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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表面不平，
2、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为300035
3、00Pa。 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：铝合金门窗的隔热性能，应按其传热阻值（
4、）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5000吨的铝型材挤压车间，生产的产品有：窗
5、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SiFeCuMnZnTi其它含量%0.20.60.350.100.450.90.100.1Cr1.5%模孔数AT40160.409123.010152.045154.3261AC51321.87272.56695.911706.3501H1150.68643.658255.019258.8441H1111.32381.025491.822499.1991H1030.40655.771150.929153.1931G00010.45
6、470.640168.773171.3051BC62570.31849.309118.216119.9891AT40470.63954.602237.546241.1101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
7、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。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
8、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
9、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）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L61515303030601001001501502001栏2栏3栏4栏5栏6栏7栏8栏9栏11.000.130.180.1821.002.000.150.230.220.26
10、32.003.000.180.280.260.3043.004.000.200.380.300.350.4254.006.000.230.530.350.400.4766.0012.000.250.750.410.460.520.56712.0019.000.290.470.520.580.62819.0025.000.320.530.580.630.710.83925.0038.000.380.610.660.750.840.951038.0050.000.450.700.750.891.011.141.341150.00100.000.770.981.091.361.581.872.171
11、2100.00150.001.081.311.441.822.192.603.00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210.5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/mm25mm0.200.150.1025mm0.8B0.6B0.4B任意25mm宽度0.200.150.10表3-04 型材的弯曲度 （GB5237.
12、12004）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382.41.54L1.33L1.02L2.40.52L0.31L0.30.7L380.51.5L0.30.3L0.30.5L表3-05 型材的扭拧度 （GB5237.12004）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12.5400.0520.1560.0350.1050.0260.07840800.0350.1050.0260
13、.0780.0170.052802500.0260.0780.0170.0520.0090.026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/mm4.7mm4.7mm允许偏差/mm0.40.40.1R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）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T50.030.0760610.06T4，T60.060.036063，6063A0.06表3-08 建筑材料（6063）的室温力学性能 （GB5237.12004）合金合金状态壁厚/mm拉伸试验
14、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不大于6063T5所有16011080.8588T6所有20518086063AT51020016050.86510101901505T6102301905102201804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
15、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。3.3.2现有设备条件表3-1：现有挤压机设备常数设备吨位500T800T1630T挤压筒直径D095125187挤压截面积F
16、070851226627451锭坯尺Dd|Ld90x270/320120X400/450178X540/600/660冷床长26m32m44m填充系数1.1141.0851.104压余厚202530最大挤压比97.48273.6加工范 围最大外接圆直径6595147挤一根最小制品断面积F制min721503723.3.3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
17、代号：AT4016AC5132H115H111H103G0001BC6257AT4047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)DbD 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480500，6030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
18、式 吨AT4016163018737227451695.91139.473.613.914588.1AC513280012515012266706.69117.48229.767300.4163018737227451706.69138.873.6863.8H11550095727085403.34617.697.418.019179.780012515012266294.05241.782381.3163018737227451588.10446.773.61126.7H11180012515012266433.45728.38225.024298.3163018737227451433.4
19、5763.373.6899.7H10380012515012266433.45728.38213.862458.0163018737227451656.50641.873.61336.7G000180012515012266403.34630.48214.659440.8163018737227451403.34668.173.61289.6BC625750095727085403.34617.697.412.269238.180012515012266294.05241.782497.3163018737227451616.35644.573.61444.3AT404716301873722
20、7451455.76260.273.617.3911153.5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.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T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm187187187锭坯直径Ddmm178178178锭坯长度Ldmm500600660单根坯重kg33.46 40.17 44.19 体积Vdm312.44 14.93 16.43 制品面积mm2152.045 152.045 15
21、2.045 模孔面积mm3154.326 154.326 154.326 挤出长度Ldmm81817.9 98194.6 .1 切头去尾L1mm81217.9 97594.6 .1 矫直长m82.03 98.57 108.53 切夹头m81.73 98.27 108.23 成品n6m131618成品重kg31.90 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T800T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm125125187187187锭坯直径Ddmm120120178178178锭坯
22、长度Ldmm400450500600660单根坯重kg12.17 13.69 33.46 40.17 44.19 体积VDm34.52 5.09 12.44 14.93 16.43 制品面积mm2695.911 695.911 695.911 695.911 695.911 模孔面积mm2706.350 706.350 706.350 706.350706.350 挤出长度Ldmm6399.1 7206.1 19027.4 21136.8 23260.4 切头去尾L1mm5799.1 6606.1 18427.4 20536.8 22660.4矫直长mm5.89 6.71 19.01 20.8
23、4 23.00切夹头mm5.596.41 18.7120.54 22.70 成品n6根01333成品重kg0.00011.23231.188 33.696 33.696成材率0.00 82.05 93.21 83.88 76.25 采用挤压机采用表3-6：H115产品代号单位H115挤压机T500T500T800T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm9595125125187187187锭坯直径Ddmm9090120120178178178锭坯长度Ldmm270320400450500600660单根坯重kg4.62 5.48 12.17 13.69 33.46 40.1
24、7 44.19 体积Vdm31.72 2.04 4.52 5.09 12.44 14.93 16.43 制品面积mm2255.019255.019255.019255.019255.019255.019255.019模孔面积mm2258.844 258.844 258.844 258.844 258.844 258.844 258.844 挤出长度Ldmm6744.6 7999.417724.2 19959.3 48780.7 58544.7 64426.6 切头去尾L1mm6144.67399.4 17124.2 19359.3 48180.7 57944.763826.6 矫直长mm6.2
25、1 7.47 17.30 19.55 48.66 58.5264.46 切夹头mm5.91 7.17 17.00 19.25 48.3658.22 64.16 成品n6根01238910成品重kg0 4.12 8.24 12.36 32.96 37.08 41.20 成材率0.00 75.18 67.71 90.28 98.5192.31 93.23 采用挤压机采用表3-7：H111产品代号单位H111挤压机T800T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm125125187187187锭坯直径Ddmm120120178178178锭坯长度Ldmm40045050060066
26、0单根坯重kg12.17 13.69 36.15 40.17 44.19 体积VDm34.52 5.09 13.44 14.93 16.43 制品面积mm2491.822 491.822 491.822 491.822 491.822 模孔面积mm2499.199 499.199 499.199 499.199 499.199 挤出长度Ldmm9190.3 10349.327327.0 30395.0 33406.4 切头去尾L1mm8590.3 9749.3 26727.0 29795.0 32806.4矫直长mm8.68 9.85 27.09 30.09 33.13切夹头mm8.389.5
27、5 26.7929.79 32.83 成品n6根11445成品重kg7.947.9431.7631.76 39.70成材率65.24 58.00 87.86 79.06 89.70 采用挤压机采用表3-8：H103产品代号单位H103挤压机T800T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm125125187187187锭坯直径Ddmm120120178178178锭坯长度Ldmm400450500600660单根坯重kg12.1713.6936.1540.1744.19体积VDm34.525.0913.4414.9316.43制品面积mm2150.929150.929150.
28、929150.929150.929模孔面积mm2153.193153.193153.193153.193153.193挤出长度Ldmm29947.933724.589048.598920.7.1切头去尾L1mm29347.933124.588448.598320.7.1矫直长mm29.6433.4689.3399.30109.34切夹头mm29.3433.1689.0399.00109.04成品n6根45141618成品重kg9.7412.1834.1038.9843.85成材率80.0388.9794.3397.0499.23采用挤压机采用表3-9：G0001产品代号单位G0001挤压机T8
29、00T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm125125187187187锭坯直径Ddmm120120178178178锭坯长度Ldmm400450500600660单根坯重kg12.1713.6936.1540.1744.19体积VDm34.525.0913.4414.9316.43制品面积mm2168.773168.773168.773168.773168.773模孔面积mm2171.305171.305171.305171.305171.305挤出长度Ldmm26781.530158.979633.688462.097349.7切头去尾L1mm26181.529558
30、.979033.687862.096749.7矫直长mm26.4429.8579.8288.7497.72切夹头mm26.1429.5579.5288.4497.42成品n6根44131416成品重kg10.9010.9035.4138.1443.58成材率89.5679.6297.9594.9598.62采用挤压机采用表3-10：BC6257产品代号单位BC6257挤压机T500T500T800T800T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm9595125125187187187锭坯直径Ddmm9090120120178178178锭坯长度Ldmm2703204004505006
31、00660单根坯重kg4.62 5.48 12.17 13.69 33.46 40.17 44.19 体积Vdm31.72 2.04 4.52 5.09 12.44 14.93 16.43 制品面积mm2118.216118.216118.216118.216118.216118.216118.216模孔面积mm2119.989119.989119.989119.989119.989119.989119.989挤出长度Ldmm14549.617256.538235.043056.8.1.2.9切头去尾L1mm13949.616656.537635.0 42456.8.1.2.9矫直长mm14.
32、0916.8238.0142.88105.68126.95139.77切夹头mm13.7916.52 37.71 42.58105.38126.65 139.47 成品n6根2267172123成品重kg3.823.8211.4513.3632.4440.0743.88成材率82.6869.7194.0897.5996.9599.7599.30采用挤压机采用表3-11：AT4047产品代号单位AT4047挤压机T1630T1630T1630T挤压筒的内径D0mm187187187锭坯直径Ddmm178178178锭坯长度Ldmm500600660单根坯重kg33.46 40.17 44.19
33、体积Vdm312.44 14.93 16.43 制品面积mm2237.546 237.546 237.546 模孔面积mm3241.110 241.110 241.110 挤出长度Ldmm52368.8 62851.0 69165.6切头去尾L1mm51768.8 62251.0 68565.5矫直长m52.2962.8769.25切夹头m51.9962.57 68.95 成品n6m81011成品重kg30.6738.3442.17成材率91.6695.4495.43采用挤压机采用3.4.2 锭坯的选择：由上表成材率最高原则及购买设备成本等综合考虑可得各产品选择的锭坯尺寸及相应的挤压机选择如下
34、：表3-12：锭坯确定产品代号挤压机锭坯尺寸DdLd/mmAT40161630T178660AC51321630T178500H1151630T178500H1111630T178660H1031630T178660G00011630T178660BC62571630T178600AT40471630T1786003.5 产量与吨比计算、产品设计方案3.5.1 车间工作时间及产品工作时间分配本车间工作制度为：6天制3班倒，一年取52周，每一个月有一个双休日，再扣除21天的节日、中途停电等意外事故。所以车间一年生产天数为：N365521221279 天 一台机一年工作时间：T279246696 h1台800T挤压机一年工作时间为： T800N2412792416696 h2台1630T挤压机一年工作时间为：T1630N24427924426784 h11个产品时间分配情况如下：表3-13：挤压机台数及时间分配产品代号挤压机挤压机台数/台时间分配/hAC51321630T1共4台3348H1151630T3348AT40161630T13348H1111630T3348H1031630T13348G00011630T3348BC62571630T13348H1131630T33483.5.2 各产品年生产量计算年产量计算：M(T/T)nTP6