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30MN反向双动在线穿孔硬质铝合金无缝管挤压机的研制与产业化

发布时间: 2014-03-23 16:02:31 来源:无缝管分厂 李志余 设备部 张有志

摘要:针对目前反向挤压机大部分需进口的现状,研制开发出国内首台30MN在线穿孔反向双动挤压机,给出了其技术参数、设备组成、工艺适应性及挤压机的优缺点。该30MN挤压机可生产出远高于国家标准尺寸精度的无缝管产品,满足了市场对高精度无缝管的生产需求。

关键词:硬质铝合金无缝管;在线穿孔;反向挤压;国产挤压机

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

随着国民经济的发展,市场对无缝铝管的需求量越来越大,主要体现在工业产品领域,如数码镜筒、车架、减震器、油管、运动器材以及灯饰等工业用铝材,材质以5056、5052、7046、7050、2011、2024、6061、6063为主。与正向挤压相比,反向挤压可以降低20%~40%的挤压力,具有变形均匀、生产效率及成材率高、能耗低等特点,因此反向挤压慢慢取代正向挤压应用于铝合金无缝管和棒材的生产 。目前我国自行研制的反向挤压机吨位小,产品尺寸精度低,难以满足市场需求。而从国外引进一条反向挤压生产线价格昂贵,为国产反向挤压机的4~10倍 。

针对国外反向挤压生产线价格昂贵,又无国产30MN以上反向挤压生产线可选现状,我公司与广东精铟机械有限公司进行技术合作,对反向挤压关键技术进行研究,设计并制造出第一台国产30MN反向挤压机。广东PT电子游戏有限公司(原中山市金胜铝业有限公司)于2011年引进该反向挤压生产线,同年十月成功投产,通过一年时间的生产实践,该反向挤压机的挤压性能和尺寸精度控制均达到预期效果,可满足市场对产品的高精度化需求。

2.反向挤压机的应用现状

中国反向挤压技术起步较晚,1986年才从日本引进第1台25MN铝管、棒材反向挤压机 。随着我国反向挤压技术的不断发展,反向挤压技术的诸多优点逐渐被发掘,进而我国铝加工企业开始不断的从国外引进反向挤压技术和设备。2007年金桥铝业先后从德国西马克引进2台11MN和2台28MN双动反向挤压机 ;2008年国鑫铝业也先后从德国西马克引进了1台28MN和1台55MN双动反向挤压机 ;2010年西北铝也从德国西马克引进了1台36MN和1台45MN双动反向挤压机 。目前,我国现在铝材反向挤压机大部分为日本宇部(UBE)和德国西马克(SMS)制造,其优点是:产品尺寸精度高,自动化程度高。缺点是:价格昂贵,为国产机的4~10倍;普遍采用离线打孔或者空心铸锭,对铸锭要求高;机器返修费用高等等。

3.大吨位反向双动在线穿孔硬质铝合金无缝管挤压机的研发背景及难点

近几年,市场对硬质铝合金无缝管的需求越来越大,对挤压机性能的要求也越来越高,而反向挤压技术和高端产品一直被国外长期垄断。为适应市场发展需要,国内一些勇于创新的企业也先后尝试研究双动反向挤压机,诸如西安重型机械研究所研发的20MN反向双动铜挤压机 ;伟成机器制造有限公司2007年制造出首台国产在线穿孔的10MN反向双动铝挤压机 ,都取得了一定的成绩,但其由于挤压吨位小,产品尺寸精度低,难以满足市场需求。

为了市场的需求和企业的发展,广东PT电子游戏有限公司与于广东精铟机械有限公司进行合作,2007年开始立项研究反向挤压技术和设备技术,先后组织几十名机械专家和金属塑性成型专家进行集中课题攻关,突破多项关键技术难点,于2011年10月份成功研制出高性能30MN反向双动在线穿孔硬质铝合金无缝管挤压机,解决了产品尺寸精度低,壁厚偏差控制不稳定,在线穿孔易断穿心杆等多项难题,达到了预期效果。

4.30MN反向挤压机主要技术参数

4.1 挤压机主要技术参数

额定挤压吨位:3000 T; 挤压速度:0~12mm/s

液压系统工作压力:额定压力250kg/cm2,最高使用压力280/kg/cm2

设备总功率:420KW

马达功率:110KW

加压筒加热功率:60KW

冷却方式:可选在线水冷、水雾冷及空冷三种淬火方式

4.2挤压制品参数

棒材规格:Ф17mm~Ф140mm

无缝管外径规格:Ф40mm~Ф140mm

壁厚规格:2mm~50mm

滑出台长度:40m

成品锯切最大长度:7m

5.生产线的设备构成

以合理布局,有效利用空间为原则,保证生产线前、后工序之间无缝配合,连续作业顺畅,提高生产效率,减轻劳动强度。30MN挤压机生产线的布置如图1。

图1 30MN反向挤压生产线布置图

6.生产线的优缺点

为了提高生产率,保证产品质量,30MN反向挤压生产系统能完成铸锭加热、在线剥皮、自动上料、挤压、出料输送、在线固溶、定尺锯切等多项功能。各工序紧密衔接,是一条配套齐全的半自动化生产线,可实现各种铝合金棒材,型材和管材的挤压生产。

6.1生产线优点

(1)30MN反向挤压机工作过程分为带穿孔挤压、不带穿孔挤压和特种挤压,可实现棒材、普通无缝管材以及变断面无缝管材等产品生产。

(2)30MN反向挤压机带有独立穿孔系统,具有实心铸锭在线穿孔等功能,简化了生产工艺,提高了效率,稳定了产品质量。采用实心锭生产,产品内外表面质量好,还可以降低铸锭生产难度。

(3)采用固定装模方式,其优点是工模具成本大大降低,装卸方便,加工容易;同时还可以减少更换模具所需的辅助时间,提高生产效率。对模具进行特殊加工,可以实现液氮冷却模具功能,将液氮从挤压机前梁用铜管连接到模具,实现对模具工作带的冷却,不但可以提高产品的表面质量、尺寸精度,在成型硬质合金时,还可以显著提高挤压速度。

(4)挤压机整个机架采用预应力结构,通过拉杆、压套和螺母将前梁、后梁经超压预紧组成。挤压筒采用X形导轨,使其交线与挤压中心重合,还可以起到温度补偿作用,显著提高挤压机的刚性和精度。

(5)挤压机采用PLC控制系统,在主操作台上采用GOT1000人机界面,全中文图表显示,具有数据监控状态功能,生产参数设置和更换功能,符合中国人操作习惯,降低操作难度。同时还具有故障报警、故障诊断定位和报警记录保存等功能,降低设备维修难度。30MN挤压机实现了集操作、监视、优化和故障定位于一体的独立控制系统。

(6)用先进的EPC2800恒速板变量泵进行高精度挤压控制,其主缸前进速度可在0mm/sec~12mm/sec之间实现无级调速,稳态误差可以有效控制在0.1mm/sec范围内,具有挤压速度控制精度高等特点,与出口处红外测温仪相配合,可实现等温挤压。

(7)热剥皮机可进行在线热剥皮,省去传统车皮工序,降低了加工成本,有效地避免了铝棒车削后加热产生的二次氧化污染,简化了生产工艺,提高了产品质量。

(8) 30MN反向挤压机生产的产品尺寸精度高,挤压硬质铝合金管材壁厚偏差可控制到±3.5 %以下,其精度也高于国家标准。以挤压制品Ф86mm×Ф71 mm无缝管为例,该30MN反向挤压机的制造精度为Ф86mm±0.3mm×Ф71±0.2mm,壁厚偏差≤0.45mm。而国家标准为:Ф86mm±1.14mm×Ф71±1.14mm,壁厚偏差小于1.5mm。30MN挤压制品尺寸精度远远高于国家标准高精级,见表1。经过统计该生产线产品的壁厚偏差数据,其CP值为1.35工程能力满足批量生产需要,见表2。

1无缝圆管企业标准和GB/T 4436-1995对比

2 Ф86mm×Ф71mm批量生产壁厚偏差数据(其壁厚偏差标准≤0.45mm,采用壁厚千分尺进行测量,测量10根长9m的挤压管材,每根挤压管材从头到尾隔1M测量1个数据)

6.2生产线缺点

(1) 挤压机未带自动中心检测手段,调整困难,较难保证挤压杆,盛锭筒和穿心杆中心位处于同一直线上,易造成产品尺寸精度偏低以及工模具容易磨损。

(2) 挤压机未带有更换工模具装置,更换工模具大部分工作需要人工完成,更换工模具自动化程度低,更换时间长,影响生产效率。

7.结论

(1) 30MN反向双动挤压机是目前国内研发的最大在线穿孔硬质铝合金挤压机,可实现1~7系列铝合金棒材、管材和变断面管材的生产,其价格仅为日本同类设备的1/6,德国同类设备的1/9,具有优越的性价比。

(2) 0MN反向双动挤压机生产的无缝管尺寸精度高,其精度可高于国家标准2~4倍,实现在线穿孔,降低了对铸锭的要求,简化了生产工艺。产品能满足市场对高精度无缝管的需求,实现了30MN高精反向挤压技术和设备国产化,打破了国外在该领域的长期垄断局面。

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