二戰(zhàn)結(jié)束后，為了限制西方發(fā)達(dá)國家向社會主義國家出口戰(zhàn)略物資和高科技，美國于1949年建立了出口控制統(tǒng)籌委員會，總部設(shè)立于巴黎，又稱為“巴黎統(tǒng)籌委員會”。禁運的清單主要包括三種：國際原子能清單、國際軍品清單、工業(yè)清單；而大型數(shù)控強力旋壓設(shè)備就屬于工業(yè)清單范疇。一方面，西方國家實施禁運；另一方面，戰(zhàn)略物資和高科技又是中國所急需的。解決國內(nèi)緊缺和急需的大型設(shè)備就成了擺在國防科技工業(yè)面前一道緊迫難題。
上世紀(jì)60年代初期，中航工業(yè)北京航空制造工程研究所就率先在國內(nèi)開展了旋壓工藝與設(shè)備的研究。近50年來，研制旋壓設(shè)備數(shù)十臺，開發(fā)各種旋壓裝機(jī)件50多種，為我國航空、航天、兵器等國防領(lǐng)域和國民經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，同時也積累了豐富的經(jīng)驗。但國內(nèi)發(fā)展需要對該項裝備和技術(shù)提出了更高的要求。而另一方面，外國旋壓機(jī)造價昂貴，同等性能旋壓設(shè)備國外的價格是國內(nèi)的數(shù)倍。更有甚者，硬件、軟件分開計費，軟件使用費往往超過設(shè)備本身的費用；即使不購軟件，也要自己投入大量人力、物力進(jìn)行二次開發(fā)。另外，更換、修理零部件同樣也受制于人。
為了緩解尷尬的局面，盡快造出大型強力旋壓設(shè)備，早在2001年，西安航天動力機(jī)械廠便啟動了大型數(shù)控強力旋壓機(jī)床的研制項目。2004年初，正式與中航工業(yè)北京航空制造工程研究所簽訂了機(jī)床研制合同。
中航工業(yè)北京航空制造工程研究所所長張軍在談到整個項目的研制過程時感慨萬千：“困難！調(diào)研立項難度大、設(shè)計難度大，精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、關(guān)鍵零件采購困難，部件尺寸超大、制造難度大，各單位、各部門配合協(xié)調(diào)難度大，裝配難度大、檢驗難度大、調(diào)試與旋壓工藝難度大，研制經(jīng)費緊張，周期更是不斷地被調(diào)整，各個環(huán)節(jié)都面臨巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)初接這個項目的時候，我們對可能會遇到的困難其實是估計不足的，以至于一開始就遇到了難題，愿意承攬機(jī)床相關(guān)零部件加工的國內(nèi)大型制造企業(yè)幾乎沒有。”
在工業(yè)和信息化部對項目的重點關(guān)注和支持下，大型數(shù)控強力旋壓機(jī)項目才得以最終完成，并交付西安航天動力機(jī)械廠。張軍所長強調(diào)稱，“中航工業(yè)北京航空制造工程研究所十年磨一劍，我國最大的百噸級立式數(shù)控強力旋壓機(jī)歷經(jīng)風(fēng)雨坎坷，終于屹立在用戶現(xiàn)場，獻(xiàn)身于我國的航天工業(yè)，我們對此感到自豪和驕傲。”
由中航工業(yè)北京航空制造工程研究所研制的數(shù)控立式旋壓機(jī)床已經(jīng)完成工藝驗收。作為國內(nèi)加工規(guī)格最大、功能最強的百噸級旋壓機(jī)，該設(shè)備的設(shè)計開發(fā)吸收了國內(nèi)外專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、制造廠和高校參加，集中了眾多專家學(xué)者和工程師的智慧，采用了先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)、控制技術(shù)、測試技術(shù)和制造技術(shù)；同時，還充分考慮了設(shè)備的工作可靠性和操作維護(hù)的便利性。
在浙江大學(xué)、武漢重型機(jī)床有限公司、中信重工、濟(jì)南二機(jī)床等相關(guān)部件承制單位的大力協(xié)助下，中航工業(yè)北京航空制造工程研究所與西安航天動力機(jī)械廠克服種種困難、共同努力。2011年11月，設(shè)備進(jìn)入用戶現(xiàn)場進(jìn)行總裝；2012年11月，完成設(shè)備靜態(tài)、動態(tài)及功能調(diào)試并開始試旋；半年多時間的旋壓工藝試驗表明，該設(shè)備整體結(jié)構(gòu)強度高、剛性好、控制精度高，具有同步進(jìn)刀、錯距旋壓、旋壓力智能調(diào)節(jié)等先進(jìn)功能，整體性能優(yōu)越。旋壓出的零件各項性能指標(biāo)均符合用戶的使用要求，其旋輪推力和可旋壓零件尺寸堪稱亞洲之最。
這一設(shè)備采用參數(shù)化技術(shù)對CAE模型進(jìn)行參數(shù)控制，整個設(shè)備由400多個參數(shù)組成，借助于ANSYS/APDL進(jìn)行二次開發(fā)建立了參數(shù)輸入模塊，通過菜單形式輸入?yún)?shù)完成有限元參數(shù)化模型的快速建立。在有限元模型參數(shù)化的基礎(chǔ)上，可以方便的計算出各形狀及物性參數(shù)對目標(biāo)函數(shù)的靈敏度，采用一種基于參數(shù)形質(zhì)靈敏度的振蕩優(yōu)化方法，通過控制結(jié)構(gòu)質(zhì)量上下波動，在變形極小化目標(biāo)控制下使結(jié)構(gòu)參數(shù)不斷發(fā)生變化，最終產(chǎn)生重量不變性能更優(yōu)的新結(jié)構(gòu)，極大提高了優(yōu)化效率和產(chǎn)品性能。通過設(shè)計過程的全參數(shù)優(yōu)化，最終方案主要計算數(shù)據(jù)完全滿足技術(shù)任務(wù)書要求。與初始所選的結(jié)構(gòu)相比較，在不降低產(chǎn)品性能的前提下，通過參數(shù)優(yōu)化最終結(jié)構(gòu)減輕重量近300噸，節(jié)能節(jié)材顯著。
大型數(shù)控強力旋壓機(jī)是航空航天領(lǐng)域大型薄壁回轉(zhuǎn)體金屬結(jié)構(gòu)制造的必備裝備，是突破航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)大型薄壁回轉(zhuǎn)體零件制造瓶頸的關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的研制成功填補了我國金屬成形領(lǐng)域的一項空白。
研制大型立式數(shù)控強力旋壓設(shè)備，主要滿足航空、航天、船舶、汽車等行業(yè)大型薄壁回轉(zhuǎn)體零件的制造，解決國防急需的大推力運載火箭、飛機(jī)發(fā)動機(jī)等制造瓶頸，推動旋壓結(jié)構(gòu)件在大飛機(jī)、飛機(jī)發(fā)動機(jī)和大型壓力容器上的應(yīng)用問題。
強力旋壓技術(shù)和設(shè)備不僅在航空發(fā)動機(jī)、航天運載工具、船舶殼體類零件的制造方面具有廣泛的應(yīng)用前景，汽車行業(yè)鋁合金輪轂以及其他民用領(lǐng)域壓力容器的制造方面均具有很高的推廣價值。同時，有利于形成以旋壓成形技術(shù)為代表的金屬成形技術(shù)和包括噴丸成形、熱成形和超塑成形的技術(shù)裝備在航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。中航工業(yè)北京航空制造工程研究所將在塑性加工、焊接、數(shù)字化制造、柔性裝配、機(jī)械連接、表面工程、數(shù)控加工、特種加工、專用裝備制造等專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，與航空航天各企事業(yè)單位開展更為廣泛深入的合作。
作為設(shè)備的使用方，西安航天動力機(jī)械廠黨委書記張立武表示，該設(shè)備使用方便；關(guān)鍵是通過數(shù)字化的控制節(jié)省了材料，控制了成本，使得損耗降低，加工制造更加精確。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司巡視員王富昌肯定了航空、航天各單位在各自領(lǐng)域所做出的貢獻(xiàn)。同時他強調(diào)，國產(chǎn)大型數(shù)控強力旋壓設(shè)備解決了目前國內(nèi)急需大型旋壓設(shè)備的難題，是產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的成功典范。 |
