鞠全春

（叢林鋁材有限公司設(shè)備部，山東 龍口 265705）

1 擠壓工藝

鋁擠壓（或鋁擠出成型）的定義是對放在模具型腔（或擠壓筒）內(nèi)的鋁坯料施加強大的壓力，迫使鋁坯料產(chǎn)生定向塑性變形，從擠壓模具的?？字袛D出，從而獲得所需斷面形狀、尺寸并具有一定力學(xué)性能的零件或半成品的塑性加工方法。其工作原理類似于“擠牙膏”。這種金屬成型方式具有以下顯著的優(yōu)勢。

1.1 持久耐用

鋁的抗腐性、耐腐蝕性和耐候性是其最顯著的優(yōu)點之一。鋁不需要額外處理就能自然生銹和耐腐蝕。這是由于在其表面存在一層薄的、自然形成的氧化鋁保護膜。通過陽極氧化，其抗腐蝕變得更強。例如，在室外環(huán)境中，可以進行25微米的陽極氧化，既增強了耐腐蝕性、有提高了表面光潔度。另外，鋁不需要維護，在大多數(shù)情況下可以不用擔(dān)心會腐蝕。

1.2 輕巧結(jié)實

鋁的重量比鋼輕33%以上，同時保留了大部分強度。大多數(shù)鋁合金的抗拉強度范圍約為70-700兆帕，而密度比鋼小三分之二。產(chǎn)品設(shè)計工程師不用擔(dān)心鋁擠壓零件的強度，在建筑行業(yè)和汽車行業(yè)一樣等均可以作為結(jié)構(gòu)件使用，是其他金屬材料的最佳替代品。為了輕量化和減少能耗，汽車行業(yè)正在大幅使用鋁合金。

1.3 導(dǎo)熱性能好

鋁的導(dǎo)熱性能與銅極為相似，但重量卻要輕得多。鋁是一種極好的導(dǎo)熱體，鋁擠壓的輪廓設(shè)計可以最大化導(dǎo)熱表面積和形成熱通道。典型例子是電腦CPU散熱器，鋁用來CPU中帶走熱量。

1.4 外觀時髦

擠壓鋁可以噴漆、電鍍、拋光以及陽極氧化，這給工程師提供了比其他材料更廣泛的外觀選擇。

1.5 應(yīng)用范圍廣

基本上任何斷面形狀均可以通過鋁擠壓成型，因此鋁擠壓的應(yīng)用范圍非常廣，工程師可以設(shè)計不同的斷面，以滿足不同應(yīng)用環(huán)境的要求。

1.6 便于二次加工

鋁擠壓件可以很容易地成型、切割、鉆孔、加工、沖壓、彎曲和焊接，以適應(yīng)特定的目的。

1.7 模具加工周期短、費用低

鋁擠壓的模具簡單，加工周期短、費用低。這是AEC關(guān)于鋁擠壓和其他金屬成型工藝的對比，僅供參考。

1.8 吸收沖擊和變形

在建筑中，鋁擠壓件可以抵抗天氣和建筑運動造成的變形。在交通運輸工具中，可以吸收沖擊能量。鋁擠壓件在負載下保持強度和靈活性，并從沖擊中回彈。

1.9 環(huán)保

鋁是一種環(huán)保的材料、易于回收。

總之，鋁是未來的金屬，具有其不可替代的優(yōu)勢。它不僅環(huán)保、重量輕、自然耐腐蝕、強度高，同時導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好。

2 擠壓機的構(gòu)造

2.1 擠壓機結(jié)構(gòu)主要由三大部分組成：機械部分、液壓部分和電氣部分

機械部分由底座、預(yù)應(yīng)力框架式張力柱、前橫梁、活動橫梁、X型導(dǎo)向的擠壓筒座、擠壓軸、供錠機構(gòu)、殘料分離剪、滑動模座等組成。液壓系統(tǒng)主要由主缸、側(cè)缸、鎖緊缸、穿孔缸、大容量軸向柱塞變量泵、電液比伺服閥（或電液比例調(diào)節(jié)閥）、位置傳感器、油管、油箱及各種液壓開關(guān)組成。電氣部分主要供電柜、操作臺、PLC可編程序控制器、上位工業(yè)控制機和顯示屏幕等組成。

2.2 擠壓機按照結(jié)構(gòu)方式分為單動及雙動擠壓機

單動鋁型材擠壓機擠壓時是主缸前進，通過擠壓餅把鋁棒壓向模具，從而成型。用單動機擠出的圓管是有縫的，用儀器才能驗得出來。雙動擠壓機，液壓油通過充液閥填充主液壓缸,推動主柱塞前行(主柱塞前端連接移動梁,移動梁上安裝擠壓軸),實現(xiàn)擠壓動作.而主柱塞同時又是穿孔液壓缸。穿孔時,穿孔柱塞前行(前端安裝穿孔針),實現(xiàn)穿孔動作。由于主柱塞和穿孔柱塞可以獨立運行,是兩個動作,因此稱為雙動擠壓機。

2.3 如按照擠壓形式，又分為正向擠壓機，反向擠壓機和正反向擠壓機

正向擠壓相對簡單，相當(dāng)于直接把擠壓力傳遞給棒坯，金屬流出的方向與擠壓桿前進的方向是一致的，這是這種擠壓方法的基本特征。與正向擠壓相比，得益于反向擠壓特殊的材料流動特性(棒料和擠壓筒內(nèi)壁沒有摩擦)，材料流動更為均勻，因此擠壓速度更快，因為棒料往往更長，所以壓余更薄，這些都意味著更高的生產(chǎn)效率。同時，反向擠壓制品沿縱向的溫升很小，平均溫度也低，在產(chǎn)品質(zhì)量上可保證良好的尺寸精度。反向擠壓及采用短行程結(jié)構(gòu)設(shè)計，可配備或不配備穿孔裝置。因此，反向擠壓目前為管材及棒材生產(chǎn)最高效的擠壓形式。

3 擠壓機的選型

（1）按照擠壓合金的特性進行選擇。比如擠壓6063-T5工業(yè)鋁型材，可選擇正向單動臥式擠壓機;擠壓軟合金管材，可選擇正向雙動臥式擠壓機。

（2）在生產(chǎn)高精尖工業(yè)型材的選擇上，應(yīng)該擇高性能、低耗、高效率的自動化擠壓機。比如業(yè)界主流的短行程，高速前上料擠壓機，則具有眾多優(yōu)勢。如疊片式張力柱/外壓套設(shè)計和有限元優(yōu)化的機身確保了更久的試用期限。同時，主要部件如前梁，擠壓筒，主缸都具有更高的機架剛性。前上料可保證向前移動擠壓筒即可完成裝料，棒料與擠壓筒之間無摩擦，對稱的鐓粗提高了擠壓筒的排氣效果。

（3）按照具體的擠壓能力進行選型。擠壓能力的大小要通過計算，按照自身的生產(chǎn)條件、技術(shù)水平、設(shè)備條件以及銷售條件作為依據(jù)，計算出年生產(chǎn)時間、每小時的工作量等參數(shù)，來計算出擠壓機的年生產(chǎn)能力，因為產(chǎn)量的大小和斷面大小決定選擇哪種擠壓機，不同的合金成分所需的擠壓能力也是不相同的，普通鋁型材所需的擠壓力為250MPa～400MPa，空心鋁型材所需的擠壓力為450MPa～1000MPa，純鋁擠壓時所需的擠壓力較小，為150MPa～250MPa。擠壓方法也有很大的差別，正向擠壓比反向擠壓所需的擠壓力要大1/3。

（4）按照用戶實際的資金狀況及產(chǎn)品定位進行選擇。如果企業(yè)生產(chǎn)的鋁型材產(chǎn)品為中低檔，就可以選擇國產(chǎn)的擠壓機;如果是定位為高檔產(chǎn)品，就要選擇進口的擠壓機了。不管選用哪種檔次的擠壓機，都要根據(jù)自身的實際條件來定，如果只生產(chǎn)的中低檔鋁型材產(chǎn)品，就沒有必要選擇國外進口的擠壓機，一方面投資金額較大，另一方面對于后期的維護也是一件十分困難的事，畢竟各方面的費用都會提高，還會影響生產(chǎn)進度，要量力而行，全方位考慮。

（5）按照廠家前期規(guī)劃設(shè)計，盡可能的使用標準設(shè)備，節(jié)省設(shè)備占地，人員的節(jié)約，縮短生產(chǎn)技術(shù)的準備周期。比如可以選擇新式緊湊型的擠壓機，這種新理念將擠壓機鍛造好的前梁安裝在擠壓機的一端，另一端是鍛造的主柱缸，配有平衡油箱，實現(xiàn)了新型的液壓概念。在這種理念下，主油箱的位置變得更加靈活，從而沒有必要安裝在后梁上方。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化了鑄造框架的幾何形狀，從而形成了非常緊湊的擠壓機結(jié)構(gòu)。

（6）擠壓機廠家是否可以提供高校，強大的技術(shù)支持，員工培訓(xùn)，技術(shù)支持，讓客戶在后期的生產(chǎn)中順暢無憂。強大的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)也是選擇時的重中之重，只有完善的售后服務(wù)，才是生產(chǎn)制造的強大后盾。

4 未來技術(shù)趨勢

通過對世界主流制造商發(fā)展現(xiàn)狀的深入分析以及本人多年積累的實踐經(jīng)驗，同時結(jié)合鋁加工行業(yè)未來的市場趨向，預(yù)期未來幾年在擠壓裝備方面的主流新技術(shù)將圍繞最新的”Eco-Plant”設(shè)備理念進行不斷優(yōu)化。這種理念已于近期開始在歐洲逐步興起，該理念的核心概念，是在基于可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，致力于打造”環(huán)保，高效的經(jīng)濟型生產(chǎn)線”.同時，該理念將被逐步融入到裝備的設(shè)計和制造中去。因此，為貫徹落實這個理念，未來的新型擠壓技術(shù)趨勢將致力于從以下進一步提高設(shè)備擠壓力和提升能源與操作效率等方面進行深入優(yōu)化。

4.1 進一步提高設(shè)備擠壓力

當(dāng)設(shè)備擁有更大的擠壓力，則意味著進一步突破了當(dāng)前鋁擠壓制品工藝的局限性，為新型鋁制品的誕生乃至新材料的制造進一步打開了更廣闊的天地。除此之外，更大的擠壓力使得擠壓周期效率提高，現(xiàn)有產(chǎn)能進一步提升，也意味著經(jīng)濟性的提高。為實現(xiàn)這一目的，需要不斷提升擠壓機機架的剛度和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以承受住更為強大的擠壓預(yù)應(yīng)力。目前海外最新的技術(shù)為西馬克公司的160MN擠壓機，該設(shè)備采用CF框架，該框架不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且優(yōu)化了鑄造框架的幾何形狀，因此極大地提高了設(shè)備的機架結(jié)構(gòu)和部件剛度。此外，設(shè)備采用疊片式張力柱(帶外壓套)，這種層疊式的設(shè)計比傳統(tǒng)的螺絲固定式張力柱具有更低的切口系數(shù)。與此同時，通過單獨的液壓缸進行精確的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了更強的剛度和預(yù)應(yīng)力處理能力。這種設(shè)計具有諸多優(yōu)勢比如無磨損，壽命長，無需調(diào)整，低摩擦，極高的抗沖擊力(過載)，等等。

4.2 能源與操作效率

（1）能源效率。為進一步提高經(jīng)濟性，則未來針對擠壓設(shè)備各個環(huán)節(jié)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化將成為關(guān)鍵。下面僅以擠壓機泵站的節(jié)能舉例說明。如意大利達涅利公司依靠其自主研發(fā)的ESED4.0智能泵站節(jié)能系統(tǒng)，目前已成為業(yè)內(nèi)最先進的節(jié)能管理方案。該系統(tǒng)通過定量泵配變頻驅(qū)動技術(shù)，使得在擠壓過程期間，只啟動所需數(shù)量的泵，進而實現(xiàn)精確控制和工作泵數(shù)量配比，這樣只會開啟在當(dāng)前擠壓速度所需的液壓泵數(shù)量，進而減少了額外且不必要報的泵組損耗。同時，該系統(tǒng)還可極大地提高效率，比如通過變頻驅(qū)動定量泵，使得泵排量可提高30%?？傊?，該系統(tǒng)的經(jīng)濟性可體現(xiàn)在以下兩個方面：①投資：液壓成本降低10%，管路減少20%，主泵低噪音。②運營：整體維護成本降低，非擠壓循環(huán)周期變短。

（2）提高操作效率，更加智能化的設(shè)備操作。從打造經(jīng)濟性設(shè)備這個主題而言，則未來不得不考慮進一步提高擠壓機的操作效率。