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“温度”与“压力”的魔术——记航天科工239厂热挤压技术攻关

2017-07-03 17:30:09 | | 打印 | 字体:   千龙网

  本网讯: (文/航天科工三院239厂郭晓琳 黄晓黎)一块半米见方的粗糙铝合金坯料,经过温度与压力的配合,在短短半小时内就能“变”成晶粒组织致密、表面光洁度、机械性能良好应用于航天产品舱段的“扛鼎”核心部件——完成这项“魔术”的就是被喻为冶金行业“明珠”的热挤压技术。
  
  该技术因其可以完成复杂型面构件的整体近净成形,同时具有高效、低成本的明显优势,2014年被列为国防技术基础成果推广的04专项计划。经过近三年的团队技术攻关,随着首个热挤压部件试制成功,热挤压技术已在中国航天科工三院239厂飞航产品制造中得以应用,成为航天制造领域的又一核心技术,承担起精密制造的重担。
  
  思路决定出路
  
  热挤压技术通过对放在容器(挤压简)内的金屑坯料高温加热并施加外力,使之从特定的模孔中流出,一次性获得所需断面形状和尺寸的产品(制品)。“它‘跳’过铸造、热处理和大面积无损检测等环节,能在减少工序的同时降低加工费用,”热挤压团队带头人工艺师郭晓琳说道。
  
  此项技术适用性广泛,交通轨道、火车蒙皮、建筑型材都由此完成复杂型面  构件的整体近净成形。高效低成本的巨大优势使热挤压技术得以在民品领域大放异彩,。
  
  “军品生产引入竞争机制后,要打开思路向市场学习,向技术要成本、要效率”,239厂工艺总师张铁军说道:“将成熟的精密制造技术引入军工行业就是促进科技成果转化、全面落实创新驱动发展战略的重要环节”。
  
  抓住知识、技术在不同主体间加速流动的契机,239厂在武器装备制造中不断汲取民用创新技术成果的养分。
  
  2014年,239厂热挤压技术团队前后获得国防技术基础成果推广项目、集团共性工艺研究项目和三院情报研究项目。2016年,重点工艺课题“热挤压近净成形技术在典型结构上的应用研究” 再获得上级单位的重点项目支持,顺利通过评审并成功立项。
  
  有了重点项目的支持,团队很快投入项目研究并同步进行了油箱试制,突破异形薄壁非圆截面油箱类及楔形翼板类结构热挤压成形关键技术,提高热挤压近净成形技术在典型结构上的工程化应用水平。相比铝合金厚板机加工艺,构件各向性能提升显著且一致性好,材料利用率提高约60%,制造周期缩短约2/3,制造成本降低约50%。
  
  尝到新技术带来的甜头,239厂自上而下由传统“铸造-热处理-机加”制造工艺转向热挤压技术的变革变得自发起来。热挤压成形设备迅速引进,热挤压项目团队积极组建,车间工人也配合试制不断提出新的方案。针对新工艺流程的衔接,机械加工、铆接、焊接工种,形成专业联合攻关的合围之势。
  
  温度、压力中升华
  
  “工欲善其事必先利其器”。2014年起239厂自主投入研制热挤压设备,技创中心联合中北大学等多家单位共同研究,历经数十次模具拆装、工艺流程及操作训练投入使用。2000T热挤压成形设备首次开机,就在短短2小时内实现了15件底板热挤压成形。
  
  “温度”、“压力”总是热挤压技术的关键。热挤压模具的温度一直是团队成员揪心的问题。模具升温不够,团队成员测量尺寸、移动平台、铺设保温布不断调试,直至将保温箱改造成既无安全隐患,又能满足模具加热条件的模具加热工位。
  
  “模具升温不易,降温速度却很快,”工人王师傅无奈地笑道,“为保持温度,大家只好用保温布包裹模具,同时加快工序间流转速度。”为了达到最短的操作时间,小王手持几斤重的模具,在冷状态下按工序进行数十次演练。
  
  首次试制,没有适应航天产品生产的辅具可以采购。工艺人员“泡”在现场,与多年工作经验,设计自制辅助工具。自制多功能转运铲可用于坯料加热的出入炉;挤压件的出入模大幅节约出入炉及出入模的时间以及操作人员体力;自制的扳手加力棒可用于成形过程中模具的紧固加力,方便顺手且节约体力。
  
  作为国内首家承制热挤压设备的航天企业,从调试设备到模具温控再到辅具采购,第一个吃螃蟹的人总是会面临更多的困难。但是热挤压团队的成员不急不躁,面对困难逐个击破,稳中求胜。
  
  一件航天舱段,使用传统技术至少5天,采用连续热挤压技术,1天可连续生产至少50件,综合成本降低50%以上。热挤压技术属于高效高可靠低成本制造技术,可为型号研制生产缩短周期、降低成本。
  
  此外,大力推进热挤压技术在集团内的推广应用,拓展热挤压产品应用领域,预计2017年可实现在防空、飞航、地地等3个领域至少5类弹体结构件的实际应用。
  
  二次创新工程化
  
  热挤压技术善于处理“等截面对称形状类”结构件型材,这样的特性对于某型号油箱技术攻关可谓量身打造。
  
  “过去,为保障型号油箱流线型设计,我们采取钣焊工艺,将整面蒙皮分割成25块再焊接,焊缝多达54道,这个过程中控制焊接变形一直是老大难问题。”现场工艺员刘琦说道。
  
  通过积极探索热挤压模具设计、流动均匀性及缺陷控制,团队吃透关键技术,自主改造提升设备能力,将金属坯料加热至再结晶温度,借助此时材料较好的塑性,在压力的作用下热锻成型,使其(通过模具)制得等截面、连续的型材。
  
  现在,舱段生产可一次性连续整体成形出40米长度截面,随后切割成标准长度尺寸,最后只需使用6道焊缝将端框与舱体焊接后即可组成油箱。参观过现场生产的三院评审组专家惊叹道:“难于想象单个手工焊接的异型油箱,采用连续热挤压技术实现了一次批量制造10几个。新技术的推广应用极大提升产品生产效率,是制造工艺的更新换代”。
  
  项目团队攻克油箱难关,吸收了热挤压技术前沿设计理念并将其工程化应用后,又开始大胆进行二次创新。
  
  依据理论支撑,试制底板产品经过“模拟分析计算”、“试验验证”两步,需要采用两套模具并分两次热挤压成形。在实际生产过程中,更换模具的时间极大的影响了生产效率。“书本是死的,人不可以被理论限制”,热挤压团队结合工程化应用实际进行优化设计计算,“两步变一步”工艺设计一次成形,在保证产品精度的状态下,极大的提高生产效率。
  
  热挤压团队坚持以实现型号产品实际应用为出发点。目前,已在院内首次实现了5个型号15种典型弹体构件的热挤压近净成形,并分阶段应用于型号研制生产。目前,热挤压制造已形成技术储备,同时便于应时而变、快速转化为技术成果,迅速占领市场,以取得行业领先地位。
  
  热成形领域专家哈工大袁教授说:“航天人在工程实践中将热挤压技术进行二次创新,更适合企业生产模式,成为未来技术工程化的典范。”
  

  “效益是技术创新的核心,要不断提升价值创造能力”张铁军总工艺师说到。热挤压技术的推广应用,不仅为企业继续探索新技术应用提供了思路,也为实现型号优质高效低成本制造提供了解决方案,对推动集团公司新一代工艺技术创新发展提供有力支撑。 

编辑:易苏辉