中国造出大型数控强力旋压设备填补国内领域空白

2013年09月24日 09:36
来源：中国航空报

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原标题：大型数控旋压设备不再受制于人

二战结束后，为了限制西方发达国家向社会主义国家出口战略物资和高科技，美国于1949年建立了出口控制统筹委员会，总部设立于巴黎，又称为“巴黎统筹委员会”。禁运的清单主要包括三种：国际原子能清单、国际军品清单、工业清单；而大型数控强力旋压设备就属于工业清单范畴。一方面，西方国家实施禁运；另一方面，战略物资和高科技又是中国所急需的。解决国内紧缺和急需的大型设备就成了摆在国防科技工业面前一道紧迫难题。

上世纪60年代初期，中航工业北京航空制造工程研究所就率先在国内开展了旋压工艺与设备的研究。近50年来，研制旋压设备数十台，开发各种旋压装机件50多种，为我国航空、航天、兵器等国防领域和国民经济其他领域的发展做出了突出贡献，同时也积累了丰富的经验。但国内发展需要对该项装备和技术提出了更高的要求。而另一方面，外国旋压机造价昂贵，同等性能旋压设备国外的价格是国内的数倍。更有甚者，硬件、软件分开计费，软件使用费往往超过设备本身的费用；即使不购软件，也要自己投入大量人力、物力进行二次开发。另外，更换、修理零部件同样也受制于人。

为了缓解尴尬的局面，尽快造出大型强力旋压设备，早在2001年，西安航天动力机械厂便启动了大型数控强力旋压机床的研制项目。2004年初，正式与中航工业北京航空制造工程研究所签订了机床研制合同。

中航工业北京航空制造工程研究所所长张军在谈到整个项目的研制过程时感慨万千：“困难！调研立项难度大、设计难度大，精度要求高、结构复杂、关键零件采购困难，部件尺寸超大、制造难度大，各单位、各部门配合协调难度大，装配难度大、检验难度大、调试与旋压工艺难度大，研制经费紧张，周期更是不断地被调整，各个环节都面临巨大挑战。当初接这个项目的时候，我们对可能会遇到的困难其实是估计不足的，以至于一开始就遇到了难题，愿意承揽机床相关零部件加工的国内大型制造企业几乎没有。”

在工业和信息化部对项目的重点关注和支持下，大型数控强力旋压机项目才得以最终完成，并交付西安航天动力机械厂。张军所长强调称，“中航工业北京航空制造工程研究所十年磨一剑，我国最大的百吨级立式数控强力旋压机历经风雨坎坷，终于屹立在用户现场，献身于我国的航天工业，我们对此感到自豪和骄傲。”

由中航工业北京航空制造工程研究所研制的数控立式旋压机床已经完成工艺验收。作为国内加工规格最大、功能最强的百吨级旋压机，该设备的设计开发吸收了国内外专业研究机构、制造厂和高校参加，集中了众多专家学者和工程师的智慧，采用了先进的设计技术、控制技术、测试技术和制造技术；同时，还充分考虑了设备的工作可靠性和操作维护的便利性。

在浙江大学、武汉重型机床有限公司、中信重工、济南二机床等相关部件承制单位的大力协助下，中航工业北京航空制造工程研究所与西安航天动力机械厂克服种种困难、共同努力。2011年11月，设备进入用户现场进行总装；2012年11月，完成设备静态、动态及功能调试并开始试旋；半年多时间的旋压工艺试验表明，该设备整体结构强度高、刚性好、控制精度高，具有同步进刀、错距旋压、旋压力智能调节等先进功能，整体性能优越。旋压出的零件各项性能指标均符合用户的使用要求，其旋轮推力和可旋压零件尺寸堪称亚洲之最。

这一设备采用参数化技术对CAE模型进行参数控制，整个设备由400多个参数组成，借助于ANSYS/APDL进行二次开发建立了参数输入模块，通过菜单形式输入参数完成有限元参数化模型的快速建立。在有限元模型参数化的基础上，可以方便的计算出各形状及物性参数对目标函数的灵敏度，采用一种基于参数形质灵敏度的振荡优化方法，通过控制结构质量上下波动，在变形极小化目标控制下使结构参数不断发生变化，最终产生重量不变性能更优的新结构，极大提高了优化效率和产品性能。通过设计过程的全参数优化，最终方案主要计算数据完全满足技术任务书要求。与初始所选的结构相比较，在不降低产品性能的前提下，通过参数优化最终结构减轻重量近300吨，节能节材显著。

大型数控强力旋压机是航空航天领域大型薄壁回转体金属结构制造的必备装备，是突破航空、航天、船舶、汽车等行业大型薄壁回转体零件制造瓶颈的关键设备，该设备的研制成功填补了我国金属成形领域的一项空白。

研制大型立式数控强力旋压设备，主要满足航空、航天、船舶、汽车等行业大型薄壁回转体零件的制造，解决国防急需的大推力运载火箭、飞机发动机等制造瓶颈，推动旋压结构件在大飞机、飞机发动机和大型压力容器上的应用问题。

强力旋压技术和设备不仅在航空发动机、航天运载工具、船舶壳体类零件的制造方面具有广泛的应用前景，汽车行业铝合金轮毂以及其他民用领域压力容器的制造方面均具有很高的推广价值。同时，有利于形成以旋压成形技术为代表的金属成形技术和包括喷丸成形、热成形和超塑成形的技术装备在航空航天等领域的应用。中航工业北京航空制造工程研究所将在塑性加工、焊接、数字化制造、柔性装配、机械连接、表面工程、数控加工、特种加工、专用装备制造等专业技术领域，与航空航天各企事业单位开展更为广泛深入的合作。

作为设备的使用方，西安航天动力机械厂党委书记张立武表示，该设备使用方便；关键是通过数字化的控制节省了材料，控制了成本，使得损耗降低，加工制造更加精确。工业和信息化部装备工业司巡视员王富昌肯定了航空、航天各单位在各自领域所做出的贡献。同时他强调，国产大型数控强力旋压设备解决了目前国内急需大型旋压设备的难题，是产学研相结合的成功典范。