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我国大型铝材挤压装备技术有待突破
发布时间:2012/4/23 20:00:01 浏览次数:1386 [字号: ] 

我国研制生产新型高速列车、船舶和大型飞机需要大量的各种高端材料作为支撑,其中大型铝型材的生产无疑是重要的一环。因此,尽快研制、开发出我国高技术含量的大型铝材挤压和拉伸矫直设备,加快推广我国自己制造的大型铝型材生产先进装备,是目前摆在我国装备制造行业一项十分紧迫的任务。

  现代工业急需大型铝材等重要材料

  所谓大型铝型材,主要是指宽度大于800毫米和外接圆直径大于250毫米,交货长度大于12米的铝型材。大型铝型材截面形状复杂,长度可达60米,是多种功能的集合体,可以达到一般机械加工产品的同等精度,并作为重要的结构材料用于机器的关键部位。由于大型铝型材一根可以代替过去用两根或多根铝型材拼成的宽幅薄壁铝型材构件,从而使机械部件的结构变得更加合理,获得完善的部件表面。同时,生产大型铝型材可提高挤压生产率、节约费用。因此,生产新型高速列车、船舶和大型飞机,如果没有大型铝型材为支撑,其所谓“中国制造”就是一句空话。

  更重要的是,大型铝型材不只是新型高速列车、船舶和大型飞机制造的必须材料,也是我国目前经济高速发展中各方面急需的重要材料。如地铁、轻轨等现代化交通运输装备的制造,还是国防建设中现代化武器生产及航空航天等行业发展的重要材料。

  近几年来,由于我国地铁、高速列车、城市轻轨、航空航天等行业的发展,用于航空器壁板、高速列车车体、地铁及城市轻轨列车、磁悬浮列车车体、集装箱、船用壁板等大型薄壁、宽幅、高精度和复杂断面的铝合金型材的需求量快速增长。在“十一五”计划中,国家将投资2000亿元用于国内大城市的地铁建设,新出厂的地铁车厢将全部采用特大铝合金型材制造。据有关方面预测,在未来五年,我国特大铝型材及铝合金型材的需求量在15万吨以上,如果从国外进口,其价格约在1万美元/吨。

  大型挤压装备市场潜力巨大

  挤压机虽然种类较多,但国际上通常把50MN以上的挤压机称为大型挤压机,80MN以上的挤压机称为重型挤压机。目前,国内外生产的大型挤压机装备,总量超不过40台。

  国外的大型挤压机装备基本是上世纪70年代以前生产的,多为水压机,技术落后。近几年,美国、德国、日本、韩国等新增了4台到5台大型挤压机。中国目前已投产的大型铝型材生产线有7条,正在建设的大型铝型材挤压机生产线有5条。近五年内,中国还将建设大型挤压机生产线10条以上。

  大型挤压机在我国有潜在巨大市场,在国外也呈上升的需求态势。如东南亚、印度等国家,目前在大型挤压机开发方面还处于起步阶段,但估计十年内将有多条大型挤压机生产线投产。

  大型铝型材挤压装备的研究与开发,发达国家一直非常重视,不少国家相继建立了有关技术研究中心。其中,较著名的有德国BCTiin挤压技术中心、美国KENTCKY挤压技术中心、英国HYDRO挤压技术研究与工程技术研究中心等。我国在大型铝型材挤压技术和装备的研究开发方面起步较晚,不仅研究的手段和方法落后于国外,而且在投入的人力和财力方面均落后于国外。在大型铝型材装备研究开发方面,中国重型机械研究院(西安重型机械研究所)和太原重工股份公司处于国内领先地位。

  中国重型机械研究院从1999年起开始研制我国首台油压传动的万吨挤压生产装备,于2002年7月1日投入生产。2003年该院又开始研制125MN油压双动铝型材挤压生产线,现已安装调试,使我国在大型铝型材的技术开发和新产品的研制方面有了重大突破。到目前为止,该院设计开发制造了30多条5MN到125MN的铜/铝挤压机生产线。如其开发的125MN双动铝挤压机为目前世界最大的油泵直接传动铝挤压机,40MN双动铜挤压机生产线为目前亚洲最大的铜挤压生产线。同时,该院还开发出55MN、60MN、100MN和125MN铝型材挤压生产线后部处理设备,而150MN铝型材挤压生产线正在研制中。技术研发及产业化基础亟待建立

  大型铝型材等温挤压技术工艺是生产高性能大型铝型材的控制基础。我国已研究建立了大型铝型材挤压容室所需的加热能量,加热功率以及空气冷却量的计算公式;建立了大型铝型材挤压过程三维热力藕合有限元分析模型,解决了边界条件合理处理问题;提出了针对大型宽幅板材和大型异型翅片管材的等温挤压速度曲线;提出了通过基于温度和速度控制实现大型铝型材等温挤压过程的技术路线。

  此外,在大型铝型材固定针挤压技术、大型铝型材反向挤压技术、大型短行程挤压装备技术、大型铝型材快速冷却技术、大型铝型材牵引技术、拉伸与校正技术等方面我国均有重大突破,而万吨双动铝挤压机获得了国家科技进步一等奖。

  但与发达国家的先进技术比,我国的大型铝型材挤压装备仍有一定的差距。如铝型材等温挤压技术涉及挤压过程的控制系统,国外已经开始采用计算机有限元分析软件,对挤压过程中铝锭坯、挤压工具、挤压筒等之间的热量传递及铝锭坯形成过程中应力变化进行数字模拟,从而对挤压过程进行自动控制,取得在铝型材产量和质量控制方面的进步,开发出用优化的挤压参数进行铝型材挤压的自动控制系统。

  目前,世界各大挤压机制造公司都拥有自己的铝型材挤压过程控制系统,如意大利、德国、法国、美国、日本等国的企业都有自己的独有技术。我国在这些方面同国外比,还明显存在着不足(详见相关链接)。

  现在,我国经济发展迅速,有关方面对大型铝型材的需求量越来越大,质量水平要求越来越高。特别是现在国家已经把生产大型运输飞机和大型客机作为发展重点,而大型飞机和其他各类型飞机,其骨架、机身等大部分用的是高端大型铝型材。因此,为适应这种形势的要求,尽快研制、开发、推广我国的大型铝型材挤压机,是目前一项十分紧迫而艰巨的任务。

  因此,国家有关方面应十分重视这方面的研究与发展,从政策上给予支持,从资金上给予扶持。同时,有关方面应根据我国在挤压机研制开发方面的现状,迅速组织相关方面人力、物力、财力,建立我国大型铝型材技术装备研制开发中心。另外,按照我国经济发展需要,应有计划、有针对性地培养能够研制、开发、生产具有国际先进水平的大型铝型材基地。

  相关链接:国内外三大领域有差距

  反向挤压技术从1870年立式反向挤压法的问世,到1926年开始在铝、铜及合金的加工行业得到应用。特别是在美国的T.A.C反向挤压专利问世后很快得到普及,并在前苏联、法国、日本得到广泛推广。而我国的反向挤压技术研制较晚,1986年西北铝加工厂引进日本一台25MN管棒铝材反向挤压机,本世纪初又引进德国一台45MN管棒铝材反向挤压机。

  在大型铝型材短行程挤压机方面,法、德早在上世纪后期已经发明了这类装备,使挤压机的产品结构实行了升级换代。目前,世界上已有几十台,其中不少出口到我国。而我国在这方面由于起步晚,到21世纪才开始了对短行程铝挤压机的研究,在技术方面明显落后于国外。

  在大型铝型材牵引技术方面,国外已经建立了成熟的大型铝型材双牵引技术。而我国虽在单牵引技术方面已经成熟,但在双牵引方面才开始研究。还有大型铝型材拉伸与校正技术,国外开发的技术已经广泛用于生产中,而我国虽在伸方面技术已经成熟,但在校正技术环节上,同国外比仍有明显差距。为了缩小这一领域差距,中国重型机械研究院已开始攻克这一领域技术难题,并且将范围拓宽到大型板材的拉伸领域,目前正在研制60MN和120MN的大型铝材拉伸矫直装备。
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