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| ◇ 新聞?wù)?/span> |
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| 鋁擠壓生產(chǎn)的技術(shù)發(fā)展 |
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作者：擠壓機(jī) ‖ 時(shí)間：2010-11-2 ‖ 來(lái)源：www.37rc.com ‖ 點(diǎn)擊：8012
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1．國(guó)內(nèi)目前鋁擠壓機(jī)及生產(chǎn)線狀況
目前，國(guó)內(nèi)擁有的鋁擠壓機(jī)數(shù)量約為2500臺(tái)左右，型材生產(chǎn)企業(yè)總數(shù)約1100家左右，擠壓機(jī)的總生產(chǎn)能力已超過(guò)了2000kt/a，其中有引進(jìn)的世界著名廠商的名牌擠壓機(jī),其年產(chǎn)鋁型材已近1000kt/a,成了鋁加工的世界大國(guó)。但總體看來(lái)還存在一些不合理的狀況，主要表現(xiàn)在以下一些方面。
1.1 重視主機(jī)技術(shù)水平的發(fā)展，對(duì)輔助設(shè)備及后部出料運(yùn)輸部分重視不足；企業(yè)規(guī)模差別大，生產(chǎn)線的先進(jìn)程度、管理水平、型材質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益很不平衡，彼此差距很大。
1.2 生產(chǎn)能力小而分散，設(shè)備構(gòu)成不合理
2500臺(tái)左右擠壓機(jī)大都是16MN以下的小擠壓機(jī)大于20MN能力的擠壓機(jī)臺(tái)數(shù)不到總數(shù)的2％。這2500臺(tái)左右擠壓機(jī)分散在1100多個(gè)企業(yè)里，其中年產(chǎn)型材超過(guò)lOkt/a的企業(yè)只有約70多家，不到企業(yè)總數(shù)的7％，但其生產(chǎn)能力卻占全國(guó)擠壓型材生產(chǎn)能力的60.6％。也就是說(shuō)，其余93％還多的型材生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力不到全國(guó)擠壓型材生產(chǎn)能力的40％。
1.3 裝備水平和產(chǎn)品質(zhì)量低
設(shè)備水平低我國(guó)的擠壓機(jī)大部分在八十年代中期和九十年代中期兩次投資高潮中建成，約有77％的擠壓機(jī)是引進(jìn)的，其中從臺(tái)灣引進(jìn)的占全部進(jìn)口擠壓機(jī)中的80％。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)能達(dá)到八十年代中期國(guó)際水平的擠壓機(jī)不到5％，屬國(guó)內(nèi)落后水平的占50％以上。擠壓機(jī)的裝機(jī)水平、自動(dòng)化程度生產(chǎn)效率和成品率與西方發(fā)達(dá)國(guó)家比，差距較大。尤其是近幾年來(lái)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的擠壓機(jī)在主機(jī)本體、液壓控制、電氣控制、模具加工、后部出料運(yùn)輸及工藝軟件等方面有了較大的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)一些擠壓機(jī)制造企業(yè)也緊跟國(guó)外先進(jìn)技術(shù)潮流進(jìn)步很快，更顯得原有的壓機(jī)技術(shù)落后。
產(chǎn)品質(zhì)量低我國(guó)的建筑鋁型材生產(chǎn)是80年代初興起的．但近二十年來(lái)鋁合金門(mén)窗大都還是國(guó)外80年代就已淘汰的鋁門(mén)窗系列，基本沒(méi)有新發(fā)展。而且市場(chǎng)大路貨過(guò)剩，高附加值產(chǎn)品比重低。工業(yè)用鋁型材沒(méi)有得到大力開(kāi)發(fā)，占比例還不大。生產(chǎn)線設(shè)備利用率低，生產(chǎn)率低，回收成品率低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低。
1.4 模具CAD和CAM還沒(méi)有充分應(yīng)用，模具的一次試模合格率低，模具質(zhì)量低，不適合高速大壓力的擠壓，影響擠壓機(jī)生產(chǎn)率的發(fā)揮。
1.5 完整、成熟的擠壓工藝軟件沒(méi)有系統(tǒng)建立，模擬等溫?cái)D壓，等壓擠壓線、等速擠壓等生產(chǎn)線極少，使擠壓機(jī)的生產(chǎn)率沒(méi)有得到充分發(fā)揮。
1.6 短行程擠壓機(jī)和反擠壓機(jī)國(guó)外近年來(lái)發(fā)展很快，而國(guó)內(nèi)還很少。
2.鋁擠壓生產(chǎn)的技術(shù)發(fā)展
2.1 對(duì)于中大型鋁擠壓機(jī)(≥30MN的擠壓機(jī))，其受力框架是保證擠壓機(jī)正常使用的關(guān)鍵部件，過(guò)去只是進(jìn)行傳統(tǒng)的力學(xué)計(jì)算，現(xiàn)在已普遍采用有限元法來(lái)進(jìn)行分析和優(yōu)化，充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能，分析各部分的強(qiáng)度和剛度，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，從而更準(zhǔn)確地優(yōu)化受力框架結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮材料潛力。
2.2 采用予應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，提高框架剛度。
大中型擠壓機(jī)多采用予應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，如德國(guó)SMS公司采用層板式T型鉤頭結(jié)構(gòu)拉桿，外加矩形受壓套；日本UBE和國(guó)內(nèi)一些企業(yè)采用園形拉力柱和矩形或圓形壓套；也有些國(guó)外企業(yè)采用多根細(xì)拉桿來(lái)代替一根拉力柱，外面用矩形壓套。
由于拉桿是全長(zhǎng)上施加予應(yīng)力，一般所施加的予拉應(yīng)力是額定負(fù)荷時(shí)拉力的1.15-1.25倍，使壓套始終承受壓應(yīng)力。由于這種結(jié)構(gòu)的拉力柱只受拉應(yīng)力而不是交變載荷，而且在壓機(jī)加載與卸載周期中，其中拉應(yīng)力變化的幅值大為減少，與傳統(tǒng)予應(yīng)力張力拉桿結(jié)構(gòu)相比，使拉力柱的疲勞系數(shù)得到很大改善。予應(yīng)力受力框架的剛度也比普通框架提高很多，如31.5MN擠壓機(jī)予應(yīng)力框架在滿負(fù)荷工作時(shí)，總伸長(zhǎng)量為1.3mm，與傳統(tǒng)予應(yīng)力張力拉桿結(jié)構(gòu)相比，伸長(zhǎng)量只有28％。
經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)受力框架進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)框架的剛度和前梁的剛度對(duì)鑲?cè)肭傲旱臄D壓模墊板和模具的彎曲變形影響很大，剛度差的擠壓機(jī)其模墊和模具彎曲撓度大，影響其壽命和模具工作帶的尺寸公差，即制品公差。所以，設(shè)計(jì)師們都在設(shè)法減小它們的變形，使前梁轉(zhuǎn)角剛度和抗彎剛度都得到提高，以改善壓機(jī)的性能。典型的例子，意大利Danieli公司供給天津鋁合金廠的55MN擠壓機(jī)，臨制造前把前梁厚度比原設(shè)計(jì)增加200mm。
后梁的固定一般都采用地腳螺栓固定基座板，然后用螺栓和鍵把后粱固定在基座板上。在大型擠壓機(jī)上，受力后的水平?jīng)_擊比較大，若采用普通結(jié)構(gòu)常造成地腳螺栓的松動(dòng)，SMS公司在大型擠壓機(jī)的后梁下部，聯(lián)結(jié)兩根減震桿，固定在后梁后部的地基上，來(lái)阻尼后梁在突然卸載或加載時(shí)所產(chǎn)生的軸向水平力，使后粱固定更可靠。
2.3 擠壓筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)型式
擠壓筒的導(dǎo)向直接影響封模時(shí)擠壓簡(jiǎn)對(duì)中性，但由于擠壓筒移動(dòng)缸不論是采用2只或4只、分布是垂直或傾斜，它們的合力中心和擠壓筒導(dǎo)軌上摩擦力的合力中心總是不—致的，所以移動(dòng)時(shí)常出現(xiàn)前傾現(xiàn)象，或使移動(dòng)缸密封和導(dǎo)向套壽命大大降低。
擠壓筒內(nèi)襯要予熱，一般溫度在400-450℃，雖然擠壓筒與外殼之間加有隔熱層，但長(zhǎng)時(shí)間的熱加工仍會(huì)使外殼的溫度上升，由于熱膨脹而使擠壓套外殼抬高，改變了擠壓筒的中心線位置，引起冷熱態(tài)時(shí)擠壓筒中心不一致。
現(xiàn)在一般采用X形導(dǎo)軌，并使其交線與擠壓中心重合，起到溫度補(bǔ)償作用。雖然這種結(jié)構(gòu)的擠壓筒外殼上下都有導(dǎo)軌，實(shí)際上主要還是下導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌的作用只是防止其在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)傾斜。這種導(dǎo)軌使用效果不錯(cuò)，冷熱中心位置變化很小，存在缺陷是調(diào)整復(fù)雜。因?yàn)樗谡{(diào)整垂直方向同時(shí)水平方向也在發(fā)生變化。日本UBE公司目前采用垂直和水平四點(diǎn)導(dǎo)向，當(dāng)然就有冷熱中心位置不一致和外殼溫度變化時(shí)擠壓筒上導(dǎo)軌間隙也跟著變化的問(wèn)題，但其調(diào)整比較方便。
日本Mitsui-wean公司把導(dǎo)向裝置按擠壓筒中心線的接近水平和垂直方向配置，通過(guò)其擠壓中心線，使其不受熱的影響，由于該結(jié)構(gòu)布置給擠壓筒的拆裝，維修帶來(lái)不方便而應(yīng)用不多。
擠壓筒中心線的偏離會(huì)影響制品質(zhì)量，特別是現(xiàn)在使用固定擠壓墊的情況下，更會(huì)引起設(shè)備故障，故對(duì)擠壓筒和動(dòng)粱中心線偏離設(shè)有監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)擠壓筒在移動(dòng)過(guò)程中的偏離值，設(shè)在擠壓筒外殼前后兩個(gè)截面上。測(cè)擠壓筒的前后端截面處的X和Y座標(biāo)，每個(gè)截面設(shè)置四只傳感器，測(cè)兩個(gè)截面共需設(shè)八只傳感器，以剛開(kāi)始調(diào)整好的位置作為零點(diǎn)，測(cè)出正負(fù)誤差值，超過(guò)允許值必須停機(jī)重新調(diào)整，動(dòng)粱的中心線監(jiān)測(cè)也如此，但一般只監(jiān)測(cè)動(dòng)粱的前端截面。
2.4擠壓筒的結(jié)構(gòu)
擠壓筒的加熱對(duì)鋁擠壓來(lái)說(shuō)非常重要，溫度過(guò)低使錠子冷卻，導(dǎo)致悶車(chē)，溫度過(guò)熱又會(huì)使制品的出口溫度過(guò)高而影響制品性能。通常擠壓簡(jiǎn)預(yù)熱溫度在380℃-450℃范圍內(nèi)調(diào)整，視材質(zhì)與擠壓工藝的不同而定。保持?jǐn)D壓簡(jiǎn)的恒溫對(duì)制品的長(zhǎng)度上性能均勻是很重要的。一般擠壓筒內(nèi)比壓較高大致在380MPa-900MPa，(日本擠壓機(jī)其比壓≤670Mpa)并與高溫鋁合金錠接觸，正擠壓時(shí)表面接觸的摩擦力很大，擠壓簡(jiǎn)在往復(fù)循環(huán)惡劣條件下工作，按比壓不同常采用2-3層過(guò)盈套裝結(jié)構(gòu)，甚至四層套裝結(jié)構(gòu)使內(nèi)層套在不工作時(shí)切向承受較高的壓應(yīng)力，當(dāng)工作時(shí)，筒內(nèi)比壓引起的切向拉應(yīng)力被裝配應(yīng)力抵銷一部分，充分利用材料的強(qiáng)度而使材料仍工作在安全范圍內(nèi)，當(dāng)擠壓筒進(jìn)行予熱時(shí)，予熱通常有電阻加熱式和感應(yīng)加熱式兩種。
擠壓筒內(nèi)襯80年代初國(guó)內(nèi)多采用3Cr2W8V鋼，但它的韌性低，抗疲勞性能不好，耐磨性不足，易導(dǎo)致模具早期失效，近幾年被4Cr5MoSiVl取代，其模具壽命是3Cr2W6V的2-3倍。外層套由于工作條件不象內(nèi)襯那么惡劣，設(shè)計(jì)強(qiáng)度可取低一些，大都采用5CrNiMo或5CrMnMo耐熱合金工具鋼制造。擠壓筒外殼大都是鑄鋼結(jié)構(gòu)，采用耐熱鑄鋼防止出現(xiàn)高溫下的變形，也有個(gè)別采用焊接結(jié)構(gòu)外殼。在外殼和擠壓筒之間有隔熱層，目前大都使用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行隔熱。
鋁擠壓機(jī)采用軸向式電阻絲加熱擠壓筒，在軸向分成獨(dú)立的3-4區(qū)段，可以分別控制其加熱溫度，已有逐步替代感應(yīng)加熱的趨勢(shì)。國(guó)外介紹一種用陶瓷絕緣的環(huán)形電阻，直接與擠壓筒接觸用可控硅元件來(lái)調(diào)溫，電阻溫度不超過(guò)500℃，擠壓筒不致過(guò)熱而損壞，其熱效率比普通的管式加熱器提高30％。
為了防止擠壓筒局部過(guò)熱和軸向溫度分布不均勻，在大型擠壓機(jī)擠壓簡(jiǎn)中套外徑上加螺旋槽用氣或水進(jìn)行冷卻，使擠壓筒溫度軸向溫度分布均勻，提高制品長(zhǎng)度上的均勻性及延長(zhǎng)擠壓筒使用壽命。
大型擠壓筒為了擠壓寬扁的制品而采用扁擠壓筒內(nèi)襯，使用扁錠坯進(jìn)行生產(chǎn)，使金屬的流動(dòng)比較均勻。過(guò)去擠壓筒的計(jì)算是采用材料力學(xué)，厚壁筒公式進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)在可運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)擠壓筒內(nèi)的應(yīng)力一應(yīng)變場(chǎng)，溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行綜合計(jì)算，準(zhǔn)確性已大大提高廠。
2.5 穿孔系統(tǒng)
對(duì)硬鋁合金來(lái)說(shuō)，很難采用組合模和橋式模使其焊合，故只能用帶穿孔系統(tǒng)的雙動(dòng)壓機(jī)來(lái)牛產(chǎn)管構(gòu)及其它空心型材。穿孔針的運(yùn)動(dòng)一般有固定、隨動(dòng)，和浮動(dòng)三種狀態(tài)。為使穿孔針相對(duì)于模口位置固定或隨動(dòng)過(guò)去都是將穿孔動(dòng)梁用機(jī)械裝置鎖定在后粱上，現(xiàn)在由于液壓控制技術(shù)的提高，可使用液壓比例閥閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制穿孔針的狀態(tài)。當(dāng)擠壓軸向前擠壓時(shí)，穿孔針則等速向后退，使穿孔針始終與模口的定徑帶位置保持固定不變。這種穿孔系統(tǒng)不需要穿孔動(dòng)梁，直接由穿孔針支承座和擠壓軸來(lái)導(dǎo)向。使擠壓動(dòng)梁簡(jiǎn)化，不易損壞，穿孔針導(dǎo)向精確，整個(gè)壓機(jī)縱向長(zhǎng)度大大縮短，剛度提高，重量減輕。
為了防止穿孔針總是向上彎曲，設(shè)有穿孔針旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，改善其工況。
為防止穿孔針過(guò)熱，設(shè)有專門(mén)的穿孔針流動(dòng)水內(nèi)冷系統(tǒng)對(duì)穿孔針進(jìn)行冷卻，提高穿孔針的壽命。
為了維修方便，大中型擠壓機(jī)均設(shè)有液壓或機(jī)械式的快速裝拆擠壓軸和穿孔針裝置。
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