提高挤压铝材产量措施

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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 Direct Extrusion），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 & Control System);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。
    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。 
    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。