中國萬噸擠壓機打破技術壁壘,鋁材瞬間就能成型,高鐵車廂得用它

資訊     2021年10月23日

中國高鐵如同一張絢麗多彩的名片,享譽全球,可誰曾想到,我國在高鐵發展與製造的初期,遭到了德國的百般打壓,中國高鐵的車廂壁板是一塊長達二十五米的複雜空心結構,製作它必須要用的一種名為萬噸擠壓機的機器,一次性的將零件擠壓出來。

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這種地板才能達到裝備高鐵的要求,如重量輕、強度高等等。當時我國並沒有萬噸擠壓機,而國際上唯能製造出萬噸擠壓機的就只有德國沒有這個萬噸擠壓機,我國只能用小尺寸鋁板一塊一塊焊接而成,不僅會增加高鐵車廂結構的重量,還會使整節車廂的疲勞壽命降低,並不符合現代高鐵的要求。

高鐵早在設計之初就對車廂結構提出了很高的要求,首先是重量儘可能的輕,輕便的車身有助於節能降耗。第二點就是結構強度高,同時抗疲勞壽命的時間要更長,簡單來說就是結實耐用,看起來兩個製造要求是充滿了矛盾。

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實際上,如果能做到整體結構的完整性,是可以滿足這種要求的,而完整性也就意味著要減少結構件之間的連接,因此在鍛造製造時,一次成型大型結構零件的鋁擠壓工藝就顯得十分重要,這個鋁擠壓工藝就是鋁棒料用高溫進行軟化,然後塞進特定形狀的模具,用擠壓機進行擠壓,使之能夠成為符合要求的鋁型材產品。

而要夾出高鐵那般龐大的結構,一般噸位的鋁擠壓機是很難滿足要求的,只有萬噸以上的鋁擠壓機才能滿足中國高鐵大規模建設的初期。對於萬噸的鋁型材,擠壓機的需求十分強烈,當時我們只能向唯一掌握萬噸擠壓機製造技術的德國發去求購的信息,結果不僅遭到了德國的拒絕,還遭到了德國的諷刺,說我國不可能自己製造出來。

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雖說在當時中國沒少受氣,但像這樣子既被侮辱還無能為力的情況十分少見,實在是讓人難以接受,究竟這個萬噸擠壓器的製造難在了哪裡?中國又是如何做到技術破局的呢?

面對萬噸擠壓機的製造,我們首先想的是能否同比例的將機器放大,這想法實現起來並不容易,因為受到了材料與結構設計上的限制,材料倒是很好解決殼結構設計不能亂動,否則整個機器的效果可能就差之千里,並且放大後各個部件的疲勞壽命也是個問題。

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對此,中國西安重型機械研究所拿出了自己的方案,他們在主要成立部件的前後設置了預應力結構,給前後兩個上邊施加了一個和擠壓工作相反的預應力,機器運轉時就能抵消掉部分的前後梁最大載荷,從而提高結構的疲勞壽命。機器內的液壓系統也是一個難題,早期國內大多都採用三十兆帕壓力的液壓系統,採用了定量泵調速,依靠的是調速閥,液壓閥則一直是以最大功率運轉。

此外,在控制技術和基礎工藝上,我們也做了大量的突破,鋁型材擠出工藝的核心,是必須保證等溫擠出整個擠壓過程,出口的溫度一般維持在五百度左右,波動不得超過正負五度,如果溫度過高,鋁材料就不能保持固體流動的狀態,溫度過低鋁材料的流動性就會降低,擠出過程就會出現卡死,造成機器的損壞。

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同時溫度波動較大,也會出現型材表面出現裂痕等缺陷,整塊材料的強度大幅降低,機器擠壓的過程相當於擠壓機,再向鋁材料做工,鋁材料的溫度會上升,擠壓速度變快,溫度上升的也就越快。這時就出現了新的問題,那就是如何保證擠壓速度導致的溫升和自然散熱之間的平衡。

整個擠壓與散熱的過程不能依賴人工控制,擠壓速度必須要設計出一套閉環控制系統,實現整個過程的自動化控制才行,小功率的液壓閉環控制系統設計起來並不困難,但到了給大功率液壓系統設置閉環控制系統的時候,設計難度幾乎是呈幾何倍數增長。

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克服了包含以上提到的諸多難題後,我國才終於研製出萬噸級鋁型材擠壓機,實現了大噸位擠壓機的國產化,沒過多久,中國就再次突破研製出3.6萬噸無縫高合金鋼管垂直擠壓機技術,中國整個擠壓機行業的發展也往前邁出了一大步。現在我們再也不用受制於德國,看德國的臉色造高鐵了,不僅是高鐵,就連飛機、船隻這些大型設備也能走上完全自主生產的道路。

雖然上萬噸的鋁型材擠壓機只用在高鐵、大飛機等大型設備上,應用場景並不多,但萬噸擠壓機完全國產化的研發。最主要目的是為了保證我國大型設備在製造上不用被別國撤走,其戰略意義遠大於其生產的經濟效益。

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已開發國家粉碎機的稱號真不是蓋的,不管是再困難的技術,在聰明的中國科學家眼中都會有被攻破、被徹底掌握的那麼一天,晶片也是航空發動機也是,國內首台萬噸鋁型材擠壓機最值得稱讚的地方就是它所使用的任何部件,沒有一個是進口的,全部由國內企業提供。

殊不知,中國已經崛起了,面對嘲笑和諷刺,我國每一次都是那行動去回擊,別人說中國不行,那中國就一定要行,就是在這種信念中,中國才會越來越強大,我們如今才能過上美好的生活,我們或許沒有特別高的技術知識,可以為國家科研貢獻力量,但我們能做的就是愛國,時刻保護我們的國家。