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| ◇ 新闻正文 |
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| 铝挤压生产的技术发展 |
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作者：挤压机 ‖ 时间：2010-11-2 ‖ 来源：www.wxjyj.cn ‖ 点击：8155
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1．国内目前铝挤压机及生产线状况
目前，国内拥有的铝挤压机数量约为2500台左右，型材生产企业总数约1100家左右，挤压机的总生产能力已超过了2000kt/a，其中有引进的世界著名厂商的名牌挤压机,其年产铝型材已近1000kt/a,成了铝加工的世界大国。但总体看来还存在一些不合理的状况，主要表现在以下一些方面。
1.1 重视主机技术水平的发展，对辅助设备及后部出料运输部分重视不足；企业规模差别大，生产线的先进程度、管理水平、型材质量、经济效益很不平衡，彼此差距很大。
1.2 生产能力小而分散，设备构成不合理
2500台左右挤压机大都是16MN以下的小挤压机大于20MN能力的挤压机台数不到总数的2％。这2500台左右挤压机分散在1100多个企业里，其中年产型材超过lOkt/a的企业只有约70多家，不到企业总数的7％，但其生产能力却占全国挤压型材生产能力的60.6％。也就是说，其余93％还多的型材生产企业的生产能力不到全国挤压型材生产能力的40％。
1.3 装备水平和产品质量低
设备水平低我国的挤压机大部分在八十年代中期和九十年代中期两次投资高潮中建成，约有77％的挤压机是引进的，其中从台湾引进的占全部进口挤压机中的80％。据资料统计能达到八十年代中期国际水平的挤压机不到5％，属国内落后水平的占50％以上。挤压机的装机水平、自动化程度生产效率和成品率与西方发达国家比，差距较大。尤其是近几年来技术先进国家的挤压机在主机本体、液压控制、电气控制、模具加工、后部出料运输及工艺软件等方面有了较大的进步，国内一些挤压机制造企业也紧跟国外先进技术潮流进步很快，更显得原有的压机技术落后。
产品质量低我国的建筑铝型材生产是80年代初兴起的．但近二十年来铝合金门窗大都还是国外80年代就已淘汰的铝门窗系列，基本没有新发展。而且市场大路货过剩，高附加值产品比重低。工业用铝型材没有得到大力开发，占比例还不大。生产线设备利用率低，生产率低，回收成品率低，导致经济效益低。
1.4 模具CAD和CAM还没有充分应用，模具的一次试模合格率低，模具质量低，不适合高速大压力的挤压，影响挤压机生产率的发挥。
1.5 完整、成熟的挤压工艺软件没有系统建立，模拟等温挤压，等压挤压线、等速挤压等生产线极少，使挤压机的生产率没有得到充分发挥。
1.6 短行程挤压机和反挤压机国外近年来发展很快，而国内还很少。
2.铝挤压生产的技术发展
2.1 对于中大型铝挤压机(≥30MN的挤压机)，其受力框架是保证挤压机正常使用的关键部件，过去只是进行传统的力学计算，现在已普遍采用有限元法来进行分析和优化，充分应用计算机的强大计算功能，分析各部分的强度和刚度，改进结构，从而更准确地优化受力框架结构，充分发挥材料潜力。
2.2 采用予应力框架结构，提高框架刚度。
大中型挤压机多采用予应力框架结构，如德国SMS公司采用层板式T型钩头结构拉杆，外加矩形受压套；日本UBE和国内一些企业采用园形拉力柱和矩形或圆形压套；也有些国外企业采用多根细拉杆来代替一根拉力柱，外面用矩形压套。
由于拉杆是全长上施加予应力，一般所施加的予拉应力是额定负荷时拉力的1.15-1.25倍，使压套始终承受压应力。由于这种结构的拉力柱只受拉应力而不是交变载荷，而且在压机加载与卸载周期中，其中拉应力变化的幅值大为减少，与传统予应力张力拉杆结构相比，使拉力柱的疲劳系数得到很大改善。予应力受力框架的刚度也比普通框架提高很多，如31.5MN挤压机予应力框架在满负荷工作时，总伸长量为1.3mm，与传统予应力张力拉杆结构相比，伸长量只有28％。
经过计算机对受力框架进行有限元分析，发现框架的刚度和前梁的刚度对镶入前梁的挤压模垫板和模具的弯曲变形影响很大，刚度差的挤压机其模垫和模具弯曲挠度大，影响其寿命和模具工作带的尺寸公差，即制品公差。所以，设计师们都在设法减小它们的变形，使前梁转角刚度和抗弯刚度都得到提高，以改善压机的性能。典型的例子，意大利Danieli公司供给天津铝合金厂的55MN挤压机，临制造前把前梁厚度比原设计增加200mm。
后梁的固定一般都采用地脚螺栓固定基座板，然后用螺栓和键把后粱固定在基座板上。在大型挤压机上，受力后的水平冲击比较大，若采用普通结构常造成地脚螺栓的松动，SMS公司在大型挤压机的后梁下部，联结两根减震杆，固定在后梁后部的地基上，来阻尼后梁在突然卸载或加载时所产生的轴向水平力，使后粱固定更可靠。
2.3 挤压筒导向结构型式
挤压筒的导向直接影响封模时挤压简对中性，但由于挤压筒移动缸不论是采用2只或4只、分布是垂直或倾斜，它们的合力中心和挤压筒导轨上摩擦力的合力中心总是不—致的，所以移动时常出现前倾现象，或使移动缸密封和导向套寿命大大降低。
挤压筒内衬要予热，一般温度在400-450℃，虽然挤压筒与外壳之间加有隔热层，但长时间的热加工仍会使外壳的温度上升，由于热膨胀而使挤压套外壳抬高，改变了挤压筒的中心线位置，引起冷热态时挤压筒中心不一致。
现在一般采用X形导轨，并使其交线与挤压中心重合，起到温度补偿作用。虽然这种结构的挤压筒外壳上下都有导轨，实际上主要还是下导轨，上导轨的作用只是防止其在运动中出现倾斜。这种导轨使用效果不错，冷热中心位置变化很小，存在缺陷是调整复杂。因为它在调整垂直方向同时水平方向也在发生变化。日本UBE公司目前采用垂直和水平四点导向，当然就有冷热中心位置不一致和外壳温度变化时挤压筒上导轨间隙也跟着变化的问题，但其调整比较方便。
日本Mitsui-wean公司把导向装置按挤压筒中心线的接近水平和垂直方向配置，通过其挤压中心线，使其不受热的影响，由于该结构布置给挤压筒的拆装，维修带来不方便而应用不多。
挤压筒中心线的偏离会影响制品质量，特别是现在使用固定挤压垫的情况下，更会引起设备故障，故对挤压筒和动粱中心线偏离设有监测，监测挤压筒在移动过程中的偏离值，设在挤压筒外壳前后两个截面上。测挤压筒的前后端截面处的X和Y座标，每个截面设置四只传感器，测两个截面共需设八只传感器，以刚开始调整好的位置作为零点，测出正负误差值，超过允许值必须停机重新调整，动粱的中心线监测也如此，但一般只监测动粱的前端截面。
2.4挤压筒的结构
挤压筒的加热对铝挤压来说非常重要，温度过低使锭子冷却，导致闷车，温度过热又会使制品的出口温度过高而影响制品性能。通常挤压简预热温度在380℃-450℃范围内调整，视材质与挤压工艺的不同而定。保持挤压简的恒温对制品的长度上性能均匀是很重要的。一般挤压筒内比压较高大致在380MPa-900MPa，(日本挤压机其比压≤670Mpa)并与高温铝合金锭接触，正挤压时表面接触的摩擦力很大，挤压简在往复循环恶劣条件下工作，按比压不同常采用2-3层过盈套装结构，甚至四层套装结构使内层套在不工作时切向承受较高的压应力，当工作时，筒内比压引起的切向拉应力被装配应力抵销一部分，充分利用材料的强度而使材料仍工作在安全范围内，当挤压筒进行予热时，予热通常有电阻加热式和感应加热式两种。
挤压筒内衬80年代初国内多采用3Cr2W8V钢，但它的韧性低，抗疲劳性能不好，耐磨性不足，易导致模具早期失效，近几年被4Cr5MoSiVl取代，其模具寿命是3Cr2W6V的2-3倍。外层套由于工作条件不象内衬那么恶劣，设计强度可取低一些，大都采用5CrNiMo或5CrMnMo耐热合金工具钢制造。挤压筒外壳大都是铸钢结构，采用耐热铸钢防止出现高温下的变形，也有个别采用焊接结构外壳。在外壳和挤压筒之间有隔热层，目前大都使用硅酸铝纤维毡进行隔热。
铝挤压机采用轴向式电阻丝加热挤压筒，在轴向分成独立的3-4区段，可以分别控制其加热温度，已有逐步替代感应加热的趋势。国外介绍一种用陶瓷绝缘的环形电阻，直接与挤压筒接触用可控硅元件来调温，电阻温度不超过500℃，挤压筒不致过热而损坏，其热效率比普通的管式加热器提高30％。
为了防止挤压筒局部过热和轴向温度分布不均匀，在大型挤压机挤压简中套外径上加螺旋槽用气或水进行冷却，使挤压筒温度轴向温度分布均匀，提高制品长度上的均匀性及延长挤压筒使用寿命。
大型挤压筒为了挤压宽扁的制品而采用扁挤压筒内衬，使用扁锭坯进行生产，使金属的流动比较均匀。过去挤压筒的计算是采用材料力学，厚壁筒公式进行计算，现在可运用计算机对挤压筒内的应力一应变场，温度场、温度应力场进行综合计算，准确性已大大提高厂。
2.5 穿孔系统
对硬铝合金来说，很难采用组合模和桥式模使其焊合，故只能用带穿孔系统的双动压机来牛产管构及其它空心型材。穿孔针的运动一般有固定、随动，和浮动三种状态。为使穿孔针相对于模口位置固定或随动过去都是将穿孔动梁用机械装置锁定在后粱上，现在由于液压控制技术的提高，可使用液压比例阀闭环调节系统控制穿孔针的状态。当挤压轴向前挤压时，穿孔针则等速向后退，使穿孔针始终与模口的定径带位置保持固定不变。这种穿孔系统不需要穿孔动梁，直接由穿孔针支承座和挤压轴来导向。使挤压动梁简化，不易损坏，穿孔针导向精确，整个压机纵向长度大大缩短，刚度提高，重量减轻。
为了防止穿孔针总是向上弯曲，设有穿孔针旋转机构，改善其工况。
为防止穿孔针过热，设有专门的穿孔针流动水内冷系统对穿孔针进行冷却，提高穿孔针的寿命。
为了维修方便，大中型挤压机均设有液压或机械式的快速装拆挤压轴和穿孔针装置。
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