[发明专利]交通运输用工业铝型材调速等温挤压控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业用大型铝合金型材挤压工艺的关键技术，尤指一种交通运输用工业铝型材调速等温挤压控制方法，属于有色金属压力加工技术领域。

背景技术

随着铝挤压技术的进步和国民经济的迅速发展，铝型材在交通运输、航天航空、工业机械、电子设备等领域的应用逐年上升，尤其是我国交通运输业朝轻量化、高速化和环保化的方向发展，地铁、高速列车、轻轨、双层客车等运输工具逐步采用铝型材车体。交通运输用铝型材的长度常达10-30m，对铝型材的形状与尺寸精确性、组织与性能沿断面和长度方向的均匀一致性有很高要求，进行此类型材的挤压生产时，须保持型材出口温度恒定或者基本恒定。

在常规的铝合金热挤压过程中，人们常采用人工控制的恒速挤压工艺，但这种挤压工艺存在较多缺点。由于铝金属在挤压过程中的形变热及摩擦生热，型材出口温度逐渐升高，挤压结束时，出口温度达到最大值，很容易出现超温带来的各种组织及性能缺陷。为防止型材出口温度过高，一般采取比较低的挤压速度，从而限制了挤压生产效率。同时，在恒速挤压条件下，金属的温度和变形极不均匀，容易导致产品发生尺寸、形状、组织和性能等方面的质量缺陷。

等温挤压是减少或消除上述缺陷的有效方法之一，其特点是铝型材在恒定出口温度的情况下对铝棒进行挤压成形，模孔变形区金属的温度始终保持基本恒定(一般为±10℃)，保持金属变形抗力和流动的均匀性。实际生产中，一般采用铸锭梯度加热或冷却法来实现等温挤压，但等温挤压所需铝棒温度梯度难以通过理论分析精确地确定，并且该方法对生产线的自动化程度要求较高，难以达到预期效果；通过对挤压参数的热-力耦合模拟仿真获得等温挤压速度-温度曲线来实现等温挤压，由于挤压加工变形量大，仿真过程网格畸变严重，计算量大，效率低，而且往往由于缺乏工厂大量的数据支持，得到的等温挤压曲线模型缺乏工程背景，限制了其在工程上的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述挤压技术的不足，采用直接测温调速法来实现等温挤压，即通过在线反馈系统将测量的型材出口温度反馈至挤压机的PLC控制器，然后根据实测的出口温度调节挤压速度来维持恒定的出口温度，使型材在整个挤压过程中性能趋于一致。

本发明的具体技术方案如下：

一种交通运输用工业铝型材等温挤压控制方法，其特征在于，交通运输用工业铝型材等温挤压控制系统由控制系统主机、等温挤压PLC与工业铝型材出口温度测温仪组成。控制系统主机中存储有通过试验方法得到的铝合金型材等温挤压曲线，以及不同的铝合金牌号、挤压变形比、组织性能等参数决定的型材出口温度值等控制信息。测温仪连续监测采集挤压型材出口温度，出口温度数据传输导入等温挤压PLC中，等温挤压PLC与控制系统根据所测温度，按照PID控制算法对速度偏差值进行计算，做出挤压速度调整指令，经等温挤压控制PLC传达给挤压机PLC，实施对挤压机挤压速度的增量/负量实时调整。同时，挤压机PLC将挤压机实时挤压速度反馈至等温挤压控制PLC，形成速度控制闭环，周而复始进行上述过程，实现交通运输用工业铝型材等温挤压的工艺控制。

本发明所述的铝合金型材等温挤压曲线通过如下试验方法步骤获得，首先确定铝型材挤压出口温度目标值；其次，通过工程试挤法确定“挤压速度V-行程L”之间的初步数量关系，得到“V-L”轮廓线；然后，将行程L等额划分成i个小格得到行程节点，采用“节点速度变量法”，变动行程节点对应的速度V_i，j(i＝1，2，3，...；j＝1，2，3，...)，每个节点上的挤压速度变动j次，研究节点速度变量对铝型材出口温度值的影响规律，应用数值程序方法来确定每节点上的最佳挤压速度V_i(i＝1，2，3，...)，得到“V-L”折线；最后，对“V-L”折线进行曲线拟合，得到顺滑的“挤压速度V-行程L”的等温挤压曲线。将所得的铝型材等温挤压曲线输入等温挤压控制系统主机中。工程试挤法是通过铝棒试压，探索在铝棒预热温度一定的前提下，挤压速度对铝型材出口温度的影响。

本发明所述的挤压速度与行程是指挤压机的挤压杆速度与行程，挤压杆速度乘以铝型材挤压变形比，等于铝型材挤压流出速度。其中，铝型材挤压变形比是挤压筒内截面积与铝型材截面积之比值。挤压变形比反映了铝金属的变形程度。