提高擠壓鋁材產(chǎn)量措施
2007年07月24日 0:0 7291次瀏覽 來(lái)源： 中國(guó)有色網(wǎng) 分類： 鋁資訊
(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江省 哈爾濱市 150060)
在鋁及鋁合金半成品生產(chǎn)中，擠壓是主要成形工藝之一，擠壓產(chǎn)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(chǎn)量約19100kt,其中擠壓產(chǎn)品為5820kt,品種已近40000種。全世界鋁材擠壓機(jī)在5500臺(tái)以上，中國(guó)大陸的在2500臺(tái)以上，臺(tái)灣省約190臺(tái)。不過(guò)，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家98%擠壓機(jī)的擠壓力超過(guò)15MN,但中國(guó)90%擠壓機(jī)的擠壓力在15MN以下。擠壓機(jī)的開(kāi)工率不足是一個(gè)全球性的問(wèn)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(guó)的35%左右。
在這種情況下，如何提高擠壓機(jī)的生產(chǎn)率已成為當(dāng)務(wù)之急。提高生產(chǎn)率的措施很多，如提高裝機(jī)水平、提高工人素質(zhì)、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(chǎn)量與質(zhì)量的更為具體的措施。
1 先進(jìn)裝備與高素質(zhì)工人是提高產(chǎn)量的前提
對(duì)提高擠壓產(chǎn)品的產(chǎn)量來(lái)說(shuō)，先進(jìn)的裝備、高素質(zhì)的工人、現(xiàn)代化的科學(xué)管理起著至關(guān)重要的作用。在我國(guó)現(xiàn)有的2500多臺(tái)擠壓機(jī)中，夠得上國(guó)際水平的只不過(guò)25臺(tái)左右，即約1%，如南平鋁廠的14.5MN(1600UStf.)擠壓機(jī)與25MN(2750UStf.)擠壓機(jī)、天津有色金屬集團(tuán)公司從意大利引進(jìn)的55MN（5500UStf.)擠壓機(jī)、裕華鋁業(yè)有限公司從美國(guó)西馬克.薩頓公司（SMS Sutton）引進(jìn)的 21 MN2(2200/2500Ustf.)的擠壓機(jī)、西安飛機(jī)公司從日本宇部興產(chǎn)公司（UBE）引進(jìn)的21MN(2350Ustf.)與16.3MN(1800Ustf.)擠壓機(jī)等?！ ?
我國(guó)鋁擠壓工業(yè)正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整階段，應(yīng)避免低水平的重復(fù)引進(jìn)與建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有的有改造價(jià)值的擠壓機(jī)最好改造成現(xiàn)代化的高水平擠壓機(jī)。新引進(jìn)的正擠壓機(jī)應(yīng)裝有：計(jì)算機(jī)輔助正擠壓系統(tǒng)（CADEX—Computer Aided DirectExtrusion），以使在等溫?cái)D壓期間都處于最大擠壓力作用下，盡量縮短實(shí)際擠壓時(shí)間；需裝有超精細(xì)的液壓油過(guò)濾器，并有連續(xù)監(jiān)測(cè)液壓油質(zhì)量與溫度的儀器；裝有各項(xiàng)工藝參數(shù)顯示與監(jiān)控電子系統(tǒng)PICOS(Process Information &ControlSystem);還應(yīng)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(xiàng)工藝參數(shù)與生產(chǎn)情況的種種信息，以及對(duì)設(shè)備的故障及時(shí)發(fā)出警告與顯示信號(hào)，指導(dǎo)維護(hù)與檢修，最大限度地縮短停車時(shí)間；等等。
2 溫度控制與提高產(chǎn)量的關(guān)系
通常，如果沒(méi)有非預(yù)定的停機(jī)時(shí)間，那么最大產(chǎn)量主要決定于擠壓速度，而后者受制于四個(gè)因素，其中三個(gè)固定不變而另一個(gè)則是可變的。第一個(gè)因素是擠壓機(jī)的擠壓力，擠壓力大的可在錠坯溫度較低時(shí)順利地?cái)D壓；第二個(gè)因素是模具設(shè)計(jì)，擠壓時(shí)金屬與模壁的摩擦通?？墒雇ㄟ^(guò)的鋁合金的溫度上升35～62℃；第三個(gè)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(guò)540℃，否則，材料表面質(zhì)量會(huì)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(gè)因素是溫度及其受控程度。
如果擠壓機(jī)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(dòng)時(shí)，就可提高錠坯溫度，但擠壓速度應(yīng)低些，以防材料的出口溫度過(guò)高。每一個(gè)合金都有其特定的最優(yōu)的擠壓(錠坯)溫度。生產(chǎn)實(shí)踐證明，錠坯溫度最好保持在430℃左右（擠壓速度≥16mm/s時(shí)）。6063合金型材的出模溫度不得超過(guò)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(huì)影響產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量?！?
擠壓筒溫度也是很重要的，特別應(yīng)注意預(yù)熱階段的溫度升高，應(yīng)避免各層之間產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，最好是使擠壓筒與襯套同時(shí)升高到工作溫度。預(yù)熱升溫速度不得大于38℃/h。最好的預(yù)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(nèi)外溫度均勻一致，而且有足夠的時(shí)間消除一切內(nèi)部熱應(yīng)力。當(dāng)然在爐內(nèi)加熱擠壓筒是最佳的預(yù)熱方式?！ ?
擠壓筒溫度也是很重要的，特別應(yīng)注意預(yù)熱階段的溫度升高，應(yīng)避免各層之間產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，最好是使擠壓筒與襯套同時(shí)升高到工作溫度。預(yù)熱升溫速度不得大于38℃/h。最好的預(yù)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(nèi)外溫度均勻一致，而且有足夠的時(shí)間消除一切內(nèi)部熱應(yīng)力。當(dāng)然在爐內(nèi)加熱擠壓筒是最佳的預(yù)熱方式?！ ?
在擠壓過(guò)程中，擠壓筒溫度應(yīng)比錠坯溫度低15～40℃。如果擠壓速度過(guò)快，以致擠壓筒溫度上升到高于錠坯溫度，就要設(shè)法使擠壓筒溫度下降，這不但是一件麻煩的工作，而且產(chǎn)量會(huì)下降。在生產(chǎn)速度上升過(guò)程中，有時(shí)受電偶控制的加熱元件會(huì)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(huì)上升。應(yīng)根據(jù)不同的合金確定理想的擠壓筒溫度。
千萬(wàn)不要認(rèn)為預(yù)熱擠壓筒是在浪費(fèi)時(shí)間、消耗能源。有一個(gè)工廠有一次為了趕生產(chǎn)任務(wù)，一方面用內(nèi)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(wú)法測(cè)量與控制，會(huì)產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，內(nèi)襯溫度高，膨脹比外套的快，以致擠壓筒裂開(kāi)，并聽(tīng)到“炸裂”的聲音。這是作者親身經(jīng)歷的?！ ?
擠壓軸在工作過(guò)程中會(huì)積蓄內(nèi)應(yīng)力，這種應(yīng)力大到一定程度會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，一旦受到非軸向的徑向力作用就會(huì)斷裂。因此，擠壓軸的累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到4500h后，最好進(jìn)行一次消除應(yīng)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(guó)很少有工廠照此處理。
生產(chǎn)高檔優(yōu)質(zhì)表面建筑型材時(shí)，對(duì)擠壓墊溫度也應(yīng)嚴(yán)格控制，以減少表面色調(diào)不一致廢品量。固定擠壓墊的質(zhì)量比活動(dòng)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(zhì)進(jìn)入型材內(nèi)，有助于提高產(chǎn)量。美國(guó)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(duì)于獲得高的產(chǎn)量起著重要的作用，一般不得低于430℃；另方面，也不得過(guò)高，否則，不但硬度可能下降，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化，主要在工作帶。在模具加熱過(guò)程中，應(yīng)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(gè)模放于一個(gè)單獨(dú)的箱內(nèi)。
模具溫度對(duì)于獲得高的產(chǎn)量起著重要的作用，一般不得低于430℃；另方面，也不得過(guò)高，否則，不但硬度可能下降，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化，主要在工作帶。在模具加熱過(guò)程中，應(yīng)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(gè)模放于一個(gè)單獨(dú)的箱內(nèi)。
錠坯在擠壓過(guò)程中的溫度升高可達(dá)40℃左右或更高些，升高量主要決定于模具設(shè)計(jì)。為了獲得最大產(chǎn)量，對(duì)各項(xiàng)溫度決不可忽視，應(yīng)記錄各個(gè)溫度并嚴(yán)加控制，以找出機(jī)臺(tái)的最大產(chǎn)量與各項(xiàng)溫度的關(guān)系?！ ?
最后，擠壓生產(chǎn)廠的員工都應(yīng)牢記：溫度的精密控制，對(duì)提高產(chǎn)量是至關(guān)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(kāi)發(fā)的Optalex控制系統(tǒng)可裝于常規(guī)的等溫?cái)D壓機(jī)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(dá)到最優(yōu)化[2],既能提高產(chǎn)量，又能改善產(chǎn)品質(zhì)量，各項(xiàng)性能始終均勻一致。圖1示出擠壓時(shí)間縮短的示意圖。
圖1擠壓速度、溫度與擠壓時(shí)間的關(guān)系
實(shí)線—裝有Optalex控制系統(tǒng)的等溫?cái)D壓；
虛線—常規(guī)等溫?cái)D壓；A—時(shí)間節(jié)約
Optalex系統(tǒng)由3種元件組成：紅外線照相機(jī)，操縱盤(pán)與過(guò)程控制系統(tǒng)。溫度測(cè)量系統(tǒng)是非接觸式的，建立在對(duì)靶的多波長(zhǎng)紅外線掃描原理上。照相機(jī)內(nèi)裝有激光裝置，發(fā)射的激光始終對(duì)準(zhǔn)靶面的中心。照相機(jī)安于盡量靠近模出口處，因而能精確地測(cè)定型材的溫度。操縱盤(pán)是用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)硬件專門(mén)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的。生產(chǎn)數(shù)據(jù)全部?jī)?chǔ)存于磁盤(pán)內(nèi)，可隨時(shí)提取?！ ?
過(guò)程控制系統(tǒng)(process controlsystem)有3個(gè)獨(dú)立過(guò)程控制，各司其職；信息傳遞（conmmunication），控制與溫度測(cè)量。該系統(tǒng)根據(jù)照相機(jī)拍得的數(shù)據(jù)與部分傳來(lái)的信息進(jìn)行閉環(huán)控制演算，對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使型材的出模溫度保持恒定。
4 瑞典型材集團(tuán)公司31.5MN擠壓機(jī)提高產(chǎn)量的措施
瑞典型材集團(tuán)公司（Profil Gruppen）于1998年投產(chǎn)了1臺(tái)意大利聯(lián)合金屬工程公司（CometalEngineering）設(shè)計(jì)制造的31.5MN擠壓機(jī)，用于擠壓汽車工業(yè)型材與建筑型材[3]。該生產(chǎn)線有兩大特點(diǎn)：采取了一系列的措施來(lái)減少?gòu)U品，以提高產(chǎn)量；對(duì)環(huán)境污染降到了當(dāng)今世界最低水平，可謂是一條“綠色”的樣板擠壓生產(chǎn)線?！ ?
擠壓錠直徑為250mm,可生產(chǎn)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(shí)間為15s,采用梯度加熱，以實(shí)現(xiàn)等溫?cái)D壓，并嚴(yán)格控制型材出口溫度，以達(dá)到最合理的最大擠壓速度。
由于產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量主要取決于工人素質(zhì)，所以在未投產(chǎn)前就對(duì)操作工人與維修工人進(jìn)行了嚴(yán)格的訓(xùn)練。對(duì)降低廢品量的具體措施如下：
—加長(zhǎng)錠坯，由過(guò)去的900m增長(zhǎng)到1100mm,而壓余厚度仍為25mm。
—利用熱剪，可使金屬實(shí)收率提高4%。
—在型材的焊合處鋸斷。因而，在43m長(zhǎng)的材料上產(chǎn)生的廢料長(zhǎng)度僅1m,而常規(guī)料的長(zhǎng)度為44m,產(chǎn)生的廢料卻長(zhǎng)達(dá)2.5m。這樣改的結(jié)果是成品率提高3.3%,同時(shí)，由于精心控制擠壓速度，型材的表面質(zhì)量也有所提高。另外，特別注意型材在后部設(shè)備上的運(yùn)動(dòng)狀況，盡量避免擦傷與劃傷，使成品率提高0.5個(gè)百分點(diǎn)。
—盡量減少零部件的磨損，采用自動(dòng)潤(rùn)滑，以縮短維護(hù)檢修時(shí)間，延長(zhǎng)生產(chǎn)有效時(shí)間，盡量采用精密結(jié)構(gòu)?！ ?
該廠在設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中對(duì)環(huán)境保護(hù)給予了特別注意，瑞典屬斯堪的納維亞國(guó)家，是全球?qū)Νh(huán)保要求最嚴(yán)格的地區(qū)之一。工廠的最大噪聲為70dbA,因此，圓鋸與牽引機(jī)都安于隔聲室內(nèi)。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(shè)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(nèi)所有設(shè)備的零部件都用水清洗，鋸屑采用特殊裝置接收，不會(huì)掉落到地面上。全部設(shè)備都經(jīng)過(guò)安全分析。瑞典型材集團(tuán)公司可以說(shuō)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(jié)束語(yǔ)
提高鋁型材產(chǎn)量與質(zhì)量無(wú)疑是要把依靠科技進(jìn)步和提高勞動(dòng)者素質(zhì)放在關(guān)鍵地位。提高裝機(jī)水平、提高勞動(dòng)者素質(zhì)和加強(qiáng)現(xiàn)代化的科學(xué)管理在提高鋁型材產(chǎn)量與質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用。總體看來(lái)，我國(guó)擠壓機(jī)的班臺(tái)產(chǎn)量比世界平均水平低得多，約為平均水平的45%。因此，提高產(chǎn)量的潛力很大。本文提供了國(guó)內(nèi)外一些企業(yè)提高鋁型材產(chǎn)量與質(zhì)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(zé)任編輯：LY
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