)穩(wěn)地抓著幾百噸重的高溫鍛坯，靈活自如地進行著提升、送進、翻轉(zhuǎn)動作。伴隨著萬噸壓機錘頭有節(jié)奏地上下起落，截面形狀在滋滋聲中不斷發(fā)生著改變……“這就是3000kN/7500kNm鍛造操作機，正在配合160MN水壓機進行大型復(fù)雜鍛件生產(chǎn)的場景?！倍匮b備鑄鍛公司黨委書記、副總經(jīng)理陳新倬通過視頻連線向參觀者邊展示、邊介紹。

　　這臺大型鍛造操作機是由國機集團國機重裝中國重型機械研究院股份公司（以下簡稱中國重型院）于2013年成功研制的。它遠超國外最大鍛造操作機250噸的夾持能力，能夠輕松夾持起300噸重的鍛件，強大的“手勁”為新時代國產(chǎn)大型鍛件制造業(yè)描繪精密化、綠色化、智能化發(fā)展畫卷提供了可靠保障，極大地提高了我國大型鍛件的生產(chǎn)能力。

　　緣起于精密訴求

　　翻開一段塵封的歷史，了解不可忘卻的奮斗歷程?！笆晃濉逼陂g，我國萬噸級自由鍛造壓機自主研發(fā)裝機能力已達到世界先進水平，而國內(nèi)大型鍛造操作機的核心技術(shù)卻長期被外國公司所壟斷。

　　由于進口設(shè)備價格昂貴、供貨周期長，無法滿足國內(nèi)大型鍛件行業(yè)的發(fā)展需求，國內(nèi)大型鍛件制造企業(yè)不得不使用傳統(tǒng)的翻鋼機戴套筒操作。據(jù)陳新倬介紹，翻鋼機操作方式原始笨拙、節(jié)奏緩慢、生產(chǎn)效率低下，鍛造火次增加會造成能源浪費，而且容易造成坯料定位精度低、毛坯表面質(zhì)量差、鍛件余量大、材料浪費嚴重等問題，存在內(nèi)部質(zhì)量隱患，更無法保證難變形合金復(fù)雜鍛件的鍛造生產(chǎn)。沒有大型鍛造操作機，先進的鍛造工藝無法落實，制約了大型高品質(zhì)鍛件的生產(chǎn)能力，也嚴重影響了當(dāng)時我國大型裝備制造業(yè)及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

　　為了充分發(fā)揮萬噸級壓機的鍛造生產(chǎn)能力，盡快消除配套操作機能力脫節(jié)現(xiàn)象，讓“大塊頭”干出“繡花活”，2010年“國家高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項”立項支持“3000kN/7500kNm大型鍛造操作機”項目的開發(fā)研究，吹響了自主研發(fā)大型鍛造操作機的集結(jié)號。

　　中國重型院依托金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國家重點實驗室，在國家科技重大專項、“863”計劃及基金項目的支持下，積極發(fā)揮集中力量辦大事的優(yōu)勢，聯(lián)合5家單位組成“產(chǎn)學(xué)研用”創(chuàng)新團隊，合力進行大型鍛造操作機的科研攻關(guān)，奮力破解掣肘行業(yè)發(fā)展的“卡脖子”難題。

　　攻堅于成功渴求

　　彼時，作為重型鍛壓裝備領(lǐng)域的知名企業(yè)，中國重型院從20世紀60年代開始進行鍛造操作機的研發(fā)，幾十年來積累了豐富的鍛造操作機研發(fā)設(shè)計及工程實踐經(jīng)驗，是一家名副其實的擁有“金剛鉆”的科研院所。然而，在研發(fā)這種長25米、寬10.9米、高8.6米、自重1160噸的大型操作機裝備時，研究團隊仍然遇到許多難以解決的瓶頸問題。

　　國機重裝首席專家、中國重型院鍛造操作機和鍛造壓機學(xué)術(shù)帶頭人張營杰，回想起那段研制過程仍然十分感慨。他說：“研發(fā)3000kN/7500kNm超大型鍛造操作機，需要從理論分析著手，深入探索設(shè)備工作機理，進行輕量化、緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要針對這種滿負荷時近1500噸龐大運動質(zhì)量的移動機械，解決其短步距、高頻次進料的快速響應(yīng)與精確定位難題，同時，還必然要面對諸多極限制造和安裝空間受限的問題。對于項目研發(fā)團隊而言，整個過程極其艱難?！?/div>

　　在中國重型院研究員衛(wèi)凌云負責(zé)的操作機核心控制部件“鉗桿動作控制閥站”的研制過程中，就遇到了結(jié)構(gòu)設(shè)計與布置空間匹配嚴重沖突的“卡脖子”難題。該閥站需要對操作機鉗口夾緊和松開、鉗桿旋轉(zhuǎn)、側(cè)移側(cè)擺、水平緩沖等4組動作進行控制，在額定工作壓力24MPa、4000L/min高壓大流量情況下，需要將70余種液壓元件、60多個不同規(guī)格的油路接口按照邏輯關(guān)系整合在一起，這本身就是一件非常棘手的事情。關(guān)鍵是，為了保證控制的靈敏性，這個閥站還必須就近安裝在懸吊的鉗桿體上，可安裝空間條件限制重重。

　　張營杰介紹：“那段時間，衛(wèi)凌云不僅承擔(dān)著項目研發(fā)的重任，還默默承受著生活上的巨大壓力。當(dāng)時，她的孩子正面臨小升初，同齡孩子都在父母陪同下加強補習(xí)，而她卻為了能專心工作，把孩子送進了全托學(xué)校。有時孩子周末放學(xué)，她就把孩子直接帶到辦公室一起加班，直到很晚。”

　　衛(wèi)凌云說：“我們先后設(shè)計了5種方案，但是都無法滿足要求，當(dāng)時的感覺真是太難了。”在經(jīng)過無數(shù)次計算、優(yōu)化、仿真、迭代后，團隊終于攻克了難關(guān)，研制出的模塊集成式控制閥站，大幅度減小了整體結(jié)構(gòu)尺寸，降低了加工難度，實現(xiàn)了超大型控制閥站的輕量化設(shè)計，解決了空間布置的難題，滿足了設(shè)備性能要求。

　　正是因為有很多像衛(wèi)凌云這樣的科技人員的辛勤付出，首臺3000kN/7500kNm大型鍛造操作機才能迎來眾所期待的結(jié)果：2013年底，首臺3000kN/7500kNm大型鍛造操作機如期研制成功并投入生產(chǎn)應(yīng)用；2016年，順利通過國家科技重大專項的任務(wù)驗收，先后獲得國機集團科學(xué)技術(shù)獎特等獎、中國機械工業(yè)科技進步獎一等獎、中國質(zhì)量技術(shù)獎優(yōu)秀獎。

　　成就于至善追求

　　中國重型院成功開發(fā)的全球首臺3000kN/7500kNm大型鍛造操作機，不僅打破了國外壟斷，而且引領(lǐng)了我國鍛造操作機和大型自由鍛件制造領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)生了良好的社會經(jīng)濟效益。

　　中國重型院結(jié)合二重裝備要求，在協(xié)同融合深化上下功夫，對大型鍛造操作機結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制原理進一步優(yōu)化，使設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊、運動更靈活、性能更穩(wěn)定、使用更可靠，外形更加整齊美觀。

　　2018年底，3000kN/7500kNm大型鍛造操作機按期交付。在二重裝備車間，操作機穩(wěn)定夾持數(shù)百噸1000℃以上高溫鍛坯進行六維精準送進，顯著提高了鍛造生產(chǎn)效率與材料利用率、減少了鍛造火次、降低了能耗，鍛件質(zhì)量也得以大幅提高。二重裝備有了3000kN/7500kNm大型鍛造操作機的助力，極限鍛造能力大大提升，開創(chuàng)了高品質(zhì)鍛件綠色化、數(shù)字化、優(yōu)質(zhì)高效鍛造生產(chǎn)的新局面，形成了大型鍛件高端化、規(guī)模化、極限化制造的強大優(yōu)勢。2021年，二重裝備鍛造量突破8萬噸，實現(xiàn)了核電主管道、超超臨界新產(chǎn)品項目鍛件、燃機項目轉(zhuǎn)子鍛件的“精品鍛造”，形成了以“華龍一號”為代表的第三代核電機型全套鑄鍛件、百萬千瓦級超超臨界機組關(guān)鍵成套大鍛件等為代表的極限制造體系，譜寫了新時代大型鍛件生產(chǎn)新篇章。

　　截至目前，中國重型院研制供貨的300噸級的鍛造操作機運行穩(wěn)定，其夾持鍛件質(zhì)量、外形尺寸、提升行程等關(guān)鍵參數(shù)均處于國際領(lǐng)先水平，大車行走定位精度±5mm、旋轉(zhuǎn)定位精度±1°的核心控制技術(shù)達到國際先進水平，所生產(chǎn)的各種大型高端精密復(fù)雜鍛件為我國電力、大型船舶、冶金、石化、航空航天等國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了有力保障。

（中重宣）

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯：張雨恬

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