前言
提及中國航空制造業,公眾目光往往聚焦于C919客機與國產渦扇發動機,卻鮮少意識到——真正托舉整架飛機飛向藍天的“鋼鐵脊梁”,是那些體積龐大、強度驚人的大型航空鍛件;而鍛造這些核心構件的國之重器,正是全球極少數國家才掌握的8萬噸級模鍛壓機。上世紀中葉,這項尖端裝備技術長期被美國與俄羅斯嚴密壟斷。
彼時新中國工業根基尚淺,此類戰略級設備不僅無法自產,連引進渠道也屢遭封鎖,關鍵部件采購頻頻受阻,交付周期遙遙無期。
面對重重壁壘,中國科研團隊迎難而上,歷時多年協同攻關,最終自主研制出世界領先的8萬噸模鍛壓機。這一突破不僅終結了我國在高端航空鍛件領域長期受制于人的歷史,更推動中國從全球航空制造體系中的跟隨者,躍升為標準制定者與技術輸出方,牢牢掌握行業發展的主動權與定義權。
美國主流媒體驚呼:若當年俄羅斯接受中方合作邀約,今日斷不會面臨中國全面主導全球重型模鍛市場的局面!
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中國航空工業的“卡脖子”問題
現代民用及軍用飛機的制造鏈條中,除動力系統、航電集成與氣動結構外,決定整機服役壽命、抗沖擊能力與飛行安全閾值的關鍵要素,實為分布于機身主承力框架、起落架樞紐、發動機熱端等部位的一系列超大規格航空鍛件。
這些鍛件必須承受極端溫度、高壓載荷與高頻振動,其材料致密度、晶粒取向與內部應力分布,直接左右飛機整體結構精度與長期可靠性。
要實現上述嚴苛性能指標,離不開具備超強壓制能力與精密成型控制的重型模鍛裝備,其中,8萬噸級模鍛壓機因其無可替代的成形能力,被業界譽為“工業皇冠上的明珠”。
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回溯上世紀五十年代中期,我國航空工業尚處萌芽階段,重裝基礎近乎空白,幾乎所有大型航空鍛件均需仰賴海外進口。
即便是飛機起落架主體、發動機高壓渦輪盤這類核心部件,也因缺乏匹配噸位的鍛造平臺,始終難以實現全流程國產化制造。
當時,全球范圍內僅有美國與蘇聯具備穩定量產8萬噸級模鍛壓機的能力,其設備圖紙、控制系統與工藝參數全部列為國家級絕密,嚴禁對外擴散。
中國在此領域的技術積累幾近為零,即便通過非正式渠道尋求設備引進,亦因西方技術管制政策而屢屢碰壁,根本無法支撐日益提速的國產大飛機研制進程。
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中國的崛起
1958年,一位僅完成三年小學學業的基層技術工人沈鴻,向國家提交了一份震撼行業的建議書:自主研制12000噸級水壓機。
這一構想在當時看來近乎天方夜譚——彼時國內連標準化螺栓都尚未實現批量自給,更遑論建造總重逾兩千噸、精度達微米級的巨型工業母機。
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沈鴻提出該方案,源自一次刻骨銘心的技術交涉。
1957年,為加速航空與船舶工業建設,我國曾派團赴蘇聯洽談萬噸級水壓機引進事宜。
蘇方專家現場考察后斷然否決合作可能,直言中國工廠“既無操作資質,亦無維保能力”,甚至譏諷“設備運抵港口即可能因道路承重不足而損毀”。
這番極具羞辱性的表態,點燃了沈鴻內心深處的民族志氣,也喚醒了整個中國重裝研發群體的集體意志。
他清醒認識到:沒有自主可控的重型鍛造平臺,中國就永遠無法躋身世界高端裝備制造第一梯隊。
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隨即,一場前所未有的技術攻堅戰役悄然打響。
沈鴻頂住各方質疑,迅速聯合清華大學機械工程系畢業生林宗棠等青年骨干,組建起一支跨學科、跨單位的聯合攻關組,吸納數十名實踐經驗豐富的高級技工與設計工程師,共同投身萬噸水壓機的全鏈條自主研發。
在缺乏任何成熟技術藍本的條件下,團隊堅持“從原理出發、從圖紙起步”,逐項攻克液壓系統建模、超厚鋼板熱處理、多缸同步控制等十余項核心難題。
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其中最具挑戰性的環節,是如何破解設備自身重量帶來的工程困局。
按蘇聯原始設計方案,12000噸水壓機整機自重高達3000噸,對廠房地基、吊裝設備乃至運輸路線橋梁承載力均構成毀滅性壓力。
林宗棠創造性提出模塊化輕量化設計理念,通過優化結構拓撲、采用高強度合金鋼替代傳統鑄鐵,并重新分配應力路徑,大幅削減冗余質量。
歷經百余次三維仿真推演與實地加載試驗,團隊最終將設備總重壓縮至2200噸,不僅規避了運輸風險,還顯著降低了基建投入成本,為后續產業化鋪平道路。
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破解“焊接禁區”
萬噸水壓機的研制征程中,設計之外的最大攔路虎,是四根高達18米、直徑近1米的巨型立柱焊接工藝。
由于單體鑄造尺寸受限,立柱必須分段鍛造后焊接成型,而接縫處需承受數萬噸級動態載荷,容不得絲毫微觀缺陷。
彼時國際通行的電渣焊技術,正由蘇聯獨家掌控,相關設備與工藝手冊均被列為出口管制清單首位。
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沈鴻團隊曾專程赴莫斯科學習該技術,卻只獲得象征性參觀權限,核心技術參數與操作規范一律謝絕透露,接待人員甚至當面嘲諷:“你們連焊條型號都分不清,談何掌握?”
面對徹底斷供的局面,中國焊接專家鄒積鐸毅然掛帥,帶領一支平均年齡不足32歲的青年突擊隊,在簡陋車間內開啟自主破冰之旅。
他們翻遍國內外所有可獲取的焊接文獻,自行改裝多臺普通直流焊機,搭建簡易熔池觀測平臺,反復調試電流電壓曲線與熔渣配比方案。
在經歷476次焊接失敗、累計報廢試樣超12噸后,團隊不僅完全掌握電渣焊全套工藝,更創新開發出“雙極串聯控溫法”,使焊縫晶粒度提升兩個等級,殘余應力降低38%,綜合性能全面超越蘇聯原版標準。
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1962年,首臺12000噸自由鍛造水壓機在四川德陽順利投產運行。
這臺凝聚無數心血的“爭氣機”,一舉打破西方陣營長達十余年的技術圍堵,成為中國重裝制造業自主化的里程碑事件。
它的成功啟用,標志著我國已具備獨立完成航空發動機主軸、潛艇耐壓殼體、核電反應堆壓力容器等戰略級鍛件的全流程制造能力。
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8萬噸模鍛壓機的研制
進入21世紀,伴隨C919大型客機立項推進,對高強鋁合金、鈦合金及高溫合金大型整體構件的模鍛需求急劇攀升,原有萬噸級設備已無法滿足主翼梁、中央翼盒、發動機風扇盤等關鍵部件的一體化成形要求。
2003年,國家發改委、工信部聯合批復啟動“8萬噸模鍛壓機重大專項”,將其列為《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》優先支持項目。
該設備需一次性完成長度超12米、截面復雜度達17級的航空鍛件整體壓制,確保C919機體結構強度裕度提升23%、疲勞壽命延長40%以上。
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放眼全球,當時僅美俄兩國擁有同級別裝備,法國勒克勒佐工廠最大模鍛壓機噸位僅為6.5萬噸,且控制系統嚴重依賴美國芯片與軟件授權。
一旦中國成功研制8萬噸級模鍛壓機,意味著將在全球民機供應鏈中掌握不可替代的戰略支點,徹底擺脫關鍵鍛件進口依賴與出口許可審查束縛。
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相較早期12000噸水壓機,新型8萬噸模鍛壓機在工程復雜度上實現質的飛躍:整機高度突破27米,相當于九層住宅樓;總質量逾2.2萬噸;工作臺面尺寸達4.5米×12米,可同時壓制兩架C919主起落架鍛件;關鍵運動部件定位精度嚴格控制在0.01毫米以內,相當于人類發絲直徑的七分之一。
從超大型鑄鍛件冶金質量控制、萬瓦級伺服液壓系統響應延遲抑制,到多源異構傳感器融合校準算法開發,每一項攻關都直指世界裝備制造前沿無人區。但中國工程師以“兩彈一星”精神為指引,依托前期積累的萬余組實驗數據與三十余項發明專利,逐一擊穿技術壁壘。
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從追趕者到市場主導者
2012年12月,位于陜西閻良的8萬噸模鍛壓機完成全負荷熱試車,各項動態指標實測值全面優于設計基準,其中壓制重復定位誤差僅為0.007毫米,創全球同類設備新紀錄。
2013年7月,該設備正式交付中國一航宏遠公司投入批產,首年即完成C919項目所需全部27類主承力鍛件交付任務。
消息傳出,波音、空客、GE航空、羅爾斯·羅伊斯等國際巨頭紛紛派出高層代表團赴華考察,先后簽訂數十億元人民幣鍛件采購協議,部分訂單交付周期壓縮至國際同類產品三分之二。
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中國不僅高效保障了國產大飛機產業鏈安全,更憑借設備穩定性更高、單件加工成本低19%、定制化響應速度快40%等綜合優勢,迅速贏得全球航空制造商信任。
如今,這臺巨無霸已穩定運行超十年,累計產出鍛件超13萬噸,支撐C919、AG600、殲-20、運-20等十余型重點裝備列裝服役,助力中國在全球航空鍛件市場占有率躍升至34.6%,穩居世界第一。
尤為關鍵的是,中國已向“一帶一路”沿線六國輸出模鍛壓機運維標準與培訓體系,實質性重構全球高端航空制造規則話語權。
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結語
今日矗立于西北重鎮的8萬噸模鍛壓機,早已超越單一工業裝備范疇,成為彰顯中國高端制造硬實力的國家象征與時代圖騰。
從昔日被拒之門外的求學者,到如今制定行業范式的引領者,中國工業人用半個多世紀的執著堅守與智慧突圍,走出了一條獨立自主、開放共贏的高質量發展之路。
這臺鋼鐵巨擘所承載的,不只是萬噸級壓制力量,更是中華民族矢志科技自立自強的精神重量。
展望未來,隨著10萬噸級智能模鍛中心、數字孿生鍛造云平臺等新一代基礎設施加速落地,中國必將在更多尖端制造領域續寫“從并跑到領跑”的壯闊篇章。
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信息來源:
1. 《中國機械工業發展史》,機械工業出版社,2015年
2. 《新中國航空工業發展歷程》,航空工業出版社,2018年
3. 中國重型機械研究院檔案資料,1958-2013年
4. 《大國重器:中國裝備制造業創新發展紀實》,人民出版社,2016年
5. 國家科技檔案館館藏文獻:萬噸水壓機研制項目檔案(1958-1962)
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