卧式双动短行程铝挤压机的自动控制系统及工艺流程

2016-06-19郭爽爽太重天津滨海重型机械有限公司

锻造与冲压 2016年15期

文/郭爽爽·太重（天津）滨海重型机械有限公司

文/郭爽爽·太重（天津）滨海重型机械有限公司

郭爽爽，硕士，毕业于太原科技大学，从事锻压设备电气设计和自动化控制工作，参与了55MN、75MN、90MN等多型号单双动挤压机的设计和调试工作。

卧式双动短行程铝挤压机采用短行程前上料正向挤压方式，可以适用于铝合金管材、型材和棒材的正向挤压加工；有助于减少铝锭外部摩擦，提高变形效率。挤压机的电控系统采用开放式体系结构。卧式双动正向短行程铝挤压机采用的主要技术集中体现了当代双动挤压机的发展趋势和先进技术水平，其辅助机构与控制系统的改进通过实际生产验证，该挤压机不仅适用于生产制造和利于操作维护，而且生产效率高、节能。

卧式双动短行程铝挤压机（图1）主要适用于铝及铝合金管材、型材和棒材的正向挤压加工。它采用了短行程前上料的方式，挤压行程比常规的挤压机缩短了1/3，机架开档减少1/6，使受力框架具有更高的刚度。采用独特的垫片供给、接收机械手代替以往的垫片循环系统，减少无功作业时间，降低生产线的功率消耗，缩短了非挤压辅助时间。穿孔针可以实现液压和手动两种旋转安装方式，其系统采用内置式，可实现固定针和随动针的挤压方式，较高的穿孔力和穿孔回程力可防止在挤压过程中由于摩擦力和其他外力的变化引起的穿孔针的窜动。

系统控制组成

电气控制系统由上位工业控制计算机和工业可编程序控制器两级控制。通过计算机和PLC系统的协调工作，实现对挤压机工作过程的在线智能管理和控制。操作台上设有操作按钮，上位计算机设触摸开关，主要有信号的采集和输出、工艺的制作、各机构数据和报警信息的传输、通讯联络等功能。

系统控制由西门子S7-400系列PLC和各分布式I/O所组成PROFIBUS-DP现场总线网络（工业现场控制通讯总线），用来实现主机和辅助机构所提出的动作运行控制和各机构之间的参数数据传输交换。挤压机和附属设备及其他设备之间建立Profibus和Ethernet通讯，可以保证建立良好的通讯。

图1 卧式双动短行程铝挤压机

程序设计

本系统采用STEP7编程软件，根据工艺要求控制设备的压力、位置、速度、挤压筒温度等控制系统，分别为每个控制系统编写相应的OB（组织块organization block）、FC（功能 function）、FB(功能块 function block)、DB（背景数据块 data block）等。本台设备的控制方式与以往的控制方式相比有了较大的改进，具体体现在以下几个方面。

第一，由于挤压筒作为挤压机的关键部件，承受着在挤压时与金属之间所产生的摩擦力，由于在铝合金高温挤压时摩擦力的不同，产生的金属流动不均匀，在挤压时通常挤压筒的温度要保持在420～430℃，挤压筒在升温时，为了防止外套开裂等现象发生，其温升斜率必须严格控制，采用平缓的升温曲线。在这里挤压筒加热采用了闭环控制分区分段加热的控制方式，这样就可以使挤压筒各区之间的温度基本同步，使挤压筒均匀加热，这样既保证了产品质量，又提高了挤压筒的寿命。

第二，在节能方面，通过定变量组合匹配的方式，根据挤压速度的不同可限定投入油泵的数量实现控制，避免节流调速使高压油溢流造成能量损失；在保证额定压力的条件下，根据实际情况算出流量给定自动变量，从而节约了超压溢流所带来损失的能量；辅助作业时间大大缩短，即缩短了非挤压周期，很明显地降低了挤压机与后部设备的功率消耗。

第三，在泄压方面，与以前的瞬时泄压相比，这里的主侧缸、锁紧缸泄压现在采用了一种闭环方式的阶梯泄压，这样的泄压在时间上与以前几乎一样，但过程更加柔和，可以使机构柔性化，减小了缸体和管道振动。

挤压设备的组成及工艺流程

挤压设备由锭、垫、压余机械化处理系统组成。包括挤压杆、筒、坯锭运送小车、推锭装置、自适应供锭机械手、活动垫片供给接收机械手、压余装置。

坯锭由加热炉出炉装置输送到坯锭运送小车上，坯锭运送小车由变频电机通过快慢速的方式运送至供锭器入口一侧由推锭装置将坯锭推入供锭机械手的钳口上。

推锭装置由变频电机控制，在推头的位置由编码器控制，可准确地测出每一根坯锭的实际长度（检测精度可达到±2mm），并提供给下次循环。

供锭器为前上料夹钳式自适应可伸缩供锭器机械手，夹持钳口根据坯锭的实际长度采用液压方式进行伸缩，自动调节移动臂的位置，满足供锭工艺要求。此时，处于回程状态的挤压筒套住挤压杆且使固定挤压垫伸出挤压筒适当长度，在模具端面和挤压垫之间留出一个略大于锭长的间距，可将坯锭水平送至压机的中心。

挤压筒套料后，挤压杆退出挤压筒，留出一个略大于活动垫的间距，由挤压机上方的机械手夹持活动挤压垫摆入机内，通过挤压杆推入挤压筒内。穿孔针采用变量泵给定，同时对穿孔缸的前后腔压力进行闭环控制，从而保证穿孔针与模具之间的位置相对不变，然后开始挤压。挤压结束后，穿孔针返回，挤压筒后退到一定距离。

机械手由伺服控制在挤压机上方沿挤压机轴线方向向前移动，靠近模具摆入挤压中心，夹钳将挤压垫片夹紧，主剪下降，主剪下端的压块压在夹钳上方，向下移动，当垫片与压余分离后，摆出主机外，主剪继续下降直到压余被主剪从模口分离，挤压垫片则由垫片供给、接收机械手沿挤压轴线向后移动到挤压筒的后侧，通过活动垫片润滑装置润滑后，等待下一个接收循环。压余分离后通过下方的溜槽滑到压余运输装置上用户自备的压余收集箱里(待装满后运输到地面)。