黃 海

廣西工業(yè)建筑設(shè)計(jì)研究，廣西南寧 530031

鋁合金以及其加工材料具有質(zhì)輕、耐蝕、強(qiáng)度高、易加工、表面美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、交通運(yùn)輸、建筑、印刷、包裝等各個(gè)行業(yè)而廣泛取代普鋼和不銹鋼等材料。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)工業(yè)鋁材深加工相關(guān)產(chǎn)品的需求也在逐年提高，特別是在我國(guó)加入世貿(mào)組織以后，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程，各種加工制造業(yè)正在加速向我國(guó)轉(zhuǎn)移，中國(guó)成為世界加工中心的地位正在逐漸形成，對(duì)各種高質(zhì)量加工原材料的需求為鋁加工產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。工業(yè)鋁型材產(chǎn)品對(duì)尺寸公差、性能、材質(zhì)等有高要求，其生產(chǎn)難度大，技術(shù)要求高，利潤(rùn)較建筑鋁型材高，特別是扁寬薄壁復(fù)雜的大型工業(yè)鋁型材。隨著鋁加工行業(yè)不斷地發(fā)展壯大，生產(chǎn)工業(yè)鋁型材企業(yè)受到投資者青睞。

工業(yè)鋁型材廠(chǎng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合國(guó)內(nèi)外的工藝技術(shù)和設(shè)備成熟性、先進(jìn)性、節(jié)能性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性等方面，并結(jié)合國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和企業(yè)自身發(fā)展的需要，使企業(yè)能為用戶(hù)生產(chǎn)質(zhì)輕、高強(qiáng)度、耐蝕、優(yōu)質(zhì)的合格的工業(yè)鋁型材產(chǎn)品。同時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)品、規(guī)模和設(shè)備必須符合《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011 年本）》《鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件》等國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，節(jié)能、節(jié)水、環(huán)境保護(hù)方面必須符合《有色金屬加工企業(yè)產(chǎn)品能耗指標(biāo)》《鋁工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)境保護(hù)導(dǎo)則》和其他國(guó)家有關(guān)規(guī)定。因此，工業(yè)鋁型材廠(chǎng)的設(shè)計(jì)是在工業(yè)鋁型材企業(yè)發(fā)展歷程中的一個(gè)重要組成部分，特別是在鋁型材深加工產(chǎn)業(yè)的日益高速發(fā)展變化，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)和設(shè)備，工業(yè)鋁型材廠(chǎng)的設(shè)計(jì)是非常重要的。

1 工業(yè)鋁型材廠(chǎng)工藝設(shè)計(jì)

工業(yè)鋁型材廠(chǎng)設(shè)計(jì)主要是工業(yè)鋁型材擠壓生產(chǎn)車(chē)間的擠壓生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)。按該設(shè)計(jì)開(kāi)展其他輔助車(chē)間和設(shè)施設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)將直接影響到生產(chǎn)和工藝技術(shù)的合理性，與施工成本和生產(chǎn)質(zhì)量、成本，勞動(dòng)環(huán)境，機(jī)械化程度，能源消耗，環(huán)境污染有密切的關(guān)系，也影響到其他設(shè)計(jì)如電力，水，天然氣，油，建筑，結(jié)構(gòu)等的基本數(shù)據(jù)。因此，工藝設(shè)計(jì)在整個(gè)工業(yè)鋁型材廠(chǎng)設(shè)計(jì)中起著重要的作用。國(guó)內(nèi)目前工業(yè)鋁型材廠(chǎng)設(shè)計(jì)主要是在國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為工藝參數(shù)的基礎(chǔ)，而一個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)必需根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合不斷變化市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品要求，不斷更新的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，鋁型材廠(chǎng)設(shè)計(jì)適應(yīng)這種不斷變化和發(fā)展的要求以達(dá)到設(shè)計(jì)最高境界。該設(shè)計(jì)應(yīng)是系統(tǒng)的，完整的，科學(xué)的，合理的，客觀(guān)而符合市場(chǎng)規(guī)律的，使企業(yè)始終處于鋁型材加工行業(yè)的龍頭地位。

2 確定產(chǎn)品方案及產(chǎn)量

工業(yè)鋁型材產(chǎn)品應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)需求市場(chǎng)容量、產(chǎn)品變化的適應(yīng)性，能夠形成地方產(chǎn)業(yè)特色或支柱，有成熟可靠工藝技術(shù)技撐，有新功能，有資源優(yōu)勢(shì)、能源優(yōu)勢(shì)，以及先進(jìn)性如：世界上已經(jīng)批量生產(chǎn)，但可填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的產(chǎn)品；國(guó)內(nèi)已經(jīng)批量生產(chǎn)，但可填補(bǔ)本地區(qū)空白；雖然已經(jīng)生產(chǎn)，但可改善現(xiàn)有產(chǎn)品不合理的結(jié)構(gòu)；減少進(jìn)口或外地進(jìn)貨，緩解本地區(qū)的貨源緊張。隨著市場(chǎng)需求的不斷變化，將導(dǎo)致在產(chǎn)品品種的變化，因此它需要有多個(gè)產(chǎn)品方案。通過(guò)盈虧平衡分析法、線(xiàn)性規(guī)劃法及供給理論確定產(chǎn)品的產(chǎn)量，并應(yīng)結(jié)合原輔材料供應(yīng)及綜合利用、動(dòng)力、供水、勞動(dòng)定員、設(shè)備能力、能耗、水耗和環(huán)境要求等條件綜合因素計(jì)算確定。

3 主要產(chǎn)品的工藝流程及工藝參數(shù)的確定

3.1 生產(chǎn)流程

熔鑄車(chē)間的主要任務(wù)是為擠壓工部生產(chǎn)合格的鋁合金圓錠，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)有熔煉、精煉、細(xì)化晶粒、過(guò)濾、鑄造等。

擠壓車(chē)間應(yīng)設(shè)置多條不同生產(chǎn)線(xiàn)，分別安裝在各擠壓車(chē)間內(nèi)，擠壓車(chē)間采用流水作業(yè)生產(chǎn)方式，圓錠加熱、擠壓、牽引、張力矯直和定尺鋸切等工作都在生產(chǎn)線(xiàn)連續(xù)進(jìn)行，利于提高生產(chǎn)率和成品率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，并在生產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)產(chǎn)品監(jiān)測(cè)抽檢，以保證產(chǎn)品質(zhì)量要求。同時(shí)要考慮企業(yè)具體條件，優(yōu)化工藝最短流程布置，在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)最合理的生產(chǎn)過(guò)程。

3.2 工藝參數(shù)

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格、形狀及性能要求；原材料合金成份、性能；設(shè)備生產(chǎn)能力；燃料種類(lèi)；模具材料等，確定熔鑄參數(shù)包括：烘爐、熔煉、精煉及除氣溫度、時(shí)間；鑄造溫度、速度、水壓參數(shù)。擠壓參數(shù)包括：坯料及擠壓工藝參數(shù)設(shè)計(jì)：確定坯料直徑和長(zhǎng)度，擠壓摩擦系數(shù)、速度，工具預(yù)熱溫度等；擠壓工具設(shè)計(jì)：確定擠壓墊直徑和厚度，擠壓筒外徑和長(zhǎng)度，擠壓模角、定徑帶長(zhǎng)度、直徑、出口直徑和長(zhǎng)度，入口圓角半徑、模子外圓直徑等。

3.3 工藝流程框圖

4 主要工藝設(shè)備的選擇

工業(yè)鋁型材廠(chǎng)的主要設(shè)備擠壓生產(chǎn)線(xiàn)，為確保鋁型材產(chǎn)品的質(zhì)量，高生產(chǎn)率，輕勞動(dòng)強(qiáng)度，擠壓生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)按全自動(dòng)的主輔機(jī)配套齊全的高速連續(xù)的流水作業(yè)線(xiàn)。即自動(dòng)完成從鋁錠加熱、擠壓、在線(xiàn)淬火、鋸切、冷卻、矯直拉扭、定尺鋸切、時(shí)效處理等工序。包括：加熱坯錠的加熱設(shè)備、擠壓型材的擠壓機(jī)及其輔助裝置、擠出型材直接淬火處理的水、風(fēng)淬火裝置(在線(xiàn)淬火)、擠壓型材過(guò)程中的切頭去尾及中部切斷的熱切鋸、防止型材擠出后出現(xiàn)彎曲扭擰和多根型材之間相互碰撞的牽引機(jī)、型材的承托輥道、以及縱向輸送的移料裝置、型材的冷卻和橫向輸送的冷床、型材進(jìn)行張力矯直和扭擰校正的矯直機(jī)、拉伸后的型材儲(chǔ)存和向定尺裝置橫向輸送型材的儲(chǔ)料臺(tái)、型材的定尺鋸切裝置（包括鋸前輥道、鋸、定尺裝置和檢查臺(tái)等）、型材鋸切后的自動(dòng)裝筐的集載裝置、型材的時(shí)效熱處理的時(shí)效爐、擠壓模具的加熱的預(yù)熱爐等。生產(chǎn)線(xiàn)的配置形式：鋁型材生產(chǎn)線(xiàn)的配置和工藝流程從坯錠加熱，擠壓直到型材時(shí)效的工藝。這種配置方式縮短長(zhǎng)度，配置合理緊湊，從而保證了擠壓生產(chǎn)線(xiàn)前后各工序的緊密銜接。有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過(guò)程的連續(xù)作業(yè)和自動(dòng)控制，即工藝過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)用語(yǔ)控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)輔助擠壓屏幕啟動(dòng)、機(jī)器的控制通過(guò)輸入相應(yīng)的產(chǎn)品參數(shù)、現(xiàn)行工藝過(guò)程狀態(tài)的圖形顯示、液壓裝置的圖形顯示、輔機(jī)運(yùn)動(dòng)的圖形顯示、使用一些屏幕的液壓系統(tǒng)圖形顯示、所有系統(tǒng)報(bào)警和錯(cuò)誤信息的顯示和屏幕啟動(dòng)?？刂茢D壓機(jī)的數(shù)據(jù)：爐溫、錠坯溫度、擠壓力、擠壓軸前進(jìn)速度、錠坯長(zhǎng)度、殘料長(zhǎng)度、擠壓筒溫度、錠坯出爐到擠壓開(kāi)始的輔助時(shí)間(錠坯運(yùn)送與供錠時(shí)間)等。

5 總圖布置

5.1 布置原則

充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地自然條件，結(jié)合地形地勢(shì)條件，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝流程的要求；盡量使各生產(chǎn)車(chē)間之間的物料輸送線(xiàn)路短捷，減少動(dòng)力消耗；平面布置合理緊湊，管理方便，節(jié)約用地，盡量減少建設(shè)投資；利用風(fēng)向，減少氣體、粉塵等相互干擾；留有足夠的通道寬度和企業(yè)發(fā)展用地，并滿(mǎn)足運(yùn)輸、防火、防爆、安全、衛(wèi)生、環(huán)保、綠化和設(shè)置管線(xiàn)等規(guī)范要求。

5.2 總平面布置

將生產(chǎn)區(qū)和生活服務(wù)區(qū)獨(dú)立劃分，相互協(xié)調(diào)發(fā)展且不相互影響。設(shè)計(jì)將原料倉(cāng)庫(kù)、熔煉鑄造車(chē)間、中間產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)、擠壓車(chē)間、半成品倉(cāng)庫(kù)、熱處理車(chē)間、包裝車(chē)間、成品倉(cāng)庫(kù)等集中布置，形成一個(gè)獨(dú)立、封閉的生產(chǎn)系統(tǒng)，既節(jié)省用地，又使工藝流程短捷。在生產(chǎn)系統(tǒng)周?chē)贾孟鄳?yīng)的機(jī)修車(chē)間、五金倉(cāng)庫(kù)、油罐區(qū)、模具車(chē)間、高位水池等生產(chǎn)輔助設(shè)施，以便盡量縮短與其服務(wù)對(duì)象之間的距離。變電站靠近廠(chǎng)區(qū)擠壓、熱處理車(chē)間布置，靠近外部供電電源進(jìn)線(xiàn)為止，方便外部進(jìn)線(xiàn)；且靠近用電負(fù)荷較大的車(chē)間布置，可以以最短的距離通到最大電負(fù)荷點(diǎn)，達(dá)到最大程度節(jié)能的目的。油罐區(qū)由于其性質(zhì)的特殊性，將其作為一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域與周?chē)渌麖S(chǎng)房保留出安全距離。道路沿廠(chǎng)區(qū)邊緣環(huán)形布置，且各功能分區(qū)呈環(huán)狀布置，以滿(mǎn)足運(yùn)輸消防、防爆、安全、衛(wèi)生、環(huán)保、綠化和設(shè)置管線(xiàn)等要求。并同時(shí)在熔鑄、擠壓、熱處理車(chē)間預(yù)留適當(dāng)空間便于企業(yè)發(fā)展產(chǎn)品和設(shè)備升級(jí)。

6 結(jié)論

工業(yè)鋁型材廠(chǎng)的產(chǎn)品方案及產(chǎn)量，工藝流程和工藝參數(shù)的確定，鋁型材廠(chǎng)主要工藝設(shè)備選擇和總圖布置方面設(shè)計(jì)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合不斷變化市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品要求，不斷更新的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)計(jì)理念有著重大意義。

[1]張水忠.擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2009，2.