臥式雙動短行程鋁擠壓機的自動控制系統及工藝流程

文/郭爽爽·太重（天津）濱海重型機械有限公司

臥式雙動短行程鋁擠壓機的自動控制系統及工藝流程

文/郭爽爽·太重（天津）濱海重型機械有限公司

郭爽爽，碩士，畢業于太原科技大學，從事鍛壓設備電氣設計和自動化控制工作，參與了55MN、75MN、90MN等多型號單雙動擠壓機的設計和調試工作。

臥式雙動短行程鋁擠壓機采用短行程前上料正向擠壓方式，可以適用于鋁合金管材、型材和棒材的正向擠壓加工；有助于減少鋁錠外部摩擦，提高變形效率。擠壓機的電控系統采用開放式體系結構。臥式雙動正向短行程鋁擠壓機采用的主要技術集中體現了當代雙動擠壓機的發展趨勢和先進技術水平，其輔助機構與控制系統的改進通過實際生產驗證，該擠壓機不僅適用于生產制造和利于操作維護，而且生產效率高、節能。

臥式雙動短行程鋁擠壓機（圖1）主要適用于鋁及鋁合金管材、型材和棒材的正向擠壓加工。它采用了短行程前上料的方式，擠壓行程比常規的擠壓機縮短了1/3，機架開檔減少1/6，使受力框架具有更高的剛度。采用獨特的墊片供給、接收機械手代替以往的墊片循環系統，減少無功作業時間，降低生產線的功率消耗，縮短了非擠壓輔助時間。穿孔針可以實現液壓和手動兩種旋轉安裝方式，其系統采用內置式，可實現固定針和隨動針的擠壓方式，較高的穿孔力和穿孔回程力可防止在擠壓過程中由于摩擦力和其他外力的變化引起的穿孔針的竄動。

系統控制組成

電氣控制系統由上位工業控制計算機和工業可編程序控制器兩級控制。通過計算機和PLC系統的協調工作，實現對擠壓機工作過程的在線智能管理和控制。操作臺上設有操作按鈕，上位計算機設觸摸開關，主要有信號的采集和輸出、工藝的制作、各機構數據和報警信息的傳輸、通訊聯絡等功能。

系統控制由西門子S7-400系列PLC和各分布式I/O所組成PROFIBUS-DP現場總線網絡（工業現場控制通訊總線），用來實現主機和輔助機構所提出的動作運行控制和各機構之間的參數數據傳輸交換。擠壓機和附屬設備及其他設備之間建立Profibus和Ethernet通訊，可以保證建立良好的通訊。

圖1 臥式雙動短行程鋁擠壓機

程序設計

本系統采用STEP7編程軟件，根據工藝要求控制設備的壓力、位置、速度、擠壓筒溫度等控制系統，分別為每個控制系統編寫相應的OB（組織塊organization block）、FC（功能 function）、FB(功能塊 function block)、DB（背景數據塊 data block）等。本臺設備的控制方式與以往的控制方式相比有了較大的改進，具體體現在以下幾個方面。

第一，由于擠壓筒作為擠壓機的關鍵部件，承受著在擠壓時與金屬之間所產生的摩擦力，由于在鋁合金高溫擠壓時摩擦力的不同，產生的金屬流動不均勻，在擠壓時通常擠壓筒的溫度要保持在420～430℃，擠壓筒在升溫時，為了防止外套開裂等現象發生，其溫升斜率必須嚴格控制，采用平緩的升溫曲線。在這里擠壓筒加熱采用了閉環控制分區分段加熱的控制方式，這樣就可以使擠壓筒各區之間的溫度基本同步，使擠壓筒均勻加熱，這樣既保證了產品質量，又提高了擠壓筒的壽命。

第二，在節能方面，通過定變量組合匹配的方式，根據擠壓速度的不同可限定投入油泵的數量實現控制，避免節流調速使高壓油溢流造成能量損失；在保證額定壓力的條件下，根據實際情況算出流量給定自動變量，從而節約了超壓溢流所帶來損失的能量；輔助作業時間大大縮短，即縮短了非擠壓周期，很明顯地降低了擠壓機與后部設備的功率消耗。

第三，在泄壓方面，與以前的瞬時泄壓相比，這里的主側缸、鎖緊缸泄壓現在采用了一種閉環方式的階梯泄壓，這樣的泄壓在時間上與以前幾乎一樣，但過程更加柔和，可以使機構柔性化，減小了缸體和管道振動。

擠壓設備的組成及工藝流程

擠壓設備由錠、墊、壓余機械化處理系統組成。包括擠壓桿、筒、坯錠運送小車、推錠裝置、自適應供錠機械手、活動墊片供給接收機械手、壓余裝置。

坯錠由加熱爐出爐裝置輸送到坯錠運送小車上，坯錠運送小車由變頻電機通過快慢速的方式運送至供錠器入口一側由推錠裝置將坯錠推入供錠機械手的鉗口上。

推錠裝置由變頻電機控制，在推頭的位置由編碼器控制，可準確地測出每一根坯錠的實際長度（檢測精度可達到±2mm），并提供給下次循環。

供錠器為前上料夾鉗式自適應可伸縮供錠器機械手，夾持鉗口根據坯錠的實際長度采用液壓方式進行伸縮，自動調節移動臂的位置，滿足供錠工藝要求。此時，處于回程狀態的擠壓筒套住擠壓桿且使固定擠壓墊伸出擠壓筒適當長度，在模具端面和擠壓墊之間留出一個略大于錠長的間距，可將坯錠水平送至壓機的中心。

擠壓筒套料后，擠壓桿退出擠壓筒，留出一個略大于活動墊的間距，由擠壓機上方的機械手夾持活動擠壓墊擺入機內，通過擠壓桿推入擠壓筒內。穿孔針采用變量泵給定，同時對穿孔缸的前后腔壓力進行閉環控制，從而保證穿孔針與模具之間的位置相對不變，然后開始擠壓。擠壓結束后，穿孔針返回，擠壓筒后退到一定距離。

機械手由伺服控制在擠壓機上方沿擠壓機軸線方向向前移動，靠近模具擺入擠壓中心，夾鉗將擠壓墊片夾緊，主剪下降，主剪下端的壓塊壓在夾鉗上方，向下移動，當墊片與壓余分離后，擺出主機外，主剪繼續下降直到壓余被主剪從模口分離，擠壓墊片則由墊片供給、接收機械手沿擠壓軸線向后移動到擠壓筒的后側，通過活動墊片潤滑裝置潤滑后，等待下一個接收循環。壓余分離后通過下方的溜槽滑到壓余運輸裝置上用戶自備的壓余收集箱里(待裝滿后運輸到地面)。

結束語

實踐證明臥式雙動短行程鋁擠壓機實現了對鋁及鋁合金型材、棒材和管材的正向擠壓加工，其電氣自動控制運行可靠、穩定，控制精確，自動化程度高。通過新型的控制方式降低了能耗，更加節能，為用戶降低了成本。