國內外重型模鍛液壓機發展及應用

重型模鍛（close die forge）設備一般是指壓制噸位大于100MN的，依靠成形模具進行鍛件生產的設備，其特點是噸位大、壓制能力強、鍛件形狀復雜（相對于自由鍛件）、尺寸精度高、工藝穩定性好、生產效率高等。它主要應用于航空航天飛行器結構件、發動機/燃氣輪機零件、大型高壓高溫閥體、油井防噴器、采油樹以及大型齒輪等大型高性能關鍵零部件的生產上。重型模鍛設備一般包括重型模鍛液壓機和多向模鍛液壓機。

9.1 模鍛液壓機

9.1.1 重型模鍛液壓機

自從1893年世界上第1臺萬噸級（126MN）自由鍛水壓機在美國建成后，重型液壓機成為大型、高強度零件鍛造加工的重要基礎裝備，尤其是航空高性能部件的制造，重型模鍛液壓機更是基礎核心裝備。

20世紀初飛機的發明，特別是戰爭對高性能航空器的迫切需求，高精度、高強度的大型航空鍛件的制造成為航空產業的關鍵。二戰期間，德國秘密研制的150MN和300MN模鍛液壓機（見圖1）為德國戰機提供了大型整體鍛件，大大提高了德國戰斗機的整體性能。開創了重型模鍛液壓機的先河。

二戰后，受到德國的啟示，美國、蘇聯開始大力發展各自的重型模鍛液壓機裝備。1950年美國開始實施“空軍重型壓機計劃（The Air Force Heavy Press Program）”，由聯邦政府出資，在威曼高登（Wyman-Gordon）的格拉夫頓（Grafton）工廠和美國鋁業公司（Alcoa）在克利夫蘭（Cleveland）的工廠各建造1臺315MN和450MN模鍛液壓機。這幾臺20世紀50年代的重型模鍛液壓機為美國后來的大型客機（如波音747）、大型運輸機（如C-5A）、戰略轟炸機（如B-1B）和先進戰斗機（如F-22）提供了高質量的關鍵零部件，為美國航空工業的發展奠定了堅實的基礎。在20世紀90年代，美國的舒爾茨鋼鐵公司（SHULTZ STEEL）和Web公司又各自建成了1臺400MN模鍛液壓機。

蘇聯根據對德國重型模鍛液壓機的深入研究和技術準備，在1959年后也陸續建成3臺300MN模鍛水壓機和2臺世界最大噸位的750MN模鍛水壓機（除中國在2012年建成的800MN外）。750MN模鍛液壓機鍛造了世界上最大民航客機A380的起落架（Ti-10V-2Fe-3Al合金，4255mm×568mm×690mm，質量為3210kg）。

歐洲德國的歐福控股有限公司（OTTO FUCHS）于20世紀60年代初建造了1臺300MN單缸模鍛液壓機（見圖9-5），能鍛造出非常精密的模鍛件。法國于1976年從蘇聯引進了1臺650MN模鍛水壓機，安裝于法國AD公司，使用至今。AD公司于2005年又由德國的辛北爾康普（Siempelkamp）公司建造了1臺400MN模鍛液壓機。

2012年前，重型模鍛液壓機在中國甚至亞洲都是空白，因此亞洲的航空制造技術也遠遠落后于上述三個地區。而2012年，西安三角防務股份有限公司（簡稱西安三角航空）400MN模鍛液壓機進了首次熱試車，僅1天之后二重的800MN模鍛液壓機也成功進行了熱試車，標志著這臺世界最大噸位的模鍛液壓機試生產成功。隨后昆山2013年300MN也進行了熱試車。這些模鍛液壓機的建成，使我國的重型模鍛液壓機的裝備能力得到了迅速提升，我國的航空制造業具備了關鍵的大型、高性能模鍛制造能力。

重型模鍛液壓機是高性能航空飛行器中的重要承力構件關鍵成形裝備。如飛機機體的承力框、梁、接頭、起落架等，發動機的盤、軸、機匣殼體、葉片等。而隨著航空飛行器的發展，其結構的整體性成為提高性能、減輕質量的關鍵手段。而采用重型模鍛液壓機所壓制的高溫合金、鈦合金、超高強度鋼和先進鋁合金大型整體模鍛件，無論在強度、韌性、疲勞和斷裂性能方面都具有較大優勢，表現出良好的綜合技術經濟效果，成為先進航空器性能提升和質量降低的關鍵技術。

例如美國F-102殲擊機采用了315MN模鍛水壓機制造的7075鋁合金整體大梁精密鍛造件，長3200mm，取代了原設計中的272種零件和3200個鉚釘，使飛機減重45.5～54.5kg，節約機械加工工時50%；又例如俄羅斯安-22運輸機，采用750MN水壓機模鍛的投影面積約3.5m2的B95鋁合金20個隔框鍛件，減少了800個零件，使飛機機體減重1000kg，減少機械加工工時15%～20%。最新的波音B-777民航機起落架整體模鍛件（質量為1440kg）是用Ti-10V-2Fe-3Al鈦合金在450MN水壓機上壓制的。

我國近年來在航空武器裝備上取得了較大的發展，第三代飛機已經批量生產，并裝備部隊；第四代戰機和大運等一批先進飛機也正在研制或即將定型。前述重型模鍛液壓機投產奠定了其中大型整體精化模鍛件制造的生產基礎。