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2011，Vol．39，ɴ3
收稿日期：2010－12－10
基金项目：广东省重大科技专项（2008A090300004）
第一作者简介：项胜前（1964－），男，安徽宿松人，工程师。
先进技术与装备一体化的等温快速挤压示范生产线
项胜前1，郭加林1，周春荣1，蔡月华1，宋禹田
2
（1．广东豪美铝业有限公司，广东清远511540；2．中国有色金属加工工业协会，北京100814）
摘要：通过借鉴国外的先进挤压技术与装备，我公司建成一条达到国内领先水平的等温快速挤压示范生产线。该生产线可生产尺寸精度高、
形状复杂、外形美观的铝型材，具有高效率、低能耗、高成品率等优点。主要介绍了广东豪美铝业有限公司自主研发并集成应用的关键技术和设备，
包括铸棒梯度冷却技术、温度-挤压速度闭环控制技术、液氮冷却挤压模具/氮气保护铝型材技术、高效节能快速长棒加热及热剪切机组、精密可控水-雾-气在线淬火装置及全自动带飞锯双牵引机系统。
关键词：长棒加热；热剪切；梯度冷却；等温挤压；在线淬火；双牵引中图分类号：TG146．21；TG379
文献标识码：A
文章编号：1007－7235（2011）03－0029－05
Isothermal quick extrusion production demonstration
line with advanced tecnology禅悟人生
XIANG Sheng-qian 1，GUO Jia-lin 1，ZHOU Chun-rong 1，CAI Yue-hua 1，SONG Yu-tian 2
（1．Guangdong Haomei Aluminum Co．，Ltd．，Qingyuan 511540，China ；
2China National Nanferrous Metals Fabrication Industry Association ，Beijing 100814，China ）
Abstract ：An advanced isothermal quick extrusion demonstration line has been built up in
Guangdong Haomei aluminum Co．Ltd．The overa advanced technologies and units have
been adopted on this line．It can produce profile with high dimension accuracy ，complex shape and pretty appearance．The advantages of this line are high production efficiency ，low energy consumption and high finishe product rate．The key technologies and equipments de-veloped by Haomei company are equipped on the line ，such as gradient cooling technology for cast aluminum billet ，monitor-loops for extrusion temperature and extrusion speed ，liquid
nitrogen cooling for extrusion die ，nitrogen protection for extruded profile ，long billet high speed heating device with high efficiency and energy saving ，hot cutting shear ，on line quenching unit with water-fog-gas accuracy controlling and full automatic flying saw with
double pulling system．
少林基本功Key words ：long billet heating ；hot shear ；gradient cooling ；isothermal extrusion ；on
日本少女动漫line quenching ；double pulling
近30年以来，铝及铝合金的挤压型材和管材的生产能力持续增长，挤压材在铝合金加工材中所占
气候分析比例增长很快。中国是铝挤压大国，
2004年铝挤压材达250万t 以上，占全年铝材总量的58%以上，成
DOI:10.13979/j.1007-7235.2011.03.009
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为全国铝加工材的第一大产品［1］
。我国铝挤压工业以生产建筑铝型材为主，工业铝型材生产还处于起
步阶段，航空用硬铝合金型材产量很少。由于挤压技术与装备的限制，挤压型材产品的精度和表面质量不高，尤其是复杂大断面型材，部分高精度管材和工业材还需进口，很少生产工业用可热处理强化的中等强度的6xxx 系、
7003、7005、7201等铝合金型材。在技术装备上，
国外已普遍采用等温挤压、利用计算机优化挤压工艺参数和进行模具设计和制造，
采用在线测温、在线断面尺寸测量等先进技术和装备；我国虽然引进、消化吸收了工业发达国家的技术，铝型材工艺装备总体水平和实力都有很大提高，有的已达到国际先进水平，但铝型材挤压生产的关键技术和装备仍落后于世界先进水平。与此同时，铝型材正朝着尺寸高精度化、形状复杂化、外形美观
化的方向发展。因此，提升铝合金型材挤压技术，对我国现代国防和交通运输发展，提高工业装备水平具有重要意义。
1先进的铝型材挤压示范生产线
近年来，广东豪美铝业有限公司一直致力于先
进挤压技术与装备的自主研发，通过消化吸收国外的先进技术和装备，
建成一条达到国内领先水平的等温快速挤压示范生产线，如图1所示。该生产线所采用的先进技术和装备包括铸棒梯度冷却技术、温度-挤压速度闭环控制技术、液氮冷却挤压模具/氮气保护铝型材技术、高效节能环保型快速长棒加热及热剪切机组、精密可控水-雾-气在线淬火装置及全自动带飞锯双牵引机系统
。
图1先进的铝型材挤压生产线示意图
2
关键技术和装备介绍
2．1
高效节能环保型快速长棒加热及热剪切机组
高效节能环保型快速长棒加热及热剪切机组如
图2所示，
整个机组由PLC 系统自动控制，通过触摸屏操控台进行人工操作。快速长棒加热炉设置有预
热区和加热区，炉内加热区的热能通过高压热风循环机将热风直接送到预热区对铸棒进行预热，经过预热的铸棒再进入加热区接受喷射式多孔烧嘴的直接喷射加热，加热区内设置温度传感器对温度进行实时监控，且加热区能自动调节炉内温度和压力，使铸棒加热温度控制精度达到ʃ5ħ。热剪切机可以按照生产的要求任意剪切铸棒的长度，加速蓄能器能够确保加速阶段活塞的启动，为剪切提供速度保
证；加压阶段，
高压泵可以提供足够压力的液压油，实现铸棒的顺利剪切。
传统的铝型材挤压按“铸棒→锯切→加热→挤压”的工艺过程进行生产，采用新装备后，铝型材挤压按“铸棒→加热→剪切→挤压”的工艺过程进行生产。对于传统工艺，由于模具和产品规格的更换，经常出现实际与计划脱节的现象，使炉内已加热的挤压短铸棒规格与要求不符，造成成品率下降，甚至
停机待产，使生产效率降低；而且由于铸棒锯切会产生约1．5%左右的锯屑，不仅导致成品率下降，而且造成回收金属损失增大。对于新工艺，用剪切代替铸棒锯切工序，不产生锯屑，且可以大大减少短铸棒的库存；可任意调整铸棒的剪切长度，在订单和生产流程改变的情况下减少损耗，使型材的挤压成品率和
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生产效率提高；可减少生产工艺成本，减少4%左右的废料；另外，加热炉操作简单容易，可根据需要灵活停止和启动。
综上所述，高效节能环保型快速长棒加热及热
剪切机组能显著提高生产率和减少浪费
。
1–铸棒输送台；2–铸棒堆垛台；3–液压站；4–表面清洁机；5–热空气管道；6–助燃风机；7–触摸屏操控台；8–铸棒加热炉；9–坯料输送机；10–热剪切机
图2热剪机组的平面布置图
2．2等温挤压技术
采用铸棒的梯度冷却和温度-挤压速度闭环控
制之间相互组合，以获得最佳的等温挤压效果。
（1）铸棒的温度梯度冷却
铸棒温度梯度的实现通常有两种方法，
铸棒的梯度加热和梯度冷却。由于铝合金导热系数大，采用常规燃料加热方法很难在铸棒内产生精确的温度梯度，须采用电磁感应加热系统，其加热方式为对铸棒的一端进行加热或者对铸棒进行分段加热［2］
。但电磁感应梯度加热的缺点是电能消耗大，成本过高。我们采用铸棒梯度冷却技术，即经过铸棒快速加热炉均匀加热并热剪后，在装入挤压机之前，铸棒穿过梯度水冷装置，改变施加的水量对其温度梯度进行控制。
（2）温度-挤压速度闭环控制
随着测温技术的发展，特别是非接触反射式红外测温技术的出现，为实现铝型材出口温度的精确
测量提供了可靠的保证［3］补气药
，使铝型材等温挤压技术有了新进展，出现了温度-挤压速度闭环控制的等温
挤压技术。该技术主要通过工控机、
PLC 等构建的计算、执行控制系统来实现，首先经有限元分析获得
等温挤压速度曲线，然后将此挤压速度曲线送入控制系统进行速度设定。挤压开始后，通过位移-速度
传感器向控制模块反馈挤压速度，
同时，通过红外测温仪检测到的型材出口温度也反馈给控制模块，控
制模块根据反馈信号与所要求信号重新计算，实时调整挤压速度并修改挤压速度曲线。温度-挤压速度闭环控制系统示意图如图3所示，采用此系统，挤压型材的出口温度波动可控制在ʃ10ħ内
。
1–红外线测温仪；2–上料装置；3–挤压机；4–长棒加热炉
图3温度-速度闭环控制系统示意图
采用闭环控制等温挤压系统，挤压生产率可提高10% 20%；成材率可提高10% 15%；挤压型材的质量更加稳定；特别是对挤压系统随机的温度变化，挤压机未达到热平衡状态等情况，能够给予及时的
补偿；此外，系统安装时挤压机不需要专门的停机时间。2．3
液氮冷却挤压模具/氮气保护铝型材技术该技术是铝型材在挤压时用液氮来冷却模具/氮气保护铝型材。因为挤压前，铸棒、模具均经过预热，铝型材在高速挤压时，会出现以下问题：铸棒带来的热量不断传递给模具，使模具温度快速上升，过高的温度会影响挤压速度；长期挤压后，模具工作带磨损，使其表面不光滑，这样挤压出来的铝型材会出现纹路，较为粗糙，同时降低模具使用寿命；铝型材挤压出来后温度比较高，容易氧化，表面呈现灰色。
液氮冷却挤压模具/氮气保护铝型材示意图如图4所示。该技术包含两方面内容：一方面，液氮冷却挤压模具，即根据型材形状在挤压垫靠面模侧面合理地开出液氮冷却通道，液氮通过冷却通道喷在
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模具的表面，吸收铸棒带来的热量，直接降低模具温度，使模具保持在一定温度；另一方面，液氮气化后，将型材周围的空气排开，形成惰性气氛保护，阻止型材的氧化，提高表面光洁度
。
图4液氮冷却挤压模具/氮气保护型材示意图
整个通氮过程根据不同机台的挤压周期均采用
PLC 控制，根据模具在装料和挤压周期的不同时段的温度变化，通过PLC 系统控制液氮流量进入模具，利用液氮带走模具在挤压过程中的产生的热量，控制模具温度在一个窄小的范围，PLC 接受挤压机的工作信号，自动调整液氮流量，同时也可根据不同的工艺要求人工调整流量，提高挤压速度、提
高型材的表面质量，延长模具寿命。2．4
在线淬火技术
目前国内传统的淬火装置相对比较简单，风量风压或水量水压的可调性差，特别是方向性调节更差。由此造成型材淬火后冷却不均匀，淬火组织差六一影院
异性大，
变形大，尺寸偏差无法满足使用要求；此外，型材经淬火后纵向弯曲大，引起型材在冷床上移动困难，擦花、划伤型材几率增加，矫直的拉伸率增加，
产出的头尾废料增加。
尼古拉一世要生产高精度、高密集铝材，其在线淬火工艺控
制就显得尤为重要，
这是保证力学性能、控制尺寸精度的关键。因此，水-雾-气在线淬火装置必须精密可
控。广东豪美铝业有限公司通过吸收、
消化国内外先进的在线淬火技术与装备，自主研发出多区段、智能控制的在线淬火冷却设备，大幅度提高挤压铝型材的综合性能和快速挤压型材的精度以及生产效率。
精密可控的水-雾-气在线淬火装置如图5所示，在离型材出口1m 的地方，由一个宽500mm 、长6m
的水槽及多排喷水（气）的喷嘴和管道组成。喷嘴的排数、列数以及水、气、雾的流量、压力、速度、温度和
喷嘴的开闭等，
均由计算机根据型材的品种、形状和尺寸规格等自动控制，以保证型材经淬火后既能获得所需的性能，又不产生过大的扭曲变形
。
图5精密可控水-雾-气在线淬火装置
该装置具有以下特点：高压喷射、水雾、水汽混
合、风冷四合一功能；纵向任意切换、调节，达到淬火均匀性；二级调节及组合，可达到淬火强度的
无级变化；喷头角度可任意调节；纵向可进行顺序性开启、关闭，确保前后淬火强度一致；大功率变频调速，有效解决节能问题；二级过滤及自动反清洗功能；触摸屏方式控制，简便快捷。2．5
全自动带飞锯的双牵引系统
在铝挤压型材高效连续生产中，常用单牵引机和移动锯锯切分离工艺，该工艺布置需移动锯在其锯切范围内进行锯切，挤压机的速度需减速或停机方能完成。存在牵引和锯切不同速问题，导致生产效率低，
牵引力不稳定，重新夹料头，浪费材料。而带飞锯双牵引机，可实现两个牵引系统同步、联动，并可任意调整锯切的长度，实现不停机自动中断，牵引力稳定。尤其在使用多孔模生产型材时，双牵引可实现稳定、连续、顺畅的牵引作业。同时，通过PLC 制动控制系统，牵引机与挤压机实现联动，可实现全自动无人操作。
全自动带飞锯的双牵引机的结构简图见图6。牵引装置包括Ⅰ号牵引机和Ⅱ号牵引机。Ⅰ号牵引机在前，Ⅱ号牵引机在后，它们分别与导轨活动连接，Ⅱ号牵引机上固定有飞锯。其关键技术是保证两个牵引机交接时速度同步，并且交接时在铝型材上的牵引力稳定不变，这两个要求都可以通过调整直流调速装置的两个闭环来实现。
全自动带飞锯牵引系统的优点是：无停车痕、每根短铸棒可挤出多根型材、多根短铸棒挤出一根型材；减少了挤压机的停机时间；该系统还能够减少2% 3%的型材损失，并节省厂房空间。
3结束语
广东豪美铝业有限公司通过多年的自主研发和
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1–张紧轮Ⅰ；2–张紧轮Ⅱ；3–同步皮带Ⅰ；4–同步皮带Ⅱ；5–牵引机Ⅱ；
6–飞锯；7–导轨；8–牵引机Ⅰ；9–铝型材；10–驱动装置Ⅰ；11–驱动装置Ⅱ
图6全自动带飞锯的双牵引机的结构简图
集成应用，掌握了先进挤压生产线的相关技术，在此基础上，不断优化现有的先进技术，采用国外最先进的技术理念，建成了先进的全部国产化铝型材挤压示范生产线。
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