铝型材挤压工艺，选型及未来技术趋势

鞠全春

（丛林铝材有限公司设备部，山东 龙口 265705）

1 挤压工艺

铝挤压（或铝挤出成型）的定义是对放在模具型腔（或挤压筒）内的铝坯料施加强大的压力，迫使铝坯料产生定向塑性变形，从挤压模具的模孔中挤出，从而获得所需断面形状、尺寸并具有一定力学性能的零件或半成品的塑性加工方法。其工作原理类似于“挤牙膏”。这种金属成型方式具有以下显著的优势。

1.1 持久耐用

铝的抗腐性、耐腐蚀性和耐候性是其最显著的优点之一。铝不需要额外处理就能自然生锈和耐腐蚀。这是由于在其表面存在一层薄的、自然形成的氧化铝保护膜。通过阳极氧化，其抗腐蚀变得更强。例如，在室外环境中，可以进行25微米的阳极氧化，既增强了耐腐蚀性、有提高了表面光洁度。另外，铝不需要维护，在大多数情况下可以不用担心会腐蚀。

1.2 轻巧结实

铝的重量比钢轻33%以上，同时保留了大部分强度。大多数铝合金的抗拉强度范围约为70-700兆帕，而密度比钢小三分之二。产品设计工程师不用担心铝挤压零件的强度，在建筑行业和汽车行业一样等均可以作为结构件使用，是其他金属材料的最佳替代品。为了轻量化和减少能耗，汽车行业正在大幅使用铝合金。

1.3 导热性能好

铝的导热性能与铜极为相似，但重量却要轻得多。铝是一种极好的导热体，铝挤压的轮廓设计可以最大化导热表面积和形成热通道。典型例子是电脑CPU散热器，铝用来CPU中带走热量。

1.4 外观时髦

挤压铝可以喷漆、电镀、抛光以及阳极氧化，这给工程师提供了比其他材料更广泛的外观选择。

1.5 应用范围广

基本上任何断面形状均可以通过铝挤压成型，因此铝挤压的应用范围非常广，工程师可以设计不同的断面，以满足不同应用环境的要求。

1.6 便于二次加工

铝挤压件可以很容易地成型、切割、钻孔、加工、冲压、弯曲和焊接，以适应特定的目的。

1.7 模具加工周期短、费用低

铝挤压的模具简单，加工周期短、费用低。这是AEC关于铝挤压和其他金属成型工艺的对比，仅供参考。

1.8 吸收冲击和变形

在建筑中，铝挤压件可以抵抗天气和建筑运动造成的变形。在交通运输工具中，可以吸收冲击能量。铝挤压件在负载下保持强度和灵活性，并从冲击中回弹。

1.9 环保

铝是一种环保的材料、易于回收。

总之，铝是未来的金属，具有其不可替代的优势。它不仅环保、重量轻、自然耐腐蚀、强度高，同时导热导电性能好。

2 挤压机的构造

2.1 挤压机结构主要由三大部分组成：机械部分、液压部分和电气部分

机械部分由底座、预应力框架式张力柱、前横梁、活动横梁、X型导向的挤压筒座、挤压轴、供锭机构、残料分离剪、滑动模座等组成。液压系统主要由主缸、侧缸、锁紧缸、穿孔缸、大容量轴向柱塞变量泵、电液比伺服阀（或电液比例调节阀）、位置传感器、油管、油箱及各种液压开关组成。电气部分主要供电柜、操作台、PLC可编程序控制器、上位工业控制机和显示屏幕等组成。

2.2 挤压机按照结构方式分为单动及双动挤压机

单动铝型材挤压机挤压时是主缸前进，通过挤压饼把铝棒压向模具，从而成型。用单动机挤出的圆管是有缝的，用仪器才能验得出来。双动挤压机，液压油通过充液阀填充主液压缸,推动主柱塞前行(主柱塞前端连接移动梁,移动梁上安装挤压轴),实现挤压动作.而主柱塞同时又是穿孔液压缸。穿孔时,穿孔柱塞前行(前端安装穿孔针),实现穿孔动作。由于主柱塞和穿孔柱塞可以独立运行,是两个动作,因此称为双动挤压机。

2.3 如按照挤压形式，又分为正向挤压机，反向挤压机和正反向挤压机

正向挤压相对简单，相当于直接把挤压力传递给棒坯，金属流出的方向与挤压杆前进的方向是一致的，这是这种挤压方法的基本特征。与正向挤压相比，得益于反向挤压特殊的材料流动特性(棒料和挤压筒内壁没有摩擦)，材料流动更为均匀，因此挤压速度更快，因为棒料往往更长，所以压余更薄，这些都意味着更高的生产效率。同时，反向挤压制品沿纵向的温升很小，平均温度也低，在产品质量上可保证良好的尺寸精度。反向挤压及采用短行程结构设计，可配备或不配备穿孔装置。因此，反向挤压目前为管材及棒材生产最高效的挤压形式。

3 挤压机的选型

（1）按照挤压合金的特性进行选择。比如挤压6063-T5工业铝型材，可选择正向单动卧式挤压机;挤压软合金管材，可选择正向双动卧式挤压机。

（2）在生产高精尖工业型材的选择上，应该择高性能、低耗、高效率的自动化挤压机。比如业界主流的短行程，高速前上料挤压机，则具有众多优势。如叠片式张力柱/外压套设计和有限元优化的机身确保了更久的试用期限。同时，主要部件如前梁，挤压筒，主缸都具有更高的机架刚性。前上料可保证向前移动挤压筒即可完成装料，棒料与挤压筒之间无摩擦，对称的镦粗提高了挤压筒的排气效果。

（3）按照具体的挤压能力进行选型。挤压能力的大小要通过计算，按照自身的生产条件、技术水平、设备条件以及销售条件作为依据，计算出年生产时间、每小时的工作量等参数，来计算出挤压机的年生产能力，因为产量的大小和断面大小决定选择哪种挤压机，不同的合金成分所需的挤压能力也是不相同的，普通铝型材所需的挤压力为250MPa～400MPa，空心铝型材所需的挤压力为450MPa～1000MPa，纯铝挤压时所需的挤压力较小，为150MPa～250MPa。挤压方法也有很大的差别，正向挤压比反向挤压所需的挤压力要大1/3。

（4）按照用户实际的资金状况及产品定位进行选择。如果企业生产的铝型材产品为中低档，就可以选择国产的挤压机;如果是定位为高档产品，就要选择进口的挤压机了。不管选用哪种档次的挤压机，都要根据自身的实际条件来定，如果只生产的中低档铝型材产品，就没有必要选择国外进口的挤压机，一方面投资金额较大，另一方面对于后期的维护也是一件十分困难的事，毕竟各方面的费用都会提高，还会影响生产进度，要量力而行，全方位考虑。

（5）按照厂家前期规划设计，尽可能的使用标准设备，节省设备占地，人员的节约，缩短生产技术的准备周期。比如可以选择新式紧凑型的挤压机，这种新理念将挤压机锻造好的前梁安装在挤压机的一端，另一端是锻造的主柱缸，配有平衡油箱，实现了新型的液压概念。在这种理念下，主油箱的位置变得更加灵活，从而没有必要安装在后梁上方。这种结构优化了铸造框架的几何形状，从而形成了非常紧凑的挤压机结构。

（6）挤压机厂家是否可以提供高校，强大的技术支持，员工培训，技术支持，让客户在后期的生产中顺畅无忧。强大的售后服务网络也是选择时的重中之重，只有完善的售后服务，才是生产制造的强大后盾。

4 未来技术趋势

通过对世界主流制造商发展现状的深入分析以及本人多年积累的实践经验，同时结合铝加工行业未来的市场趋向，预期未来几年在挤压装备方面的主流新技术将围绕最新的”Eco-Plant”设备理念进行不断优化。这种理念已于近期开始在欧洲逐步兴起，该理念的核心概念，是在基于可持续发展的基础上，致力于打造”环保，高效的经济型生产线”.同时，该理念将被逐步融入到装备的设计和制造中去。因此，为贯彻落实这个理念，未来的新型挤压技术趋势将致力于从以下进一步提高设备挤压力和提升能源与操作效率等方面进行深入优化。

4.1 进一步提高设备挤压力

当设备拥有更大的挤压力，则意味着进一步突破了当前铝挤压制品工艺的局限性，为新型铝制品的诞生乃至新材料的制造进一步打开了更广阔的天地。除此之外，更大的挤压力使得挤压周期效率提高，现有产能进一步提升，也意味着经济性的提高。为实现这一目的，需要不断提升挤压机机架的刚度和结构设计，以承受住更为强大的挤压预应力。目前海外最新的技术为西马克公司的160MN挤压机，该设备采用CF框架，该框架不仅结构紧凑，而且优化了铸造框架的几何形状，因此极大地提高了设备的机架结构和部件刚度。此外，设备采用叠片式张力柱(带外压套)，这种层叠式的设计比传统的螺丝固定式张力柱具有更低的切口系数。与此同时，通过单独的液压缸进行精确的调节，实现了更强的刚度和预应力处理能力。这种设计具有诸多优势比如无磨损，寿命长，无需调整，低摩擦，极高的抗冲击力(过载)，等等。

4.2 能源与操作效率

（1）能源效率。为进一步提高经济性，则未来针对挤压设备各个环节节能技术的优化将成为关键。下面仅以挤压机泵站的节能举例说明。如意大利达涅利公司依靠其自主研发的ESED4.0智能泵站节能系统，目前已成为业内最先进的节能管理方案。该系统通过定量泵配变频驱动技术，使得在挤压过程期间，只启动所需数量的泵，进而实现精确控制和工作泵数量配比，这样只会开启在当前挤压速度所需的液压泵数量，进而减少了额外且不必要报的泵组损耗。同时，该系统还可极大地提高效率，比如通过变频驱动定量泵，使得泵排量可提高30%。总之，该系统的经济性可体现在以下两个方面：①投资：液压成本降低10%，管路减少20%，主泵低噪音。②运营：整体维护成本降低，非挤压循环周期变短。

（2）提高操作效率，更加智能化的设备操作。从打造经济性设备这个主题而言，则未来不得不考虑进一步提高挤压机的操作效率。