造出全球最大蒙皮机，中国终于掌握这个“命门”

这两天，中国制造又有好消息。

全球最大1230吨蒙皮拉伸机，在广东河源成功通过验收。

不仅吨位大，加工精度更是达到惊人的0.1毫米级。

这台“大国重器”的诞生，将如何助推中国制造业？

介绍蒙皮机之前，先说说什么是蒙皮。

简单来讲，蒙皮就是“给骨架穿外衣”，让东西有完整的外形的同时，还能配合骨架发挥作用。

举个例子就好理解了。

很多人可能不知道，飞机机身、机翼其实是空心的。

实心的太重，哪怕飞机能飞起来，也会消耗大量燃料，飞不远。

在制造飞机时，先搭好金属骨架，再把薄薄的铝合金板固定在骨架上，以形成空心结构。

固定在骨架上的板，就是蒙皮。

熟悉飞机发展史的读者，可能会提出疑问，莱特兄弟驾驶的飞机，只有骨架，没有蒙皮。

莱特兄弟制造的飞机，当时机身和机翼均没有蒙皮

为什么飞机发展到今天，就需要有蒙皮呢？

其实，飞机只有骨架也能飞，但会导致风阻大的问题。

包了蒙皮之后，机身和机翼外表光滑溜溜的，不但能保持飞机外形完整，根据伯努利原理，机翼的升力更大，飞起来还又快又省油。

对现代的航空航天领域来说，蒙皮可不只是飞行器的一张皮，有时还兼有一定的支撑作用，也是飞机的“筋骨”。

机翼要产生并且承受巨大的升力，机身还要承受空气压力，这些力如果光靠骨架消化，很快就会散架。

蒙皮贴上去，使得飞行器成了一个特别结实的整体，能用最轻的重量达到最大的强度。

现代飞机机翼纵剖面图

可以这么说，就因为有了蒙皮，飞行器才能飞得更高、飞得更快，甚至飞出地球去。

追求极速的航空航天领域，对蒙皮的要求也极高。

首先是足够轻。

在航空航天领域，重量既是金钱也是生命。

这层蒙皮在保证结实的前提下，能多薄就多薄，能多轻就多轻。

其次就是坚固。

蒙皮必须扛冷又扛热。

高空飞机，零下50度，皮不能冻脆。航天飞机返回时和空气摩擦能产生惊人的高温，这层皮也不能化。

此外，再轻再薄也得能抗造。

一架飞机要用几十年，起起落落几万次。

每次起飞降落，皮都要被巨大的力量“吹一吹”。日子久了，金属会疲劳变形。

这层皮不能动辄出现裂纹，最好还能抵挡空中冰雹的撞击，以及抵御极端情况下飞鸟的碰撞。

高铁车身也用到蒙皮

蒙皮的出现，让飞机实现了高强度与轻量化的平衡。

正因如此，除了航空航天外，蒙皮还广泛应用于潜艇、高速列车、建筑等诸多领域。

生产蒙皮的机器，就是蒙皮拉伸机。

蒙皮拉伸机，顾名思义，就是通过拉伸设备对金属板材施加可控力，使其发生塑性变形并定型，生产出复杂曲面的金属板面加工件。

还是拿飞机举例，为了减少阻力，飞机机身和机翼的蒙皮都是流线型的光滑曲面，机身是筒形，机翼也可以看成是扁筒。

C919飞机

就现代工艺来说，把铝合金板材像纸一样卷成筒并不难，但应力会很大。

通俗地讲，就是容易“崩开”。

所以，飞机机身和机翼不同位置那些弧度不同的铝合金外壳，需要特殊的加工工艺，这就是蒙皮拉伸机的用武之地了。

蒙皮拉伸机的工作步骤和原理，简单来说有点像“抻面”。

拉伸机原理简图

机器工作的第一步是夹持。

机器两边巨大的拉伸头，像钳子一样紧紧地咬住金属板材的两端——可以把这想象为抻面的两只手。

拉伸头夹住板材

第二步是预拉伸与拉伸成型。

让两端的拉伸头向相反方向施加一个巨大且匀速递增的拉力，相当于抻面的过程。

第三步则是卸载与回弹补偿。

当板材拉伸并完全贴合模具后，缓慢地卸去拉力。

不过，在拉伸时，会故意“过度拉伸”一点点，作为补偿来应对材料的回弹现象，使板材的形状刚好是设计要求的精确曲面。

值得注意的是，和抻面的单向施力不同，蒙皮拉伸机通过纵向拉伸和横向拉伸的配合，辅以工作台面的顶升运动，使板材产生复杂的多曲率变形，精准地贴合模具型面。

为了实现这种毫米级高精度要求，如今的工艺设计普遍会在电脑里先建立一个虚拟的拉形过程模型，预先模拟分析材料流动、应力分布和回弹，从而优化夹钳的运动轨迹、拉伸速度等参数。

在实际拉伸过程中，压力传感器会实时采集数据反馈给控制器，一旦发现异常能及时调整或报警，确保成型过程稳定可控。

蒙皮拉伸机传统上属于航天航空专用设备

就广义的蒙皮制造加工的操作流程来看，蒙皮机并非必需。

人工加上简易机械辅助，热压成型设备等方式，也可以制造出蒙皮。

只不过，这些方式仅适用于小批量、低精度的简单产品，一致性很差，适配性弱，长期成本高。

同时满足高精度、规模化、复杂工况的高端产品复合需求时，人工及辅助设备的“凑合”，根本无法达标。

像航空航天、高铁等领域用到的蒙皮，对精度、强度要求高，也只有蒙皮机才能规模化制造。

所以说，蒙皮机，对现代工业来说是无可替代的。

早年，蒙皮拉伸装备基本依赖进口。

不仅价格高昂到咋舌，普通一台小几百吨拉力的进口设备，一台也要1亿多近2亿元人民币，而且在技术开发、设备安装、售后服务方面都处处受制于人。

为了破局，国内的研发机构和企业先从维修国外设备入手，再逐步跨进制造领域，消化吸收国外先进技术。

经过多年经验积累，逐步摸索出核心技术。

与此同时，北京航空制造工程研究所（简称中航工业制造所）从2002年起就在国内率先开展了柔性多点模具蒙皮拉形研究，为后续的技术突破奠定了基础。

任何超越都是厚积薄发。

最近十年，我国在蒙皮拉伸机领域迎来了自主化的重大进展。

2015年，天津天锻成功自主研发出第一代600吨数控蒙皮拉伸机，设备投入使用三年，就为沈飞某机型完成了100多个复杂曲面的蒙皮成型加工。

2018年，商用型号600T蒙皮拉伸机正式发布。

600T蒙皮拉伸机全景图

十年过去，天锻的蒙皮拉伸机已迭代升级到第四代。

这预示着国产设备的崛起，更直接迫使国外同类设备在中国市场的中标价格从1.3亿直降到7000万，降幅超过40%，一举打破国外设备的垄断。

2020年，我国的蒙皮拉伸机技术再次升级，国产首台1200吨大型蒙皮拉伸机在西安航空基地正式签约落户，国产大飞机蒙皮实现低成本生产制造。

2022年，生产基地顺利建成完工。

1200吨大型蒙皮拉伸机生产线

尤其是这次的世界最大1230吨蒙皮拉伸机，更是让中国从跟跑者，成为领跑者。

这台机器由广东迈诺工业技术有限公司联合中国重型机械研究院、吉林大学等科研院所力量历时三年研发，最大吨位1230吨压力为全球第一，加工精度达0.1毫米级，远超传统设备0.5毫米上限，实现“毫米级完美”成型。

尤为惊喜的是，拉伸机采用“双模成型”技术，突破了单模成型在异形构件加工中的局限，通过动态调整成型压力与温度梯度，实现飞机蒙皮与高铁车头等不同材质构件的“一机通用”。

要领跑，意味着必须有过硬的技术实力。

比如这次的研发团队，就解决了包括大吨位驱动及高负载稳定在内的不少核心难题。

对蒙皮拉伸机来说，吨位决定加工能力，而此前国际同类设备上限仅1000吨，且大吨位拉力下容易出现机架变形、液压压力波动大等问题，导致无法加工超大尺寸和超高强度的蒙皮，难以满足C929宽体客机等大型机型的需求。

针对这个问题，研发团队采用“四缸同步驱动”技术，左右两侧各有两个液压缸，把设备吨位提升至1230吨。

蓝色为同侧的两个液压装置 图片来源：央视新闻频道

同时靠有限元分析技术优化机架结构，用高强度合金钢焊接机架，将变形量控制在0.05毫米以内；搭配自主研发的“恒压变量泵”液压系统，让压力波动小于0.5MPa。

既实现了大吨位拉力，又保障了高负载下设备运行的稳定性，能加工从支线客机到宽体客机、先进战机的全类型蒙皮。

传统蒙皮拉伸机只有单一成型模式，要么适合简单曲面的“拉伸成型”，要么适合复杂曲面的“拉弯成型”，加工不同曲面蒙皮需更换设备或模具，机器适配性差，直接导致效率变低。

针对这个痛点，研发团队全球首创“双模成型”技术并实现工业化应用。

先通过激光扫描获取蒙皮3D模型，再由AI算法自动分析材料特性和曲面曲率，自主选择最优成型模式，还能实时调整拉伸力、模具角度等参数。

加工C919机翼S型蒙皮时，40分钟完成加工，比进口设备精度提高3倍，还彻底摆脱了对人工经验的依赖。

对于蒙皮成型精度不足、数字化适配与实时响应等难题，研发团队也给出了令人满意的解决方案。

中国蒙皮拉伸机，开始领跑世界了。

蒙皮拉伸机最主要的应用领域是航空制造。

蒙皮拉伸机的技术突破，让中国将航空制造的“命门”掌握在自己手中，确保国家战略项目的自主权和供应链安全。

其次是效率的提高。

西安兴航航空建成的生产线，可实现年产100架以上国产大飞机所需的蒙皮类零件，突破了产能瓶颈。

国产1230吨蒙皮拉伸机可为C919、后续的C929、运20及多种战斗机的制造提供保障。再复杂的蒙皮咱也能自己生产，飞机设计更加游刃有余。

在高端建筑方面，蒙皮拉伸机实现了复杂曲面构件高效、低成本加工，那些“不可能”的建筑设计方案变成现实。

以往需要一年半工期的科技馆曲面构件项目，如今仅需两个月。不但压缩工期，还降低了成本。

在新能源汽车领域，蒙皮拉伸机也有用武之地。汽车外壳的加工、电池包的结构件，都可以使用金属蒙皮。

成本打下来，竞争力就上去。

蒙皮拉伸机，让中国制造更强。