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来自 福利彩世界 2019-11-14 17:25 的文章
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的压机焕然新生,中国造出世界最长厚壁无缝钢

老旧的机器

80年代初,日本率先研制了电动注塑机,即不含任何液压油路的注塑机。与其它革新技术一样,这一新机型成本高昂,业界对其持怀疑态度,因此,初其并未获得大幅度推广,致使业界难于认识其优势。但到了今天,这一情况已彻底改变。

“6年时间建造一个核电站,3年时间在等待锻件。”10年前说起我国对核电建设中的关键锻件大口径厚壁无缝钢管无法自主生产的窘境,曾有许多业内人士无奈地发出这句感慨。

Seeger-Orbis公司位于德国Taunus的Königstein,专业研发和生产各种紧固件、支撑和调整垫圈、卡箍和卡环。不久前,Seeger-Orbis的工程师们接到一项任务:对厂里的一台机械压机进行改造。

20年后的今天,注塑机市场的形势已经发生了根本变化。电动注塑机主宰着日本市场,当地厂商均提供成套设备。由于日本国内市场能大量提供相关部件,因此对电动压机在日的发展起到了推动作用。欧洲厂商当时则不具备这一优势。在各个应用领域,包括高精度注塑到批量生产,电动注塑机已证明了其效能,在北美也获得了推广,尽管程度上不如日本。

“自主制造万吨级重型设备已不是难事,我们的目标是中国“极端制造”领跑世界。”如今再谈及这一话题,清华大学机械工程系重型装备研究团队成员的眼里已满是自信的光芒。

这是一台Erfurt压机,购于上个世纪80年代,为公司立下了汗马功劳。辛勤工作了近40年后,这台压机的核心机械部件依然完好,只是这台压机的电气控制部分仍然停留在接触器和继电器电路的时代,显然与现代化的生产环境有些格格不入。

欧洲市场采取了另一路线,原因有二:一是日本厂商极少打入当地市场(所以对全电动压机缺乏了解),二是当地缺乏专业化机械制造商。90年代,欧洲只有两家厂商提供电动压机,并且,品类十分有限(合模力为500-1000KN)。而且,只能提供一种高性能机械,几乎只适合于生产薄壁模塑制品。上世纪末到本世纪初,形势发生了变化:厂商增多,产品也随之增加。全电动注塑机具有诸多优势,当然也有一些不足之处,例如,成本高于液压机。

从2009年内蒙古3.6万吨垂直挤压机挤出第一根厚壁无缝钢管打破国外垄断,到2015年青海6.8万吨挤压和模锻双功能重型压机挤出世界第一长度的无缝钢管实现国际领先,短短几年技术创新突破,我国自主生产电力用高端耐热无缝钢管替代进口并跻身国际市场的夙愿正在成为现实。

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全电机的优点

“联手清华大学5年攻坚克难,世界首台6.8万吨重型压机能够完成95%以上的航空模锻件的生产,首根碳钢无缝钢管长达12.8米,直径630毫米,壁厚110毫米。”近日发布这一消息的青海康泰锻铸机械有限责任公司备受瞩目,公司技术研发部部长安杰告诉记者,6.8万吨多功能压机是目前世界上惟一具备模锻和挤压两个功能的最大吨位的压机,可挤压生产核电和高参数超超临界火电机组高合金、难变形、大口径厚壁新型管材,也可锻造出航空、航天工业等领域大型和特大型钛合金、高温合金、超高强度金属等难变形锻件。

首先,同于不采用液压油,电动注塑机必然更加清洁。既然是无油机型,也意味着不需要冷却,这样,就不存在冷却管路购置、运行和维护产生的费用。安装新建的生产设施时,采用这一方案较为明智,可将冷却系统的尺寸根据电动压机的要求降至最低。用全电动机型代替传统机型时,优势却不太明显,虽然已安装的冷却能力可服务于更多的机械。

为什么要自主研发大吨位重型压机生产厚壁无缝钢管?世界第一长度意味着什么?项目主要负责人清华大学机械工程系重型装备研究所教授吴任东给出了答案。

能耗分析总是得出正面的结论。已收集的数据无可辩驳,表明电动压机可降低能耗达30-50%(具体根据注塑周期而定),即使与最新液压压机相比亦不例外。电动压机若与传统压机或采用活塞合模装置的压机相比,节能比例更可高达70%。但是,能耗包括两大因素:实耗功率和功率因素。与同类传统型压机相比,电动压机对注塑车间的有效功率备用量要求较低。也就是说,在不增加有效功率的前提下,可安装数量更多的电动压机以取代液压机。电机上的功率因素总是高于0.9,因此,不需要进行相位调整,从而避免无功电流造成的成本。

大口径厚壁无缝钢管是60万千瓦以上超临界、超超临界火力发电项目必不可少的装备,其制造依赖于重型压机,然而重型压机的制造技术却长期被国外垄断,我国一度只能高价进口。作为装备大国、电力大国,只有打破这样的尴尬处境才能真正在国际领域占有一席之地。

不采用液压油,也就是代表不需要维护。因此,无需采用过滤装置及换油,即可保持机械运转良好。最新研制的电动压机还采用了循环式主润滑系统,能将润滑油输送到滚珠轴承螺杆和肘杆。电动压机降低噪音的能力(比传统压机低10-15dB)一般不太明显。将一台电动压机安装于多台液压压机正在运行的注塑车间时,难于体现其降低噪音的优势。但是,如果50%的机型均属电机(有一客户采用了这一方式),电机安装区降低噪音的效果就较为明显。

不仅如此,制造万吨级重型设备标志着一个国家的制造能力,涉及设计、制造、运输、安装等诸多技术难题,属于“极端制造”领域,成功虽极其不易,但没人不想抢占先机。对已经积累了深厚技术经验的中国来说,打破国外垄断只是阶段性成果,领先国际水平形成绝对优势并掌握市场定价权才能在竞争中立于不败之地。

全电动压机还具有各种功能同步运行的优点。同于各项动作由一台专用的电动机推动,采用使各个循环步骤同步的软件,可实现各项功能一致。只有采用合理的模具以实际缩短周期时间,才能实现这一优势。因此,这涉及模具相关的条件。当前采用的模具一般都专为液压机而设计。但是,专用于电动压机的新一代模具上市之后,可进一步实现生产优势。

“更重要的,在应用领域,更长、更厚的无缝钢管是今后产品发展的方向。”吴任东说,随着电站功率增大以及海上钻油深度不断增加,对厚壁钢管的口径要求越来越大,而高合金钢管普遍存在难以焊接的问题也对厚壁钢管的长度提出更高要求。“值得一提的是,经过论证,6.8万吨重型压机已具备挤压生产长度18米、外径1.5米的难变形合金大口径厚壁钢管,这远远超过了世界同类其他设备的水平。”

毫无疑问,上述因素引起了业界浓厚的兴趣。客户普遍公认,电动压机的主要优势是注塑准确性。与传统压机相比,采用电动压机可大幅度提高注塑一致性。所谓一致性,指的是各次注塑之间的精密度更高,或是保持注塑条件长时间不变。生产开始时,电动压机可快速进入工作关态,不需要过渡性间隔时间,传统压机则不同,虽然配备了液压油预热系统,但仍需要待机时间,让所有部件都达到最佳的工作温度。

据了解,截至目前,6.8万吨重型压机项目已累计完成投资11亿元,完成了压机工艺主辅设备安装及调试。在2015年的四次试制过程中,6.8万吨压机均成功挤出长度超过14米的厚壁钢管,尤其是高合金、大口径钢管的调试成功验证了压机当初设计的挤压功能和各项技术数据已达到设计指标,也证明挤压功能已经满足生产要求。

这就是说,采用全电动压机时,可自始至终在相同条件下生产模塑件。即使液压压机也可实现较高的注塑性能,也无法与电动压机媲美。应牢记的是,液压油状态不良会影响注塑料运作,从而形成废料或造成生产不匀。有一客户采用液压压机时,生产中产生的废料高达18%,改用电动压机后,废料率降低至零。这一切都涉及成本问题,虽然难于预测,但是,从战略解度看却十分明显。

作为完全自主研发的建设项目,企业的更多突破也丰富了“世界先进水平”的内涵。安杰介绍,在挤压工艺完成过程中,一线技术人员解决了压机镦粗、穿孔前的外表面除鳞问题以及压机挤管前的外圆及内孔的玻璃润滑问题,为成功挤出世界第一长度钢管奠定了坚实的基础。

就塑料橡胶机械出品额而言,意大利塑料橡胶机械制造业在全球名列第三,现可提供各类全电动或油电复合注塑料机。在这一领域,意大利有三大机械供应商:BodiniPresse、Mir和NegriBossi。

BodiniPresse公司设计的Eledrive系统电动机型合模力为25-165吨。该类机型与5台伺服电动机连锁,其中,同于采用了西门子微处理器,机械运动控制和伺服电动机管理之间实现在了完美整合。后者设计合理,旨在对控制进简化、改进,使之达到极高的精确度。Eledrive机型采用市场上有售的标准部件,以求最佳满足压机需求。选取用批量生产型部件和定制部件进行机械生产,可为客户提供最佳的安全保障,因为客户可随时随地采购任何部件。而且,机械部件标准化为可靠性提供了保障,同型部件的批量生产和广泛应用。代表着最佳的功能检验。

电动机采用对流冷却。该系统采用无水运行,因此,符合全电动压机的设计理念,即不采用任何液压油及任何流体。这样,虽然初期投资较高,但是,同于不采用水管,不存在水管堵塞和破裂现象,因此,可大幅度降低维护成本。带有滚珠轴承螺杆的所有主轴均通过锯齿皮带与电动机连接,可确保适应性和可靠性,也不需要维护。制造商认为,采用锯齿皮带符合最佳电动化理念,其原因在于:如果采用齿轮箱,则需要采用油料和液体冷却系统以散发高温齿轮摩擦产生的热量。注射装置配备两台电动机,一台用于塑化,另一台用于注射,该机采用了一套荷载传感器,旨在对注射压力进行准确监控。据估计,这一方式对于反压值监控、使之在塑化过程中保持稳定十分理想。注嘴的进入力一直同伺服电动机控制,可始终保持一致。同时,该机不采用任何弹簧,因为弹簧属易损件,会影响工艺重复性。

Mir公司自2002年以来一直生产E-power”系列全电动注塑机,其合模力适合于所有需要高科技用途或增值用途的市场。

该系统配备一套超大型PET注射装置和一套由CantoniStampi设计、已获专利的新型模具。采用这一模具后,系统中不再需要用于瓶坯传送的机械手系统,但仍能确保极高的产出和质量。除了全电动压机外,这一新型PET瓶坯注塑系统的核工业心就是CantoniStampi专业开发的这一新型模具。开发这一模具的目的在于通过系统简化,提高质量,优化生产活动,从而实现提高赢利的目标。模具内配有特别装置,可缩短机械周期中用于瓶坯冷却的短暂闲置时间。模腔(各模腔采取独立温度控制)内热交换过程在顶出之前发生,不会影响产出率。实际上,该公司在米兰展出的生产线能在14秒周期内注塑12个容量为1.5升的矿泉水瓶PET瓶坯。而且同于CantoniStampi缩短了熔体流径的长度,加上Mir设计了专用型注射装置,可确保瓶坯内乙醛含量不超过饮料业规定的最低限度。

与该系统其它机型一样,安装于这一生产线的E-power机型也采用无油式肘杆合模装置,由无刷电动机驱动。与同类液压压机相比,注射速度提高了20%,达到120毫米/秒(螺杆最大速度为350转/分)。E-power机同4台无刷电动机驱动:一台用于合模,一台用于抽出,另两台用于注射装置。

采用专为螺杆旋转、注射和收回运动等设计的独特方案,可减少电力装置的数量,从而降低成本。两台无刷电动机水平连接,与注射机筒在线配合。可按螺杆运行相同或不同的速度进行顺时针、反时针方向旋转或反向旋转。

两台电动机采用独特的连接方式,通过与电动一体成型的滚珠轴承螺杆(不采用锯齿皮带,也不采用齿轮)直接使螺杆进行旋转运动及线性运动,与同等吨位的大多数电动压机相比,可降低装机功率。

通过在全电动机械上采用Atomic现场总线系统,Mir进一步提高了机械的可靠性。E-power压机能最大限度避免模塑件污染,大幅度降低能耗,同时,还大量简化了信息结构,具有便于安装、操作和维护等特点。

NegriBossi成功开发了Elma系列电动注射压机,开发过程中,综合了在CANbus技术和塑化电力传达室动装置两方面的经验,结合了该类机型设计相关的革新技术。根据设计,该系列机型不宜取代液压压机,只能作为一种能满足各种注塑要求的高性能标准系列机械。

与液压压机系列的唯一相同之处是肘杆基本结构和基于CANbus技术的系统结构,其它所有部件均为新制。Elma机械的所有运动均为电动,但是,在机械和机电方面也采用了革新技术。而且,主轴采用不同的传动装置,因此,能以完全独立的方式实现机械运动同步。就机械性能而言,该系列均具有一些特色功能。该机设计合理,通过采用中等螺杆,材料上可获得大约2000巴的压力,同时,还能达到200毫米/秒的注射速度。也就是说,与液压机型相比,压力可增加25%,注射速度可提高80%(有时能达到100%)。在性能方面,使该类机型优于液压机型的其它因素包括:塑化力更强,各种机型平均提高40%;螺杆旋转速度提高30%。就功率而言,电动机型耗电明显低于其它机型,某些性况下可降低能耗达50%以上。

Elma压机的典型用途是硅酮合注塑。硅酮盒是一种标准产品,生产时需要进行附加装配、灌装和存放等多个操作过程,但是,作为一次性产品,必须保持低价位,因此,生产速度和质量至关重要。通过全电动压机和样模的合理开发(若设计不当,会造成尺寸过大或过小等问题),获得了远优于液压压机的解决方案。

首先应考虑的是,液压压机一般配备氮气储压器,其目的在于加快注射速度的提高压力,实现薄壁快速完全填充。同时,螺杆上还必须配备电动机,以便加快填充速度,根据周期时间的需求提供大量物料备用。最后,液压压机还必须配备经改进的液压油路,以便通过加快流程、实现运动重叠等方式缩短周期时间。这样,就增加了技术特色、生产时间、交付时间和价格的难度。但是,在上述应用领域,电动压机可加快注射速度,实现机械运动同步,从而克服液压压机的不足之处。

日前,意大利塑料橡胶机械制造商协会Assocomaplast称,意大利在2012年上半年的挤出机械出口有所攀升,而注塑机出口有所减少。

今年前六个月的机械和模具出口总额为12.3亿欧元,比2011年上半年增长了11%。机械进口额攀升6%至3亿欧元,Assocomaplast称由此可明显看出意大利国内市场持续且极度的疲软。”

该团体说,2012年初的销售相对疲软,进入第二季度后出口有所好转。今年上半年,挤出机出口额攀升了近20%,吹塑机和模具出口也有所增长。

总部位于意大利Assago的Assocomaplast说:从不利的一面来看,注塑机出口有所减少,主要是因为欧洲销售的衰退,特别是对俄罗斯的出口。”

据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍,意大利塑料和橡胶加工机械制造商和模具制造商协会(Assocomaplast)创立于1960年,是一家非赢利机构,拥有160个会员,都是意大利塑料橡胶设备和辅机模具领域最重要的生产厂商。协会的主要宗旨是增进意大利塑料橡胶加工技术在国内外的认知,意大利塑料橡胶加工技术无论是产量还是出口都在世界上名列前茅。必须指出的是,意大利塑料橡胶机械制造业的出口额在世界上排名第二,而且从上世纪50年代开始就能够提供全套原产的性能可靠的机器设备。

国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉表示,意大利塑料和橡胶机械出口增长的主要市场包括北美和南美、欧洲、非洲(特别是撒哈拉以南地区国家)和大洋洲。

相反的,对远东市场出口有所减退,主要是由于中国和印度市场需求减弱。同时对近东和中东的出口也有衰退,可能是由这些地区社会和政治局势不稳定所致,再加上对伊朗和叙利亚等国家设置了出口限制。

2012年上半年意大利出口额最大的目的地包括:德国(占出口总额的14.7%)、法国、俄罗斯、美国和中国。

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