擠壓設備的發展

陳國斌 田德

摘?要：本文概括了擠壓工藝的進步及與其相關設備的發展，其發展為銅、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、環保、節能的機電液（水）裝備，也為材料加工業提供了創新思路。

關鍵詞：擠壓機;操作控制系統

國內有色金屬尤其鋁合金擠壓在二十年前就得到了長足發展，九十年代末期塑鋼門窗材料的出現抑制了鋁合金擠壓的發展。隨著高鐵、地鐵和城市軌道交通等綠色交通的發展，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、高精度方向發展。國內因此成長了一批企業和成熟了大批人才，設計研制了大量的擠壓、出料設備、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濟各個領域的需求與發展愿景。

1.擠壓機主機

近年新建擠壓機幾乎全部采用拉壓預應力結構。典型結構有圓柱拉桿式預應力結構和SMS的多層疊板結構這兩種。

1.1圓柱拉桿式預應力結構

圓柱拉桿式預應力結構由前梁，后梁，拉桿，壓柱，螺母等組成。這種機架的結構特點是用圓柱拉桿和空心壓柱代替了傳統的用螺母緊固的圓柱形張力柱，將前后梁用預應力組成一個剛性機架。拉桿處于拉應力狀態，外層空心壓柱處于壓應力狀態，壓柱具有較大的抗彎截面。在擠壓過程中拉桿的周期性應力只有傳統張力柱結構的一半左右。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導軌，其連線通過壓機中心，再加上采用了復合調節裝置，對熱脹冷縮有一定的補償作用，可少留至不留熱間隙。框架內保持有較高的預應力，避免了傳統張力柱結構在交變載荷下，螺母易松動，造成張力柱受力不均勻等現象。用下壓套做動梁和擠壓筒的下平面導軌的預應力框架提高了框架的疲勞極限。

1.2?SMS的多層疊板結構

西北鋁3600噸單柱采用三層厚板（45MN四層板）作為“拉桿”，壓套為結構件并為活動橫梁及擠壓筒的導軌提供支撐，最新出廠的擠壓機已經采用了輥柱直線導軌作為活動橫梁及擠壓筒的導軌，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向采用平面導向或者直線導軌，上導向采用X平面導向，已經是主機設計、使用的共識。差別在于，國內廠家和SMS將下導軌直接安裝在下面兩個預應力壓柱上;而UBE設置了獨立于預應力壓柱的機座，為活動橫梁及擠壓筒提供下水平平面導向。上部X導向對于保證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備精度不夠，上導向間隙不能留小，使活動橫梁及擠壓筒位置重復精度差，甚至限制了鋁擠壓固定墊片的使用。

2.液壓系統

擠壓機降低主缸液壓系統公稱壓力（如UBE擠壓機系統壓力一般為21MPa），使主缸直徑相對變大，便于穿孔缸及針支撐結構設計與安排，尤其適合于設置穿孔針內溫水氣冷卻的擠壓機，液壓系統壓力降低還使液壓漏油減少。比例液壓技術的應用，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節奏的關鍵因素，擠壓機機械化設備的液壓控制，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動，使機械手在封閉直線導軌上高速度前后移動。機械手的大回轉和小回轉全部采用了比例油缸加位移傳感器閉環控制，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、擠壓筒的強風冷卻，6061型材的擠壓速度已經達到16mm/s（活動橫梁）。水壓控制擠壓機時，采用高精度比例節流閥。

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。采用力士樂泵，以伺服閥作為變量泵的先導控制（A4VSO355HS--），泵頭電磁溢流閥采用先導式溢流閥。變量泵+電磁溢流閥，是所有擠壓機的基本配置方式，當擠壓機負載超過公稱噸位85%以上時，先導溢流閥開始溢流，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發熱，其結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，為滿足設定擠壓速度要求，變量泵的輸出也增大，造成液壓系統發熱。合理的配置，應該變量泵加比例溢流閥，在公稱噸位內擠壓時，溢流閥溢流流量最小化。變量泵控制速度外有節流閥速度控制。也有主泵電機采用變頻控制，通過主泵轉速的變化調整主泵輸出流量，實現擠壓速度的控制。

擠壓結束，工作缸仍然積蓄著液壓能。傳統的卸壓方法為多級插裝閥卸壓，通過插裝閥先導節流閥的調整與阻尼的設置，使卸壓分級并柔和;隨著比例技術的發展，工作缸也采用了比例卸荷技術，卸壓曲線設置為半正弦曲線，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，壓力卸到12MPa（可以設定）時，關閉蓄能器，再用閥把剩余壓力卸到回油管路中，下個擠壓周期開始時，已經儲存在蓄能器中的壓力油用于側缸前進，加快了活動橫梁的啟動速度和前進速度，節省了液壓能;采用正弦變量泵控制擠壓速度，擠壓結束，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能、減少系統發熱，必將是擠壓機的發展方向。

參考文獻：

[1]俞新陸.液壓機：現代設計理論[M].機械工業出版社，1987.

[2]路甬祥等.?電液比例控制技術[M].機械工業出版社，1988.

[3]鋁型材技術（國際）論壇文集.?Lw2004

作者簡介：陳國斌（1985-），?男，?漢族，助理工程師。