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年产25000吨铝型材挤压车间工艺设计

一、绪论

随着时代的进步，材料的应用也发生着变化。因铝合金铝合金型材具有强度高、重量轻、稳定性强、耐腐蚀性强、可塑性好、变形量小、无污染、无毒、防火性强，使用寿命长（可达50—100年），回收性好，可回炉重炼等优点，应用受到日益关注。尤其在建筑方面，铝合金型材现已广泛应用于各种商业及民用建筑，有着不可替代的重要地位。

而在铝合金型材中应用最广泛的就是6063铝合金。6063铝合金的成份位于Al—Mg2Si—Si的三相区，它的主要合金组元是Mg和Si，而且Mg和Si首先形成Mg2Si相，淬火状态和自然时效状态都有很高的塑性。人工时效的 6O63台金挤压材，抗拉强度为 240MPa，屈服强度为 220MPa，延伸率为 l1％。该合金可以在高温下进行高速变形，由于其淬火敏感性低，可以在挤压机上直接风冷淬火。生产的制品表面光洁，可省去专门的抛光工序。能进行各种颜色的阳极氧化着色。由于该合金主要用于建筑、装饰等，所以对 Fe、Cu等杂质元素的控制较为严格，以保证其抗蚀性。另外，在可热处理强化的合金中，其可焊性属于上等，可以铁焊、气焊、电阻焊，电弧焊。本次铝型材挤压车间工艺设计采用6063铝合金进行挤压生产。

二、本次设计的意义

本次课程设计任务是完成年产量不少于5000吨的挤压车间工艺设计，通过设计可以加深我对挤压车间整个生产流程的认识以及对铝合金性能、生产工艺、挤压设备等有更加深入的了解。这次课程设计还让初次感受到要创办一间工厂需要考虑多方面的因素（如设备的选购、生产工艺的安排及其具体参数、人员及工作时间的分配等），从中锻炼了我考虑问题的周密性，使我在以后的工作中更加地细致。因此，本次课程设计对于大四的毕业生来说有着重要的意义。

三、生产任务

1.本车间任务

本次设计的任务是完成年产量不少于5000吨的挤压车间工艺设计，完成的型材的品种有：幕墙、纱窗、卷廉门和扣板材。所用的挤压材料是6063铝合金。全车间的年产量为25000吨。

6063铝合金化学成分表

牌号状态抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 伸长率%

6063 T4 130 65 12 T5 160 110 8 T6 205 180 8

型

号

H114 H109 BC6257 截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

型

号

AC5401 AC5402 AT4056

截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

型

号

H101 AT4023

截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

H101 0.454kg/m

产品代号单位重量

kg/m

外接圆直径

mm

截面积mm2

模孔面积

（>1.5%）

模孔数

H114 0.159 23.50 59.12 59.99 2 H109 0.186 47.19 69.14 70.18 2 BC6257 0.318 41.48 118.22 119.99 1 AC5401 0.200 30.08 74.35 75.46 2 AC5402 1.485 53.03 552.04 560.33 1 AT4056 0.947 51.91 352.04 357.33 1 H101 0.454 94.33 168.77 171.31 1 AT4023 0.415 114.08 154.28 156.59 3

截面积＝单位重量×1000/铝型材的密度；

模孔面积＝截面积×（1＋1.5％）

四、生产工艺及设备选择

1．生产工艺流程

把材料某一个处理的过程叫做工序，把生产某个产品的各个工序按一定的顺序排列起来叫做工艺流程。挤压车间的生产工艺流程如下：

工模具预热─┐

铝合金铸锭→均匀化退火→锯切→加热—┷→挤压→淬火→锯切（采用连续挤压，故矫直前要锯切）→矫直→锯切（6m）→检查→人工时效→检查2．对工艺流程的必要说明

1)加热

A、铸锭加热：车间采用热挤压（hot extrusion）工艺，热挤压是将铸锭加热到再结晶温度以上的某一适当的温度进行的挤压。挤压时，金属进行充分的再结晶，消除内应力，不产生及加工硬化；金属和合金的属性好，可以采用大变形量，金属的变形抗力降低，所需的挤压机吨位可以减少。而且热挤压还可以增加金属的流动性，从而改善产品的组织和性能。

加热方式：采用中频感应电炉，因为中频感应电炉有设备体积小，重量轻、效率高、耗电少、易于控制、金属氧化少的优点，加热方式采用梯温加热，具体参数如下表。

加热温度：480～520°C

B、工模具预热：由于挤压工具材料的导热性很差，急冷和急热易因热应力而产生龟裂，甚至开裂。同时，为了使金属流动均匀，挤压工具在使用前应预热，并要求在工作期间保持一定的温度。一般，模子和垫片预热至200-300°C，挤压筒为300-500°C。加热设备为中频感应电炉，型号规格见上表。

2）挤压

A、挤压方式：生产采用连续挤压，生产过程中无压余。

B、挤压速度:于实心铝型材，挤压速度一般不大于60m/min，空心型材不大于30m/min。一般来说提高挤压速度，则要降低挤压温度，增大挤压力，减少模具寿命。本车间实心型材挤压速度为40m/min,空心型材挤压速度为25m/min。

C、模具寿命与氮化处理：

模具寿命指在保证制件品质的前提下，所能成形出的制件数。它包括反复刃磨和更换易损件，直至模具的主要部分更换所成形的合格制件总数。其失效形式归纳起来大致有三种，即磨损、断裂、塑性变形。

氮化处理是向金属的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。一般挤压模经淬火、回火后就能使用，但为了提高模具的耐磨性、抗蚀性和抗氧化性，防止粘模，延长模具的寿命，必须进行氮化处理。氮化层深度一般为0.15-0.20mm。氮化后需要打光，磨去白亮层（厚约0.01mm左右）。

3）淬火

不同的合金的冷却速度不一样，对于6系列的铝合金合金含量低，多采用风淬，不需要采用快速冷却，也不需要重新加热制品，直接利用挤压余热即可。本车间采用风淬。

淬火设备：风扇。

风力：1.25大气压。

4）张力矫直

由于热挤，金属易变形、弯曲，采用矫直机将制品矫直。矫直机与挤压机吨配套，矫直延伸率取1%。

5）切头尾

由于制品的头尾通常有制品缺陷，因此在挤压之后常常需要对制品进行切头尾工序。切头尾长度一般为300mm左右。

6）切定尺

一般根据供货要求而定，本车间切定尺规格为6m/根。

7）按国家标准对制品做外观尺寸及机械性能检查。必要时对制品进项组织进行抽检。

8)人工时效

时效目的是使合金强化。可以人工时效和自然时效。本车间采用人工时效。为了降低成本，本设计采用低温长时间时效。

时效温度：175℃左右。

时间：2h——4h

9）润滑

对于铝和铝合金，多采用在粘性矿物油中添加各种固态填料的悬浮状润滑剂。但由于6063铝合金的流动性好，塑性好，因此一般不用润滑油。

3．工艺计算

1）设备条件

现有500T、800T和1630T三种挤压机，具体参数如下。

2）挤压机的选择

挤压机的选择有以下原则：1.保证产品质量原则；2.保证挤压模强度的原则；3.保证产品内在质量的原则；4.经济上优化的原则。

A 、根据制品的最大外接圆直径D 外＜ 挤压机最大外接圆直径D max 。和制品的截面积F 制 ＞挤压机挤一根的最小面积F min ，初选挤压机如下：

B 、挤压机能力的校核

根据经验公式：P = 11.775 × (

d

D

- 0.8)D 2σb 其中： D ——挤压筒内直径 d ——制品当量直径

σb ——某一挤压温度下的抗拉强度。当温度在480℃～

500℃时6030的抗拉强度为11.3Mpa

校核结果如下表

由上表可知，所选挤压机均符合要求。

C、铸锭的选择

在挤压能力校核后符合要求的挤压机中，按照成材率最高的原则选取铸锭的规格，并最后确定选取的挤压机。具体结果见下面各表。

表1：H114（2孔）

由上表得出，挤压机选取500T，铸锭尺寸选取Φ90X270。表2：H109（2孔）

由上表得出，挤压机选取500T，铸锭尺寸选取Φ90X320。表3：BC6257

由上表得出，挤压机选取500T，铸锭尺寸选取Φ90X270。

表4：AC5401（2孔）

由上表得出，挤压机选取500T，铸锭尺寸选取Φ90X320。表5：AC5402

由上表得出，挤压机选取1630T，铸锭尺寸选取Φ178X600。表6：AT4056

由上表得出，挤压机选取800T，铸锭尺寸选取Φ120X400。表7：H101

由上表得出，挤压机选取800T，铸锭尺寸选取Φ120X400。

表8：AT4023（3孔）

由上表得出，挤压机选取1630T，铸锭尺寸选取Φ178X600。由成材率最高原则，各产品的挤压机和铸锭尺寸选择如下。

3)产量和吨比计算以及产品设计方案

A、车间工作时间及产品工作时间按分配

本车间工作制度为：7天制3班倒，除了扣除26天的节日、30天修模时间、中途停电等意外事故外，一年还有22天的休息时间，休息时间按员工所需灵活调配（具体方法在此不再详细说明）。

则车间一年的工作天数为：

N=365-30-26-22=287天；

一台机一年的工作时间为：N1=24X287=6888h；

3台500T挤压机一年共工作时间为：

T500＝N×24×3＝287×24×3＝20664 h；

2台800T挤压机一年共工作时间为：

T800＝N×24×2＝287×24×2＝13776 h

2台1630T挤压机一年工作时间为：

T1630＝N×24×2＝287×24×2＝13776 h

产品时间分配情况如下：

挤压机时间年分配表

B、产品年产量计算

挤压一条制品的时间：T=L/V+t

其中，L为制品挤压后的长度，V为挤压速度，t为辅助时间（辅助时

间选为一分钟）。

年生产量计算：M’=T’/TK T”P’X6

T’——每天工作时间，min

K——挤压一条制品可切成成品的条数

T”——一年共作时间，天

P’——成品单位重量，kg/m

６——成品长度，m

设技术废料占成品5％，则

年产量：M1＝M’×（100%－5%）

按照上面的公式各产品年产量的计算如下。

①H114系列500T挤压机：

T H114=14.5/25+1=1.58min

M’=24X60/1.58X4X287X0.159X6=998.15t

M1=988.15X95%=938.74t

②H109系列500T挤压机：

T H109=14.7/40+1=1.36min

M’=24X60/1.36X4X287X60%X0.186X6=813.92t

M1=813.92X95%=773.22t

③BC6257系列500T挤压机：

T BC6257=14.5/25+1=1.58min

M’=24X60/1.58X2X287X40%X0.318X6=399.26t

M1=399.26X95%=379.30t

④AC5401系列500T挤压机：

T AC5401=13.7/40+1=1.34min

M’=24X60/1.34X4X287X0.200X6=1480.41t

M1=1480.41X95%=1406.39t

⑤AC5402系列1630T挤压机：

T AC5402=27/40+1=1.67min

M’=24X60/1.67X4X287X1.485X6=8819.94t M1=8819.94X95%=8378.94t

⑥AT4056系列800T挤压机：

T AT4056=12.8/40+1=1.32min

M’=24X60/1.32X2X287X0.947X6=3557.97t M1=3557.97X95%=3380.07t

⑦H101系列800T挤压机：

T H101=26.8/40+1=1.67min

M’=24X60/1.67X4X287X0.454X6=2696.47t M1=2696.47X95%=2561.65t

⑧AT4023系列1630T挤压机：

T AT4023=32.2/40+1=1.80

M’=24X60/1.80X15X287X0.415X6=8575.56t M1=8575.56X95%=8146.78t

C、各产品的年产量列表如下

各产品年产量表

D、吨比计算

吨比即为一年内产品吨数与挤压机总吨位之比。

挤压机总吨位为：500X3+800X1+1630X2=6360t

所以吨比为：25925.09/6360=4.08>2.0，符合要求。

E、产品设计方案

产品设计方案和产品计算

五、车间工作制度及生产纲领

1.车间工作制度

车间工作天数为287天，产品生产参数表具体如下。

产品生产必须参数