大型铝挤压机剪刀片自动润滑装置的设计

解文科

（太重（天津）滨海重型机械有限公司，天津 300457）

1 225MN 铝合金挤压机

225MN 铝合金挤压机是世界上已投产的最大的油传动铝合金挤压机，采用世界先进的技术和工艺，能够满足大截面、高精度铝型材挤压成型及自动化生产要求，主要适用于大型铝合金型材、棒材及大型带筋壁板等的挤压加工生产[1]。225MN 铝合金挤压机最大挤压力225MN，挤压速度0.2～10 无级可调，挤压制品最大外接圆直径达1100mm，达到当今世界先进技术水平。

2 铝合金挤压机剪刀

铝合金挤压机一次挤压结束之后，使用剪刀（也叫做“主剪”或“压余分离剪”）将挤压制品与压余分离[2-3]，剪刀剪切压余时受力复杂，既有挤压，又有弯曲，同时还伴有摩擦，尤其是挤压复杂型材制品时，主剪剪刃需与多孔模匹配完成剪切动作，如图1 所示。

图1 压余剪切示意图

该剪刀安装在铝合金挤压机前梁上，如图2 所示。

图2 剪刀安装位置示意图

经过剪刀剪切的压余由于温度较高，经常粘连在剪刀片上，使废料不易收集，影响铝材成品率，而且剪刀片磨损加剧，影响剪刀片使用寿命。因此，剪刀片在剪切前需要涂抹润滑剂，每次剪切完毕后需要再次涂抹润滑剂。

传统的润滑方法是靠人工手动在剪刀片上涂抹润滑剂，其缺点是：

①由于人为因素的介入，导致剪刀片表面润滑剂涂抹不均匀，涂抹质量不稳定；

②人工涂抹润滑剂，液体润滑剂很容易在剪刀片上滴落，造成润滑剂浪费和环境污染；

③由于挤压机剪刀所处区域温度非常高，使用人工涂抹润滑剂时很容易受到高温伤害，非常不安全[4-5]。

3 油气润滑

油气润滑，在学术界被称为“气液两相流体冷却润滑技术”，其原理是：润滑剂在压缩空气的作用下沿着管壁波浪形地向前移动，并与压缩空气分离的连续精细油滴流喷射到润滑点[3]，如图3 所示。

图3 油气润滑原理图

与传统的润滑方式相比较，油气润滑具有许多优点：

①因为油气润滑中润滑油没有被雾化，只是以油滴的形式被压缩空气输送到润滑部位，所以油气润滑系统能输送各种性能的润滑油，不受润滑油粘度的限制；

②油气不是一体，所以油和气可以通过调整油量及压缩空气量配成满足各种润滑点要求的比例；

③润滑剂的消耗量非常少；

④油气润滑中，润滑腔的压力由压缩空气决定，而且是正压，可以有效防止灰尘和其他污染物的侵入；

⑤向空气中排放的仅仅是空气，对环境没有污染[6-7]。

4 铝合金挤压机剪刀片润滑的油气润滑系统设计

4.1 润滑系统原理图

225MN 铝合金挤压机剪刀片油气润滑系统原理图如图4 所示。

图4 铝合金挤压机剪刀片油气润滑系统原理图

4.2 润滑点需油量的计算

挤压机一次挤压完毕实施剪切，剪刀片需油量计算公式[8]为：

式中：T——油膜厚度，一般取0.1～0.2mm；

B——剪刀片宽度；

L——剪刀片长度；

225MN 铝合金挤压机剪刀片一侧需油量为：

Q=TBL=0.01×70×70=49（mL）

取50mL。

上述公式只是经验计算方法，它提供的计算值仅作为基准参考值，还需要在具体试验中调整。

4.3 气源

气源为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，它是气动系统的一个重要组成部分，气动系统对压缩空气的主要要求有：具有一定的压力和流量，并具有一定程度的洁净程度[9-10]。

气源装置一般由三个部分组成：

①气源发生装置；

②净化、储存压缩空气的装置和设备；

③传输压缩空气的管道系统，一般压缩空气在厂区管路内的流速为8～10m/s，用气车间内的流速为10～15m/s。225MN 铝合金挤压机剪刀片油气润滑系统所用气源压力为0.5MPa，管路通径8mm，每个润滑点的压缩空气耗气量约为1.8m3/h。

4.4 气动三联件

气动三联件是分水过滤器、减压阀、油雾器等三大件的无管化组合件。它的主要功能是使气动系统获得洁净、压力稳定和带雾状润滑油的压缩空气。气动三联件应该安装在用气设备的近处。

Q3LJW-C8-F1 气动三联件性能参数如表1 所示。

表1 气动三联件性能参数

4.5 油箱

油箱容积计算：

式中：n—喷涂次数。

225MN 铝合金挤压机一个挤压循环为30min，即一小时剪刀片润滑两次，一天24h 工作制，一周的润滑剂消耗量为：

油箱容积取50L。

4.6 喷射阀

压缩空气和润滑介质分别接入喷射阀，并在喷嘴处混合。喷射阀性能参数如表2 和图5 所示。

表2 喷射阀性能参数

4.7 润滑剂

铝合金挤压机剪刀片润滑剂为铝合金脱模剂，是一种介于剪刀和制品之间的功能性物质，其作用是：

①在高温状态下具有良好的润滑性能，减少摩擦力（剪切力），使铝合金制品易于脱离；

②防止铝合金制品与剪刀粘连；

③对剪刀起降温作用。

铝合金挤压机剪刀片润滑剂一般采用水基脱模剂，因为它具有成本低，易挥发的特点[11]，并且易于配制。脱模剂必须采用干净自来水稀释，稀释比例1：400～500 倍，摇晃或搅拌均匀即可使用。

4.8 注意事项

（1）禁止使用含有二硫化钼添加剂的润滑油，因为这种润滑油中的二硫化钼会停留在喷嘴内孔处，从而阻塞喷嘴[12]。

（2）精确确定润滑点的耗油量，降低油耗成本。

（3）压缩空气必须经过过滤和除水干燥，提高被润滑装置的加工和装配精度，保证防水性或其他介质侵入。

（4）注意对供油管进行保护。

5 小结

油气润滑技术在大型铝合金挤压机剪刀片润滑系统中的应用表明，润滑效果良好，经过两年多的使用，保障了主机设备的正常运转，收到了良好效果，取得了巨大的经济效益。油气润滑技术必将会在铝挤压生产设备中得到更广泛的应用。