二戰(zhàn)結(jié)束后，為了限制西方發(fā)達(dá)國(guó)家向社會(huì)主義國(guó)家出口戰(zhàn)略物資和高科技，美國(guó)于1949年建立了出口控制統(tǒng)籌委員會(huì)，總部設(shè)立于巴黎，又稱為“巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)”。禁運(yùn)的清單主要包括三種：國(guó)際原子能清單、國(guó)際軍品清單、工業(yè)清單；而大型數(shù)控強(qiáng)力旋壓設(shè)備就屬于工業(yè)清單范疇。一方面，西方國(guó)家實(shí)施禁運(yùn)；另一方面，戰(zhàn)略物資和高科技又是中國(guó)所急需的。解決國(guó)內(nèi)緊缺和急需的大型設(shè)備就成了擺在國(guó)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(guó)內(nèi)開(kāi)展了旋壓工藝與設(shè)備的研究。近50年來(lái)，研制旋壓設(shè)備數(shù)十臺(tái)，開(kāi)發(fā)各種旋壓裝機(jī)件50多種，為我國(guó)航空、航天、兵器等國(guó)防領(lǐng)域和國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，同時(shí)也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。但國(guó)內(nèi)發(fā)展需要對(duì)該項(xiàng)裝備和技術(shù)提出了更高的要求。而另一方面，外國(guó)旋壓機(jī)造價(jià)昂貴，同等性能旋壓設(shè)備國(guó)外的價(jià)格是國(guó)內(nèi)的數(shù)倍。更有甚者，硬件、軟件分開(kāi)計(jì)費(fèi)，軟件使用費(fèi)往往超過(guò)設(shè)備本身的費(fèi)用；即使不購(gòu)軟件，也要自己投入大量人力、物力進(jìn)行二次開(kāi)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(qiáng)力旋壓設(shè)備，早在2001年，西安航天動(dòng)力機(jī)械廠便啟動(dòng)了大型數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)床的研制項(xiàng)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(zhǎng)張軍在談到整個(gè)項(xiàng)目的研制過(guò)程時(shí)感慨萬(wàn)千：“困難！調(diào)研立項(xiàng)難度大、設(shè)計(jì)難度大，精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、關(guān)鍵零件采購(gòu)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(yàn)難度大、調(diào)試與旋壓工藝難度大，研制經(jīng)費(fèi)緊張，周期更是不斷地被調(diào)整，各個(gè)環(huán)節(jié)都面臨巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)初接這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，我們對(duì)可能會(huì)遇到的困難其實(shí)是估計(jì)不足的，以至于一開(kāi)始就遇到了難題，愿意承攬機(jī)床相關(guān)零部件加工的國(guó)內(nèi)大型制造企業(yè)幾乎沒(méi)有。”
在工業(yè)和信息化部對(duì)項(xiàng)目的重點(diǎn)關(guān)注和支持下，大型數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)項(xiàng)目才得以最終完成，并交付西安航天動(dòng)力機(jī)械廠。張軍所長(zhǎng)強(qiáng)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(guó)最大的百噸級(jí)立式數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)歷經(jīng)風(fēng)雨坎坷，終于屹立在用戶現(xiàn)場(chǎng)，獻(xiàn)身于我國(guó)的航天工業(yè)，我們對(duì)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(yàn)收。作為國(guó)內(nèi)加工規(guī)格最大、功能最強(qiáng)的百噸級(jí)旋壓機(jī)，該設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)吸收了國(guó)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(jì)技術(shù)、控制技術(shù)、測(cè)試技術(shù)和制造技術(shù)；同時(shí)，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(dòng)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(chǎng)進(jìn)行總裝；2012年11月，完成設(shè)備靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及功能調(diào)試并開(kāi)始試旋；半年多時(shí)間的旋壓工藝試驗(yàn)表明，該設(shè)備整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛性好、控制精度高，具有同步進(jìn)刀、錯(cuò)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(xiàng)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(duì)CAE模型進(jìn)行參數(shù)控制，整個(gè)設(shè)備由400多個(gè)參數(shù)組成，借助于ANSYS/APDL進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)建立了參數(shù)輸入模塊，通過(guò)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(jì)算出各形狀及物性參數(shù)對(duì)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(guò)控制結(jié)構(gòu)質(zhì)量上下波動(dòng)，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(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程的全參數(shù)優(yōu)化，最終方案主要計(jì)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(guò)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(qiáng)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(bǔ)了我國(guó)金屬成形領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。
研制大型立式數(shù)控強(qiáng)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(guó)防急需的大推力運(yùn)載火箭、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等制造瓶頸，推動(dòng)旋壓結(jié)構(gòu)件在大飛機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和大型壓力容器上的應(yīng)用問(wèn)題。
強(qiáng)力旋壓技術(shù)和設(shè)備不僅在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天運(yùn)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(jià)值。同時(shí)，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(kāi)展更為廣泛深入的合作。
作為設(shè)備的使用方，西安航天動(dòng)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(guò)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(shí)他強(qiáng)調(diào)，國(guó)產(chǎn)大型數(shù)控強(qiáng)力旋壓設(shè)備解決了目前國(guó)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。 |
