趙富勝

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039)

隨著我國鋁型材市場競爭愈來愈劇烈，國家去產能及供給側改革帶來的市場壓力，以及越來越嚴格的節(jié)能、環(huán)保和安全要求，使得我國鋁型材生產企業(yè)必須不斷發(fā)展，采用更加節(jié)能、環(huán)保的新裝備和新技術才能在未來激烈的市場競爭、嚴格的環(huán)保和安全要求下獲得先機。

1 新型擠壓機

1.1 雙筒擠壓機

意大利達涅利布雷達公司(Danieli Breda) 在2010左右推出了一種獲得專利的雙擠壓筒(twin containers) 22 MN原型擠壓機。其結構見圖1。

圖1 達涅利布雷達公司雙筒擠壓機Fig.1 Danieli Breda double cylinder extruder

其結構特點是采用了雙擠壓筒，需要兩套加熱系統(tǒng)和鑄錠填裝系統(tǒng)。其工作流程是，第一個擠壓筒完成擠壓作業(yè)后，擠壓軸后退，將第一個擠壓筒側移出擠壓機，將第二個擠壓筒移入擠壓機，開始擠壓，兩個擠壓筒交替作業(yè)。當?shù)谝粋€擠壓筒用于擠壓時，另一個擠壓筒可利用前一個擠壓筒的擠壓時間備料，比傳統(tǒng)擠壓機節(jié)省了鑄錠裝入擠壓筒、擠壓筒前移、后移的非生產時間和擠壓機的空載時間。具有以下優(yōu)點：

(1)節(jié)能

根據(jù)達涅利公司的測算，此類型擠壓機與常規(guī)單筒擠壓機相比，其能源消耗下降 12.5%，即從常規(guī)擠壓機的277.3kWh /h下降到 242.7kWh /h；比能耗下降 17.4% ，即從常規(guī)擠壓機的 0.108 kWh /kg 減少到 0. 089 kWh /kg(按門窗型材測算)。

(2)生產效率提升

因空載時間顯著減少，由常規(guī)擠壓機的17s 縮短到10 s，即縮短了41.2%；產量提高5.9%，從常規(guī)擠壓機的2577.9kg/h增加到2729.6kg/h。

(3)裝機功率顯著減少

擠壓機的裝機功率與擠壓機噸位和擠壓速度有關，在擠壓機噸位確定的情況下，擠壓速度越快，裝機功率越大。鋁合金型材擠壓機的最大擠壓速度一般不超過25mm/s，但是常規(guī)擠壓機的裝機功率會遠遠超過按此最大擠壓速度計算出來的功率值，這是因為常規(guī)擠壓機裝設的多數(shù)泵不是為了提高擠壓速度，而是為了縮短空載時間。常規(guī)擠壓機在擠壓周期內隨著擠壓過程進入到穩(wěn)定擠壓階段，擠壓力趨于穩(wěn)定時，不需要所有的泵參與工作，這時需要用變流器將1臺或多臺泵關閉；而在下一個擠壓周期開始之前即擠壓機空載時間內則需要這些關閉的泵能立即啟動，以便參與下一個擠壓周期。而雙筒擠壓機由于顯著縮短了空載時間，其所需的安裝功率也顯著減少。表1為22MN擠壓機及22MN T-Win擠壓機的裝機功率對比，前者的總功率為900kW，而后者僅為500kW，為前者的56%。

表1 兩種擠壓機裝機功率對比

雙筒擠壓機與常規(guī)擠壓機比較，其節(jié)能效果顯著，但是其需要2套加熱系統(tǒng)和離線裝錠系統(tǒng)，其結構較傳統(tǒng)擠壓機復雜，造價也比常規(guī)擠壓機高。

1.2 油電混合動力擠壓機

西馬克公司2015年左右推出了新一代擠壓機機型—HybrEx混合動力擠壓機(圖2)。

圖2 西馬克公司HybrEx混合動力擠壓機Fig.2 HybrEx hybrid extruder of SMS

與常規(guī)擠壓機相比，在HybrEx擠壓機中，液壓系統(tǒng)僅用于擠壓過程建立擠壓力、壓余剪驅動和模座滑移。而高速伺服電機則用于下列所有輔助驅動：(1)取代傳統(tǒng)的側缸，主柱塞的快速回程和前進采用的電機驅動；(2)擠壓筒的移動，具有附加軸向行程的鎖定單元確保必要的剝離和鎖緊力；(3)供錠器的所有動作均采用電機驅動。

此設計帶來的好處有：

(1)顯著降低擠壓機的非擠壓時間

采用高速伺服電機驅動，其響應速度更快，運行速度更快(可達1000mm/s，液壓驅動一般不超過300mm/s)，同時更加精確，不再需要機械停止。因此與常規(guī)擠壓機驅動系統(tǒng)相比，非生產時間可縮短到僅10.5 s。

(2)設備更加緊湊

由于液壓系統(tǒng)僅用于純擠壓過程的擠壓軸驅動、壓余剪和模座滑移，因此其液壓系統(tǒng)得到了精簡，所需的液壓油量減少，從而減少了主油缸的的容積和尺寸，與常規(guī)擠壓機的油槽相比，HybrEx擠壓機的油槽容積減小90%，同時降低了液壓系統(tǒng)的電氣裝機功率。減少了設備長度和占地面積，設備整體布局更加緊湊。圖3為某噸位常規(guī)擠壓機和HybrEx擠壓機的長度對比圖，從圖中可見HybrEx擠壓機布置非常緊湊，長度方向僅為常規(guī)擠壓機的2/3。

圖3 某噸位常規(guī)擠壓機和HybrEx擠壓機對比圖Fig.3 Comparative diagram of conventional extruder and HybrEx extruder for a certain tonnage

(3)節(jié)能效果顯著

由于液壓系統(tǒng)得到了精簡，從而使液壓系統(tǒng)的散熱和能量損失得到減少，同時非生產時間的縮短，大大提升了生產效率(約20%)。據(jù)西馬克資料介紹，HybrEx擠壓機最高可節(jié)能55%。

西馬克公司在HybrEx擠壓機液壓系統(tǒng)中采用的關鍵技術還有，液壓缸帶有預注室與氣密槽，后者還有除氣裝置。這種擠壓機采用了新型“OxiStop”技術，因而液壓油中的空氣含量由10%下降到1%。這對泵、閥和其他磨損件壽命延長極為有利。

目前，HybrEx擠壓機的最大設計噸位為38MN，可擠254mm(10″)鋁棒。其售價約為西馬克傳統(tǒng)擠壓機的1.3倍。

2 等溫擠壓

實現(xiàn)等溫擠壓的理論基礎是擠壓極限原理(圖4) 。由圖4可見鑄錠在擠壓過程中，一方面受到合金擠壓能力曲線的限制，另一方面受到擠壓制品表面質量曲線限制。整個鑄錠必須以同一溫度擠壓才能達到最大的擠壓速度，因此等溫擠壓對擠壓速度的影響至關重要。圖4描述了擠壓溫度(T)、擠壓速度(V)、擠壓能力(P)與制品表面質量(Q)之間的關系。兩條曲線的交點為理論上制品的最大擠壓速度與最佳出口溫度。實現(xiàn)等溫擠壓基本方法有坯料的梯度加熱、擠壓參數(shù)的熱-力耦合仿真和閉環(huán)控制等溫擠壓。

圖4 擠壓成型極限示意Fig.4 Extrusion limit indication

2.1 坯料的梯溫加熱

梯度加熱是根據(jù)需要把短鑄錠加熱成前端溫度高、后端溫度低的狀態(tài)，通常是在感應爐內，對坯料進行分段加熱(也可以對均勻加熱的坯料進行控制冷卻)，使坯料在長度方向上形成溫度梯度。如果溫度梯度設計合理，無論采用哪種方式，擠壓速度都可得到提高，擠壓過程更接近于等溫擠壓。為進一步提高梯溫加熱的效果， 應對坯料的梯溫加熱進行優(yōu)化， 即需要綜合考慮加熱過程、上料過程、擠壓過程在內的整個擠壓循環(huán)周期的坯料溫度變化。這些溫度變化包括：加熱過程中的溫度誤差，如在感應爐內加熱，約有±5 ℃的溫度誤差；坯料從感應爐經(jīng)上料裝置，再到擠壓筒的傳送過程中溫度的變化；在坯料數(shù)量不足，如小于 30 根時，擠壓機本身未達到熱平衡狀態(tài)的情況下，擠壓過程坯料的溫度變化。對此，應考慮建立一個包含這些因素的梯溫加熱控制算法，以達到優(yōu)化的梯溫加熱溫度值。

2.2 擠壓參數(shù)的熱-力耦合仿真

即對擠壓過程的速度、溫度參數(shù)進行熱-力耦合仿真，用熱-力耦合仿真的溫度-速度曲線，對擠壓速度進行控制。此種方法無需對擠壓型材進行溫度測量，而是通過對擠壓型材預先的仿真計算，給出擠壓型材的溫度-速度曲線及輸入溫度參考值，預測出擠壓型材的最高出口溫度，作為擠壓型材優(yōu)化的出口溫度值。當所測坯料的溫度偏離輸入溫度參考值時，根據(jù)二者的差值，可對擠壓預測的溫度-速度曲線進行修正，以使擠壓型材的出口溫度值保持在其優(yōu)化的出口溫度值上。在建立擠壓熱-力耦合仿真系統(tǒng)時，除考慮擠壓型材變形場-溫度場的耦合作用外，還需考慮擠壓型材與擠壓工具間的接觸熱傳導，擠壓工具自身的熱傳導，以及擠壓工具與環(huán)境間的熱對流。對擠壓型材不同的斷面形狀與合金成分，需要分別建立仿真系統(tǒng)。因此，需對擠壓型材按其斷面形狀與合金成分，進行相應的分類，以最小的仿真代價，達到最大的適用范圍。采用擠壓熱-力耦合仿真系統(tǒng)實施等溫擠壓，硬件花費少，對現(xiàn)有的工藝、設備改動很小。

2.3 閉環(huán)控制等溫擠壓

即根據(jù)擠壓型材的質量要求，在安裝新模的條件下，由人工初次設定擠壓出口溫度控制的目標值，經(jīng)過3～5根坯料的試擠后，可得到最大的等溫擠壓溫度值，將此溫度值作為該擠壓模余下坯料的出口溫度控制目標值。在該坯料的擠壓循環(huán)中，采用專用的紅外線測溫儀，對其出口溫度進行連續(xù)測量，如果型材的測量溫度值低于溫度控制的目標值，則立即提高擠壓速度，反之，則立即降低擠壓速度。用這種方法，擠壓型材的出口溫度誤差可被控制在±5 ℃內。

1995年愛爾蘭Optalex公司推廣其研制開發(fā)的Optalex恒溫擠壓控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一套通過對型材出口溫度實時監(jiān)測反饋并調整擠壓速度的溫度-速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，由丹麥阿列羅得市(Alleroed)阿盧馬克公司(Alumac)開發(fā)，目前已在國外20余家鋁型材擠壓生產廠商中安裝，其與普通等速擠壓對比示意圖如圖5所示。

圖5 等速擠壓與等溫擠壓對比Fig.5 Comparison of constant speed extrusion and isothermal extrusion

美國Wells公司和Werner公司使用Optalex恒溫擠壓控制系統(tǒng)后其生產率提升最高可達12%。

從圖5可以看出，在普通擠壓條件下，主缸速度是基本恒定的，而出口溫度會隨著擠壓的進行不斷升高，直至一個擠壓周期的結束。而等溫擠壓過程則是出口溫度基本恒定，主缸速度成曲線變化，并可節(jié)約擠壓時間10%～30%，據(jù)報道該系統(tǒng)恒溫控制精度達到±3℃，可使單臺擠壓機產量提高10%～20%，廢料減少2%～5%，大大提高了生產效率和產品質量。

德國SMS公司開發(fā)的CADEX系統(tǒng)，是基于擠壓熱-力耦合仿真的等溫擠壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本工作原理為，對擠壓坯料進行均勻加熱，測量其進入擠壓機前的溫度，并作為系統(tǒng)的輸入溫度，根據(jù)熱-力耦合仿真的溫度-速度曲線與輸入溫度參考值，對擠壓速度進行控制。早期的CADEX系統(tǒng)，不帶有出口溫度的測量裝置，完全基于擠壓熱-力耦合仿真的結果，之后，SMS 公司對CADEX系統(tǒng)進行了改進，開發(fā)出了CADEX2 系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝設了光學高溫測溫儀，用于監(jiān)測坯料的入口與出口溫度，還裝設了一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于記錄擠壓力、擠壓速度等參數(shù)，系統(tǒng)用于擠壓均勻加熱的坯料與梯溫加熱的坯料。根據(jù)德國SAPA鋁加工廠的統(tǒng)計，在采用CADEX系統(tǒng)3個月內，對生產批量大于100kg的型材，生產率提高了9%。目前國內吉林利源精制股份有限公司和鄭州明泰交通新材料有限公司引進的SMS擠壓機裝有CADEX2 系統(tǒng)。

近年來，國內在模擬等溫擠壓領域也進行了一些探索，但大多是通過數(shù)值模擬或者理論計算結果開展進行的，與實際情況有一定差距。2008年在廣東省財政支持下，鳳鋁等企業(yè)聯(lián)合北京科技大學等高校一起進行了等溫快速擠壓系統(tǒng)裝備與工藝技術開發(fā)，其基本設想是設計三重閉環(huán)控制系統(tǒng)，主缸速度-出口溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)、液氮流量-出口溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)以及鑄錠溫度-梯度冷卻水量閉環(huán)控制系統(tǒng)，并將三重閉環(huán)控制系統(tǒng)在一個控制器上系統(tǒng)集成，實現(xiàn)等溫快速擠壓。廣東豪美自主設計了一套閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，經(jīng)測試，采用此套系統(tǒng)后，某牌號鋁型材的實際出口溫度(T)的范圍在483℃～491℃，幅度為8℃。

3 新型擠壓潤滑劑

早期的擠壓潤滑劑包括石墨、汽缸油、錠子油等，需要人工配比、人工涂抹，隨著技術進步，此類潤滑劑由于對機臺環(huán)境污染太大而被逐漸淘汰。當前國內擠壓加工主流的潤滑工藝有：

(1)乙炔。采用乙炔火焰噴射器，當需要潤滑擠壓墊片時，火焰噴射器可自動打火噴射，利用乙炔燃燒時的黑煙噴滿擠壓墊片與坯錠接觸的一面，使墊片在擠壓過程中不會與鋁錠粘接在一起。該方法的實質是利用乙炔不完全燃燒產生的“炭黑”實現(xiàn)潤滑，類似于早先的石墨潤滑，只是無需人工涂覆。乙炔不完全燃燒后對工作環(huán)境污染大，且乙炔屬于易燃易爆危險品，有一定的安全隱患。國內絕大多數(shù)的小噸位擠壓機采用此方法進行潤滑。

(2)氮化硼。采用壓縮空氣把氮化硼粉末噴涂至擠壓墊和模套進行潤滑，德國的西馬克擠壓機最早采用該方法，國內太重、西重設計生產的擠壓機也采用此方法。次方法解決了乙炔潤滑對工作環(huán)境的污染問題，安全可靠，但潤滑系統(tǒng)的機械結構較復雜，氮化硼的采購成本也較高。

(3)固態(tài)潤滑劑。采用專用的固態(tài)潤滑劑對擠壓墊和模套進行潤滑，日本宇部興產研制的機器多采用該方法。該固態(tài)潤滑劑在室溫條件下呈固態(tài)，當它與所要潤滑的部位，例如擠壓墊接觸而被加熱熔化呈液態(tài)時，粘附在所要潤滑的表面，一旦與高溫表面脫離接觸，潤滑劑自身又冷凝成固態(tài)。該潤滑劑少煙，基本不著火，涂抹一次可連續(xù)擠壓近10根鑄錠，大大減輕了工人的勞動強度，改善了擠壓機周圍的環(huán)境條件，環(huán)?？煽?。目前國內同類產品其閃點和軟化點太低，性能、尺寸及結構不能滿足在大中型擠壓機機器人使用的要求。因此，研究和開發(fā)一種理想的、安全環(huán)保的擠壓分離潤滑劑，來滿足國內目前日益增多的大型擠壓設備的需要已成為當務之急。

4 在線熱扒皮技術

采用熱扒皮機(也稱熱剝皮機)取代扒皮車床對錠坯進行扒皮是近年來我國鋁型材生產企業(yè)采用的新技術。圖6、圖7分別為佛山特高珠江電爐廠生產的熱扒皮機實物照片及結構簡圖。該設備由活動頂棒裝置、固定頂棒裝置、刀具總成、托棒裝置、機架總成、拉桿裝置、軸向定位裝置、接皮裝置等幾部分組成。

其工作過程為扒皮機專用承料臺(包括頂棒裝置)垂直上升到位(即鋁圓棒的軸向中心線與扒皮刀的水平中心線重合)，之后熱態(tài)(溫度高于420℃)鋁圓棒被外圍的機械手送到承料臺，活動頂棒裝置伸出并推動鋁圓棒頂向固定頂棒裝置以達到固定鋁圓棒的目的；專用承料臺下降到位，接皮裝置擺動到工作位準備承接扒皮過程中可能產生的破脆廢皮；之后主扒皮油缸(拉桿裝置)帶動刀具總成水平向前運動并剝除鋁圓棒的表層部分，扒皮完成后接皮裝置擺動到倒料位并清除扒皮過程中產生的破脆廢皮；承料臺再次垂直上升到位，活動頂棒裝置后推，已扒皮的鋁圓棒自動進入承料臺并一起下降到位，可調糾偏頂棒裝置伸出將鋁圓棒推向其中心線與機械手中心重合位置；承料臺再次垂直上升到原位，等機械手取走鋁圓棒后，承料臺再次下降到位，接皮裝置再次擺動到工作位準備承接剩余廢皮，主扒皮油缸帶動刀具總成水平向后運動并回到原位，頂皮裝置將掛在固定頂棒裝置頂出使剩余廢皮掉到接皮裝置內，接皮裝置最后一次擺動到倒料位并清除剩余廢皮，到此一條棒的扒皮工作完成。

圖6 熱扒皮機現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.6 Spot photos of hot skinning machine

1-活動頂棒裝置；2-固定頂棒裝置；3-刀具總成；4-托棒裝置； 5-機架總成；6-拉桿裝置；7-軸向定位裝置；8-廢料收集箱及移出裝置圖7 熱扒皮機結構圖Fig.7 Structure drawing of hot skinning machine

在線熱扒皮與扒皮車床相比，其優(yōu)點為：

(1)熱扒皮產生的廢料為連續(xù)的塊狀廢料，相比車床扒皮產生的碎屑廢料，其回收時的燒損更少，回收也更加方便。圖8和圖9分別為熱扒皮機產生的扒皮廢料與扒皮車床產生的車削廢料。

圖8 熱扒皮廢料 圖9 車床扒皮廢料Fig.8 Hot skin scraps Fig.9 Lathe skin scraps

(2)熱扒皮機的生產效率高。熱扒皮機完成一根錠/坯的扒皮周期不超過1min，而扒皮車床的扒皮周期最快也需幾分鐘的時間。

(3)熱扒皮機配置在鑄錠加熱爐和擠壓機之間，可與鑄錠加熱爐、擠壓機連鎖控制，易形成自動化生產。其操作臺與擠壓機列和鑄錠加熱爐的操作臺一起放置并連鎖，擠壓機主操1人即可完成操作，無需另配置操作人員。圖10為吉林利源精制160MN擠壓機列熱扒皮機與擠壓機列的配置平面圖。其工作流程為鑄錠在感應爐3中加熱，由機械手5將加熱好的鑄錠抓取輸送到熱扒皮2的托棒裝置(參見圖7)中，熱扒皮機進行扒皮工作；扒皮結束后，由機械手將鑄錠輸送到推錠裝置7，并由推錠裝置將扒完皮的鑄錠推入擠壓機供錠器6，供錠器將鑄錠送入擠壓機1，開始擠壓過程。8為操作臺，集成了擠壓機、感應加熱爐、熱扒皮機和擠壓機輔機的所有操作柜。

圖10 160MN擠壓機機熱扒皮機配置圖Fig.10 Configuration diagram of 160MN extruder hot-skinning machine

熱扒皮目前可以實現(xiàn)Φ178mm以上實心圓錠的扒皮工作，目前國內最大配合160MN擠壓機的熱扒皮機的技術參數(shù)如下：

鋁棒直徑：冷態(tài)Φ610mm和Φ720mm；熱態(tài)Φ618mm和Φ729mm；

鋁棒長度：900m～2500m±3m；

鋁棒彎曲度：每米鋁棒不超過2mm；

原始鋁棒端面切斜度2mm ～3mm；表面凹凸不超過±2 mm；

設備外形尺寸：14000(L)mm×3000(W)mm×2800(H)mm；

設備總重：80t；

總輸出力：300T；

額定功率：110kW；

扒皮厚度：單邊6mm～7mm；

扒皮速度：40mm/s～80mm/s；

成品表面光潔度不低于12.5μm；

成品扁圓度：≤0.3%；

成品直線度：≤0.2%。

采用長錠時，需配熱鋸，而不能采用熱剪切，因為熱剪切后的鋁棒端面切斜度不能滿足熱扒皮機的使用要求。同時，空心錠不適合采用熱扒皮，因為熱扒皮過程會使鑄錠產生微量鐓粗變形，這對實心錠擠壓過程幾乎不影響，但對空心錠來說一方面使其同心度和橢圓度變大，并最終導致擠出的無縫管同心度和橢圓度超標，廢品率增大；另一方面可能導致穿孔針無法穿過空心錠，導致無法擠壓。

5 封閉式模具蝕洗系統(tǒng)

傳統(tǒng)的模具蝕洗(也稱堿洗)系統(tǒng)是由開放式的簡易不銹鋼槽組和起重設備(手拉葫蘆或電動葫蘆)組成，操作時操作工人先將模具裝框，然后用起重設備將其吊入堿洗、水洗槽中進行蝕洗，除去模具上粘連的鋁。操作時，操作工直接面對和接觸敞開式的槽組，工作環(huán)境惡劣，勞動強度大。同時，在堿洗過程中由于堿洗槽溫度較高，其工作過程中會產生大量的堿蒸汽，雖然可由槽邊抽風裝置抽走，但是仍不可避免的有少量含堿蒸汽會散發(fā)在模具蝕洗間內。

新型的封閉式模具蝕洗系統(tǒng)最早在廣西南南鋁加工有限公司得到應用，當時引進的是意大利技術。目前，陜西多倫科技發(fā)展有限公司也開發(fā)出一套類似的封閉式模具蝕洗系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要由以下設備組成：模具框，周轉和放置模具；模具清洗箱，盛放配置好的堿液，對模具進行清洗；混合箱，配置堿液；儲水箱，給堿液提供水；中轉箱，重復利用堿液；吸收塔，將氣體中殘留的堿過濾并回收利用；泵及管路，輸送堿液等。其工作過程為，在混合箱內配置堿液，將模具放入清洗箱中，清洗箱密閉，同時將堿液通過泵及管路打入清洗箱，開始進行模具蝕洗，同時吸收塔開啟，把蝕洗過程中產生的堿蒸汽進行吸收、過濾，然后將無污染的氣體排放到大氣中。完成蝕洗工作后，將清洗箱內的堿液排入中轉箱，將模具取出，用清水對模具表面進行清洗。

相比于傳統(tǒng)的槽組式模具蝕洗方式，其優(yōu)點在于：(1)易實現(xiàn)自動化，操作工人只需人工將模具裝框即可，配合智能天車以及操作程序，完全可以實現(xiàn)自動化生產，降低工人勞動強度；(2)無污染，蝕洗是在密閉環(huán)境下進行，整個過程對操作環(huán)境和外部環(huán)境都友好，無污染，改善了工人的勞動環(huán)境；(3)配置了堿回收裝置，可以回收80%的NaOH，降低生產成本。

6 CAE軟件應用

在鋁型材實際生產中，每遇到一個新產品，都需要生產人員根據(jù)生產經(jīng)驗、類似產品的生產工藝，通過多次試模、修模和參數(shù)修改才能制定比較正確的新產品的生產工藝，產生的直接成本即我們俗稱的“開模費”。如果新產品規(guī)格大，形狀復雜，開模費會相當高，研發(fā)周期也會相當長。為了降低開模費用并縮短研發(fā)周期，國外企業(yè)已經(jīng)比較普遍的應用數(shù)值模擬軟件在電腦上進行模擬分析，可獲得鋁型材在設置的模具結構、工藝參數(shù)下，擠壓成型過程中金屬流動變形行為和金屬在模具各處的應力場、溫度場、速度場、應變速率場等模擬結果，并可預測型材在擠壓過程中可能出現(xiàn)的各種重大缺陷，甚至能夠預測最終產品的性能指標。通過不斷優(yōu)化模具結構、擠壓工藝參數(shù)，直到獲得滿足要求的結果，為實際生產的具體參數(shù)設置提供理論指導，縮短了設計、試模、修模時間，降低開模費用。

常用的鋁型材擠壓數(shù)值模擬軟件有Deform-3D、Super Forge和Hyper Xtrude 3種?？偟膩碚f，Deform-3D 適用于模擬可能產生明顯擠壓缺陷的鋁型材擠壓過程，但所需計算機內存大、時間長，模擬結果具有一定波動性；Super Forge適用于模擬劇烈變形的鋁型材擠壓過程，模擬結果對稱、均勻，更加靠近理論值；Hyper Xtrude適用于模擬大斷面復雜截面鋁型材擠壓過程，模擬結果與實際生產情況更加吻合，基本上反應由模具設計參數(shù)、工藝參數(shù)引起的主要問題。目前我國的CAE軟件應用還主要是在各大高校中以試驗性研究為主，鋁型材生產企業(yè)還未有成功應用的例子，可能與軟件的前期投入高，缺乏熟悉相關CAE軟件的工程技術人員有關。但為了降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，國內鋁型材生產企業(yè)應對CAE軟件的應用開發(fā)予以重視。

7 模具感應加熱爐

傳統(tǒng)模具加熱爐采用的是電阻爐，最近幾年我國鋁型材生產企業(yè)開始采用感應爐來加熱模具。與傳統(tǒng)的電阻爐相比，感應爐的加熱速度快，效率高，其加熱周期在30min左右，而電阻爐可能需要幾個小時，尤其是大型模具，其加熱保溫時間有可能超過10h。傳統(tǒng)的感應爐其實并不適用于型材模具的加熱，因為型材模具的尖銳角較多，感應加熱由于集膚效應，在尖銳角處形成過燒，反而損壞模具，降低模具使用壽命。為了改善和避免這種情況，采用了在模具外包裹1個不銹鋼殼，加熱時先將不銹鋼殼加熱，然后靠不銹鋼殼的輻射熱來加熱模具。

8 結束語

無論是達涅利開發(fā)的雙筒擠壓機還是西馬克開發(fā)的油電混合動力擠壓機，都具有傳統(tǒng)擠壓機難以比擬的節(jié)能優(yōu)勢；采用在線熱扒皮技術、等溫擠壓技術能有效提高產品質量和成品率；采用模具感應加熱技術可以有效節(jié)省模具加熱時間，節(jié)能效果較好；采用封閉式模具堿洗系統(tǒng)和開發(fā)國產新型環(huán)保的固體潤滑劑有利于改善工人操作環(huán)境，滿足環(huán)保和安全生產要求。建議我國鋁型材生產企業(yè)應大力推廣和使用以上相關技術和設備，雖然前期的固定投資會大一些，但是可減少大量的運行成本和環(huán)境成本，提高生產效率和產品質量，整體上來說對降低生產成本是有利的。

(致謝：西馬克公司提供有關油氣混合動力擠壓機資料；陜西多倫科技發(fā)展有限公司提供有關封閉式模具堿洗系統(tǒng)資料；佛山特高珠江工業(yè)電爐有限公司提供有關熱扒皮機資料。)