提高擠壓鋁材產量措施

2007年07月24日 0:0 6718次瀏覽 來源： 中國有色網(wǎng)   分類： 鋁資訊 大字號 中字號 常規(guī)

(東北輕合金有限責任公司，黑龍江省 哈爾濱市　150060)

　　在鋁及鋁合金半成品生產中，擠壓是主要成形工藝之一，擠壓產品（型材、管材及少量的線材、棒材）約占全部半成品的30%。1998年，全球的鋁半成品產量約19100kt,其中擠壓產品為5820kt,品種已近40000種。全世界鋁材擠壓機在5500臺以上，中國大陸的在2500臺以上，臺灣省約190臺。不過，工業(yè)發(fā)達國家98%擠壓機的擠壓力超過15MN,但中國90%擠壓機的擠壓力在15MN以下。擠壓機的開工率不足是一個全球性的問題，平均能力利用率約65%,其中日本的最高為91.6%,北美和西歐的約70%,中國的35%左右。

　　在這種情況下，如何提高擠壓機的生產率已成為當務之急。提高生產率的措施很多，如提高裝機水平、提高工人素質、提高管理水平等這樣普遍性的措施。本文著重談一些如何提高產量與質量的更為具體的措施。

　　1　先進裝備與高素質工人是提高產量的前提　　

　　對提高擠壓產品的產量來說，先進的裝備、高素質的工人、現(xiàn)代化的科學管理起著至關重要的作用。在我國現(xiàn)有的2500多臺擠壓機中，夠得上國際水平的只不過25臺左右，即約1%，如南平鋁廠的14.5MN(1600UStf.)擠壓機與25MN(2750UStf.)擠壓機、天津有色金屬集團公司從意大利引進的55MN（5500UStf.)擠壓機、裕華鋁業(yè)有限公司從美國西馬克.薩頓公司（SMS Sutton）引進的 21 MN2(2200/2500Ustf.)的擠壓機、西安飛機公司從日本宇部興產公司（UBE）引進的21MN(2350Ustf.)與16.3MN(1800Ustf.)擠壓機等?！　?

　　我國鋁擠壓工業(yè)正處于結構調整階段，應避免低水平的重復引進與建設，對現(xiàn)有的有改造價值的擠壓機最好改造成現(xiàn)代化的高水平擠壓機。新引進的正擠壓機應裝有：計算機輔助正擠壓系統(tǒng)（CADEX—Computer Aided DirectExtrusion），以使在等溫擠壓期間都處于最大擠壓力作用下，盡量縮短實際擠壓時間；需裝有超精細的液壓油過濾器，并有連續(xù)監(jiān)測液壓油質量與溫度的儀器；裝有各項工藝參數(shù)顯示與監(jiān)控電子系統(tǒng)PICOS(Process Information &ControlSystem);還應有MIDIS系統(tǒng)（管理信息與診斷顯示系統(tǒng)—Management Information and Diagnostic Indication System），以顯示各項工藝參數(shù)與生產情況的種種信息，以及對設備的故障及時發(fā)出警告與顯示信號，指導維護與檢修，最大限度地縮短停車時間；等等。

　　2　溫度控制與提高產量的關系　　

　　通常，如果沒有非預定的停機時間，那么最大產量主要決定于擠壓速度，而后者受制于四個因素，其中三個固定不變而另一個則是可變的。第一個因素是擠壓機的擠壓力，擠壓力大的可在錠坯溫度較低時順利地擠壓；第二個因素是模具設計，擠壓時金屬與模壁的摩擦通?？墒雇ㄟ^的鋁合金的溫度上升35～62℃；第三個因素是被擠壓合金的特性，是限制擠壓速度的不可控制的因素，型材的出口溫度一般不可超過540℃，否則，材料表面質量會下降，模痕明顯加重，甚至出現(xiàn)粘鋁、凹印、微裂縫、撕裂等。最后一個因素是溫度及其受控程度。

　　如果擠壓機的擠壓力不夠大，很難順利擠壓或甚至出現(xiàn)塞?，F(xiàn)象而擠不動時，就可提高錠坯溫度，但擠壓速度應低些，以防材料的出口溫度過高。每一個合金都有其特定的最優(yōu)的擠壓(錠坯)溫度。生產實踐證明，錠坯溫度最好保持在430℃左右（擠壓速度≥16mm/s時）。6063合金型材的出模溫度不得超過500℃，6005合金的最高出口溫度為512℃，6061合金的最好不大于525℃。出模溫度的不大變化也會影響產品的產量與質量。　
　　擠壓筒溫度也是很重要的，特別應注意預熱階段的溫度升高，應避免各層之間產生過大的熱應力，最好是使擠壓筒與襯套同時升高到工作溫度。預熱升溫速度不得大于38℃/h。最好的預熱規(guī)范是：升高到235℃，保溫8h,繼續(xù)升溫到430℃，保溫4h后，才投入工作。這樣不但能保證內外溫度均勻一致，而且有足夠的時間消除一切內部熱應力。當然在爐內加熱擠壓筒是最佳的預熱方式?！　?

　　在擠壓過程中，擠壓筒溫度應比錠坯溫度低15～40℃。如果擠壓速度過快，以致擠壓筒溫度上升到高于錠坯溫度，就要設法使擠壓筒溫度下降，這不但是一件麻煩的工作，而且產量會下降。在生產速度上升過程中，有時受電偶控制的加熱元件會被切斷，可是擠壓筒溫度仍在上升。如果擠壓筒溫度高于470℃，擠壓廢品就會上升。應根據(jù)不同的合金確定理想的擠壓筒溫度。 　　

　　千萬不要認為預熱擠壓筒是在浪費時間、消耗能源。有一個工廠有一次為了趕生產任務，一方面用內部電阻元件加熱，另一方面又以液化氣燒嘴加熱。在這種情況，溫度無法測量與控制，會產生巨大的熱應力，內襯溫度高，膨脹比外套的快，以致擠壓筒裂開，并聽到“炸裂”的聲音。這是作者親身經歷的?！　?

　　擠壓軸在工作過程中會積蓄內應力，這種應力大到一定程度會產生疲勞裂紋，一旦受到非軸向的徑向力作用就會斷裂。因此，擠壓軸的累計工作時間達到4500h后，最好進行一次消除應力處理，在430～480℃保溫12h,然后隨爐冷卻到50℃以下。遺憾的是，我國很少有工廠照此處理。

　　生產高檔優(yōu)質表面建筑型材時，對擠壓墊溫度也應嚴格控制，以減少表面色調不一致廢品量。固定擠壓墊的質量比活動的好得多，能積聚更多的熱量，因而能降低錠坯端頭溫度，能減少雜質進入型材內，有助于提高產量。美國卡斯圖爾公司（Castool）采用壓縮空氣冷卻擠壓墊與擠壓軸，使其溫度降到50℃左右[1]。 　　
　　模具溫度對于獲得高的產量起著重要的作用，一般不得低于430℃；另方面，也不得過高，否則，不但硬度可能下降，同時會產生氧化，主要在工作帶。在模具加熱過程中，應避免模具之間緊靠著，阻礙空氣流通。最好采用帶格的箱式加熱爐，每個模放于一個單獨的箱內?！　?

　　錠坯在擠壓過程中的溫度升高可達40℃左右或更高些，升高量主要決定于模具設計。為了獲得最大產量，對各項溫度決不可忽視，應記錄各個溫度并嚴加控制，以找出機臺的最大產量與各項溫度的關系?！　?

　　最后，擠壓生產廠的員工都應牢記：溫度的精密控制，對提高產量是至關重要的。

　　3　Optalex控制系統(tǒng)　　

　　丹麥阿列羅得市（Alleroed）阿盧馬克公司（Alumac）開發(fā)的Optalex控制系統(tǒng)可裝于常規(guī)的等溫擠壓機上，可與大多數(shù)PLC系統(tǒng)接口，始終控制材料的出口溫度恒定，可使一根錠坯的擠壓周期縮短5%～35%,使擠壓工作達到最優(yōu)化[2],既能提高產量，又能改善產品質量，各項性能始終均勻一致。圖1示出擠壓時間縮短的示意圖。

  

圖1擠壓速度、溫度與擠壓時間的關系

　　實線—裝有Optalex控制系統(tǒng)的等溫擠壓；

　　虛線—常規(guī)等溫擠壓；A—時間節(jié)約　　

　　Optalex系統(tǒng)由3種元件組成：紅外線照相機，操縱盤與過程控制系統(tǒng)。溫度測量系統(tǒng)是非接觸式的，建立在對靶的多波長紅外線掃描原理上。照相機內裝有激光裝置，發(fā)射的激光始終對準靶面的中心。照相機安于盡量靠近模出口處，因而能精確地測定型材的溫度。操縱盤是用標準的工業(yè)硬件專門設計的，而軟件系統(tǒng)則是根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)(模具型式與數(shù)量、合金類型、最大擠壓速度與溫度)設計的。生產數(shù)據(jù)全部儲存于磁盤內，可隨時提取?！　?

　　過程控制系統(tǒng)(process controlsystem)有3個獨立過程控制，各司其職；信息傳遞（conmmunication），控制與溫度測量。該系統(tǒng)根據(jù)照相機拍得的數(shù)據(jù)與部分傳來的信息進行閉環(huán)控制演算，對有關參數(shù)進行自動控制，使型材的出模溫度保持恒定。

　　4　瑞典型材集團公司31.5MN擠壓機提高產量的措施　　

　　瑞典型材集團公司（Profil Gruppen）于1998年投產了1臺意大利聯(lián)合金屬工程公司（CometalEngineering）設計制造的31.5MN擠壓機，用于擠壓汽車工業(yè)型材與建筑型材[3]。該生產線有兩大特點：采取了一系列的措施來減少廢品，以提高產量；對環(huán)境污染降到了當今世界最低水平，可謂是一條“綠色”的樣板擠壓生產線?！　?

　　擠壓錠直徑為250mm,可生產擠壓比為45～50的型材，型材的線密度為2.46～2.216kg/m。非工作（輔助）時間為15s,采用梯度加熱，以實現(xiàn)等溫擠壓，并嚴格控制型材出口溫度，以達到最合理的最大擠壓速度。 　　

　　由于產品產量與質量主要取決于工人素質，所以在未投產前就對操作工人與維修工人進行了嚴格的訓練。對降低廢品量的具體措施如下：　　

　　—加長錠坯，由過去的900m增長到1100mm,而壓余厚度仍為25mm。 　　

　　—利用熱剪，可使金屬實收率提高4%。 　　

　　—在型材的焊合處鋸斷。因而，在43m長的材料上產生的廢料長度僅1m,而常規(guī)料的長度為44m,產生的廢料卻長達2.5m。這樣改的結果是成品率提高3.3%,同時，由于精心控制擠壓速度，型材的表面質量也有所提高。另外，特別注意型材在后部設備上的運動狀況，盡量避免擦傷與劃傷，使成品率提高0.5個百分點。 　　

　　—盡量減少零部件的磨損，采用自動潤滑，以縮短維護檢修時間，延長生產有效時間，盡量采用精密結構?！　?

　　該廠在設計與建設過程中對環(huán)境保護給予了特別注意，瑞典屬斯堪的納維亞國家，是全球對環(huán)保要求最嚴格的地區(qū)之一。工廠的最大噪聲為70dbA,因此，圓鋸與牽引機都安于隔聲室內。加熱爐排放的煙氣中的NOx最大含量為55mg/MJ,CO的最大含量為100×10-6。并設有熱交換系統(tǒng)，利用廢熱加熱生活用水，使排入大氣的煙氣溫度低于150℃。廠內所有設備的零部件都用水清洗，鋸屑采用特殊裝置接收，不會掉落到地面上。全部設備都經過安全分析。瑞典型材集團公司可以說是世界上典型的“綠色”鋁型材擠壓廠，代表了鋁型材廠的發(fā)展方向。

　　5　結束語　　

　　提高鋁型材產量與質量無疑是要把依靠科技進步和提高勞動者素質放在關鍵地位。提高裝機水平、提高勞動者素質和加強現(xiàn)代化的科學管理在提高鋁型材產量與質量方面起著至關重要的作用?？傮w看來，我國擠壓機的班臺產量比世界平均水平低得多，約為平均水平的45%。因此，提高產量的潛力很大。本文提供了國內外一些企業(yè)提高鋁型材產量與質量方面所采取的帶有普遍性的措施，供有興趣的讀者參考。

 

責任編輯：LY

如需了解更多信息，請登錄中國有色網(wǎng)：www.yemianfei8.com了解更多信息。

中國有色網(wǎng)聲明：本網(wǎng)所有內容的版權均屬于作者或頁面內聲明的版權人。
凡注明文章來源為“中國有色金屬報”或 “中國有色網(wǎng)”的文章，均為中國有色網(wǎng)原創(chuàng)或者是合作機構授權同意發(fā)布的文章。
如需轉載，轉載方必須與中國有色網(wǎng)（ 郵件：cnmn@cnmn.com.cn 或 電話：010-63971479）聯(lián)系，簽署授權協(xié)議，取得轉載授權；
凡本網(wǎng)注明“來源：“XXX（非中國有色網(wǎng)或非中國有色金屬報）”的文章，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不構成投資建議，僅供讀者參考。
若據(jù)本文章操作，所有后果讀者自負，中國有色網(wǎng)概不負任何責任。