Выбор экструзионного пресса для алюминия – 1

Экструзионный пресс является самым важным – и дорогим – из всего оборудования для производства алюминиевых профилей.

7 шагов при выборе экструзионного пресса

Новый экструзионный пресс для алюминия может прослужить 50 и более лет. Поэтому его выбор – это очень ответственное решение. В своей статье в материалах Aluminium Extrusion Seminar 2008 известный американский специалист Al Kennedy подробно расписал процесс принятия такого решения и разбил его на семь последовательных шагов [1].

Вот эти шаги:

1. Тип пресса:
   – с прямым прессование,
   – с обратным прессованем,
   – с прошивкой и оправкой.
2.  Диаметр контейнера и усилие пресса
3. Толщина матричного комплекта
4. Компоновка пресса:
   – обычная
   – с коротким ходом
   – с загрузкой спереди
5. Изготовитель пресса
6. Конструкция, гидравлика, электрика, матричный комплект
7. Запасные части и техническая документация

Выбор типа пресса

Это первый шаг в выборе пресса. Решение по нему принимают на основе рыночной ситуации и намерениях занять на рынке определенную нишу. Большинство новых прессов имеют прямое прессование без прошивки и без оправки.

Пресс с обратным прессованием

При обратном прессовании матрица размещается на переднем конце полого пресс-штемпеля, который перемещается относительно контейнера, но относительное перемещение между заготовкой и контейнером отсутствует (Fig. 1). Поскольку в этом случае нет трения между поверхностью заготовки и контейнером, то усилие прессования на 20-30 % ниже. Это пониженное усилие дает возможность прессовать более мелкие профили, а также снизить температуру заготовки и, следовательно, повысить скорость прессования.  Температура профиля более однородная на протяжении цикла прессования. Загрязнения с поверхности заготовки не идут внутрь профиля, однако необходимо «скальпировать» заготовки – механически обрабатывать их поверхность, чтобы поверхностные дефекты заготовки не создавали поверхностные дефекты профиля. Существенным недостатком обратных прессов является ограничение размеров профиля размерами полости пресс-штемпеля.

Fig. 1 – Schematic of an indirect extrusion press. 1, counter platen; 2, die slide; 3, shear;
4, billet container; 5, moving crosshead; 6, die stem; 7, sealing element; 8, cylinder crosshead;
and 9, oil tank with drive and controls (Source: Schloemann-Siemag) [3]

Пресс с прошивкой и оправкой

Изготовление действительно бесшовных труб требует или прошивной оправки для выполнения отверстия в сплошной заготовке, или полой заготовки и оправки (Fig. 2). В обоих вариантах бесшовный полый профиль будет иметь более качественную микроструктуру структуру и более однородные механические свойства, чем аналогичный профиль, которые получен на обычном прессе. Инвестиции в такой пресс являются очень высокими, а производительность его ниже, чем у обычных прессов. Более высокое качество продукции могут оценить и, что важно, заплатить за него, только весьма ограниченное количество заказчиков, производящих очень ответственные изделия.

Fig. 2 – Schematic of a direct extrusion press for seamless hollow and tube.
1, counter platen; 2, die slide or rotary die head; 3, shear; 4, billet container;
5, moving crosshead; 6, stem; 7, mandrel; 8, piercer; 9, cylinder crosshead;
and 10, oil tank with drive and controls (Schloemann-Siemag) [3]

Пресс с прямым прессованием

Для подавляющего большинства производителей прессованного алюминия однозначным выбором является обычный пресс с прямым течением металла.         

Fig. 3 – Schematic of a direct extrusion press.
1, counter platen; 2, die slide or rotary die head; 3, shear; 4, billet container; 5, moving crosshead;
6, stem; 7, cylinder crosshead; and 8, oil tank with drive and controls (Schloemann-Siemag) [3]

Specifications of a direct extrusion press

Fig. 4 – Specifications of a direct extrusion press [2]

Table 1 Specifications of an extrusion press [2]

Таблица 2 – Standard press capacity and specific pressure chart [2]

Диаметр контейнера и усилие пресса

Выбор диаметра контейнера

Первый и самый трудный вопрос. Какова максимальная описанная окружность и погонная масса профилей, которые будут прессоваться на этом прессе? Можно бы учесть историю заказов профилей, но надо понимать, что в будущем рынок может пойти совсем по-другому. Вообще, прессы, которые ставят в последние годы, имеют тенденцию к увеличению диаметра контейнера.

Диаметр заготовки обычно выбирают, по крайней мере, на 25 мм больше, чем диаметр самого большого профиля или группы профилей. Конечно, всегда есть возможность прессовать профили даже большие чем диаметр заготовки с применением специальных матриц с расширителем. Однако эта технология более сложная, требует более дорогих матриц и есть ограничения для ее применения.

Выбор усилия пресса

• После того, как определились с диаметром заготовки, надо выбрать удельное давление в интервале от 60 до 80 кГ/мм².
• Удельное давление вычисляется путем деления усилия пресса на площадь полости контейнера (обычно больше диаметра заготовки на 3 %).

Выбор максимальной длины заготовки

Максимальная длина заготовки диаметром 152 мм для пресса с усилием от 1200 до 1600 тонн составляет от 750 до 850 мм, а заготовки диаметром 178 мм для прессов с усилиями от 1600 до 2000 тонн – от 850 до 1000 мм.

Die stack size

• От размера (толщины) матричного комплекта зависит прогиб матрицы под нагрузкой и, следовательно, возможность контролировать размеры профиля и отклонения от них (Fig. 4).
• Прогибы матрицы снижаются пропорционально третьей степени длины матричного комплекта. С другой стороны, чем больше матричный комплект, тем больше он стоит.
• Совместно со специалистами по прессовому инструменту и поставщиками прессов надо определить размер комплект прессового инструмента, который бы совмещал достаточную жесткость с приемлемой ценой.

По мнению экспертов для пресса усилием 1600 тонн типичная толщина матричного комплекта составляет 400 мм, а для пресса 2000 тонн – 450 мм.
 

См.  Часть 2 и Часть 3

Источники:

1. Al Kennedy – Seven Steps for Selecting An Extrusion Press,  ET 2008
2. Aluminum Extrusion Technology / P. Saha