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| ◇ 新聞正文 |
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| 鋁擠壓生產的技術發展 |
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作者：擠壓機 ‖ 時間：2010-11-2 ‖ 來源：www.37rc.com ‖ 點擊：8013
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1．國內目前鋁擠壓機及生產線狀況
目前，國內擁有的鋁擠壓機數量約為2500臺左右，型材生產企業總數約1100家左右，擠壓機的總生產能力已超過了2000kt/a，其中有引進的世界著名廠商的名牌擠壓機,其年產鋁型材已近1000kt/a,成了鋁加工的世界大國。但總體看來還存在一些不合理的狀況，主要表現在以下一些方面。
1.1 重視主機技術水平的發展，對輔助設備及后部出料運輸部分重視不足；企業規模差別大，生產線的先進程度、管理水平、型材質量、經濟效益很不平衡，彼此差距很大。
1.2 生產能力小而分散，設備構成不合理
2500臺左右擠壓機大都是16MN以下的小擠壓機大于20MN能力的擠壓機臺數不到總數的2％。這2500臺左右擠壓機分散在1100多個企業里，其中年產型材超過lOkt/a的企業只有約70多家，不到企業總數的7％，但其生產能力卻占全國擠壓型材生產能力的60.6％。也就是說，其余93％還多的型材生產企業的生產能力不到全國擠壓型材生產能力的40％。
1.3 裝備水平和產品質量低
設備水平低我國的擠壓機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％的擠壓機是引進的，其中從臺灣引進的占全部進口擠壓機中的80％。據資料統計能達到八十年代中期國際水平的擠壓機不到5％，屬國內落后水平的占50％以上。擠壓機的裝機水平、自動化程度生產效率和成品率與西方發達國家比，差距較大。尤其是近幾年來技術先進國家的擠壓機在主機本體、液壓控制、電氣控制、模具加工、后部出料運輸及工藝軟件等方面有了較大的進步，國內一些擠壓機制造企業也緊跟國外先進技術潮流進步很快，更顯得原有的壓機技術落后。
產品質量低我國的建筑鋁型材生產是80年代初興起的．但近二十年來鋁合金門窗大都還是國外80年代就已淘汰的鋁門窗系列，基本沒有新發展。而且市場大路貨過剩，高附加值產品比重低。工業用鋁型材沒有得到大力開發，占比例還不大。生產線設備利用率低，生產率低，回收成品率低，導致經濟效益低。
1.4 模具CAD和CAM還沒有充分應用，模具的一次試模合格率低，模具質量低，不適合高速大壓力的擠壓，影響擠壓機生產率的發揮。
1.5 完整、成熟的擠壓工藝軟件沒有系統建立，模擬等溫擠壓，等壓擠壓線、等速擠壓等生產線極少，使擠壓機的生產率沒有得到充分發揮。
1.6 短行程擠壓機和反擠壓機國外近年來發展很快，而國內還很少。
2.鋁擠壓生產的技術發展
2.1 對于中大型鋁擠壓機(≥30MN的擠壓機)，其受力框架是保證擠壓機正常使用的關鍵部件，過去只是進行傳統的力學計算，現在已普遍采用有限元法來進行分析和優化，充分應用計算機的強大計算功能，分析各部分的強度和剛度，改進結構，從而更準確地優化受力框架結構，充分發揮材料潛力。
2.2 采用予應力框架結構，提高框架剛度。
大中型擠壓機多采用予應力框架結構，如德國SMS公司采用層板式T型鉤頭結構拉桿，外加矩形受壓套；日本UBE和國內一些企業采用園形拉力柱和矩形或圓形壓套；也有些國外企業采用多根細拉桿來代替一根拉力柱，外面用矩形壓套。
由于拉桿是全長上施加予應力，一般所施加的予拉應力是額定負荷時拉力的1.15-1.25倍，使壓套始終承受壓應力。由于這種結構的拉力柱只受拉應力而不是交變載荷，而且在壓機加載與卸載周期中，其中拉應力變化的幅值大為減少，與傳統予應力張力拉桿結構相比，使拉力柱的疲勞系數得到很大改善。予應力受力框架的剛度也比普通框架提高很多，如31.5MN擠壓機予應力框架在滿負荷工作時，總伸長量為1.3mm，與傳統予應力張力拉桿結構相比，伸長量只有28％。
經過計算機對受力框架進行有限元分析，發現框架的剛度和前梁的剛度對鑲入前梁的擠壓模墊板和模具的彎曲變形影響很大，剛度差的擠壓機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，設計師們都在設法減小它們的變形，使前梁轉角剛度和抗彎剛度都得到提高，以改善壓機的性能。典型的例子，意大利Danieli公司供給天津鋁合金廠的55MN擠壓機，臨制造前把前梁厚度比原設計增加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。在大型擠壓機上，受力后的水平沖擊比較大，若采用普通結構常造成地腳螺栓的松動，SMS公司在大型擠壓機的后梁下部，聯結兩根減震桿，固定在后梁后部的地基上，來阻尼后梁在突然卸載或加載時所產生的軸向水平力，使后粱固定更可靠。
2.3 擠壓筒導向結構型式
擠壓筒的導向直接影響封模時擠壓簡對中性，但由于擠壓筒移動缸不論是采用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軌上摩擦力的合力中心總是不—致的，所以移動時常出現前傾現象，或使移動缸密封和導向套壽命大大降低。
擠壓筒內襯要予熱，一般溫度在400-450℃，雖然擠壓筒與外殼之間加有隔熱層，但長時間的熱加工仍會使外殼的溫度上升，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，引起冷熱態時擠壓筒中心不一致。
現在一般采用X形導軌，并使其交線與擠壓中心重合，起到溫度補償作用。雖然這種結構的擠壓筒外殼上下都有導軌，實際上主要還是下導軌，上導軌的作用只是防止其在運動中出現傾斜。這種導軌使用效果不錯，冷熱中心位置變化很小，存在缺陷是調整復雜。因為它在調整垂直方向同時水平方向也在發生變化。日本UBE公司目前采用垂直和水平四點導向，當然就有冷熱中心位置不一致和外殼溫度變化時擠壓筒上導軌間隙也跟著變化的問題，但其調整比較方便。
日本Mitsui-wean公司把導向裝置按擠壓筒中心線的接近水平和垂直方向配置，通過其擠壓中心線，使其不受熱的影響，由于該結構布置給擠壓筒的拆裝，維修帶來不方便而應用不多。
擠壓筒中心線的偏離會影響制品質量，特別是現在使用固定擠壓墊的情況下，更會引起設備故障，故對擠壓筒和動粱中心線偏離設有監測，監測擠壓筒在移動過程中的偏離值，設在擠壓筒外殼前后兩個截面上。測擠壓筒的前后端截面處的X和Y座標，每個截面設置四只傳感器，測兩個截面共需設八只傳感器，以剛開始調整好的位置作為零點，測出正負誤差值，超過允許值必須停機重新調整，動粱的中心線監測也如此，但一般只監測動粱的前端截面。
2.4擠壓筒的結構
擠壓筒的加熱對鋁擠壓來說非常重要，溫度過低使錠子冷卻，導致悶車，溫度過熱又會使制品的出口溫度過高而影響制品性能。通常擠壓簡預熱溫度在380℃-450℃范圍內調整，視材質與擠壓工藝的不同而定。保持擠壓簡的恒溫對制品的長度上性能均勻是很重要的。一般擠壓筒內比壓較高大致在380MPa-900MPa，(日本擠壓機其比壓≤670Mpa)并與高溫鋁合金錠接觸，正擠壓時表面接觸的摩擦力很大，擠壓簡在往復循環惡劣條件下工作，按比壓不同常采用2-3層過盈套裝結構，甚至四層套裝結構使內層套在不工作時切向承受較高的壓應力，當工作時，筒內比壓引起的切向拉應力被裝配應力抵銷一部分，充分利用材料的強度而使材料仍工作在安全范圍內，當擠壓筒進行予熱時，予熱通常有電阻加熱式和感應加熱式兩種。
擠壓筒內襯80年代初國內多采用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襯那么惡劣，設計強度可取低一些，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構，采用耐熱鑄鋼防止出現高溫下的變形，也有個別采用焊接結構外殼。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行隔熱。
鋁擠壓機采用軸向式電阻絲加熱擠壓筒，在軸向分成獨立的3-4區段，可以分別控制其加熱溫度，已有逐步替代感應加熱的趨勢。國外介紹一種用陶瓷絕緣的環形電阻，直接與擠壓筒接觸用可控硅元件來調溫，電阻溫度不超過500℃，擠壓筒不致過熱而損壞，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熱和軸向溫度分布不均勻，在大型擠壓機擠壓簡中套外徑上加螺旋槽用氣或水進行冷卻，使擠壓筒溫度軸向溫度分布均勻，提高制品長度上的均勻性及延長擠壓筒使用壽命。
大型擠壓筒為了擠壓寬扁的制品而采用扁擠壓筒內襯，使用扁錠坯進行生產，使金屬的流動比較均勻。過去擠壓筒的計算是采用材料力學，厚壁筒公式進行計算，現在可運用計算機對擠壓筒內的應力一應變場，溫度場、溫度應力場進行綜合計算，準確性已大大提高廠。
2.5 穿孔系統
對硬鋁合金來說，很難采用組合模和橋式模使其焊合，故只能用帶穿孔系統的雙動壓機來牛產管構及其它空心型材。穿孔針的運動一般有固定、隨動，和浮動三種狀態。為使穿孔針相對于模口位置固定或隨動過去都是將穿孔動梁用機械裝置鎖定在后粱上，現在由于液壓控制技術的提高，可使用液壓比例閥閉環調節系統控制穿孔針的狀態。當擠壓軸向前擠壓時，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。這種穿孔系統不需要穿孔動梁，直接由穿孔針支承座和擠壓軸來導向。使擠壓動梁簡化，不易損壞，穿孔針導向精確，整個壓機縱向長度大大縮短，剛度提高，重量減輕。
為了防止穿孔針總是向上彎曲，設有穿孔針旋轉機構，改善其工況。
為防止穿孔針過熱，設有專門的穿孔針流動水內冷系統對穿孔針進行冷卻，提高穿孔針的壽命。
為了維修方便，大中型擠壓機均設有液壓或機械式的快速裝拆擠壓軸和穿孔針裝置。
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