1、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 50100 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
2、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。如类（高性能）平开铝合金窗的抗风压强度值
3、为 30003500Pa。 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。如类平开铝合金窗气密性为0.51.0（，而类（中等性能窗）为 1.01.5（ 。 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。如类平开铝合金窗的水密性为 450500Pa，而类（低性能窗）为 250350Pa。 隔热性：铝合
4、金门窗的隔热性能，应按其传热阻值（）分为三级，即级0.50，级0.33，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 2640dB 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 49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
5、 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。2.1 LD31 化学成分及性能表 2-1：LD31 合金成份及性能表合金元素 Si Fe Cu Mn Zn Ti 其它含量% 0.20.6 0.35 0.10 0.450.9 0.10 1.5% 模孔数AT4016 0.409 123.010 152.045 154.326 1AC5132 1.872 72.56 695.911 706.350 1H115 0.686 43.658 255.019 258.844 1H111 1.323 81.02
6、5 491.822 499.199 1H103 0.406 55.771 150.929 153.193 1G0001 0.454 70.640 168.773 171.305 1BC6257 0.318 49.309 118.216 119.989 1AT4047 0.639 54.602 237.546 241.110 1其中：单位重量是表 2 给出的；外接圆直径是通过 AUTO CAD 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（11.5）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
7、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：400500 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
8、。预热温度：350450 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
9、 300500mm。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 （GB5237.12004）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的所有部位尺寸测量点与基准边的距离 L指定部位尺寸/mm 3 栏以外的所有尺寸空心
10、型材包围面积不小于70mm2时的壁厚6151530303060100100150150200序号1 栏 2 栏 3 栏 4 栏 5 栏 6 栏 7 栏 8 栏 9 栏1 1.00 0.13 0.18 0.18 2 1.002.00 0.15 0.23 0.22 0.26 3 2.003.00 0.18 0.28 0.26 0.30 4 3.004.00 0.20 0.38 0.30 0.35 0.42 5 4.006.00 0.23 0.53 0.35 0.40 0.47 6 6.0012.00 0.25 0.75 0.41 0.46 0.52 0.56 7 12.0019.00 0.29 0
11、.47 0.52 0.58 0.62 8 19.0025.00 0.32 0.53 0.58 0.63 0.71 0.83 9 25.0038.00 0.38 0.61 0.66 0.75 0.84 0.95 10 38.0050.00 0.45 0.70 0.75 0.89 1.01 1.14 1.3411 50.00100.00 0.77 0.98 1.09 1.36 1.58 1.87 2.1712 100.00150.00 1.08 1.31 1.44 1.82 2.19 2.60 3.00注：1、指定部位尺寸为 1.202.00mm 的型材壁厚偏差要求是强制的。2、由于本车间产品为普
12、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 （GB5237.12004）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 （GB5237.12004）型材宽度 B 普通级/mm 高精级/mm 超高精级/mm25mm 0.20 0.15 0.1025mm 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 （GB5237.12004）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
13、 L米 ht任意300mm 长度上 hs全长 L 米 ht外接圆直径/mm最小壁厚/mm不大于2.4 1.5 4L 1.3 3L 1.0 2L382.4 0.5 2L 0.3 1L 0.3 0.7L38 0.5 1.5L 0.3 0.3L 0.3 0.5L表 3-05 型材的扭拧度 （GB5237.12004）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 总长度上外接圆直径/mm不大于12.540 0.052 0.156 0.035 0.105 0.026 0.0784080 0.035 0.105 0.026 0.078 0.017 0.
14、05280250 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 （GB5237.12004）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 （GB5237.12004）缺陷允许深度/mm状态装饰面 非装饰面合金牌号 模具挤压痕深度 /mmT5 0.03 0.07 6061 0.06T4，T6 0.06 0.03 6063，6063A 0.06表 3-08 建筑材料（6063）的室温力学性能 （GB5237.12004
15、）拉伸试验 硬度试验抗拉强度b/MPa规定非比例伸长应力p0.2/MPa伸长率（%）试样厚度/mm维氏硬度HV韦氏硬度HW合金合金状态壁厚/mm不大于T5 所有 160 110 8 0.8 58 86063T6 所有 205 180 8 10 200 160 5T510 190 150 5 0.8 65 1010 230 190 56063A T610 220 180 4 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
16、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23.2.8 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：2h4h3.2.9 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.制品的最大外接圆直径 D 外 挤压机最大外接圆直径 Dmax。.制品的截面积 F 制 挤压机挤一根的最小面积 Fmin.挤压力小于挤压机最大的挤压力。.挤压比小于最大的挤压比。3.3
17、.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 95 125 187挤压截面积 F0 7085 12266 27451锭坯尺 Dd|Ld 90x270/320 120X400/450 178X540/600/660冷床长 26m 32m 44m填充系数 1.114 1.085 1.104压余厚 20 25 30最大挤压比 97.4 82 73.6最大外接圆直径 65 95 147加工范 围 挤一根最小制品断面积 F 制 min 72 150 3723.3.3 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
18、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 800T1630T500T800T1630T800T1630T800T1630T800T1630T500T800T1630T1630T3.3.4 挤压机能力校核根据经验公式：P = 11.775 ( - 0.8)Db dDD 挤压筒内直径 d 制品当量直
19、径b某一挤压温度下的抗拉强度。当温度在 480500，6030 的抗拉强度为 11.3Mpa根据所选挤压、制品面积与经验公式计算如下:表 3-3：挤压机能力校核产品代号挤压机T吨D 筒mmFmin mmF 筒mmF 制mmF 筒/F制max当量直径dmmP=公式 吨AT4016 1630 187 372 27451 695.911 39.4 73.6 13.914 588.1800 125 150 12266 706.691 17.4 82 300.4AC51321630 187 372 27451 706.691 38.8 73.629.767863.8500 95 72 7085 403.
20、346 17.6 97.4 179.7800 125 150 12266 294.052 41.7 82 381.3H1151630 187 372 27451 588.104 46.7 73.618.0191126.7800 125 150 12266 433.457 28.3 82 298.3H1111630 187 372 27451 433.457 63.3 73.625.024899.7800 125 150 12266 433.457 28.3 82 458.0H1031630 187 372 27451 656.506 41.8 73.613.8621336.7800 125 1
21、50 12266 403.346 30.4 82 440.8G00011630 187 372 27451 403.346 68.1 73.614.6591289.6500 95 72 7085 403.346 17.6 97.4 238.1800 125 150 12266 294.052 41.7 82 497.3BC62571630 187 372 27451 616.356 44.5 73.612.2691444.3AT4047 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
22、的选择3.4.1 选择锭坯的原则主要有以下几点.经济优化原则。.成材率最高原则。.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 T 1630T 1630T 1630T挤压筒的内径 D0 mm 187 187 187锭坯直径 Dd mm 178 178 178锭坯长度 Ld mm 500 600 660单根坯重 kg 33.46 40.17 44.19 体积 V dm3 12.44 14.93 16.43 制品面积 mm2 152.045 152.045 152.045 模孔面积 mm3 154.326 154.326
23、154.326 挤出长度 Ld mm 81817.9 98194.6 108060.1 切头去尾 L1 mm 81217.9 97594.6 107460.1 矫直长 m 82.03 98.57 108.53 切夹头 m 81.73 98.27 108.23 成品 n6 m 13 16 18成品重 kg 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 T 800T 800T 1630T 1630T 1630T挤压筒的内径 D0 mm 125 125 187 187 187锭坯直径 Dd
24、mm 120 120 178 178 178锭坯长度 Ld mm 400 450 500 600 660单根坯重 kg 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 695.911 695.911 695.911 695.911 695.911 模孔面积 mm2 706.350 706.350 706.350 706.350 706.350 挤出长度 Ld mm 6399.1 7206.1 19027.4 21136.8 23260.4 切头去尾 L1 mm 5799.1 6606.1 18427.4 20536.8 22660.4矫直长 mm 5.89 6.71 19.01 20.84 23.00切夹头 mm 5.59 6.41 18.71 20.54 22.70 成品 n6 根 0 1 3 3 3成品重 kg 0.000 11.232 31.188 33.696 33.696成材率 0.00 82.05 93.21 83.88 76.25 采用挤压机 采用
