真正的大国重器：加工金属如揉面 中国战机心脏病有望彻底解决

中国二重8万吨模锻压机

众所周知，中国航空工业目前饱受“心脏病”之痛，无法造出可靠性高的高性能航空发动机，使得中国国产战机、运输机一直依赖进口发动机，而由于受欧美国家出口限制，中国买军用航空发动机都没有选择的余地，只能买比欧美发动机寿命更短的俄制发动机。但如今这一现状有望得到改善，因为位于四川德阳的中国二重制造的8万吨模锻压机已经试产，这种巨型机械能够轻易锻造出对材料强度要求非常高的航空发动机叶片、涡轮盘、轴承、机匣，以及大飞机起落架、机体承重框、飞机大梁、大型火箭锻环、火箭发动机锻件等，值得一提的是这台模锻压机的问世一举打破了由苏联7.5万吨模锻压机保持了51年的世界纪录。这台8万吨级模锻液压机地上部分高27米，相当于13层楼高，而地下部分还有15米，总高42米，总重2.2万吨。

这台模锻压机几分钟就能加工出大飞机起落架毛坯

在此之前世界上拥有5万吨以上模锻压机的国家仅有美、俄、法，其中美国拥有5万吨级4台，俄罗斯拥有继承自前苏联的7.5万吨级2台，法国拥有6.5万吨级1台。正是因为拥有5万吨以上模锻压机，使得这三国造的大型客机、大型运输机几乎垄断了全世界的市场，而之前拥有世界之最7.5万吨模锻压机的前苏联也得以接连造出了拥有直接之最头衔的安-225和安-124运输机。另外，世界最大的客机空客A380起落架也由俄罗斯的7.5万吨模锻压机锻造，这种优势也成为空客能够与之前一家独大的波音竞争的重要因素。

江南船厂设计的自由锻造水压机

新中国成立时，中国仅有一些日本遗留在东北的千吨级自由锻液压机，后来日本向中国提供了一台2万吨自由锻水压机作为战争赔偿，这台水压机后来被安装在沈阳重机厂，成为中国第一家能够生产大型锻件的企业，在组装和维护这台自由锻水压机的过程中，沈阳重机厂积累了丰富的经验，为国产自由锻水压机的研发打下了基础。1958年8月，为了改变我国重型机械工业的不利局面，中央正式批准研制两台1.2万吨级水压机，其中一台由沈阳重型机器厂和第一重型机器厂负责设计制造，安装在第一重型机器厂，另一台由江南造船厂主导设计，安装在上海重型机器厂水压机车间。这两台自由锻水压机的成功研发，标志着中国在重型机械加工领域迈上了新的台阶。

重庆西南铝厂的3万吨级模锻水压机

1959年2月，基于中国国防及航空工业发展需求，中苏两国签署协议，由苏联援助中国建设一座年产量10万吨的大型合金加工厂，但由于不久后中苏关系急剧恶化，中国不得不自行进行该厂的建设工作，这座工厂也就是现在的西南铝业，原代号冶金部112厂。为了满足金属加工需求，中央向一机部下达了为西南铝厂研发制造一台3万吨级模锻水压机的任务，最终，设计和制造工作由一重、一机部机械研究院负责。这台3万吨级模锻水压机设计工作于1960年8月开始，1967年底在第一重机厂完成制造，1973年9月投产，一举成为亚洲最大的模锻水压机。有了3万吨级模锻水压机后，中国国防和航空航天领域的几乎所有大型部件加工任务都交给了西南铝厂，其中包括太行涡扇发动机的涡轮盘，另外还向美国波音公司提供了一百多吨钛合金起落架锻件等产品。

西安三角航空公司的4万吨模锻液压机

一晃几十年过去了，这些一到三万吨级的水压机的锻造能力和精度都已经不能够满足大型金属模锻加工需求，尤其是航空发动机涡轮盘等对加工精度和锻造压力要求极高的设备。如今中国国防和航空航天领域不断取得突破性进展，但唯独航空发动机领域始终停滞不前，进入21世纪后，为了打破这一现状以及发展大型客机和大型运输机，中国一口气建成了3万吨（昆仑重工）、4万吨（三角航空）、8万吨（德阳二重）模锻压机各一台，而西安三角航空还正在建设另一台8万吨级水压机。另外2004年底，上海重机厂建造了一台当时世界最大的1.65万吨自由锻造油压机，后来中信重工又建造了一台1.85万吨自由锻油压机，再次打破世界纪录。油压机虽吨位较小，但压力稳定，比水压机更适合锻造精密部件，太行发动机早期故障频繁，多次喷零件的原因之一就是当时国内油压机技术不成熟，西南铝业只能使用包套锻造法在水压机上锻造太行发动机涡轮盘，使得产量低、质量波动大，成本也大幅增加。

涡扇发动机涡轮盘

模锻压机依靠强大的压力可将数百吨的金属毛坯像揉面团一样锻造，将金属毛坯内的气泡、裂缝、夹渣压实，提高了金属零件的塑性和力学性能，使其强度和抗疲劳性更好，提高使用寿命和可靠性，尤其适合加工负载高、工作条件严峻的重要零件，例如航空发动机叶片、涡轮盘、核电机组汽轮发电机转子等。吨位级别越大意味着模锻压机锻造的金属部件寿命和可靠性更高，如之前国产新舟60的起落架寿命只有2万架次左右，多次因起落架强度不足发生事故，而国产ARJ21-700客机的起落架是从国外引进，寿命可以达到6万架次。

涡扇发动机结构图

被誉为工业皇冠上明珠的航空发动机其实除了涡轮盘外，还有很多部件都需要模锻压机加工，例如上图中的叶片、轴承等，这些部件的加工精度、耐高温能力、可靠性直接决定着发动机的可靠性，而决定这些的很大程度上都取决于模锻压机的吨位，这就是中国这几年为何要制造这么多大吨位模锻压机的原因。除此之外，机体承重框、飞机大梁、大型火箭锻环、火箭发动机锻件等对强度要求非常高的金属部件也需要模锻压机加工，可见模锻压机有多么重要。中国运-10下马很大程度上就是因为当时当时国内金属件锻造产业过于落后，包括发动机在内加工几乎全靠手工，结构死重大、可靠性差，难以满足商用，下马是历史必然，相信随着中国众多的模锻压机投产，中国C919必定不会走运-10的老路，而中国航空工业的心脏病也会得以解决。