提高鋁型材擠壓生產(chǎn)成品率的工藝方法

鋁型材擠壓是將鋁合金置入擠壓筒內(nèi)并施加一定的壓力，使之從特定的?？字辛鞒?，從而獲得所需的截面形狀和尺寸的一種加工方法，這種擠壓加工法成本低、效率高、操作簡單，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中占有相當(dāng)大的比重，使鋁型材成為國民經(jīng)濟(jì)中的重要基礎(chǔ)材料。

提高鋁合金型材成品率是降低企業(yè)生產(chǎn)成本較直接和有效的方法。成品率每提高1個百分點，鋁材的生產(chǎn)費用將降低23元～30元，以一個年產(chǎn)1萬t鋁型材的企業(yè)來說，若每噸鋁型材的成品率提高5個百分點，每年可節(jié)約125萬元，而這125萬元是純利潤。成品率的提高是建立在產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，與產(chǎn)量又是同比關(guān)系。提高成品率是一個系統(tǒng)工程，通過單一工藝方法很難大幅提高成品率，必須是多環(huán)節(jié)的累積提高。提高成品率又是一個細(xì)致的工作，不僅需要技術(shù)工藝做支撐，更需要嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實、科學(xué)的管理。

一、影響成品率的因素

影響成品率的因素是多方面的，就擠壓生產(chǎn)而言主要有以下幾個方面：

（1）鋁鑄錠的質(zhì)量直接決定擠壓制品的成品率。

（2）模具、擠壓工具對成品率有很大影響，它們直接關(guān)系到擠壓制品的質(zhì)量，制品合格率高則成品率就高。

（3）生產(chǎn)管理中生產(chǎn)計劃下達(dá)的合理性以及生產(chǎn)報表原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也是提高成品率的前提。各種生產(chǎn)報表的原始數(shù)據(jù)是鋁型材擠壓前計算鑄錠長度的重要依據(jù)。

（4)擠壓工藝包括根據(jù)擠壓比選定擠壓設(shè)備、確定工藝溫度及張力矯直工藝等，每步工藝是否科學(xué)、細(xì)致、合理也對成品率影響很大。

（5）操作人員的熟練程度和責(zé)任心是提高擠壓成品率所必備的。

二、提高擠壓鋁型材成品率的工藝方法

1、提高鑄錠質(zhì)量是保證擠壓成品率的前提

鑄錠對擠壓生產(chǎn)來說是原材料。鑄錠組織均勻，晶粒細(xì)小，無夾渣、氣孔、偏析、裂紋等缺陷時，不僅可以降低擠壓力、提高擠壓速度，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，而且可以減少擠壓制品表面氣泡、氣孔、劃傷、開裂、麻點等表面缺陷。比如較小的夾渣可以通過模具工作帶的狹縫排出，但會造成型材表面犁痕，產(chǎn)生一定長度的幾何廢料；較大的夾渣將被卡在工作帶狹縫中不能被排出，引起塞?；驍D壓制品開裂而被迫更換模具，這樣就會嚴(yán)重影響成品率。

2、適當(dāng)加大擠壓系數(shù)，提高擠壓成品率

每個鋁材廠都有一系列擠壓機型，各廠家根據(jù)產(chǎn)品的擠壓比、冷床長度、制品外接圓直徑、擠壓筒長度和直徑等，合理確定制品將在哪臺擠壓機上生產(chǎn)。實踐證明，同樣規(guī)格的制品放在不同噸位的擠壓機上生產(chǎn)時，由于擠壓系數(shù)不同，對制品的組織、性能和生產(chǎn)效率有很大影響，其成品率也會產(chǎn)生差異。根據(jù)2009年一年中某企業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計，三種不同噸位擠壓機的年平均成品率范圍如下。

①不同噸位擠壓機擠壓鋁型材的年成品率統(tǒng)計：

擠壓機位/MN：9.8；成品率84～87%

擠壓機位/MN：7.84；成品率83～84%

擠壓機位/MN：5.88；成品率81～82%

從中可以看出，擠壓機的噸位較大、擠壓系數(shù)較大時，其成品率較高，而其擠壓費用如下，

②不同噸位擠壓機擠壓鋁型材生產(chǎn)統(tǒng)計：

擠壓機位/MN：9.8；單產(chǎn)用電/290（kWh·t﹣1)；平均班產(chǎn)量4.2/t；擠壓費用624/元

擠壓機位/MN：7.84；單產(chǎn)用電/360（kWh·t﹣1)；平均班產(chǎn)量3.3/t；擠壓費用642/元

擠壓機位/MN：5.88；單產(chǎn)用電/410（kWh·t﹣1)；平均班產(chǎn)量2.16/t；擠壓費用693/元

從中可以看出，擠壓費用并沒有升高。所以，擠壓生產(chǎn)時，適當(dāng)提高擠壓系數(shù)，不僅可以獲得力學(xué)性能和組織良好的制品，同時可以提高成品率，降低型材的生產(chǎn)費用。

3、加強生產(chǎn)管理，準(zhǔn)確計算鑄錠長度

鋁型材在建筑、交通、電子、旅游、機械方面的應(yīng)用越來越多，因此鋁材廠的產(chǎn)品品種也在增多，帶來的是模具的增多，給生產(chǎn)計劃的安排增加了難度。鋁型材生產(chǎn)計劃，要根據(jù)客戶要求的規(guī)格、單根重量、長度、數(shù)量和冷床長度，利用等體積或等質(zhì)量的原則計算出所用鑄錠的數(shù)量和長度。鑄錠長度的計算采用等質(zhì)量法較多。這是因為隨著模具的使用及修理，各部分壁厚的變化不是同步的，很難再準(zhǔn)確計算出制品的截面積，而且其理論線密度和實際上機試模所得到的線密度相差不小。

鑄錠長度：

式中：

L—鑄錠長度，mm；m1—型材線密度，kg /m；

Ld—定尺長度，m；n—倍尺數(shù) ；

Lq—切頭或切尾長度，mm；Ly—壓余長度，mm ； 

d—圓鑄錠直徑，mm ；ρ—鋁合金密度，2.7 g/cm3 。

 對于某一臺擠壓機來說，其使用鑄錠的直徑d是確定的，客戶對制品的定尺長度Ld要求也是確定的，壓余長度Ly通常取15mm—30mm，切頭或切尾長度二者相等，一般選定在0.2m—0.8m，倍尺數(shù)n根據(jù)擠壓筒長度、型材線密度、冷床長度確定，這樣就只有型材的線密度m1是變化的，因此，鑄錠長度L是線密度m1的函數(shù)，二者成線性關(guān)系。

上圖1是關(guān)于L-m1，曲線圖，壓余長度Ly是截距，而K就是L-m1直線的斜率。對于一臺擠壓機的同一個擠壓筒來說，當(dāng)倍尺數(shù)n變化時，只是L-m1，直線的斜率K從Kn發(fā)生變化。

對于擠壓機上的某種制品，將定尺長度Ld、倍尺數(shù)n、切頭切尾長度Lq、壓余長度Ly、確定后，代入公式，可以方便迅速地畫出每臺擠壓機上制品線密度m1與鑄錠長度L的關(guān)系圖（如圖1所示）。關(guān)系圖畫起來快捷方便，只需計算出一個點，將它與截距點相連就是棒長和線密度的對應(yīng)關(guān)系圖，在圖上可以準(zhǔn)確查出鑄錠長度與型材單根重量的對應(yīng)關(guān)系。關(guān)系圖清晰直觀。有這樣一張圖，再利用長鑄錠加熱爐的剪切裝置可以準(zhǔn)確的剪出所需長度的鑄錠。

4、使用夾持墊，減少切頭切尾長度

型材擠壓冷卻后要通過張力矯直來消除型材彎曲、擰扭等缺陷。大部分企業(yè)仍采用拉直機張力矯直，但關(guān)鍵問題是由于型材品種多、矯直工嫌操作麻煩，很多企業(yè)沒有使用夾持墊，直接用鉗口夾扁型材兩頭，造成拉伸后型材的兩頭變形長度往往在0.4m～1.2m，截面大的型材變形長度還要長些，變形部分必須切掉，否則無法去掉型材因拉直而產(chǎn)生的截面變形，這樣就使幾何廢料增加、擠壓成品率下降。

夾持墊可以使用硬木或鋁塊制成，根據(jù)型材的截面形狀運用成組技術(shù)進(jìn)行分組，盡量減少夾持墊的數(shù)量，增加夾持墊的通用性。三種規(guī)格的型材可以使用同一種夾持墊。

對于懸臂較長又有封閉截面的型材，矯直夾持時在封閉腔內(nèi)塞入夾持墊的同時，懸臂部分也要用撐架支撐，減少型材拉伸時長度方向沿截面上的變形量。

使用夾持墊后，型材的切頭、切尾大大縮短，一端切掉長度一般在0.15m～0.4m之間。假設(shè)每班可擠壓倍尺數(shù)為3的線密度0.5kg/m的型材420根，使用這種方法共可減少廢料210m～420m、105kg～210kg，比不使用夾持墊時成品率可提高1.9%～3.8%，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)司觀。

夾持墊從制作、保管、領(lǐng)用要由專人管理。針對操作工人不愿使用，可以將成品率績效工資分為兩部分：如成品率85%以下時，成品率提高一個百分點，噸工資增加5元；成品率85%以上時，成品率提高一個百分點，噸工資增加10元，激勵工人努力提高成品率。

5、使用熱剪切鑄棒爐，即時控制鑄錠長度

近年來，越來越多的企業(yè)將鏈條式短鑄錠加熱爐更換為熱剪切長鑄錠加熱爐（簡稱熱剪鑄棒爐）。熱剪鑄棒爐可以避免鑄錠鋸切、減少因鋁屑而產(chǎn)生的損耗，擠壓時主機手可根據(jù)模具的動態(tài)單支重量用熱剪鑄棒爐上的剪切裝置隨時調(diào)整剪切長度，獲得任意所需長度的鋁錠坯，從而使擠壓出的長型材的切頭切尾達(dá)到至短，進(jìn)一步提高成品率。

有的企業(yè)使用了熱剪鑄棒爐后，忽略了對鑄錠長度的準(zhǔn)確計算和對此項工作的管理，交由操作工自行處理。操作工人往往在上模擠壓時，先按模具的標(biāo)準(zhǔn)壁厚剪切一根鑄錠進(jìn)行試擠壓，觀察擠出型材的總長度是否達(dá)到倍尺和切頭切尾長度要求，不合適時再粗略估計試剪第二個鑄錠，再試擠，反復(fù)2～3次才能找到合適的鑄錠長度，但在試擠過程中產(chǎn)生了不短的廢料，這一試擠過程不僅降低生產(chǎn)效率，而且也降低成品率。

正確的做法是根據(jù)上機模具的上次擠壓單支重量記錄，查一下線密度—鑄棒長（L-m1）圖，稍微加長一點剪切鑄錠長度（不至于產(chǎn)生接近6m的廢料），根據(jù)擠壓型材的總長，第二次剪切長度可作微量修正，就可以進(jìn)入正常擠壓。把熱剪切鑄棒爐剪切長度調(diào)整靈活的優(yōu)點和生產(chǎn)管理上準(zhǔn)確記錄模具動態(tài)在擠壓過程中每根型材重量、查看型材線密度-鑄棒長（L-m1）關(guān)系圖結(jié)合起來，才能提高生產(chǎn)率和成品率。有文獻(xiàn)說使用熱剪鑄棒爐成品率可以提高4個百分點，根據(jù)其他企業(yè)的實際經(jīng)驗提高2個百分點是沒有問題的。

6、加強模具管理，準(zhǔn)確記錄動態(tài)單根型材重量

原始生產(chǎn)記錄在管理工作中的重要性是不言而喻的，在鋁型材的擠壓生產(chǎn)中，準(zhǔn)確記錄每套模具擠出型材的線密度（或單根型材重量）是做好成品率、成本核算及模具管理的一項重要工作，它為下次本套模具上機能準(zhǔn)確找到合適的鑄錠長度提供依據(jù)。所以對每條擠壓生產(chǎn)線應(yīng)提供一臺準(zhǔn)確度較高的電子稱，定期校驗、監(jiān)督復(fù)驗，督促操作工或工藝員在模具生產(chǎn)卡片上填寫型材單根型材重量，準(zhǔn)確的記錄模具在擠壓過程中每根型材重量，為下次生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

有的企業(yè)已使用計算機進(jìn)行管理，擠壓工在擠壓機旁的計算機終端錄入每套模具的名稱、編號和上機擠壓的型材根數(shù)、長度、單根重量等參數(shù)，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集實時化、車間無紙化、統(tǒng)計自動化、信息公開化。

7、使用無壓余擠壓，減少幾何廢料

固定墊無壓余擠壓是將擠壓墊固定在擠壓桿上，并對二者作一定的改造，擠壓結(jié)束時擠壓筒不后退也能較容易地將鋁錠脫離，然后直接將第二根鑄錠推入擠壓筒，與上次剩余的鑄錠壓合在一起，完成擠壓。這種方法避免了每擠壓一根鑄錠剪切一次壓余，可根據(jù)質(zhì)量要求和訂貨數(shù)量來決定擠多少根剪切一次，一般民用型材可40—50根剪切一次壓余。

8、優(yōu)化擠壓工藝，減少技術(shù)廢料

提高成品率除了采用以上措施努力減少幾何廢料外，同時也要在生產(chǎn)過程中盡量減少技術(shù)廢料，確切地說，就是讓該是正品的都是正品，避免出廢品。

影響技術(shù)廢料的擠壓工藝有很多方面，它涵蓋了擠壓生產(chǎn)的整個過程，主要包括鑄錠質(zhì)量、工藝溫度、擠壓速度、擠壓工具、模具、轉(zhuǎn)運裝卸、時效熱處理等等。除了制定專業(yè)、科學(xué)的生產(chǎn)工藝外，還要正確、嚴(yán)格地執(zhí)行工藝操作規(guī)程，提高操作工人的技術(shù)熟練程度和責(zé)任心。

①盡量減少每班生產(chǎn)品種，建議是每班安排3-5個擠壓品種，提高單套模具一次上機生產(chǎn)量。因為生產(chǎn)品種越多，使用的模具越多，由模具帶走的塞鋁就越多，成品率就會降低。

②模具對成品率的影響表現(xiàn)在兩個方面：新模具的試模和在用模具的生產(chǎn)使用。

試模次數(shù)越多，消耗鑄錠越多，成品率越低，所以要提高模具的設(shè)計、制作水平。

在用模具要精心維修、合理氮化、及時保養(yǎng)，保證每次上機合格率高，成形度好，耐用度高。如果每班因為模具維修不合格而發(fā)生3—4個擠壓失敗的鑄棒，那么成品率就會下降1個百分點。

③擠壓工具：包括擠壓筒、擠壓桿、擠壓墊、模墊等。主要是要保證擠壓筒、擠壓桿、模具三者之間的同心度，其次是合理維修擠壓筒，正確加熱，保證擠壓筒端面平直，消除各種引起擠壓筒與模具間的配合不良現(xiàn)象，定期清理擠壓筒內(nèi)壁殘鋁，檢查內(nèi)孔壁有無損傷，正確使用模墊，提高模具支撐強度等等。

④擠壓溫度、擠壓速度及冷卻三者對制品的組織、力學(xué)性能、表面質(zhì)量有很大影響，也會影響到成品率。此外，三者都會影響擠出制品的長度，鑄棒溫高、擠出速度快、風(fēng)冷速度低時，會使制品擠出后的長度增加，增長率至大可達(dá)0.5%—1.0%，也就是影響了型材的線密度，所以，穩(wěn)定的工藝也會使成品率提高。

⑤完善擠壓后續(xù)工序，避免造成技術(shù)廢品。擠壓后續(xù)工序的轉(zhuǎn)運往往造成型材的磕碰劃傷，要盡量避免型材與冷床、儲料臺、定尺臺之間的摩擦與碰撞，推薦采用高溫帶傳送的冷床和儲料臺。運輸、裝框、吊框等轉(zhuǎn)運操作應(yīng)輕拿輕放，料筐內(nèi)壁建議使用高溫毛氈保護(hù)。

三、結(jié)束語

提高擠壓制品的成品率是要在擠壓生產(chǎn)全面細(xì)致的工作過程不僅技術(shù)工藝方面要到位，在管理方面也要扎實到位、做到實處。我國的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的成品率提升尚有很大空間，成品率的提升將是一個持續(xù)的過程。提高成品率和提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量是緊密相連的，是一個企業(yè)技術(shù)和管理水平的綜合體現(xiàn)。