1、 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页 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 S
2、i 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
3、 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 6
4、063 铝合金。全车间的年产量为 25000 吨。 （ 1） 6063 铝合金的化学成分和性能如下： 牌号 Si% Fe% Cu% Mn% Mg% Cr% Ni% Zn% Fe% Zr% 其它 % 铝 % 单个 合计 6063 0.2- 0.6 0.35 0.10 0.10 0.45- 0.9 0.10 - 0.10 0.10 - 0.05 0.05 余量 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 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 6063 合金的
5、机械性能 （ 2） 产品的规格及形状尺寸如下： 型号 H114 H109 BC6257 截 面 图 形 及 主 要 尺 寸 型号 AC5401 AC5402 AT4056 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 截 面 图 形 及 主 要 尺 寸 型号 H101 AT4023 截 面 图 形 及 主 要 尺 寸 H101 0.454k g/m2.产品的型号参数如下表： 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 BC
6、6257 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 其中： 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 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 把材料某一个处理的
7、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。
8、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。 型号 中频电源功率Kw 中频电压 V 中频功率
9、KHz GW0.25-160/1 160 750 1 GWO0.5-250/1 250 1500 1 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 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
10、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
11、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 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 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
12、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。 设备吨位 500T 800T 1630T 挤压筒截面积mm2 7085 12266 27451 挤压筒内直径mm 95 125 187 最大挤压比 97.4 82 73.6 最大外接圆直径 mm 65 95 147 挤一根最小制品断面积 mm2 72 150 372 铸锭 90x270/320 120X 400/450 178X 540/600/660 铸锭允许最大长度 mm 350 450 660 挤压筒长
13、度 mm 400 500 740 最大挤压速度mm/s 64.6 57 43 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 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 Dmax。 和制品的截面积 F 制 挤压机挤一根的最小面积 Fmin， 初选挤压机如下 ： 产品代号 H114 H109 BC6257 AC5401 AC5402 AT4056 H101 AT4023 挤压机 500T 500T 500T 500T 500T 8
14、00T 1630T 500T 800T 800T 1630T B、 挤压机能力的校核 根据经验公式： P = 11.775 ( dD - 0.8)D b 其中： D 挤压筒内直径 d 制品当量直径 b 某一挤压温度下的抗拉强度。当温度在 480500 时 6030 的抗拉强度为 11.3Mpa 校核结果如下表 产品代号 挤压机 吨 D 筒 mm 制品面积F 制 mm2 模孔数 当量直径mm P H114 500 95 59.12 2 12.27 242.93 H109 500 95 69.14 2 13.27 229.83 BC6257 500 95 118.22 1 12.26 243.07
15、 AC5401 500 95 74.35 2 13.76 223.94 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 AC5402 500 95 552.04 1 26.52 133.89 800 125 552.04 1 26.52 290.86 1630 187 552.04 1 26.52 880.93 AT4056 500 95 352.04 1 21.18 161.49 800 125 352.04 1 21.18 345.66 H101 800 125 168.77 1 14.66 449.76 AT4023 1630 187 154.28 3 24.28 937.80 由上表可知
16、，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。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页 表 1： H114（ 2 孔） 产品代号 挤压机 挤压筒内直径D0 mm 锭子直径 mm 锭子长度 mm 锭子单重 Kg/根 填充系数 填充后的长度 挤压比 挤出长度 mm 切头尾 mm 矫直长 m 切夹头 m 成品数nX6米 成品重 kg 成材率 % H114 500T 95 90 270 4.62 1.114 242 59.92 14500.64 13900.64 14.18 13
17、.88 4 3.82 82.68 90 320 5.47 1.114 287 59.92 17197.04 16597.04 16.93 16.63 4 3.82 69.84 由上表得出，挤压机选取 500T，铸锭尺寸选取 90X270。 表 2： H109（ 2 孔） 产品代号 挤压机 挤压筒内直径D0 mm 锭子直径 mm 锭子长度 mm 锭子单重 Kg/根 填充系数 填充后的长度 挤压比 挤出长度 mm 切头尾 mm 矫直长 m 切夹头 m 成品数nX6米 成品重 kg 成材率 % 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页 H109 500T 95 90 270 4.62 1.11
18、4 242 51.24 12400.08 11800.08 12.04 11.74 2 2.23 48.33 90 320 5.47 1.114 287 51.24 14705.88 14105.88 14.39 14.09 4 4.46 81.55 由上表得出，挤压机选取 500T，铸锭尺寸选取 90X320。 表 3： BC6257 产品代号 挤压机 挤压筒内直径D0 mm 锭子直径 mm 锭子长度 mm 锭子单重 Kg/根 填充系数 填充后的长度 挤压比 挤出长度 mm 切头尾 mm 矫直长 m 切夹头 m 成品数nX6米 成品重 kg 成材率 % BC6257 500T 95 90 270 4.62 1.114 242 59.93 14503.06 13903.06 14.18 13.88 2 3.82 82.63 90 320 5.47 1.114 287 59.93 17199.91 16599.91 16.93 16.63 2 3.82 69.72 由上表 得出，挤压机选取 500T，铸锭尺寸选取 90X270。
