在鋁及鋁合金半成品生產中，擠壓是主要成形工藝之一，擠壓產品（型材、管材及少量的線材、棒材）約占全部半成品的30%。1998年，全球的鋁半成品產量約19100kt,其中擠壓產品為5820kt,品種已近40000種。全世界鋁材擠壓機在5500臺以上，中國大陸的在2500臺以上，臺灣省約190臺。不過，工業發達國家98%擠壓機的擠壓力超過15MN,但中國90%擠壓機的擠壓力在15MN以下。擠壓機的開工率不足是一個全球性的問題，平均能力利用率約65%,其中日本的最高為91.6%,北美和西歐的約70%,中國的35%左右。


　　在這種情況下，如何提高擠壓機的生產率已成為當務之急。提高生產率的措施很多，如提高裝機水平、提高工人素質、提高管理水平等這樣普遍性的措施。本文著重談一些如何提高產量與質量的更為具體的措施。


　　1　先進裝備與高素質工人是提高產量的前提

　　對提高擠壓產品的產量來說，先進的裝備、高素質的工人、現代化的科學管理起著至關重要的作用。在我國現有的2500多臺擠壓機中，夠得上國際水平的只不過25臺左右，即約1%，如南平鋁廠的14.5MN(1600UStf.)擠壓機與25MN(2750UStf.)擠壓機、天津有色金屬集團公司從意大利引進的55MN（5500UStf.)擠壓機、裕華鋁業有限公司從美國西馬克.薩頓公司（SMS Sutton）引進的 21 MN2(2200/2500Ustf.)的擠壓機、西安飛機公司從日本宇部興產公司（UBE）引進的21MN(2350Ustf.)與16.3MN(1800Ustf.)擠壓機等。


　　我國鋁擠壓工業正處于結構調整階段，應避免低水平的重復引進與建設，對現有的有改造價值的擠壓機最好改造成現代化的高水平擠壓機。新引進的正擠壓機應裝有：計算機輔助正擠壓系統（CADEX—Computer Aided DirectExtrusion），以使在等溫擠壓期間都處于最大擠壓力作用下，盡量縮短實際擠壓時間；需裝有超精細的液壓油過濾器，并有連續監測液壓油質量與溫度的儀器；裝有各項工藝參數顯示與監控電子系統PICOS(Process Information &ControlSystem);還應有MIDIS系統（管理信息與診斷顯示系統—Management Information and Diagnostic Indication System），以顯示各項工藝參數與生產情況的種種信息，以及對設備的故障及時發出警告與顯示信號，指導維護與檢修，最大限度地縮短停車時間；等等。


　　2　溫度控制與提高產量的關系

　　通常，如果沒有非預定的停機時間，那么最大產量主要決定于擠壓速度，而后者受制于四個因素，其中三個固定不變而另一個則是可變的。第一個因素是擠壓機的擠壓力，擠壓力大的可在錠坯溫度較低時順利地擠壓；第二個因素是模具設計，擠壓時金屬與模壁的摩擦通常可使通過的鋁合金的溫度上升35～62℃；第三個因素是被擠壓合金的特性，是限制擠壓速度的不可控制的因素，型材的出口溫度一般不可超過540℃，否則，材料表面質量會下降，模痕明顯加重，甚至出現粘鋁、凹印、微裂縫、撕裂等。最后一個因素是溫度及其受控程度。


　　如果擠壓機的擠壓力不夠大，很難順利擠壓或甚至出現塞模現象而擠不動時，就可提高錠坯溫度，但擠壓速度應低些，以防材料的出口溫度過高。每一個合金都有其特定的最優的擠壓(錠坯)溫度。生產實踐證明，錠坯溫度最好保持在430℃左右（擠壓速度≥16mm/s時）。6063合金型材的出模溫度不得超過500℃，6005合金的最高出口溫度為512℃，6061合金的最好不大于525℃。出模溫度的不大變化也會影響產品的產量與質量。


　　擠壓筒溫度也是很重要的，特別應注意預熱階段的溫度升高，應避免各層之間產生過大的熱應力，最好是使擠壓筒與襯套同時升高到工作溫度。預熱升溫速度不得大于38℃/h。最好的預熱規范是：升高到235℃，保溫8h,繼續升溫到430℃，保溫4h后，才投入工作。這樣不但能保證內外溫度均勻一致，而且有足夠的時間消除一切內部熱應力。當然在爐內加熱擠壓筒是最佳的預熱方式。


　　在擠壓過程中，擠壓筒溫度應比錠坯溫度低15～40℃。如果擠壓速度過快，以致擠壓筒溫度上升到高于錠坯溫度，就要設法使擠壓筒溫度下降，這不但是一件麻煩的工作，而且產量會下降。在生產速度上升過程中，有時受電偶控制的加熱元件會被切斷，可是擠壓筒溫度仍在上升。如果擠壓筒溫度高于470℃，擠壓廢品就會上升。應根據不同的合金確定理想的擠壓筒溫度。


　　千萬不要認為預熱擠壓筒是在浪費時間、消耗能源。有一個工廠有一次為了趕生產任務，一方面用內部電阻元件加熱，另一方面又以液化氣燒嘴加熱。在這種情況，溫度無法測量與控制，會產生巨大的熱應力，內襯溫度高，膨脹比外套的快，以致擠壓筒裂開，并聽到“炸裂”的聲音。這是作者親身經歷的。


　　擠壓軸在工作過程中會積蓄內應力，這種應力大到一定程度會產生疲勞裂紋，一旦受到非軸向的徑向力作用就會斷裂。因此，擠壓軸的累計工作時間達到4500h后，最好進行一次消除應力處理，在430～480℃保溫12h,然后隨爐冷卻到50℃以下。遺憾的是，我國很少有工廠照此處理。


　　生產高檔優質表面建筑型材時，對擠壓墊溫度也應嚴格控制，以減少表面色調不一致廢品量。固定擠壓墊的質量比活動的好得多，能積聚更多的熱量，因而能降低錠坯端頭溫度，能減少雜質進入型材內，有助于提高產量。美國卡斯圖爾公司（Castool）采用壓縮空氣冷卻擠壓墊與擠壓軸，使其溫度降到50℃左右[1]。


　　模具溫度對于獲得高的產量起著重要的作用，一般不得低于430℃；另方面，也不得過高，否則，不但硬度可能下降，同時會產生氧化，主要在工作帶。在模具加熱過程中，應避免模具之間緊靠著，阻礙空氣流通。最好采用帶格的箱式加熱爐，每個模放于一個單獨的箱內。


　　錠坯在擠壓過程中的溫度升高可達40℃左右或更高些，升高量主要決定于模具設計。為了獲得最大產量，對各項溫度決不可忽視，應記錄各個溫度并嚴加控制，以找出機臺的最大產量與各項溫度的關系。


　　最后，擠壓生產廠的員工都應牢記：溫度的精密控制，對提高產量是至關重要的。


　　3　Optalex控制系統

　　丹麥阿列羅得市（Alleroed）阿盧馬克公司（Alumac）開發的Optalex控制系統可裝于常規的等溫擠壓機上，可與大多數PLC系統接口，始終控制材料的出口溫度恒定，可使一根錠坯的擠壓周期縮短5%～35%,使擠壓工作達到最優化,既能提高產量，又能改善產品質量，各項性能始終均勻一致。


　　Optalex系統由3種元件組成：紅外線照相機，操縱盤與過程控制系統。溫度測量系統是非接觸式的，建立在對靶的多波長紅外線掃描原理上。照相機內裝有激光裝置，發射的激光始終對準靶面的中心。照相機安于盡量靠近模出口處，因而能精確地測定型材的溫度。操縱盤是用標準的工業硬件專門設計的，而軟件系統則是根據用戶提供的數據(模具型式與數量、合金類型、最大擠壓速度與溫度)設計的。生產數據全部儲存于磁盤內，可隨時提取。


　　過程控制系統(process controlsystem)有3個獨立過程控制，各司其職；信息傳遞（conmmunication），控制與溫度測量。該系統根據照相機拍得的數據與部分傳來的信息進行閉環控制演算，對有關參數進行自動控制，使型材的出模溫度保持恒定。


　　4　瑞典型材集團公司31.5MN擠壓機提高產量的措施

　　瑞典型材集團公司（Profil Gruppen）于1998年投產了1臺意大利聯合金屬工程公司（CometalEngineering）設計制造的31.5MN擠壓機，用于擠壓汽車工業型材與建筑型材[3]。該生產線有兩大特點：采取了一系列的措施來減少廢品，以提高產量；對環境污染降到了當今世界最低水平，可謂是一條“綠色”的樣板擠壓生產線。


　　擠壓錠直徑為250mm,可生產擠壓比為45～50的型材，型材的線密度為2.46～2.216kg/m。非工作（輔助）時間為15s,采用梯度加熱，以實現等溫擠壓，并嚴格控制型材出口溫度，以達到最合理的最大擠壓速度。


　　由于產品產量與質量主要取決于工人素質，所以在未投產前就對操作工人與維修工人進行了嚴格的訓練。對降低廢品量的具體措施如下：


　　—加長錠坯，由過去的900m增長到1100mm,而壓余厚度仍為25mm。

　　—利用熱剪，可使金屬實收率提高4%。

　　—在型材的焊合處鋸斷。因而，在43m長的材料上產生的廢料長度僅1m,而常規料的長度為44m,產生的廢料卻長達2.5m。這樣改的結果是成品率提高3.3%,同時，由于精心控制擠壓速度，型材的表面質量也有所提高。另外，特別注意型材在后部設備上的運動狀況，盡量避免擦傷與劃傷，使成品率提高0.5個百分點。

　　—盡量減少零部件的磨損，采用自動潤滑，以縮短維護檢修時間，延長生產有效時間，盡量采用精密結構。


　　該廠在設計與建設過程中對環境保護給予了特別注意，瑞典屬斯堪的納維亞國家，是全球對環保要求最嚴格的地區之一。工廠的最大噪聲為70dbA,因此，圓鋸與牽引機都安于隔聲室內。加熱爐排放的煙氣中的NOx最大含量為55mg/MJ,CO的最大含量為100×10-6。并設有熱交換系統，利用廢熱加熱生活用水，使排入大氣的煙氣溫度低于150℃。廠內所有設備的零部件都用水清洗，鋸屑采用特殊裝置接收，不會掉落到地面上。全部設備都經過安全分析。瑞典型材集團公司可以說是世界上典型的“綠色”鋁型材擠壓廠，代表了鋁型材廠的發展方向。

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