有色金属加工车间课程设计.docx

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有色金属加工车间课程设计

1绪论

随着市场经济的发展，各种新型的高科技建筑材料相继出现，所有的基础工程均需要大量的建筑，需要大量门窗和建筑材料。

而其中铝及其铝合金在其中占有重要的地位。

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。

多年来世界各国均采用6063铝合金（铝合金近百种）做为门窗框架。

主要是因为该金属表面阳极氧化效果好，开始阳极氧化是白色，后进一步改变电解质才达到古铜色，这两种主体颜色在国内用了十多年。

铝材在挤压过程中，如挤压模具不是很好或模具挤压铝材过多，铝材表面会产生挤压痕，用手可能触摸到铝材表面不平，因此，在现代化大生产中实施挤压加工技术，其成败的关键是模具，模具设计以及其质量，事关产品的质量、成本。

在车间设计的过程中应考虑到的因素包括：

产品的型号、模孔数的确定、选择挤压机、铸锭的选用、年产量、年水电费、设备投资费、人工费等等。

其中，选择挤压机是一个最核心的问题，具体可见设计步骤。

而铝合金门窗作为眼下最流行的建材装饰产品，风风火火走进千家万户。

这里介绍一下铝合金门窗的几项主要技术指标，供大家参考。

　　强度：

强度是铝合金门窗主要具备的性能，平常需在工厂的压力箱中进测量，要求窗扇中央最大位移量小于窗框内沿高度1/70时所能承受的风压等级表示。

如Ａ类（高性能）平开铝合金窗的抗风压强度值为3000～3500Pa。

　　气密性：

指在一定压力差的条件下，铝合金门窗空气渗透性的大小。

通常是将产品放在专用压力箱内，使窗前后形成10Pa以上的压力差，测定每平方米面积的窗在每小时内的通气量。

如Ａ类平开铝合金窗气密性为0.5～1.0ｍ３（ｍ２ｈ，而Ｂ类（中等性能窗）为1.0～1.5ｍ３（ｍ２ｈ。

　　水密性：

指在不渗漏雨水的条件下能承受的脉冲平均风压值。

要在压力箱中对窗的外侧施加周期为2S的正弦脉冲风压，同时向窗面以每分钟每平方米喷射４Ｌ的人工降雨，经连续进行10min的风雨交加试验，在室内一侧不应有可见的渗漏现象。

如Ａ类平开铝合金窗的水密性为450～500Pa，而Ｃ类（低性能窗）为250～350Pa。

　　隔热性：

铝合金门窗的隔热性能，应按其传热阻值（ｍ２•Ｋ／Ｗ）分为三级，即Ⅰ级≥0.50，Ⅱ级≥0.33，Ⅲ级≥0.25。

　　隔声音：

铝合金门窗的隔声性能常用隔声量（dB）表示。

这是在音响试验室内对其进行音响透过损失试验。

隔声铝合金门窗的隔声量在26～40dB以上。

　　开闭力：

铝合金门窗装好玻璃后，窗户打开或关闭所需要的外力，应在49Ｎ以下，以保证开闭灵活方便。

　　此前我国已颁布过一系列关于铝合金门窗的国家标准及产品代号，并且制定了不同产品分类与等级的性能与技术要求。

掌握好这类标准与技术要求，不仅有利于铝合金门窗在国内畅销，也有利于以高档优质产品打到国际市场上去。

可谓一举二得之好事。

2课题设计分析

这次的设计任务是设计一个年产量大于5000吨的铝型材挤压车间，生产的产品有：

窗帘导轨、卷闸、纱窗铝合金型材；汽车装饰铝合金型材；推拉窗等。

挤压制品所用的材料是LD31合金。

2.1LD31化学成分及性能

表2-1：

LD31合金成份及性能表

合金元素

其它

含量%

0.2～0.6

0.35

0.10

0.45～0.9

0.10

<0.1

Cr<0.1

性能

状态

弹性模量

剪切模量G

屈服强度

伸长率

布氏硬度

密度g/cm3

RCS

7100

2700

12Mpa

22%

2.69

2.2产品的截面图及主要尺寸

表2-2：

产品截面图形及主要尺寸

型号

AT4016

0.409kg/m

AC5132

1.872kg/m

H155

0.686kg/m

截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

型号

H111

1.323kg/m

H103

0.406kg/m

G0001

0.454kg/m

截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

型号

BC6257

0.318kg/m

AT4047

0.639kg/m

截

面

图

形

及

主

要

尺

寸

2.3产品的主要常数

表2-3：

产品型号参数表

产品代号

单位重量kg/m

外接圆直径mm

截面积mm

模孔面积>1.5%

模孔数

AT4016

0.409

123.010

152.045

154.326

AC5132

1.872

72.56

695.911

706.350

H115

0.686

43.658

255.019

258.844

H111

1.323

81.025

491.822

499.199

H103

0.406

55.771

150.929

153.193

G0001

0.454

70.640

168.773

171.305

BC6257

0.318

49.309

118.216

119.989

AT4047

0.639

54.602

237.546

241.110

其中：

单位重量是表2给出的；

外接圆直径是通过AUTOCAD模孔设计时测出的；

截面积＝单位重量×1000/铝型材的密度，密度取2.69千克/平方分米；

模孔面积＝截面积×（1＋1.5％）

模孔数本次设计可以单孔的都单孔，除非是单孔不符合挤压机的选择原则。

3生产工艺及设备选择

3.1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。

本车间生有的产品为空心型材，其工艺流程如下。

配料→熔炼→铸造→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→氧化→成品

3.2各挤压工序工艺参数及分析

3.2.1加热

A坯料加热：

目的：

提高金属塑性，降低变形抗力，使金属易于流动，获得良好的组织与性能。

加热方式：

中频电感应加热。

原因：

加热效果好、热效率高、金属氧化少、速度快、易控制。

加热温度：

400～500度

B工模具预热

目的：

为了避免挤压时产生的热效应，造成模具的损坏。

所以需要对挤压筒、模具等进行预热。

预热温度：

350～450度

3.2.2挤压

对于实心铝型材，挤压速度一般不大于60m/s，空心型材不大于30m/s。

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/s,空心型材挤压速度为25m/s。

3.2.3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。

3.2.4锯切

由于本车间采用连续挤压，无压余，产品头部和尾部杂质、油污、氧化物比较多，组织不均匀，性能差。

存在挤压缩尾。

所以需切掉300～500mm。

本车间设计头尾各切300mm。

3.2.5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。

矫直机与挤压机吨位配套，矫直延伸率取1%。

3.2.6切定尺

切定尺根据制品所用的场合、用途而设计。

本车间切定尺为6m/根。

3.2.7检查

根据国家要求，对成品进得质量检验。

根据国家标准的要求，依照下列各表及一些条文规定，对成品进行质量检验。

表3-01普通级型材截面尺寸允许偏差（GB5237.1—2004）

序

号

指定部位

尺寸/mm

允许偏差（±）/mm

金属实体不小于

75％的部位尺寸

空间大于25％，即金属实体小于75％

的所有部位尺寸

3栏以

外的

所有尺寸

空心型材

包围面积

不小于

70mm2

时的壁厚

测量点与基准边的距离L

～15

>15

～30

>30

～30

>60

～100

>100

～150

>150

～200

1栏

2栏

3栏

4栏

5栏

6栏

7栏

8栏

9栏

≤1.00

0.13

0.18

—

＞1.00～2.00

0.15

0.23

0.22

0.26

—

＞2.00～3.00

0.18

0.28

0.26

0.30

—

＞3.00～4.00

0.20

0.38

0.30

0.35

0.42

—

＞4.00～6.00

0.23

0.53

0.35

0.40

0.47

—

＞6.00～12.00

0.25

0.75

0.41

0.46

0.52

0.56

—

＞12.00～19.00

0.29

—

0.47

0.52

0.58

0.62

—

＞19.00～25.00

0.32

—

0.53

0.58

0.63

0.71

0.83

—

＞25.00～38.00

0.38

—

0.61

0.66

0.75

0.84

0.95

—

＞38.00～50.00

0.45

—

0.70

0.75

0.89

1.01

1.14

1.34

＞50.00～100.00

0.77

—

0.98

1.09

1.36

1.58

1.87

2.17

＞100.00～150.00

1.08

—

1.31

1.44

1.82

2.19

2.60

3.00

注：

1、指定部位尺寸为1.20～2.00mm的型材壁厚偏差要求是强制的。

2、由于本车间产品为普通级，估截面尺寸允许偏差的高精级和超高精级表未列出。

表3-02型材的角度允许偏差（GB5237.1—2004）

级别

普通级

高精级

超高精级

角度允许偏差

±2°

±1°

±0.5°

表3-03型材的表面间隙（GB5237.1—2004）

型材宽度B

普通级/mm

高精级/mm

超高精级/mm

≤25mm

≤0.20

≤0.15

≤0.10

＞25mm

≤0.8％×B

≤0.6％×B

≤0.4％×B

任意25mm宽度

≤0.20

≤0.15

≤0.10

表3-04型材的弯曲度（GB5237.1—2004）

外接圆直径

/mm

最小

壁厚

/mm

弯曲对/mm

普通级

高精级

超高精级

任意

300mm

长度上hs

全长L米ht

任意300mm长度上hs

全长L米ht

任意300mm长度上hs

全长L米ht

不大于

≤38

≤2.4

1.5

4×L

1.3

3×L

1.0

2×L

＞2.4

0.5

2×L

0.3

1×L

0.3

0.7×L

＞38

—

0.5

1.5×L

0.3

0.3×L

0.3

0.5×L

表3-05型材的扭拧度（GB5237.1—2004）

外接圆直径

/mm

扭拧度/（mm/毫米宽）

普通级

高精级

超高精级

每米

长度上

总长度上

每米

长度上

总长度上

每米

长度上

总长度上

不大于

＞12.5～40

0.052

0.156

0.035

0.105

0.026

0.078

＞40～80

0.035

0.105

0.026

0.078

0.017

0.052

＞80～250

0.026

0.078

0.017

0.052

0.009

0.026

表3-06型材的圆角半径（R）允许偏差（GB5237.1—2004）

圆角半径R

过渡圆角半径r0/mm

≤4.7mm

＞4.7mm

允许偏差/mm

＋0.4

±0.4

0.1R

表3-07建筑型材表面的缺陷允许深度和模具挤压痕深度（GB5237.1—2004）

状态

缺陷允许深度/mm

合金牌号

模具挤压痕深度

/mm

装饰面

非装饰面

≤0.03

≤0.07

6061

≤0.06

T4，T6

≤0.06

≤0.03

6063，6063A

≤0.06

表3-08建筑材料（6063）的室温力学性能（GB5237.1—2004）

合

金

合金

状态

壁厚

/mm

拉伸试验

硬度试验

抗拉强度σb/MPa

规定非比例伸长

应力σp0.2/MPa

伸长率δ（%）

试样

厚度

/mm

维氏

硬度

韦氏

硬度

不大于

6063

所有

160

110

0.8

所有

205

180

—

6063A

≤10

200

160

0.8

＞10

190

150

≤10

230

190

—

＞10

220

180

外观质量方面：

1）建筑型材表面应清洁，不允许有裂纹、起皮、腐蚀和气泡等缺陷存在。

2）建筑型材表面允许有轻微的压坑、碰伤、擦伤等缺陷存在、缺陷允许深度和模具挤压痕的深度见表3-07.

3）型材端头因锯切而产生局部变形，其纵向长度不应超过20mm。

另外，型材定尺公称长度小于或等于6m，长度允许偏差为+15mm；型材端头切斜度允许偏差为＜2°

3.2.8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

3.2.9润滑

本车间生产LD31铝合金，LD31合金成份低、塑性好，一般不需用润滑。

3.3挤压机的选择

3.3.1挤压机选择原则

Ⅰ.制品的最大外接圆直径D外＜挤压机最大外接圆直径Dmax。

Ⅱ.制品的截面积F制＞挤压机挤一根的最小面积Fmin

Ⅲ.挤压力小于挤压机最大的挤压力。

Ⅳ.挤压比小于最大的挤压比。

3.3.2现有设备条件

表3-1：

现有挤压机设备常数

设备吨位

500T

800T

1630T

挤压筒直径D0

Φ95

Φ125

Φ187

挤压截面积F0

7085

12266

27451

锭坯尺Dd|ⅹLd

Φ90x270/320

Φ120X400/450

Φ178X540/600/660

冷床长

26m

32m

44m

填充系数

1.114

1.085

1.104

压余厚

最大挤压比

97.4

73.6

加工范围

最大外接圆直径

Φ65

Φ95

Φ147

挤一根最小制品断面积F制min

150

372

3.3.3挤压机初步选择

根据选择挤压机的第一点原则：

制品的最大外接圆直径D外＜挤压机最大外接圆直径Dmax。

和第二点原则制品的截面积F制＞挤压机挤一根的最小面积Fmin，由表2-3（产品型号参数）与表3-1（现有挤压机设备常数），各个产品所用挤压机初步选择如下

表3-2：

挤压机初步选择

产品代号：

AT4016

AC5132

H115

H111

H103

G0001

BC6257

AT4047

挤压机：

1630T

800T

1630T

500T

800T

1630T

800T

1630T

800T

1630T

800T

1630T

500T

800T

1630T

3.3.4挤压机能力校核

根据经验公式：

P=11.775×（

-0.8）D²σb　　　　　　　　　　　①

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℃，

6030的抗拉强度为11.3Mpa

表3-3：

挤压机能力校核

产品代号

挤压机T

吨

D筒

Fmin

mm²

F筒

mm²

F制

mm²

λ＝F筒/F制

λmax

当量直径d

P=公式①

吨

AT4016

1630

187

372

27451

695.911

39.4

73.6

13.914

588.1

AC5132

800

125

150

12266

706.691

17.4

29.767

300.4

1630

187

372

27451

706.691

38.8

73.6

863.8

H115

500

7085

403.346

17.6

97.4

18.019

179.7

800

125

150

12266

294.052

41.7

381.3

1630

187

372

27451

588.104

46.7

73.6

1126.7

H111

800

125

150

12266

433.457

28.3

25.024

298.3

1630

187

372

27451

433.457

63.3

73.6

899.7

H103

800

125

150

12266

433.457

28.3

13.862

458.0

1630

187

372

27451

656.506

41.8

73.6

1336.7

G0001

800

125

150

12266

403.346

30.4

14.659

440.8

1630

187

372

27451

403.346

68.1

73.6

1289.6

BC6257

500

7085

403.346

17.6

97.4

12.269

238.1

800

125

150

12266

294.052

41.7

497.3

1630

187

372

27451

616.356

44.5

73.6

1444.3

AT4047

1630

187

372

27451

455.762

60.2

73.6

17.391

1153.5

由上表可知，所选择的挤压机均符合技术要求。

3.4挤压锭坯的选择

3.4.1选择锭坯的原则

主要有以下几点

Ⅰ.经济优化原则。

Ⅱ.成材率最高原则。

Ⅲ.产量最高原则。

根据以上原则及体积不变原理计算下成材率如下各表：

表3-4：

AT4016

产品代号

单位

AT4016

挤压机

1630T

挤压筒的内径D0

187

锭坯直径Dd

178

锭坯长度Ld

500

600

660

单根坯重

33.46

40.17

44.19

体积V

dm3

12.44

14.93

16.43

制品面积

mm2

152.045

模孔面积

mm3

154.326

挤出长度Ld

81817.9

98194.6

108060.1

切头去尾L1

81217.9

97594.6

107460.1

矫直长

82.03

98.57

108.53

切夹头

81.73

98.27

108.23

成品n×6

成品重

31.90

39.26

44.17

成材率

％

95.34

97.72

99.91

采用挤压机

采用

表3-5：

AC5132

产品代号

单位

AC5132

挤压机

800T

1630T

挤压筒的内径D0

125

187

锭坯直径Dd

120

178

锭坯长度Ld

400

450

500

600

660

单根坯重

12.17

13.69

33.46

40.17

44.19

体积V

Dm3

4.52

5.09

12.44

14.93

16.43

制品面积

mm2

695.911

模孔面积

mm2

706.350

挤出长度Ld

6399.1

7206.1

19027.4

21136.8

23260.4

切头去尾L1

5799.1

6606.1

18427.4

20536.8

22660.4

矫直长

5.89

6.71

19.01

20.84

23.00

切夹头

5.59

6.41

18.71

20.54

22.70

成品n×6

根

成品重

0.000

11.232

31.188

33.696

成材率

％

0.00

82.05

93.21

83.88

76.25

采用挤压机

　采用

表3-6：

H115

产品代号

单位

H115

挤压机

500T

800T

1630T

挤压筒的内径D0

125

187

锭坯直径Dd

120

178

锭坯长度Ld

270

320

400

450

500

600

660

单根坯重

4.62

5.48

12.17

13.69

33.46

40.17

44.19

体积V

dm3

1.72

2.04

4.52

5.09

12.44

14.93

16.43

制品面积

mm2

255.019

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