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30MN反向雙動在線穿孔硬質鋁合金無縫管擠壓機的研制與產業化

發布時間: 2014-03-23 16:02:31 來源:無縫管分廠 李志余 設備部 張有志

摘要:針對目前反向擠壓機大部分需進口的現狀,研制開發出國內首臺30MN在線穿孔反向雙動擠壓機,給出了其技術參數、設備組成、工藝適應性及擠壓機的優缺點。該30MN擠壓機可生產出遠高于國家標準尺寸精度的無縫管產品,滿足了市場對高精度無縫管的生產需求。

關鍵詞:硬質鋁合金無縫管;在線穿孔;反向擠壓;國產擠壓機

Abstract: Indirect extrusion machines are mostly imported in China. This paper gives the technical parameters, equipment components, process flexibility and analysis of advantages and disadvantages of the extrusion line. It is capable to produce higher accuracy seamless extrusions than GB standard, meeting market demands for high quality products.

Key words: hard Aluminium alloy, online perforation, indirect extrusion

1.前言

隨著國民經濟的發展,市場對無縫鋁管的需求量越來越大,主要體現在工業產品領域,如數碼鏡筒、車架、減震器、油管、運動器材以及燈飾等工業用鋁材,材質以5056、5052、7046、7050、2011、2024、6061、6063為主。與正向擠壓相比,反向擠壓可以降低20%~40%的擠壓力,具有變形均勻、生產效率及成材率高、能耗低等特點,因此反向擠壓慢慢取代正向擠壓應用于鋁合金無縫管和棒材的生產 。目前我國自行研制的反向擠壓機噸位小,產品尺寸精度低,難以滿足市場需求。而從國外引進一條反向擠壓生產線價格昂貴,為國產反向擠壓機的4~10倍 。

針對國外反向擠壓生產線價格昂貴,又無國產30MN以上反向擠壓生產線可選現狀,我公司與廣東精銦機械有限公司進行技術合作,對反向擠壓關鍵技術進行研究,設計并制造出第一臺國產30MN反向擠壓機。廣東和勝工業鋁材股份有限公司(原中山市金勝鋁業有限公司)于2011年引進該反向擠壓生產線,同年十月成功投產,通過一年時間的生產實踐,該反向擠壓機的擠壓性能和尺寸精度控制均達到預期效果,可滿足市場對產品的高精度化需求。

2.反向擠壓機的應用現狀

中國反向擠壓技術起步較晚,1986年才從日本引進第1臺25MN鋁管、棒材反向擠壓機 。隨著我國反向擠壓技術的不斷發展,反向擠壓技術的諸多優點逐漸被發掘,進而我國鋁加工企業開始不斷的從國外引進反向擠壓技術和設備。2007年金橋鋁業先后從德國西馬克引進2臺11MN和2臺28MN雙動反向擠壓機 ;2008年國鑫鋁業也先后從德國西馬克引進了1臺28MN和1臺55MN雙動反向擠壓機 ;2010年西北鋁也從德國西馬克引進了1臺36MN和1臺45MN雙動反向擠壓機 。目前,我國現在鋁材反向擠壓機大部分為日本宇部(UBE)和德國西馬克(SMS)制造,其優點是:產品尺寸精度高,自動化程度高。缺點是:價格昂貴,為國產機的4~10倍;普遍采用離線打孔或者空心鑄錠,對鑄錠要求高;機器返修費用高等等。

3.大噸位反向雙動在線穿孔硬質鋁合金無縫管擠壓機的研發背景及難點

近幾年,市場對硬質鋁合金無縫管的需求越來越大,對擠壓機性能的要求也越來越高,而反向擠壓技術和高端產品一直被國外長期壟斷。為適應市場發展需要,國內一些勇于創新的企業也先后嘗試研究雙動反向擠壓機,諸如西安重型機械研究所研發的20MN反向雙動銅擠壓機 ;偉成機器制造有限公司2007年制造出首臺國產在線穿孔的10MN反向雙動鋁擠壓機 ,都取得了一定的成績,但其由于擠壓噸位小,產品尺寸精度低,難以滿足市場需求。

為了市場的需求和企業的發展,廣東和勝工業鋁材股份有限公司與于廣東精銦機械有限公司進行合作,2007年開始立項研究反向擠壓技術和設備技術,先后組織幾十名機械專家和金屬塑性成型專家進行集中課題攻關,突破多項關鍵技術難點,于2011年10月份成功研制出高性能30MN反向雙動在線穿孔硬質鋁合金無縫管擠壓機,解決了產品尺寸精度低,壁厚偏差控制不穩定,在線穿孔易斷穿心桿等多項難題,達到了預期效果。

4.30MN反向擠壓機主要技術參數

4.1 擠壓機主要技術參數

額定擠壓噸位:3000 T; 擠壓速度:0~12mm/s

液壓系統工作壓力:額定壓力250kg/cm2,最高使用壓力280/kg/cm2

設備總功率:420KW

馬達功率:110KW

加壓筒加熱功率:60KW

冷卻方式:可選在線水冷、水霧冷及空冷三種淬火方式

4.2擠壓制品參數

棒材規格:Ф17mm~Ф140mm

無縫管外徑規格:Ф40mm~Ф140mm

壁厚規格:2mm~50mm

滑出臺長度:40m

成品鋸切最大長度:7m

5.生產線的設備構成

以合理布局,有效利用空間為原則,保證生產線前、后工序之間無縫配合,連續作業順暢,提高生產效率,減輕勞動強度。30MN擠壓機生產線的布置如圖1。

圖1 30MN反向擠壓生產線布置圖

6.生產線的優缺點

為了提高生產率,保證產品質量,30MN反向擠壓生產系統能完成鑄錠加熱、在線剝皮、自動上料、擠壓、出料輸送、在線固溶、定尺鋸切等多項功能。各工序緊密銜接,是一條配套齊全的半自動化生產線,可實現各種鋁合金棒材,型材和管材的擠壓生產。

6.1生產線優點

(1)30MN反向擠壓機工作過程分為帶穿孔擠壓、不帶穿孔擠壓和特種擠壓,可實現棒材、普通無縫管材以及變斷面無縫管材等產品生產。

(2)30MN反向擠壓機帶有獨立穿孔系統,具有實心鑄錠在線穿孔等功能,簡化了生產工藝,提高了效率,穩定了產品質量。采用實心錠生產,產品內外表面質量好,還可以降低鑄錠生產難度。

(3)采用固定裝模方式,其優點是工模具成本大大降低,裝卸方便,加工容易;同時還可以減少更換模具所需的輔助時間,提高生產效率。對模具進行特殊加工,可以實現液氮冷卻模具功能,將液氮從擠壓機前梁用銅管連接到模具,實現對模具工作帶的冷卻,不但可以提高產品的表面質量、尺寸精度,在成型硬質合金時,還可以顯著提高擠壓速度。

(4)擠壓機整個機架采用預應力結構,通過拉桿、壓套和螺母將前梁、后梁經超壓預緊組成。擠壓筒采用X形導軌,使其交線與擠壓中心重合,還可以起到溫度補償作用,顯著提高擠壓機的剛性和精度。

(5)擠壓機采用PLC控制系統,在主操作臺上采用GOT1000人機界面,全中文圖表顯示,具有數據監控狀態功能,生產參數設置和更換功能,符合中國人操作習慣,降低操作難度。同時還具有故障報警、故障診斷定位和報警記錄保存等功能,降低設備維修難度。30MN擠壓機實現了集操作、監視、優化和故障定位于一體的獨立控制系統。

(6)用先進的EPC2800恒速板變量泵進行高精度擠壓控制,其主缸前進速度可在0mm/sec~12mm/sec之間實現無級調速,穩態誤差可以有效控制在0.1mm/sec范圍內,具有擠壓速度控制精度高等特點,與出口處紅外測溫儀相配合,可實現等溫擠壓。

(7)熱剝皮機可進行在線熱剝皮,省去傳統車皮工序,降低了加工成本,有效地避免了鋁棒車削后加熱產生的二次氧化污染,簡化了生產工藝,提高了產品質量。

(8) 30MN反向擠壓機生產的產品尺寸精度高,擠壓硬質鋁合金管材壁厚偏差可控制到±3.5 %以下,其精度也高于國家標準。以擠壓制品Ф86mm×Ф71 mm無縫管為例,該30MN反向擠壓機的制造精度為Ф86mm±0.3mm×Ф71±0.2mm,壁厚偏差≤0.45mm。而國家標準為:Ф86mm±1.14mm×Ф71±1.14mm,壁厚偏差小于1.5mm。30MN擠壓制品尺寸精度遠遠高于國家標準高精級,見表1。經過統計該生產線產品的壁厚偏差數據,其CP值為1.35,工程能力滿足批量生產需要,見表2。

1無縫圓管企業標準和GB/T 4436-1995對比

2 Ф86mm×Ф71mm批量生產壁厚偏差數據(其壁厚偏差標準≤0.45mm,采用壁厚千分尺進行測量,測量10根長9m的擠壓管材,每根擠壓管材從頭到尾隔1M測量1個數據)

6.2生產線缺點

(1) 擠壓機未帶自動中心檢測手段,調整困難,較難保證擠壓桿,盛錠筒和穿心桿中心位處于同一直線上,易造成產品尺寸精度偏低以及工模具容易磨損。

(2) 擠壓機未帶有更換工模具裝置,更換工模具大部分工作需要人工完成,更換工模具自動化程度低,更換時間長,影響生產效率。

7.結論

(1) 30MN反向雙動擠壓機是目前國內研發的最大在線穿孔硬質鋁合金擠壓機,可實現1~7系列鋁合金棒材、管材和變斷面管材的生產,其價格僅為日本同類設備的1/6,德國同類設備的1/9,具有優越的性價比。

(2) 0MN反向雙動擠壓機生產的無縫管尺寸精度高,其精度可高于國家標準2~4倍,實現在線穿孔,降低了對鑄錠的要求,簡化了生產工藝。產品能滿足市場對高精度無縫管的需求,實現了30MN高精反向擠壓技術和設備國產化,打破了國外在該領域的長期壟斷局面。

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