重型多向模鍛液壓機國內國外不同的發展階段對比

多向模鍛技術（multi-way forge或multi-ram forge）是一種精密優質、節能省材的鍛造技術。其特點是：模具閉合后，幾個沖頭自不同方向對毛坯進行穿孔/擠壓，從而在一次加熱和壓機一次行程中完成復雜鍛件，特別是帶內空腔或凹凸外形鍛件的成形（見圖1）。

a）多向模鍛的垂直分模工藝 b）多向模鍛的復合分模工藝 c）多向模鍛成形的金屬流線

多向模鍛結合了上述普通模鍛與擠壓的特點，既具有擠壓工藝在巨大三向壓應力下塑性變形的優點，如材料塑性提高、變形均勻、組織致密、流線完整、易于消除缺陷、鍛件的力學性能和耐蝕性好，又具有閉式模鍛的優點，如制件形狀復雜、成形精度高等。同時還具有坯料形狀簡單、制坯成本低，復雜零件可一次成形、工序少、火次少、有效降低能耗和材料燒損，是大型、高性能、高價值復雜鍛件（如核電和超超臨界電站高溫高壓閥門閥體、火箭和魚雷殼體、導彈噴管、飛機起落架以及渦輪盤等）的理想鍛造工藝。

由于多向模鍛可以鍛造出零件的內孔和側向結構，可提高材料利用率近1倍，并減少約70%的后續切削加工工作量。僅提高材料利用率一項，每年就可以為一個年產5萬t大中型多向精密鍛件的生產企業，節省原材料8.3萬t。若按每噸鍛件耗能1.4t標準煤計算，可節省11.6萬t標準煤，相當于減少CO2排放22.5萬t。可見，多向模鍛技術是一種具有顯著節能減排效果的鍛造技術。

多向模鍛技術最早由美國喀麥隆（Cameron）公司于20世紀50年代提出，并建造了100MN、180MN和300MN三臺多向模鍛液壓機，使多向模鍛技術迅速投入工業生產。到20世紀60年代末，美國先后裝備了36～300MN多向模鍛液壓機7臺。德國歐福控股有限公司（OTTO FUCHS）為其300MN液壓機配置了10MN的水平側缸。

蘇聯于20世紀70年代開始研制多向模鍛液壓機。在進行了6.3～10MN小型多向模鍛液壓機的研究后，開始研制30～160MN的大型多向模鍛液壓機。還曾計劃建造1臺500MN多向模鍛液壓機，并且研制了5MN和37MN試驗樣機，進行了結構和液壓控制方面的研究。

我國在1980～1990年對多向模鍛工藝及設備開展過不少研究。曾設計制造了8MN多向模鍛液壓機（1971年，上重和西安重型機械研究所為開封高壓閥門廠），建造了100MN多向模鍛液壓機（1974年，二重為西南鋁，為我們目前最大多向模鍛液壓機），研制了10MN多向模鍛液壓機樣機（1980年，清華大學與二重合作），開展了20MN多向模鍛工業試驗項目（1996年，一重和燕山大學），并且開展了火箭噴管、起落架套筒、球形接頭、閥門閥體等零件的多向模鍛工藝的探索和研究。

2000年后，中北大學和合肥工業大學分別研制了12.5MN和6.3MN多向模鍛液壓機，并開展了三通、履帶板等典型多向模鍛鍛件的工藝研究。中南大學采用先進的計算機控制系統，對國內100MN多向模鍛液壓機的液壓控制系統進行了改造。

多向模鍛作為一種精密、優質鍛件的生產技術，是生產核電和超超臨界火電閥門閥體以及航空航天領域難變形、高強度、復雜零件的關鍵制造技術。例如：壟斷全球核電閥門市場的Velan公司，其閥門閥體的鍛造就是依托喀麥隆（Cameron）公司（1997年后與威曼高登合并）的100MN、180MN和300MN等三臺多向模鍛液壓機的制造能力。若不掌握重型多向模鍛液壓機及多向模鍛工藝，就無法解決大規格、高等級閥門的制造技術瓶頸，就無法實現核電、超超臨界核電閥門的自主化生產。

而航空航天鍛件是喀麥隆（Cameron）公司最重要的鍛件產品，特別是鈦合金、高溫合金等貴重金屬鍛件，以及起落架、套筒、火箭噴管、渦輪盤等復雜鍛件。喀麥隆（Cameron）公司利用其裝備的300MN多向模鍛液壓機，生產的起落架鍛件可節材50%，而力學性能大大提高；生產的壓氣機盤強度達1250～1650MPa，比標準的1200MPa高出4%～38%，而延伸率達20%，比標準的10%提高一倍。

1970年，美國空軍及波音公司的對比研究證明：多向模鍛制造的起落架鍛件壽命可提高3～4倍，而制造成本可降低20%。因此，英美飛機起落架等筒形零件，多數是在多向模鍛液壓機上進行鍛造的。

我國在20世紀80年代初對起落架外套進行多向模鍛與普通模鍛的對比研究，證明多向模鍛鍛件的組織致密，力學性能提高20%，而材料利用率則提高了1倍，由原來的9.3%提高到34.3%。

2010年清華大學和中國二十二冶集團有限公司聯合研制的40MN/64MN多向模鍛液壓機熱試成功，2012年聯合研制的90MN/126MN多向模鍛液壓機熱試車成功。經過幾年的工藝摸索，該系列多向模鍛液壓機已形成了閥門等不同復雜鍛件的生產能力，同時也驗證了正交預緊機架結構能夠有效解決多向模鍛液壓機多向承載結構設計的難題，為發展我國的多向模鍛制造技術奠定了獨立自主的技術基礎。