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【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(jī)紀(jì)實(shí)

2022-12-12 10:23:00

 
圖1、圖2、圖3為工作中的大型鍛造操作機(jī)。
  金秋時(shí)節(jié),走進(jìn)國機(jī)集團(tuán)國機(jī)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(tái)巨大的自動(dòng)化鍛造操作機(jī)首先映入眼簾,隨著這臺(tái)像小山丘一樣移動(dòng)的設(shè)備開啟,它用強(qiáng)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(jìn)行著提升、送進(jìn)、翻轉(zhuǎn)動(dòng)作。伴隨著萬噸壓機(jī)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(jī),正在配合160MN水壓機(jī)進(jìn)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(tái)大型鍛造操作機(jī)是由國機(jī)集團(tuán)國機(jī)重裝中國重型機(jī)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(yuǎn)超國外最大鍛造操作機(jī)250噸的夾持能力,能夠輕松夾持起300噸重的鍛件,強(qiáng)大的“手勁”為新時(shí)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(jí)自由鍛造壓機(jī)自主研發(fā)裝機(jī)能力已達(dá)到世界先進(jìn)水平,而國內(nèi)大型鍛造操作機(jī)的核心技術(shù)卻長期被外國公司所壟斷。
  由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)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(jī)戴套筒操作。據(jù)陳新倬介紹,翻鋼機(jī)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(huì)造成能源浪費(fèi),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(fèi)嚴(yán)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(jī),先進(jìn)的鍛造工藝無法落實(shí),制約了大型高品質(zhì)鍛件的生產(chǎn)能力,也嚴(yán)重影響了當(dāng)時(shí)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(jí)壓機(jī)的鍛造生產(chǎn)能力,盡快消除配套操作機(jī)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(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項(xiàng)”立項(xiàng)支持“3000kN/7500kNm大型鍛造操作機(jī)”項(xiàng)目的開發(fā)研究,吹響了自主研發(fā)大型鍛造操作機(jī)的集結(jié)號(hào)。
  中國重型院依托金屬擠壓與鍛造裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,在國家科技重大專項(xiàng)、“863”計(jì)劃及基金項(xiàng)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(tuán)隊(duì),合力進(jìn)行大型鍛造操作機(jī)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(jiān)于成功渴求
  彼時(shí),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(jì)60年代開始進(jìn)行鍛造操作機(jī)的研發(fā),幾十年來積累了豐富的鍛造操作機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),是一家名副其實(shí)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(jī)裝備時(shí),研究團(tuán)隊(duì)仍然遇到許多難以解決的瓶頸問題。
  國機(jī)重裝首席專家、中國重型院鍛造操作機(jī)和鍛造壓機(jī)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(jī),需要從理論分析著手,深入探索設(shè)備工作機(jī)理,進(jìn)行輕量化、緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),還要針對(duì)這種滿負(fù)荷時(shí)近1500噸龐大運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的移動(dòng)機(jī)械,解決其短步距、高頻次進(jìn)料的快速響應(yīng)與精確定位難題,同時(shí),還必然要面對(duì)諸多極限制造和安裝空間受限的問題。對(duì)于項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)而言,整個(gè)過程極其艱難?!?/div>
  在中國重型院研究員衛(wèi)凌云負(fù)責(zé)的操作機(jī)核心控制部件“鉗桿動(dòng)作控制閥站”的研制過程中,就遇到了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置空間匹配嚴(yán)重沖突的“卡脖子”難題。該閥站需要對(duì)操作機(jī)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(dòng)作進(jìn)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(gè)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(gè)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(shí)間,衛(wèi)凌云不僅承擔(dān)著項(xiàng)目研發(fā)的重任,還默默承受著生活上的巨大壓力。當(dāng)時(shí),她的孩子正面臨小升初,同齡孩子都在父母陪同下加強(qiáng)補(bǔ)習(xí),而她卻為了能專心工作,把孩子送進(jìn)了全托學(xué)校。有時(shí)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?!?/div>
  衛(wèi)凌云說:“我們先后設(shè)計(jì)了5種方案,但是都無法滿足要求,當(dāng)時(shí)的感覺真是太難了?!痹诮?jīng)過無數(shù)次計(jì)算、優(yōu)化、仿真、迭代后,團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了超大型控制閥站的輕量化設(shè)計(jì),解決了空間布置的難題,滿足了設(shè)備性能要求。
  正是因?yàn)橛泻芏嘞裥l(wèi)凌云這樣的科技人員的辛勤付出,首臺(tái)3000kN/7500kNm大型鍛造操作機(jī)才能迎來眾所期待的結(jié)果:2013年底,首臺(tái)3000kN/7500kNm大型鍛造操作機(jī)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(xiàng)的任務(wù)驗(yàn)收,先后獲得國機(jī)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)、中國機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國質(zhì)量技術(shù)獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。
  成就于至善追求
  中國重型院成功開發(fā)的全球首臺(tái)3000kN/7500kNm大型鍛造操作機(jī),不僅打破了國外壟斷,而且引領(lǐng)了我國鍛造操作機(jī)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(duì)大型鍛造操作機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制原理進(jìn)一步優(yōu)化,使設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊、運(yùn)動(dòng)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(jī)按期交付。在二重裝備車間,操作機(jī)穩(wěn)定夾持?jǐn)?shù)百噸1000℃以上高溫鍛坯進(jìn)行六維精準(zhǔn)送進(jìn),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(jī)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(qiáng)大優(yōu)勢。2021年,二重裝備鍛造量突破8萬噸,實(shí)現(xiàn)了核電主管道、超超臨界新產(chǎn)品項(xiàng)目鍛件、燃機(jī)項(xiàng)目轉(zhuǎn)子鍛件的“精品鍛造”,形成了以“華龍一號(hào)”為代表的第三代核電機(jī)型全套鑄鍛件、百萬千瓦級(jí)超超臨界機(jī)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(shí)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(jí)的鍛造操作機(jī)運(yùn)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(dá)到國際先進(jìn)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(bào)-中國鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:張雨恬

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