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如何提高挤压APS工业铝型材产量

时间:2011-06-20 12:08来源:http://www.365aps.com 作者:铝型材模具设计培训 点击:
在铝及铝合金半成品生产中,挤压是主要成形工艺之一,挤压产品(型材、管材及少量的线材、棒材)约占全部半成品的30%。 1998年
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  在铝及铝合金半成品生产中,挤压是主要成形工艺之一,挤压产品(型材、管材及少量的线材、棒材)约占全部半成品的30%。 1998年,全球的铝半成品产量约19100kt,其中挤压产品为5820kt,品种已近40000种。全世界铝材工业铝型材挤压机在5500台以上,中国大陆的在 2500台以上,台湾省约190台。不过,工业发达国家98%工业铝型材挤压机的挤压力超过15MN,但中国90%工业铝型材挤压机的挤压力在15MN以下。工业铝型材挤压机的开工率不 足是一个全球性的问题,平均能力利用率约65%,其中日本的最高为91.6%,北美和西欧的约70%,中国的35%左右。

  在这种情况下,如何提高工业铝型材挤压机的生产率已成为当务之急。提高生产率的措施很多,如提高装机水平、提高工人素质、提高管理水平等这样普遍性的措施。本文着重谈一些如何提高产量与质量的更为具体的措施。

  1 先进装备与高素质工人是提高产量的前提

  对提高挤压产品的产量来说,先进的装备、高素质的工人、现代化的科学管理起着至关重要的作用。在我国现有的2500多台工业铝型材挤压机中,够得上国际水 平的只不过25台左右,即约1%,如南平铝厂的14.5MN(1600UStf.)工业铝型材挤压机与25MN(2750UStf.)工业铝型材挤压机、天津有色金属集团公司 从意大利引进的55MN(5500UStf.)工业铝型材挤压机、裕华铝业有限公司从美国西马克.萨顿公司(SMS Sutton)引进的 21 MN2(2200/2500Ustf.)的工业铝型材挤压机、西安飞机公司从日本宇部兴产公司(UBE)引进的21MN(2350Ustf.)与 16.3MN(1800Ustf.)工业铝型材挤压机等。

  我国铝挤压工业正处于结构调整阶段,应避免低水平的重复引进与建设,对现有的有改造价值的工业铝型材挤压机最好改造成现代化的高水平工业铝型材挤压机。新引进的正挤 压机应装有:计算机辅助正挤压系统(CADEX—Computer Aided DirectExtrusion),以使在等温挤压期间都处于最大挤压力作用下,尽量缩短实际挤压时间;需装有超精细的液压油过滤器,并有连续监测液压油 质量与温度的仪器;装有各项工艺参数显示与监控电子系统PICOS(Process Information &ControlSystem);还应有MIDIS系统(管理信息与诊断显示系统—Management Information and Diagnostic Indication System),以显示各项工艺参数与生产情况的种种信息,以及对设备的故障及时发出警告与显示信号,指导维护与检修,最大限度地缩短停车时间;等等。

  2 温度控制与提高产量的关系

  通常,如果没有非预定的停机时间,那么最大产量主要决定于挤压速度,而后者受制于四个因素,其中三个固定不变而另一个则是可变的。第一个因素是 工业铝型材挤压机的挤压力,挤压力大的可在锭坯温度较低时顺利地挤压;第二个因素是模具设计,挤压时金属与模壁的摩擦通常可使通过的铝合金的温度上升35~62℃; 第三个因素是被挤压合金的特性,是限制挤压速度的不可控制的因素,型材的出口温度一般不可超过540℃,否则,材料表面质量会下降,模痕明显加重,甚至出 现粘铝、凹印、微裂缝、撕裂等。最后一个因素是温度及其受控程度。

  如果工业铝型材挤压机的挤压力不够大,很难顺利挤压或甚至出现塞模现象而挤不动时,就可提高锭坯温度,但挤压速度应低些,以防材料的出口温度过高。每一个 合金都有其特定的最优的挤压(锭坯)温度。生产实践证明,锭坯温度最好保持在430℃左右(挤压速度≥16mm/s时)。6063合金型材的出模温度不得 超过500℃,6005合金的最高出口温度为512℃,6061合金的最好不大于525℃。出模温度的不大变化也会影响产品的产量与质量。

  挤压筒温度也是很重要的,特别应注意预热阶段的温度升高,应避免各层之间产生过大的热应力,最好是使挤压筒与衬套同时升高到工作温度。预热升温 速度不得大于38℃/h。最好的预热规范是:升高到235℃,保温8h,继续升温到430℃,保温4h后,才投入工作。这样不但能保证内外温度均匀一致, 而且有足够的时间消除一切内部热应力。当然在炉内加热挤压筒是最佳的预热方式。

  在挤压过程中,挤压筒温度应比锭坯温度低15~40℃。如果挤压速度过快,以致挤压筒温度上升到高于锭坯温度,就要设法使挤压筒温度下降,这不 但是一件麻烦的工作,而且产量会下降。在生产速度上升过程中,有时受电偶控制的加热元件会被切断,可是挤压筒温度仍在上升。如果挤压筒温度高于470℃, 挤压废品就会上升。应根据不同的合金确定理想的挤压筒温度。

  千万不要认为预热挤压筒是在浪费时间、消耗能源。有一个工厂有一次为了赶生产任务,一方面用内部电阻元件加热,另一方面又以液化气烧嘴加热。在 这种情况,温度无法测量与控制,会产生巨大的热应力,内衬温度高,膨胀比外套的快,以致挤压筒裂开,并听到“炸裂”的声音。这是作者亲身经历的。

  挤压轴在工作过程中会积蓄内应力,这种应力大到一定程度会产生疲劳裂纹,一旦受到非轴向的径向力作用就会断裂。因此,挤压轴的累计工作时间达到 4500h后,最好进行一次消除应力处理,在430~480℃保温12h,然后随炉冷却到50℃以下。遗憾的是,我国很少有工厂照此处理。

  生产高档优质表面建筑型材时,对挤压垫温度也应严格控制,以减少表面色调不一致废品量。固定挤压垫的质量比活动的好得多,能积聚更多的热量,因 而能降低锭坯端头温度,能减少杂质进入型材内,有助于提高产量。美国卡斯图尔公司(Castool)采用压缩空气冷却挤压垫与挤压轴,使其温度降到50℃ 左右[1]。

  模具温度对于获得高的产量起着重要的作用,一般不得低于430℃;另方面,也不得过高,否则,不但硬度可能下降,同时会产生氧化,主要在工作带。在模具加热过程中,应避免模具之间紧靠着,阻碍空气流通。最好采用带格的箱式加热炉,每个模放于一个单独的箱内。

  锭坯在挤压过程中的温度升高可达40℃左右或更高些,升高量主要决定于模具设计。为了获得最大产量,对各项温度决不可忽视,应记录各个温度并严加控制,以找出机台的最大产量与各项温度的关系。

  最后,挤压生产厂的员工都应牢记:温度的精密控制,对提高产量是至关重要的。

  3 Optalex控制系统

  丹麦阿列罗得市(Alleroed)阿卢马克公司(Alumac)开发的Optalex控制系统可装于常规的等温工业铝型材挤压机上,可与大多数PLC系 统接口,始终控制材料的出口温度恒定,可使一根锭坯的挤压周期缩短5%~35%,使挤压工作达到最优化,既能提高产量,又能改善产品质量,各项性能始终均 匀一致。

  图1挤压速度、温度与挤压时间的关系

  实线—装有Optalex控制系统的等温挤压;

  虚线—常规等温挤压;A—时间节约

  Optalex系统由3种元件组成:红外线照相机,操纵盘与过程控制系统。温度测量系统是非接触式的,建立在对靶的多波长红外线扫描原理上。照 相机内装有激光装置,发射的激光始终对准靶面的中心。照相机安于尽量靠近模出口处,因而能精确地测定型材的温度。操纵盘是用标准的工业硬件专门设计的,而 软件系统则是根据用户提供的数据(模具型式与数量、合金类型、最大挤压速度与温度)设计的。生产数据全部储存于磁盘内,可随时提取。

  过程控制系统(process controlsystem)有3个独立过程控制,各司其职;信息传递(conmmunication),控制与温度测量。该系统根据照相机拍得的数据与 部分传来的信息进行闭环控制演算,对有关参数进行自动控制,使型材的出模温度保持恒定。

  4 瑞典型材集团公司31.5MN工业铝型材挤压机提高产量的措施

  瑞典型材集团公司(Profil Gruppen)于1998年投产了1台意大利联合金属工程公司(CometalEngineering)设计制造的31.5MN工业铝型材挤压机,用于挤压汽车工 业型材与建筑型材[3]。该生产线有两大特点:采取了一系列的措施来减少废品,以提高产量;对环境污染降到了当今世界最低水平,可谓是一条“绿色”的样板 挤压生产线。

  挤压锭直径为250mm,可生产挤压比为45~50的型材,型材的线密度为2.46~2.216kg/m。非工作(辅助)时间为15s,采用梯度加热,以实现等温挤压,并严格控制型材出口温度,以达到最合理的最大挤压速度。

  由于产品产量与质量主要取决于工人素质,所以在未投产前就对操作工人与维修工人进行了严格的训练。对降低废品量的具体措施如下:

  —加长锭坯,由过去的900m增长到1100mm,而压余厚度仍为25mm。

  —利用热剪,可使金属实收率提高4%。

  —在型材的焊合处锯断。因而,在43m长的材料上产生的废料长度仅1m,而常规料的长度为44m,产生的废料却长达2.5m。这样改的结果是成 品率提高3.3%,同时,由于精心控制挤压速度,型材的表面质量也有所提高。另外,特别注意型材在后部设备上的运动状况,尽量避免擦伤与划伤,使成品率提 高0.5个百分点。

  —尽量减少零部件的磨损,采用自动润滑,以缩短维护检修时间,延长生产有效时间,尽量采用精密结构。

  该厂在设计与建设过程中对环境保护给予了特别注意,瑞典属斯堪的纳维亚国家,是全球对环保要求最严格的地区之一。工厂的最大噪声为70dbA, 因此,圆锯与牵引机都安于隔声室内。加热炉排放的烟气中的NOx最大含量为55mg/MJ,CO的最大含量为100×10-6。并设有热交换系统,利用废 热加热生活用水,使排入大气的烟气温度低于150℃。厂内所有设备的零部件都用水清洗,锯屑采用特殊装置接收,不会掉落到地面上。全部设备都经过安全分 析。瑞典型材集团公司可以说是世界上典型的“绿色”工业铝型材挤压厂,代表了工业铝型材厂的发展方向。

 

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