中国没有非常牛逼的机床,为什么能研制出歼二零这样的战机?:这个问题扎到作者内心最深处的痛了,或者可以这么说:扎到包括作者在内的许多军事领域作者的痛处了
这个问题扎到作者内心最深处的痛了,或者可以这么说:扎到包括作者在内的许多军事领域作者的痛处了!相信以下解答将会颠覆许多读者的认知,请谨慎阅读。
题主的这个问题问得好啊,像歼二零这样的四代机本质上属于使用大量精密设备堆积起来的高性能机械装置,没有非常牛逼的机床是无法实现精密部件加工和生产的,我国没有符合生产歼二零战机所需精密部件的高性能机床。
那么歼二零战机的精密部件是如何制造出来的呢?大多数人可能在情感上很难接受一个现实——日本机床造出来的!中航工业集团公司的很多精密部件都是日本机床加工出来的,甚至直接从日本采购成品部件,而这个如此牛逼的日本机床企业就是山崎马扎克公司(为了保持文面形象,以下将“牛逼机床”全部改为“精密机床”)。
精密机床是一个非常难以攻克的技术堡垒,在这个领域上曾经是德国人走在最前沿,二战后被日本人超越,可以说这个世界上能加工出高精密机械部件的国家就是上述这两个,除此之外没有第三个,包括五大流氓。
大和民族和日耳曼民族都有一个共同点——严谨,这种气质其它民族都不具备,所以它们生产的机床是最精密的。
比如说美国在研发F-22隐身战斗机时,其国内的精密机床根本加工不出符合精度要求的部件,所以只能花大价钱从日本引进新日工机公司的5轴龙镗铣机床。
相同经历的国家还有前苏联,他们在研发图-160“海盗旗”战略轰炸机时也遇到与美国人一样的困境,所以只得花大价钱从日本“走私”精密机床。
可见美、苏两个超级大国都不具备生产高精密机床的能力,也就是题主所说的“没有非常牛逼的机床”,但是并不影响他们研发新式战机,而我国所走的路自然不会和这两个大国有任何的不同之处,也就是说研制出歼二零的那种“非常牛逼”的机床可以去买。
▼下图为刚刚完成铸造的美制F-35联合攻击机钛合金大框,它将会被送往机加工车间进行高精度加工。虽然像钛合金大框这样的核心部件由美国本土企业供应,但是加工的精密机床却是从日本进口的,我国在研发歼二零战机时也是通过此类做法来解决精密部件供应问题的。
如果非要用“牛逼”来形容精密机床的精密程度,那么日本机床可以算得上“非常牛逼”了,有多“牛逼”呢?我们来做一些例举:
1、全球超精密加工领域中精度最高的母机来自日本捷太科特公司;
2、全球唯一一台加工精度突破纳米级的走丝电火花加工机来自日本沙迪克公司;
3、双主轴双刀塔机床领军者——日本大隈公司;
4、世界上精度最高的微米级全自动对刀仪——日本美德龙。
……
这些能达到精度世界第一的日本机床品牌多达30余个,供应着世界80%的精密部件市场,如果日本机床企业说自己是第二,那么决定没有人敢自称第一!
做为制造之母,机床可以被视为一个国家的制造业基础,没有精密机床就没有高端制造业,那么问题就来了——精密机床技术堡垒为什么会被日本把持呢?
其实归根结底还是上述中提到的民族气质,美国人自独立建国后向来高傲,像机加工这样的辛苦工作是很少有高端人才去从事的,他们更喜欢研究高科技;俄罗斯这样的战斗民族以粗犷著称,搞点物理、化学、音乐、文学还可以,但是要搞精密加工…那真不是他们的特长。
中华民族就厉害了,万般皆下品,唯有读书高,好好读书,将来升官发财才是正途,谁都想坐办公室喝茶看报做人上人,研究精密加工的人都是文化程度不高的工人阶层,所以更难在这个领域上有所建树。
而德国和日本就不一样了,做任何事都非常严谨,关键是没有人会歧视工人这份职业,所以许多高端人才都愿意投入到机加工领域,久而久之自然就占据世界巅峰了。
曾有这样一个段子:同样是丢钱包,美国人的表现是“感谢上帝,我只是丢了钱包而已,人没丢就好”;俄国人的表现是“我已经记得这次教训,下次决定不会再犯”;日本人和德国人的表现相同,都是“认真分析丢钱包的原因,测量从出门到丢钱包发生地的距离,记录丢钱包的时间和地点,从而得到如何才能不丢钱包的措施”。
虽然是个段子,但是基本上概括这个星球上各个主要民族的特点,所以不仅我国在精密机床领域上落后,美、俄同样如此,当需要超精密部件或加工设备时,唯一的选择就是买日本货或者买德国货。
近年来我国开始重视精密加工以及相关设备的发展,只要让年轻人们买得起房、生得起孩子、养得起父母,相信会有越来越多的高端人才愿意投入到这个领域,将来我们就可以用自己的精密机床来加工精密部件了。
全世界所有国家的所有高端装备研发所需的精密部件90%都需要从德国或者日本引进,我国也不例外,所以在研发包括歼二零战机在内的尖端军事装备时大多数精密部件需要以委托加工的形式从日本进口。
这些精密部件统称“航空精密零件”,是一庄很大的买卖市场,日本和德国几乎把持着100%的市场份额,其中日本占据70%的市场份额。
比如说美国洛克希德.马丁公司出品的F-35联合攻击机,它的精密机械零部件80%由日本供应;波音公司的各型客运飞机、武装直升机的精密机械零部件97%由日本供应;俄罗斯图波列夫设计局、米高扬设计局、苏霍伊设计局、卡莫夫设计局等等航空航天研发单位90%的精密机械零部件由日本供应。
美、俄尚且如此,我国研发歼二零战机的成飞设计院又怎么会例外呢?歼二零战机于1997年开始立项,2011年首飞,在这个过程中,组装该型战机100%的精密机械零部件由日本10多家机械加工企业供应,没有一件是国产的。
也许会有读者产生这样的质疑:日本会不会在美国的指使下不向我国供应精密部件,或者泄露涉密的精密部件呢?
这样的风险是存在的,毕竟美国自己的F-22和F-35所需的精密航空零部件也是由日本供应的,他们知道尖端战机需要的精密部件是哪些类型,万一威逼利诱之下,日本企业有可能会泄露我国歼二零战机的相关机密。
所以我国在歼二零战机正式定型之前,花大价钱从日本引进了许多精密机床,建立了十多个包括五轴联动数控加工在内的精加工中心,加工精度在0.001 ~ 0.1毫米之间的精密部件都可以在国内完成加工。
当歼二零战机定型以后,80%的精密机械零部件都实现了国产化,由国内机加工企业负责供应,只有不到20%的零部件还需从日本进口。
▼下图为日本为美国洛克希德·马丁公司代工生产的F-135航空发动机核心部件,这类高精度航空机械零部件是美国企业生产不了的,中、俄航空发动机核心部件同样由日本代工,可以说没有日本的精加工技术就没有世界航空航天技术的飞跃,这样的能力我们羡慕却学不来。
第一、中国没有非常牛逼的机床,能研制出歼二零战机的原因是从日本大量进口精密机械零部件。歼二零战机是典型的第四代隐身战斗机,许多部件的精密程度非常高,最初我国并不具备为歼二零战机提供国产精密部件的能力,所以只能以委托加工的形式从日本进口,以满足歼二零战机研发工作的需求。
第二、为了满足国内日新月异的航空发展步伐,我国大量引进日本的精密加工技术和设备,目前大部分精密部件已经实现国产化,但是少部分核心部件依旧依赖进口,而这样的依赖并不能说明我们有多落后,而是国际上的通用做法,包括美、俄。
结语
机加工领域是工业之母,尤其是精度要求非常高的尖端设备、装备制造,如果自己不掌握精加工技术和设备制造时,将会严重受制于人,比如说这次台积电断供华手机芯片为事件,别人敢于以断供的形式来制约我们发展的原因就在于我们没有芯片精加工技术和设备。
最要命的问题在于高精度的精密机床并不是花钱都能解决的,许多涉及核心技术部件的加工设备人家是不愿意卖给我们的,就是怕我们有朝一日有所超越,抢了人家的饭碗。
所以我们要在机加工领域上努力再努力,要不然我们连发展自己的尖端军事装备都要受制于人。同时也要求大家不要再歧视工人这个职业,如果你的对象、家人、朋友、同学有从事工人这个职业的,请多理解和尊重他们,在这个物欲横流、纸醉金迷的社会里,如果当工人的得不到应有的尊重,那么我们国家的精加工领域将很难有超越德日的那一天。
▼下图为国产50纳米光刻机正在加工芯片,虽然达到这个精度的机床已经很牛逼了,但是与国际先进光刻机的差距仍然很大,想要掌握制造之母技术、夺取工业皇冠,我们还有很长的路要走。
因为战斗机这种军用产品,大多数零部件要求的是可靠性和稳定性,而不是性能的极致。
战斗机是上万个零部件的组合品,一架完整的战斗机几乎牵扯到所有的工业门类。战斗机的主要系统就是机体、发动机、航电雷达以及武器火控系统。这里面航电雷达和火控系统,包括驾驶舱的各种元器件考验的是一个国家的电子工业技术水平,而不是精加工能力。
再来看看机体,机体是一架战斗机的主体框架,制造机体的难度是气动布局要符合空气动力学的要求,并且耐用。制造机体的难度在于设计和风洞试验,其中风洞试验是主要方面。只要一架战斗机的气动外形经过无数次风洞试验符合要求,制造起来的难度并不大。
像米格25战斗机用特殊不锈钢就可以打造出来,我国早期的歼8战斗机由于当时的技术条件限制,没有严密的生产流程,很多零部件都不能通用,需要人工对每一架战机去手动打造,但这种条件下制造出的歼8仍然能飞出2.2马赫的速度。一架战斗机真正需要高精密机床的地方就是对发动机叶片的加工。
航空发动机本身也是一个综合性系统,由成千上万个零部件组成,其中发动机叶片是核心部件之一。对叶片的加工确实需要高精密机床,因为这种机床加工出来的叶片更加精密,做功效率也更高,但叶片并不是发动机的全部,仅仅是一个子系统而已。
航空发动机的制造牵扯到很多学科,比如基础的工业加工能力、科学娴熟的组装能力、高水平的材料学掌握,因为一部发动机的很多零部件需要在高温高压的极限环境下运行,这样一来对高精密机床的需求就不是主要的。
有高精密机床的助力,制造出的发动机性能自然更胜一筹,但航空发动机最主要的地方是要求性能稳定可靠,并且具备合理的油耗比,并不是必须要高精密机床才行,航空发动机与高精密机床的关系是有了它可以制造出更好的,没有也能制造出堪用的,当然如果连普通机床都造不好,就不要考虑航发或战机的制造了。
美国也不是尖端机床的制造国,但其依然能够制造出性能顶尖的战斗机。我国之所以能制造出歼20这样的先进战斗机,除了工业门类齐全、航空制造技术的积累外,在机床领域取得的进步也非常大。我国的机床虽然目前还达不到顶尖水平,但在世界范围来看也属于比较先进,而我国之所以能够制造出歼20,就是得益于全面的工业能力和科技人员孜孜不倦的深入研究探索。
中国机床既没有外行人想象的那么低级,也没有行业内的人吐槽的那么不堪。
中国机床行业,以商业市场的普及型产品为衡量,同德国,日本,瑞士机床行业对比。
在压力机市场,比国外落后5年左右,在金属切削机床市场,数控系统落后个5年,雕铣,磨床也只落后5年做。在车床领域,基本持平。
大部分人集中反馈中国机床的问题,在于稳定性使用的问题。
也就是,能够不间断的加工零部件的能力。
例如刀具磨损,抖动,主轴部件容易损耗,电机出现问题等等。
这些国内,国外机床都有出现。只是国外机床,积累了很多年,在质量管控方面,做的更好。
没有办法,作为装备制造业的一份子。我还是要多说点机床行业的好话。
中国机床行业,在世界第二梯队中。第一梯队是瑞士,德国,日本,美国的机床企业。
有人说,美国没有高端机床企业。
美国有高端机床企业,作为数控机床的发源地,美国怎么可能没有高端数控机床。
你不知道美国数控机床的主要原因,在于美国数控机床第一比较贵,在中国市场常见的是日本机床的天下。
美国哈斯Haas,埃马克Emag都是全球顶尖的数控机床。
但国内,并没有差到完全不行的地步。
目前商用类的机床,雕铣类已经可以做到微米级别,国内做的比较好的是北京精雕。
在加工中心领域,大部分熟知的五轴,七轴联动,大型龙门铣床,从伺服电机,到减速机,刀具,数控系统都可以做。
只是商用市场,不会为了一个机床投入大量的财力和物力去做一个专用的机床而已。
在焊接,3D打印,以及激光加工领域。国内属于第一梯队的玩家。
尤其是飞机制造领域,3D打印,已经应用到了炉火纯青的地步了。
包括GE在内的大量的商用飞机都在大量的使用3D打印增材制造。
俄罗斯战略轰炸机三视图
美国的隐身战略轰炸机三视图
因为战机的隐性,以及各种新型电子功能都加入进去。所以,战机的各种功能,都需要预先的进行仿真,计算各种状态下的具体数据。
在数字化的设计完成后,进行系统的试制,然后才是进行试飞,量产的环节。
机床被称为工业之母,因为它是用来造机器的机器。而高档数控机床在加工部件时精度高、品质稳定,是发展高端制造业的基础。
以五轴联动数控机床为代表的高档机床是发动机叶片、船舶用大型螺旋桨、发动机转子、柴油机曲轴等无可替代的加工工具,可以说机床的水平决定了制造业的水平。
对制造业如此关键的高档机床,我国在这一领域的水平却相当尴尬。2019年世界10大机床厂商没有一家是中国企业,全部是美国、日本、德国企业,这也预示着真正的制造业强国是哪些。中国曾经的机床领域龙头沈阳机床、大连机床陷入破产倒闭的境地,时刻提醒我们制造业大国不等于制造业强国。
回到题主的问题,虽然我国在高档机床方面技术不算强,但是并不妨碍我们打造出了歼20这样的国之重器。从技术工艺来看,歼20外表“溜光水滑”,质量不逊F22、F35等国外战机,体现了我国航空工业达到新的水平。能生产歼20这样的高级货当然离不开先进的数控机床,而这些数控机床其实我们都可以通过外贸渠道正常购买到,包括制造歼20的成飞。
成飞虽然承担军机制造重任,但是有很大一块业务也是民机制造,成飞是波音、空客重要的供应商。其实不仅是成飞,航空工业集团下属的沈飞、西飞等也是如此。所以与波音、空客等防务巨头类似,我国航空工业集团也是兼具军用、民用产业。在这样的情况下,成飞可以名正言顺的采购各种生产设施,包括高档数控机床。
而且,高档机床具有民用性质,很难做到针对军事用途的禁运。冷战时期西方国家禁止向前苏联出口高档机床,但是前苏联还是绕开限制从日本东芝购买到了用于加工大倾侧螺旋桨的高档机床,使得核潜艇静音性能有了质的飞跃。即便后来东窗事发,东芝不也啥事儿没有吗?
而且,军机制造对于高档机床的依赖也没有那么高。战斗机虽然有成千上万个零件组成,但是绝大部分都是很正常的工业品构件,一般机床就能满足需求,前苏联/俄罗斯制造业水平更差,也不耽误人家制造出高性能战斗机。
而且随着制造技术的进步,3D增材打印技术已经用于战斗机上复杂部件的制造,这也能在一定程度上降低对高档数控机床的依赖。
当然,笔者不是鼓吹高档机床行业“造不如买”,将关乎经济安全的核心产业牢牢攥在自己手里是我们建国几十年来得出的宝贵经验。现在西方没有针对高档机床对我国禁运,不代表以后不会,美国对中国禁售光刻机以及对华为的打压就是活生生的例子。我们要成为制造业强国就必须能够自己生产高档机床。但是,以笔者的工作经验看,打造自己的高档机床产业困难重重。现如今,企业都愿意搞房地产、金融、互联网这些挣快钱的行业,但是对于投资大、回报周期长、风险大的制造业却望而却步,解决这个问题显然不是捧出几个明星企业就能解决的。
虽说国内的民用高端机床不如日德先进,但是用在军事领域的机床究竟是个什么水平,这也只有内部的人知道了。不过,从歼20,歼10C,歼16等战斗机的顺利研发制造,也可以从侧面证明我国在军用领域的机床水平还是不错的。
记得在2018年举行的“国际标准化组织/机床技术委员会/金属切削机床检验条件分技术委员会”第83次会议中,由成飞集团提出的S型试件获国际的认可,国内也是首次制定出了国际通用标准。事实上,该S型试件主要是用来检测五轴联动机床的加工精度等指标的。至于成飞集团用的机床是国内自行研制的,还是进口的还不好说。个人觉得早期应该是进口的,毕竟那时国内机床的水平较低,对于制造歼10这样的三代战斗机是难以满足需求的。随着国产机床性能的提高,慢慢的用上了国产机床。
要说不计成本的话,那国内还是可以制造出高端机床的。只不过机床这玩意不是消耗品啊,买上就一台就要用上不少年,没有用户的话那也只有亏损了。况且,机床国内也可以买到进口的,虽说价格高,但是质量过硬。在商业化上,国家支持机床的发展是得不偿失的,投入的远比得到的多。如果说,用在国防工业上的话,那肯定是不计成本的,集全国之力研发出适合军工领域的机床还是可以做到的。国产五轴联动机床已经出口到了德国,国产五轴联动机床的加工精度已经达到了3微米,可以在生鸡蛋壳上面刻字。
CF集团在上世纪90年代就引进了五轴联动机床,而SF用的有德国沙尔曼公司研制的机床,估计CF引进的也有。其实引进国外高端机床是通行的做法,波音,空客,苏霍伊等飞机制造公司也引进了德国的机床,米国F22战斗机也用日本的机床制造的。
战斗机的制造用到的技术或设备有“万吨级模锻液压机,真空电子束焊,钛合金热等静压铸造等等”而机床的作用只是在加工壁板,肋板,蒙皮等等,以及对铸造,锻造完成的机身框架进行精加工。事实上,在大型机床上我国是不缺乏,比如说“最大的超重型数控卧式机床,最大的数控龙门镗铣床,最大高精度数控轧辊磨床”要知道战斗机的部件可不少啊,大大小小的都有,需要用到的机床型号也不少。在稍小的需要高精度加工的部件用进口的机床,稍大型的对精度要求不太高的部件用国产机床也是可以的。
总体而言,国内机床的实力与国际上还有不小的差距,需要努力追赶的。但是有的进口机床是装有GPS定位系统的,规定不能用于军工领域。另外,这些机床加工的零件数据都可以被收集传到国外去。从这点来看,这样的进口机床是不能用来加工武器装备的。所以说,个人觉得,在军工领域,是国产机床和进口机床共同来完成制造任务的。
我只告诉你一条,J20大量的钛合金零件是3D打印出来的
中国未必没有牛逼的机床,只不过是没有“能完全规避国外专利的民用高精度机床”。
你知道军用的东西向来是你能造的出就成,不受世界市场专利的限制。
最先进的战机主框架都是3D打印出来的。包括fc31、f35和j20。在激光3D打印技术这块,我们比美国要强,因此大尺寸复杂构件在不考虑成本的军工领域,我们反而有优势。其他的复杂零件加工水平,我国并不存在差距,尽管没有最牛的机床,但是差不多的零件也没有对最牛机床的依赖。因此我国在战斗力等制造领域反而没有明显的加工技术瓶颈,相反有些方面还有优势。
机床是机械+材料+工艺+精度问题,不是理论课题的难题,能难倒我们伟大的工程师们吗?
现在拼的是未知领域的开拓者,或者是技术,就像华为中兴一样,拥有的是独步全球的知识产权专利,技术的唯一不可复制性。
就像芯片技术一样,不是我们生产不来,是生产芯片需要的光刻机问题,我们伟大的祖国是有技术和能力自己做的,只是之前有没必要自己研发生产问题,是考虑成本和性价比,现在逼上梁山了,我们就不在计较成本了,也许会做得更先进,可能一下子做到3N都有可能。拭目以待吧!
现代战机的关健因素第一是隐身技术,第二是电子雷达探测系统。至于超音速巡航和超机动那是后期保命招数,如你隐身和雷达探测高对方一筹,后两招根本用不上,高级机床能对高级发动机的制造有很大帮助,其实超巡和超机动有天花顶限制,超出人体承受能力再高超无用。而我国在没有世界上领先机床条件下(其实不仅仅是机床加工技朮,还有耐高温材料技术也欠缺)能生产歼20,是以在机械制造能力缺陷(发动机)的情况下开发鸭冀部局,弥补发动机动力不足也能达到超巡和超机动的杰作。为我国军工科学家骄傲吧!
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