擠壓設(shè)備的發(fā)展

陳國斌 田德

摘?要：本文概括了擠壓工藝的進步及與其相關(guān)設(shè)備的發(fā)展，其發(fā)展為銅、鋁等有色金屬，鋼鐵，鈦、鎳、鋯等稀有金屬材料的加工提供了先進、環(huán)保、節(jié)能的機電液（水）裝備，也為材料加工業(yè)提供了創(chuàng)新思路。

關(guān)鍵詞：擠壓機;操作控制系統(tǒng)

國內(nèi)有色金屬尤其鋁合金擠壓在二十年前就得到了長足發(fā)展，九十年代末期塑鋼門窗材料的出現(xiàn)抑制了鋁合金擠壓的發(fā)展。隨著高鐵、地鐵和城市軌道交通等綠色交通的發(fā)展，以及塑鋼門窗壽命小于20年等得到驗證，近十年鋁合金擠壓又向大噸位、高精度方向發(fā)展。國內(nèi)因此成長了一批企業(yè)和成熟了大批人才，設(shè)計研制了大量的擠壓、出料設(shè)備、離線拉伸機等。鋁合金型材、棒材、管材和異形材基本能夠滿足國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域的需求與發(fā)展愿景。

1.擠壓機主機

近年新建擠壓機幾乎全部采用拉壓預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。典型結(jié)構(gòu)有圓柱拉桿式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和SMS的多層疊板結(jié)構(gòu)這兩種。

1.1圓柱拉桿式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)

圓柱拉桿式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由前梁，后梁，拉桿，壓柱，螺母等組成。這種機架的結(jié)構(gòu)特點是用圓柱拉桿和空心壓柱代替了傳統(tǒng)的用螺母緊固的圓柱形張力柱，將前后梁用預(yù)應(yīng)力組成一個剛性機架。拉桿處于拉應(yīng)力狀態(tài)，外層空心壓柱處于壓應(yīng)力狀態(tài)，壓柱具有較大的抗彎截面。在擠壓過程中拉桿的周期性應(yīng)力只有傳統(tǒng)張力柱結(jié)構(gòu)的一半左右。再加上壓柱有較大的抗彎截面，因而在擠壓力的作用下，機架伸長和彎曲變形小，有很大的機架剛度，利于保證制品精度。直接利用機架的上兩個壓柱做活動橫梁和擠壓筒移動的上X導(dǎo)軌，其連線通過壓機中心，再加上采用了復(fù)合調(diào)節(jié)裝置，對熱脹冷縮有一定的補償作用，可少留至不留熱間隙?？蚣軆?nèi)保持有較高的預(yù)應(yīng)力，避免了傳統(tǒng)張力柱結(jié)構(gòu)在交變載荷下，螺母易松動，造成張力柱受力不均勻等現(xiàn)象。用下壓套做動梁和擠壓筒的下平面導(dǎo)軌的預(yù)應(yīng)力框架提高了框架的疲勞極限。

1.2?SMS的多層疊板結(jié)構(gòu)

西北鋁3600噸單柱采用三層厚板（45MN四層板）作為“拉桿”，壓套為結(jié)構(gòu)件并為活動橫梁及擠壓筒的導(dǎo)軌提供支撐，最新出廠的擠壓機已經(jīng)采用了輥柱直線導(dǎo)軌作為活動橫梁及擠壓筒的導(dǎo)軌，太原重工也采用了疊板式拉桿。

為提高模具支撐剛度，減少加載時模具變形（尤其針對復(fù)雜斷面模具），重慶12000噸單動擠壓機前橫梁采用了整體鍛件。擠壓機活動橫梁及擠壓筒的下導(dǎo)向采用平面導(dǎo)向或者直線導(dǎo)軌，上導(dǎo)向采用X平面導(dǎo)向，已經(jīng)是主機設(shè)計、使用的共識。差別在于，國內(nèi)廠家和SMS將下導(dǎo)軌直接安裝在下面兩個預(yù)應(yīng)力壓柱上;而UBE設(shè)置了獨立于預(yù)應(yīng)力壓柱的機座，為活動橫梁及擠壓筒提供下水平平面導(dǎo)向。上部X導(dǎo)向?qū)τ诒ＷC活動橫梁及擠壓筒與模具擠壓中心的左右水平方向的同心起著重要作用。而有些廠家提供的設(shè)備精度不夠，上導(dǎo)向間隙不能留小，使活動橫梁及擠壓筒位置重復(fù)精度差，甚至限制了鋁擠壓固定墊片的使用。

2.液壓系統(tǒng)

擠壓機降低主缸液壓系統(tǒng)公稱壓力（如UBE擠壓機系統(tǒng)壓力一般為21MPa），使主缸直徑相對變大，便于穿孔缸及針支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計與安排，尤其適合于設(shè)置穿孔針內(nèi)溫水氣冷卻的擠壓機，液壓系統(tǒng)壓力降低還使液壓漏油減少。比例液壓技術(shù)的應(yīng)用，提高了擠壓機機械化水平。非擠壓的輔助時間是影響擠壓機生產(chǎn)節(jié)奏的關(guān)鍵因素，擠壓機機械化設(shè)備的液壓控制，影響非擠壓的輔助時間。為使擠壓機更加高效率，大量采用液壓比例控制的專用機械手，如SMS的36MN雙動反向擠壓機采用了擠壓墊片和模具墊片共用機械手，專用機械手軸向（沿著擠壓中心）移動采用伺服減速電機齒輪齒條驅(qū)動，使機械手在封閉直線導(dǎo)軌上高速度前后移動。機械手的大回轉(zhuǎn)和小回轉(zhuǎn)全部采用了比例油缸加位移傳感器閉環(huán)控制，極限位置機械定位。抓墊的機械手手指也采用了比例油缸加位移傳感器閉環(huán)控制，最大程度減少非擠壓的輔助時間。借助機械手支撐力的可控，墊片與壓余在機上進行分離。

一般工業(yè)材的擠壓速度范圍很大，一般為0.05mm/s至19mm/s，需要速度閉環(huán)控制擠壓甚至等溫擠壓。由于采用了模具液氮冷卻、擠壓筒的強風(fēng)冷卻，6061型材的擠壓速度已經(jīng)達到16mm/s（活動橫梁）。水壓控制擠壓機時，采用高精度比例節(jié)流閥。

擠壓機油液壓控制速度控制方式多樣。大型和超大型擠壓機主要采用了以比例變流量泵為主的控制方式，由于速度范圍大，采用大泵加小泵結(jié)合的控制方式，低速時，小泵偏角在合理和靈敏的流量范圍內(nèi)。采用力士樂泵，以伺服閥作為變量泵的先導(dǎo)控制（A4VSO355HS--），泵頭電磁溢流閥采用先導(dǎo)式溢流閥。變量泵+電磁溢流閥，是所有擠壓機的基本配置方式，當(dāng)擠壓機負載超過公稱噸位85%以上時，先導(dǎo)溢流閥開始溢流，這樣主泵輸出的流量一部分去工作缸使制品成形，一部分溢流使液壓系統(tǒng)發(fā)熱，其結(jié)果是泵頭電磁溢流閥壽命一般為6～12個月。隨著擠壓力的增大，溢流流量也加大，為滿足設(shè)定擠壓速度要求，變量泵的輸出也增大，造成液壓系統(tǒng)發(fā)熱。合理的配置，應(yīng)該變量泵加比例溢流閥，在公稱噸位內(nèi)擠壓時，溢流閥溢流流量最小化。變量泵控制速度外有節(jié)流閥速度控制。也有主泵電機采用變頻控制，通過主泵轉(zhuǎn)速的變化調(diào)整主泵輸出流量，實現(xiàn)擠壓速度的控制。

擠壓結(jié)束，工作缸仍然積蓄著液壓能。傳統(tǒng)的卸壓方法為多級插裝閥卸壓，通過插裝閥先導(dǎo)節(jié)流閥的調(diào)整與阻尼的設(shè)置，使卸壓分級并柔和;隨著比例技術(shù)的發(fā)展，工作缸也采用了比例卸荷技術(shù)，卸壓曲線設(shè)置為半正弦曲線，沖擊振動最小;SMS新型擠壓機采用了工作缸蓄能器卸壓，工作缸的壓力先卸菏到蓄能器，柔和平穩(wěn)，壓力卸到12MPa（可以設(shè)定）時，關(guān)閉蓄能器，再用閥把剩余壓力卸到回油管路中，下個擠壓周期開始時，已經(jīng)儲存在蓄能器中的壓力油用于側(cè)缸前進，加快了活動橫梁的啟動速度和前進速度，節(jié)省了液壓能;采用正弦變量泵控制擠壓速度，擠壓結(jié)束，變量泵吸收工作缸壓力油而卸壓，卸壓曲線為半正弦曲線，正弦柔性卸壓快速節(jié)能、減少系統(tǒng)發(fā)熱，必將是擠壓機的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]俞新陸.液壓機：現(xiàn)代設(shè)計理論[M].機械工業(yè)出版社，1987.

[2]路甬祥等.?電液比例控制技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，1988.

[3]鋁型材技術(shù)（國際）論壇文集.?Lw2004

作者簡介：陳國斌（1985-），?男，?漢族，助理工程師。