科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

高性能工业铝型材被广泛地应用于航空航天、船舶舰艇以及军工等领域,是我国国防事业发展的有力保障。采用传统挤压生产的高性能工业铝型材，由于挤压过程中金属流动不均匀致使挤压产品存在表层与中心、头部与尾部的组织性能不均匀现象，使得挤压产品的表层和尾端晶粒粗大、产生粗晶，从而使挤压产品组织性能不均匀。反向挤压由于没有挤压筒和锭坯之间的摩擦力，金属流动均匀性提高，粗晶区域比正向挤压少，但是依然存在一定的粗晶区域。对于航空航天等高性能工业铝材来讲，粗晶环和沿长度方向性能的均匀性是一个重要指标，西南铝就出现挤压的某型号直升机旋翼产品质量很难过关的情况。

无论正向挤压还是反向挤压，挤压生产能耗都非常高，尤其是正向挤压，由于铝锭与挤压筒直接存在摩擦力，其能量损耗在15~30%左右，这些都造成了我国高性能工业铝型材的生产成本居高不下，成品率较低，产品性能较差。基于此，需要采取新的挤压工艺，变摩擦阻力为动力，改善挤压过程金属流动特性，尽可能地消除粗晶环，提高铝型材沿长度方向的均匀性，提高产品成材率。本项目的实施也是在国家、部委和企业的多重支持下开展的研究工作。

需解决的主要技术难题

工业铝型材高性能低能耗有效摩擦挤压新工艺及其数控装备的技术原理是采用有效摩擦挤压新工艺来生产高性能工业铝材，有效摩擦挤压新工艺是挤压筒和挤压杆分别驱动并在挤压过程中同向单独运动，采用双挤压杆的挤压机结构形式，一个挤压杆Ⅰ安装在移动横梁上，一个挤压杆Ⅱ安装在模架上，通过采用对挤压筒运行速度和力量的控制，实现在挤压过程中和挤压杆Ⅰ同向运动并和铝锭坯产生相对运动的趋势进而施加给铝锭坯一个沿挤压方向的有效摩擦力，有效摩擦挤压方法可以改进铝锭坯变形的一致性，提高挤压产品沿长度方向机械和组织性能的均匀性，消除粗晶环，并节省挤压力和能耗，提高成材率。

该项目获得多项国家发明专利，制定了相关行业标准，项目产品经国家冶金重型机械质量监督检验中心检验以及用户实际使用，结果表明，该设备性能稳定、工作可靠。项目实施满足了军工、核电、航空航天等领域所需的高性能工业铝型材的生产需求，解决了高性能工业铝型材无有效摩擦挤压成形工艺技术和装备的“卡脖子”的问题。产业化推广应用取得了显著的经济效益和社会效益。

期望实现的主要技术目标

(1) 挤压力减少 15%
(2) 挤压能耗降低 15%
(3) 固定针精度   ±1 mm
(4) 固定针震荡精度 ±0.1 mm
(5) 管材偏心率  ±5%
(6) 固定非挤压时间减少  40%
(7) 挤压产品成材率 85%
(8) 粗晶环厚度 无
(9) 成品率提高 ~18%

需求解析

解析单位：“科创中国”高端装备制造产业科技服务团（中国机械工程学会） 解析时间：2022-11-02

焦悦

中国重型机械研究院股份公司

13991995412

综合评价

该项目获得多项国家发明专利，制定了相关行业标准，项目产品经国家冶金重型机械质量监督检验中心检验以及用户实际使用，结果表明，该设备性能稳定、工作可靠。项目实施满足了军工、核电、航空航天等领域所需的高性能工业铝型材的生产需求，解决了高性能工业铝型材无有效摩擦挤压成形工艺技术和装备的“卡脖子”的问题。产业化推广应用取得了显著的经济效益和社会效益。

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