提高挤压铝材产量措施　?

　　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%挤压机的挤压力超过15MN,但中国90%挤压机的挤压力在15MN以下。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.)挤压机与25MN(2750UStf.)挤压机、天津有色金属集团公司从意大利引进的55MN（5500UStf.)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.)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挤压机最好改造成现代化的高水平挤压机。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。

　　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”铝型材挤压厂，代表了铝型材厂的发展方向。