拉鋼鐵面條，練工業肌肉——冷拔法生產液壓油缸缸筒_風聞

马氏体-2021-08-28 17:06

2021-08-28

在工程機械的轟鳴聲中，“基建狂魔”把偉大的工程向更高、更遠的地方推進。

在很多工程機械上，力拔山河的力量來自液壓系統。其中，液壓油缸負責把液壓能轉換成機械能，是液壓系統的執行元件。缸筒又是油缸的關鍵部件之一，高壓液壓油在其中推動活塞運動。

從使用需求上可以推知，缸筒要由一根大長徑比的高精度無縫鋼管制成，且為了實現輕量化，必須做到薄壁而高強。

傳統方法是以熱軋厚壁無縫鋼管（經熱處理）為原料，機加工到所需的內外徑尺寸。這樣的方法存在三個問題：（1）大長徑比缸筒的加工比較困難；（2）熱軋無法保證精度，需要留有較大的加工餘量，大量金屬被切削掉，材料利用率低；（3）僅僅通過機加工，無法提升金屬的力學性能，因此要採用較厚的壁厚來滿足缸筒的耐壓要求。

由於細長的刀杆會發生晃動和變形，大長徑比管件的內孔加工非常困難。最長八九米的大口徑火炮炮管已經是對深孔鏜技術的極大考驗（上圖），長度十米以上的液壓油缸，幾乎無法用機加工來完成。

針對這些問題，冷拔法應運而生，可以從熱軋厚壁鋼管直接加工出高精度的缸筒用薄壁鋼管，且充分利用了金屬的加工硬化特性，提升鋼管的強度，實現油缸的輕量化。

工慾善其事必先利其器，冷拔工藝依賴於強大的冷拔機。這是徐工集團自主研發的亞洲自動化程度最高、行程最長的冷拔機，最大冷拔長度可達18米，拉拔力可達600噸，可用於生產大噸位起重機和500噸以上挖掘機的油缸。

（徐工集團的700噸液壓挖掘機，被譽為“神州第一挖”）

冷拔的過程好比是拉麪和壓面的結合，一方面把鋼管軸向拉長，另一方面在徑向和周向上壓緊。因此，冷拔得到的鋼管比原料鋼管的長度更長，而管徑和壁厚略有減小。

這台冷拔機的千鈞之力也是由液壓系統提供的（上圖為小一號的400噸冷拔機）。

待加工的鋼管由冷拔小車上的夾頭夾持。隨着液壓油缸爆發出最大600噸的拉力，冷拔小車拉動鋼管通過外模，由外模的擠壓作用使鋼管的外壁成型。

鋼管的內壁是依靠內模來成型的。在冷拔前，預先把鋼管套到冷拔機另一端的芯杆上，並在芯杆上固定內模（下圖），因而冷拔法能夠獲得很高的內孔加工精度。

在冷拔的過程中，鋼管的晶粒發生變形、形成大量位錯，產生很強的加工硬化作用，且使鋼材變得更加緻密，提升了鋼管的耐壓能力。相比普通的機加工鋼管，冷拔鋼管的壁厚可以做得更薄，從而減重近50%。

而且，冷拔加工的材料利用率非常高，原料鋼管的大部分都經過變型成為成品鋼管，只需切掉夾頭處的一小部分，後續也只需少量甚至無需精加工就可以使用，極大地提高了生產效率。

冷拔後的鋼管殘留有內應力，可能導致鋼管發生變形或破裂，因此需要進行去應力退火（上圖為退火爐）。此前曾經提到，鋼板在冷軋後進行退火的目的是再結晶，提高塑性和韌性，以便後續加工。但冷拔鋼管的退火在再結晶温度以下進行（一般為三四百度，下圖），即只發生回覆過程，使得晶體內部缺陷數量減少或重新分佈，消除掉大部分內應力，但不改變被拉長的晶粒形態，也基本不影響鋼材的強度，從而保留了冷拔法提高鋼管強度的優勢。

在轟轟烈烈的建設大潮中，我國已成為世界上工程機械銷量最大的國家，我國的液壓市場規模也佔全世界的30%左右。然而，長期以來，我國液壓行業在知識產權、核心技術、高端產品等方面受制於人，制約了工程機械行業的發展。

從1994年開始，徐工的研發團隊就開始冷拔工藝的攻關，歷經兩年多時間、近百噸鋼管的實踐，最終打破了一直以來被行業巨頭把控的冷拔核心技術，實現了從“被卡脖子”到“挺直腰桿”的蜕變。目前，徐工液壓每年可實現自制冷拔鋼管20000多噸，不僅滿足徐工自身的需求，還能夠出口海外，尤其是在國際頂級礦山設備競技場——澳大利亞經受住10000小時無故障運行的考驗（上圖），完全不輸國外大牌，樹立起中國液壓的口碑，也標誌着我國在這一領域達到世界領先水平。

這些年來，隨着國內旺盛需求的牽引和自主研發的突破，部分高端液壓產品已經實現進口替代，我國液壓進口市場規模總體已呈下降趨勢。但要為我國的先進製造業提供更加強勁可靠的工業肌肉，我國液壓行業的發展仍然任重道遠。

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