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1、江西理工大学2014届本科生毕业设计江西理工大学毕业设计 题目：年产3.6万吨铝型材车间设计 课题类别： 毕业设计 学生姓名： 张艺文 学 号： 34 班 级： 101班 专 业： 材料物理 指导教师： 李家节 2014年5月目录第一章 车间设计总论41.1车间设计的基本内容41.2车间设计的依据51.3车间设计的可行性研究51.4车间概况91.5厂址的选择9第二章 车间工艺设计102.1产品方案与生产方案的制定102.1.1产品方案的编制102.1.2计算产品的选择112.1.3加工产品的基本性质122.1.4产品的质量要求132.1.5生产方案的选择132.2生产工艺流程162.2.1生产

2、工艺流程的定义及其制定的主要依据162.2.2计算产品的生产工艺流程162.3生产工艺的叙述172.3.1工具模预热172.3.2锭坯加热172.3.3型材挤压182.3.4型材的矫直202.3.5型材的锯切202.3.6型材的人工时效202.3.7上架212.3.8除油（脱脂）222.3.9水洗222.3.10碱蚀222.3.11中和（出光）232.3.12阳极氧化232.3.13镍着色252.3.14封孔262.3.15干燥272.4生产设备的选择272.4.1设备选择的依据272.4.2主要设备的选择272.4.2辅助设备的选着282.5生产工艺流程定额卡与金属平衡322.5.1生产工艺

3、流程定额卡322.5.2编制金属平衡表332.5.3挤压车间的工艺计算342.5.4铸锭尺寸的计算402.5.5氧化车间的计算412.6设备负荷计算422.6.1工作制度和设备工作台时确定422.6.2设备负荷能力的计算432.7车间平面布置442.7.1车间布置应遵循的原则442.7.2车间立面尺寸452.8车间劳动组织和经济指标462.8.1车间劳动组织462.8.2投资概算与资金筹措482.8.3产品成本概算512.8.4投资回收期估算542.8.5技术经济效果评论54第三章 厂房及其辅助设施设计553.1厂房设计553.1.1厂房建筑553.1.2加工车间厂房的要求563.1.3厂房建

4、筑材料573.1.4厂房建筑结构及其布置583.2辅助设施设计593.2.1电力设施593.2.2车间的供水与排水、供气及供热593.3环境保护60参考文献62第一章 车间设计总论1.1车间设计的基本内容车间设计的目的是为了建立一个年产3.6万吨铝材生产车间。车间设计的任务是对需建设的企业做出技术与经济的详细规划，确定出企业的生产经济状况，技术经济指标及施工的组织方法。具体任务如下：（1） 技术任务1） 确定产品品种、质量标准、规格及年产量。2） 确定产品的生产方案及生产工艺过程，选取主要设备并确定其必要的数量3） 选择与计算辅助设备。4） 计算完成年计划产量所需的原料，材料及动力消耗。5）

5、提出动力、照明、运输、采暖、供水、通风、排水等各项设计要求。6） 计算车间所需面积，车间内主要设备与辅助设备的布置。7） 确定厂房形式和主要尺寸，画出车间平面布置图，提出安全环保等措施。（2）经济任务计算及制订基本建设投资额，生产预算，计划单位产品成本和综合技术经济指标。1.2车间设计的依据设计任务书是车间设计的依据。在进行车间设计之前，应从技术经济部分取得设计任务，而设计任务书是有关部门根据国家计划经过充分讨论，由有关上级部门下达，其基本内容有：（1） 车间的生产规模、品种；（2） 车间的生产方案；（3） 建厂地址，资源情况和厂区范围，水文地质，原材料，动力，燃料，供水以及供电等供应情况，还

6、有运输情况等；（4） 要求达到的技术水平和经济效益；（5） 投资以及劳动定员的控制数字；（6） 环保情况；1.3车间设计的可行性研究 近年来,随着中国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进,铝型材作为建筑领域和机械工业领域里重要的应用材料,其全行业的产量和消费量迅猛增长,中国也一跃成为世界最大的铝型材生产基地和消费市场。经过长达近10年的高速增长,中国铝型材行业步入了新的发展阶段并展现出了诸多新的发展趋势。全球及中国铝型材行业现状全球铝型材产销情况。从产能分布来看,2009年全球可生产铝型材的国家和地区约95个,生产企业约2200余家,其中中国的产能占世界总产能的比重超过50%,位列

7、第一。随着全球经济增长及铝型材用途不断扩展,全球铝型材的消耗量由2001年约869万吨增长至2009年约1550万吨,年复合增长率约为7.5%。预计2012年,全球铝型材消费量将达约1669万吨。从地区来看,20012009年全球主要地区消费量呈现出不同走势,中国消费量比例迅速上升,而欧洲和北美洲呈现出下降趋势。截至2009年,中国消费量占全球消费量比达到47%,而欧洲、北美洲和日本分别仅占21%、8%、6%,中国已经发展为铝型材的消费大国。从应用领域来看,建筑行业仍然是铝型材应用的主要领域,远远超过其他领域消费量,消费量逐年上涨,截至2009年占总消费量的63%以上。分地区看,北美、欧洲等发

8、达地区2009年铝型材在工业领域的消费平均比重已经超过50%,而中国铝型材在工业领域的消费量仅32%,工业领域的消费比例相对较低。中国铝型材行业现状。中国铝型材产量由2001年的171.9万吨增加到2009年的729万吨,复合增长率为19.8%。2009年我国建筑铝型材和工业铝型材产量分别是496万吨和233万吨。2010年中国铝型材产销量将超过1000万吨,其中建筑铝型材消费量可望突破600万吨,而到2012年中国铝型材产销量预计将达到约1440万吨。主要下游产业发展及其对铝型材行业的影响在建筑及房地产领域。近年来国内快速增长的建筑及房地产业是最大的铝型材消费领域,约占国内铝型材消费总量68

9、%。在建筑铝型材的分品种消费领域中,铝合金门、窗、幕墙型材又占其主体部分。2009年中国城市住宅发展报告指出,2005年底,中国人均住宅建筑面积为26.11平方米。住房与城乡建设部政策研究中心公布的2020年中国居民居住目标预测研究报告中提到“2020年我国城镇人均住房建筑面积预计35平方米”。因此,未来较长时间内,每年都需要新增大量住宅。据建设部预计,自20052020年,我国将新增建筑面积约300亿平方米。按照20112020年共新增建筑面积200亿平方米计算(测算时按照门窗面积占房屋建筑面积15%,我国门窗材质约有55%使用铝合金,每平方米门窗需要8公斤铝建筑型材),则20112020年

10、新增住宅对铝建筑型材的年均需求为132万吨。旧有建筑更新、改造对建筑铝型材的需求,从国际经验看,当一国人均住房面积大于2535平方米时,该国旧有建筑更新将进入高速增长阶段。我国从目前至2020年都将处于该阶段。以我国现有各类建筑面积450亿平方米为例,每年约有10%即45亿平方米的建筑需改造,大约折合6.75亿平方米的门窗,按55%的门窗材质为铝合金计算,每年约需建筑铝型材约297万吨。随着新农村和小城镇的大规模建设,建筑铝型材产业的规模效应显现,使得建筑铝型材价格逐渐降低,良好的性价比使得建筑铝型材在我国农村广泛应用。预计到2015年,新农村和小城镇新增建筑面积的比重将与城市新增建筑面积相当

11、,达约35亿平方米,至少可为建筑铝型材带来约100万吨的新增市场空间。在工业领域。目前,我国工业铝型材占铝型材总应用量仅约30%;而同期欧洲、北美和日本的铝型材消费结构中,工业耗用比例分别达到为60%、55%和40%,远高于我国。消费结构的差异反映出我国铝型材在工业领域的生产、开发和应用方面不足,预示着我国工业铝型材消费具有巨大的增长空间。预计未来510年,中国工业铝型材的消费量将持续增长,在铝型材产品中的比例将由目前的约30%上升到2015年的4550%左右,而根据我国政府的相关规划,未来10年内,工业材占铝型材总应用量的比重将接近70%。铝型材在工业领域主要应用于交通运输业(包括汽车制造业

12、、轨道交通业)、装备和机械设备制造业、耐用消费品业(含轻工业)等,分别在我国铝型材应用中占比约10%、10%和12%。行业发展前景和趋势分析建筑铝型材消费量仍将长期需求旺盛。受益城市化进程加快、旧有建筑改造更新,建筑铝型材消费量仍将保持快速增长。特别是国内二三线城市、小城镇和农村市场将逐渐成为铝型材消费的主要市场。预计未来几年,建筑铝型材将保持较为平稳的增长。工业铝型材消费量将快速增长,中高端产品成为主流。中国作为正处于工业化中期的发展中国家,未来2030年,正是步入中等发达国家,实现第三步战略目标的关键时期。而铝型材在工业领域的应用空间巨大,在我国现有的124个产业部门中,有113个部门使用

13、铝制品,比重为91%。针对工业铝型材在整个铝型材产品中比重过低的现状,国家相关部门对铝型材消费结构提出了指导意见,国家发改委、财政部等九部委关于加快铝工业结构调整指导意见的通知提出,铝工业结构调整的主要目标之一就是,增加高附加值加工材比重,使工业型材与建筑型材比例达到7:3。同时,随着交通运输业的轻量化、电子电力业和机械制造业的发展,铝型材在我国工业应用领域不断拓宽,中、高强度的工业铝型材、管棒材的需求正快速增长。未来几年我国工业铝型材的消费量在铝型材总消费量中的比重将逐年上升,在铝型材产品中的比例将由目前的约30%上升到2015年的4550%左右,逐渐占据市场的主导地位。技术创新成为行业发展

14、最大推动力。根据国家有色金属产业调整和振兴规划,国家将重点支持有色金属技术改造、研发,加强高性能专用铝材生产工艺的研发;支持技术含量和附加值高的深加工产品出口;加大对有色金属产业技术研发和技术改造的支持力度,鼓励引导企业积极推进节能技术改造;对技术改造的企业在发行股票、银行贷款等方面给予支持。随着国家产业政策、产业结构调整以及消费者对产品品质要求的提高,铝加工行业粗放型、附加值低的现状逐步改变,跨越以数量增长为特征的初级发展阶段,开始进入了以提高产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合实力参与市场竞争的新阶段。随着行业发展进入新阶段,未来行业内部整合力度将不断加大,一些产品定位中低档市场且生产工艺

15、和装备技术落后的企业将面临市场、资金、成本、能耗、技术等多方面的压力,逐渐被市场淘汰。一部分生产工艺技术领先、质量过硬、以市场为导向、创新能力强、管理先进的企业会占据更多的市场份额。随着行业内部整合,铝型材企业重组兼并将加快,企业将向着集团化、大型化、专业化、品牌化方向发展。产品的技术开发、质量、管理能力、销售服务等综合实力成为企业做大做强的关键因素。产品在节能环保和新能源领域的广泛应用。在建筑节能领域,据国家住建部估算,建筑能耗约占全社会总能耗的25%,被门窗、幕墙等围护结构传热能耗则占了建筑能耗的20%50%。因此,具有优良节能效果的隔热铝合金产品应用空间广泛。20102015年,以隔热铝

16、合金型材产品为代表的节能铝型材产品将保持30%以上的年复合增长率。交通、家电、电子及机械设备等领域,由于铝产品具有质轻、价格低、可回收性的特点,在国家强调节能环保的前提下,铝型材在交通、家电、电子及机械设备等领域的未来市场十分巨大。以汽车为例,据测算,汽车自重若减轻10%,可相对减少68%的燃油消耗,而铝制品无疑是汽车减重的最佳材料。据美国铝业的研究数据,以50万辆公共汽车计算,如果用铝代钢,使每辆汽车重量减轻1吨的话,就可以节约24亿升的燃料。同时还能大幅度减少温室气体排放。目前,全球汽车平均用铝量已由1980年初的50公斤/辆上升到107公斤/辆,增长1.14倍。据欧洲铝业协会预测,到20

17、15年欧洲地区汽车用铝量将有望达到200公斤/辆。铝型材在新能源环保领域的应用。近年来,我国新能源环保产业以年均20%以上的速度快速增长,其中应用最广泛的当属太阳能和LED等产业,而铝型材由于具有导热好、自重轻等优点,在这些行业逐渐得到大量应用。全行业的产业重组升级成为趋势。行业准入门槛逐步提高,近年来国家针对铝合金型材加工行业企业规模小、集中度不高、重复建设的情况,陆续出台了多项产业调整政策。2007年10月颁布的铝工业准入条件明确了新建铝加工项目的准入条件,并规定相关能耗、金属消耗指标,加强环境保护,提高了行业准入门槛。行业准入门槛的提高将控制铝合金型材加工行业投资规模,规范行业的无序竞争

18、,为注重产品品质、节能降耗的企业创造良好的竞争条件。目前,中国铝合金挤压材行业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段,进入了依靠技术创新和综合实力参与市场竞争的新阶段。国内铝合金型材生产厂家数已从顶峰时期的1200多家减少至680余家,一大批产品技术水平低、质量差、档次低的小型铝型材加工厂已逐渐被淘汰,未来行业的重组整合将成为大的趋势。现阶段在技术研发、品牌、管理、渠道和资金等方面有优势的企业将成为行业重组的主导企业,以规模、技术、品牌、管理和服务为主的企业综合竞争能力日渐重要。所以此次设计可行。1.4车间概况（1）车间设计品种、年产量、规格、范围本设计为年产3.6万吨铝型材生产车间的设计。

19、采用挤压法并结合先进生产工艺和生产设备来生产各种规格的铝型材产品，可以生产1、2、3、5、7系等合金牌号的产品，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶，建筑，装修以及化学工业中已大量应用。本次设计为生产建筑用的铝型材，所生产的四个产品分别为：1） G0200年产量9000吨；2） P50C0514年产量9000吨；3） Y5166年产量9000吨；4） C1210年产量9000吨。（2）车间面积、经济指标本车间总面积为23400m2，总投资83869.42万元,综合成品率达79.75%,年总产值94050万元，年利润6513.02万元，在册工人数为341人，车间建成投产48个月后即可收回成本。1.

20、5厂址的选择一般来讲，大中型铝板带加工厂有两种厂址选择方案，一是靠近消费市场，二是靠近原材料(电解铝)厂。把加工厂建在靠近消费市场的地方，有利于开拓市场和提高服务质量，但对大中型板带加工厂，其用户会遍及全国各地，因此把工厂建在某个消费相对集中的地区，必然会存在原料和成品的运输问题。而厂址靠近原材料厂，其经济利益是显而易见的。一些不利因素可以通过加强管理，在热点地区建立销售中心等方式弥补。其优点主要有：（1） 不需要长途运输铝锭，可节省运输成本200元/吨左右；可以尽可能地利用电解铝液。（2） 避免了冶炼厂成品和铝加工的库存。（3） 可得到一个较低的运行成本、仅电费就可节省150450元/吨；（

21、4） 可减少板带加工厂和电解铝厂双方的铝锭供销人员和费用。通过以上比较，选择第一种方案，即在原料厂附近建厂，我国主要产铝大省有山东、河南、山西、贵州、青海、广西，其中河南铝工业发展的前景最为广阔。青海地处西部，离消费市场较远，需每年运出、运进百万吨物料，运价昂贵，提高成本。贵州省虽然具有丰富的铝土矿，但是埋藏较深开采成本较高。 相比之下，河南是全国的铁路和公路交通的枢纽，产品运输非常方便，相应可以节约运输成本，提高工厂利润。河南发展铝工业优势非常明显，全国可供拜尔法工艺生产的铝土矿资源约8亿吨，其中一半以上都在河南。河南还有丰富的水电资源。从以上铝业的发展规律和对比不难看出，依靠河南的铝资源优

22、势，和便利的交通运输条件，以及巨大的消费市场。在河南建厂是比较符合设计要求的。第二章 车间工艺设计2.1产品方案与生产方案的制定2.1.1产品方案的编制产品方案是指所设计的工厂式车间所生产的产品名称、品种、规格、状态以及年计划的产量。产品方案在设计任务书中加以规定。产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。编制产品方案的原则：（1） 国民经济发展对产品的要求。根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等方面的需要情况，既考虑当前的急需，又要考虑将来发展的需要。（2）产品的平衡。考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。（3）建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的

23、可能性。本设计中所确定的产品方案表详见表2-1-1。表2-1-1 产品方案表序号产品名称合金牌号状态产品规格适用范围国家标准截面积（mm²）1G02006063T5141.2推拉窗GB 5237-20042P50C05146063T5282.5门窗用料GB 5237-20043Y51666063T5198.4门窗用料GB 5237-20044C12106063T5181.7天棚用料GB 5237-20042.1.2计算产品的选择车间拟生产的产品规格、品种及状态组合起来可能达到数十种，甚至数百种以上。但是，在设计中不可能对每种合金的每一个规格、品种及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设

24、计工作量，加快进度，同时又不影响整个设计质量，可以将要设计的各类产品进行分类编组，从中选择典型的产品作为计算产品。选择计算要注意以下几点：（1） 具有代表性这些计算产品从车间的总体来说，在合金、规格、品种、状态、工艺和产量特点等方面必须具有代表性。（2） 通过所有的工序指所选的计算产品要通过各个工序，但不是说每一种计算产品都通过各个工序，而是对所有计算产品综合方面来看。（3） 所选择的计算产品要与实际相接近。（4） 计算的产品要留有一定的调整余量。根据计算产品进行工艺计算、确定工艺、选择设备、确定车间人力及物力的消耗与技术经济指标等所获得的结果。把计算的产品按照产品名称、合金牌号、规格范围、状

25、态、产量等列成表，如表2-1-2所示。表2-1-2 产品规格及产量表序号产品名称合金牌号截面积（mm²）状态年产量(t)所占比例()技术条件1G02006063141.2T5900025GB 5237-20042P50C05146063282.5T5900025GB 5237-20043Y51666063198.4T5900025GB 5237-20044C12106063181.7T5900025GB 5237-20042.1.3加工产品的基本性质（1）产品所用6063合金化学成分见表2-1-3。 表2-1-3 6063合金及其化学成分合金元素MgSiFeCuCrMnTiAl其他含

26、量(%)0.45-0.900.20-0.600.350.10.10.10.1余量单个合计0.050.15（2） 产品所用6063合金的主要物理性能见表2-1-4。表2-1-4 产品合金的主要物理性能合金牌号热膨胀系数 (20-100)m/m·k熔点范围()电导率20(68)(%IACS)密度(20)(g/cm³)606324.556865255632.70（3）产品所用6063合金的主要力学性能见表2-1-5。 表2-1-5 6063合金的力学性能合金状态抗拉强度b /MPa屈服强度S /MPa伸长率/ %硬度HBS抗剪强度/MPa疲劳强度-1 /MPa6063T51861

27、45126011769 （4）产品所用6063合金的可挤压性及其条件见表2-1-6。表2-1-6 6063的可挤压性与可挤压条件合金可挤压性指数挤压温度/挤压比压制品流出速度 m/min分流模挤压6063100480-52030-10015-100可（5） 产品所用6063合金的工艺性能与参数6063合金挤压生产建筑型材，一般都是在挤压机上直接风冷（或水雾）淬火（挤压热处理）。Al-Mg-Si系合金的淬火敏感性随合金Mg2Si含量的增加而增大。6063合金要获得较好的冷却效果的前提是Mg2Si相必须充分固溶。不同Mg2Si含量的Al-Mg-Si系合金的充分固溶温度是不同的，如含Mg2Si量为1

28、.1的合金充分固溶的温度应不低于500，含Mg2Si量为1.5的合金充分固溶的温度应不低于550。所以，挤压时必须提高挤压温度，一般选挤压上限的温度。其工艺参数如表2-1-7所示。表2-1-7 6063一般生产工艺参数合金牌号熔炼温度/铸造温度/均匀化退火温度/挤压温度/固溶处理温度/人工时效温度 /时效时间/t6063720-760710-730550480-500515-525160-2002月4日注：技术标准见表，具体的操作视具体情形而定。T5状态是时效，自然冷却！变形系数小，容易控制！硬度一般！T6状态是水冷！变形系数大！不容易控制！硬度高！ T5是铝合金由高温成型过程冷却，然后进行人

29、工时效的状态。T6是铝合金固溶处理后进行人工时效的状态。T6的强度大于T5，材质稍硬一点；在加工、表面处理是一样的。2.1.4产品的质量要求 （1） 规格标准 规定产品的牌号、形状、尺寸及表面的质量，并且附有供使用参考的有关参数等等。（2） 性能标准 规定产品的热处理性能、化学成分、物理机械性能、工艺性能、晶粒度、抗腐蚀性能及其他特殊性能要求等等。（3） 试验标准 规定做实验时的取样部位、实验条件、试样形状和尺寸以及试验方法等等。（4） 交货标准 规定验收时的包装、产品交货、标志方法及部位等等。本次设计中产品性能的标准是GB 5237-2004。2.1.5生产方案的选择（1）生产方案的定义及依

30、据生产方案是指为了完成设计任务书中所规定产品的生产任务而采用的生产方法。根据产品质量、设计规模及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件以找出合理的生产方案。生产方案选择的依据：1） 金属与合金的规格、品种、状态及质量要求。品种和规格不同，所采用的生产方案就不能相同，那么设计的车间必然有很大的差别。2） 年产量的大小产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。3） 投资、机械化与自动化程度、建设速度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及将来的发展。主要考虑经济效果，采用哪种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个厂，特别是要比较成熟的工艺。 （2）型材生产

31、车间的生产方案1）铝合金型材的生产主要有以下几种方法：（a）挤压法适合生产厚壁管,复杂断面及变断面的管棒型材等。此种方法的特点是生产周期短，成品率高，设备少。（b）挤压拉拔法适合于生产大直径，薄壁管的管材。此种方法的特点：投资不高，产品质量好，表的精度高，适合生产规模较小的 工厂。（c）挤压冷轧拉拔法适合于生产薄壁的中，小管材以及棒材。此种方法的特点是：生产品种多，质量好，冷轧变形量大，工序少，生产周期短，设备复杂，机械化程度高，投资大。适合于大，中型工厂。（d）斜轧穿孔或经冷轧拉拔适合于中等直径、塑性较好的金属管材生产，此种方法特点：产量高、几何废料损失少、设备投资不高、生产品种少、管坯内外

32、表面缺陷多等，适合于中小型工厂。（e）焊接拉拔适合生产较大的直径管材，如水道管和热交换器管等。它是以带材作为坯料经成型、焊接、拉拔而成所需要的管材。此种方法的特点是生产效率高，成本低，但管材有焊缝，内表面质量较差。作为型材生产的主要方法，挤压法主要具有以下几个特点：a）具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属从而可以发挥其最大的塑性。甚至可以加工出一般用轧制或锻造加工等无法加工的金属材料；b）挤压法不只是可以在一台设备上生产出形状简单的管、棒和型材，而且还可以生产出断面极其复杂的，以及变断面的管材和型材；c）具有极大的灵活性，在同一台设备上也能够生产出很多的产品品种和规格；d）产品尺寸比较精

33、确，产品表面质量高；e）实现生产过程自动化较容易；f）金属的固定废料损失大；g）加工速度较低；h）沿长度和断面上制品的组织和性能不够均一；i）工具消耗较大；（3）挤压方法的分类挤压法是金属压力加工的一种主要方法，一般可以按以下两个方面来分类： a.按挤压金属相对于挤压轴的运动方向可以分为：正挤压、反挤压和Conform连续挤压；b.按挤压工艺特点可以分为：热挤压、冷挤压、带润滑挤压、不带润滑挤压、等温挤压、无残料挤压及液体静压力挤压等方法。（4）挤压方法的比较正挤压法：它是目前挤压方法中应用最广泛的一种，其主要特点是在挤压过程中，挤压筒固定不动，铸锭在挤压轴压力作用下，沿挤压筒内壁移动。正向挤

34、压时，制品的流出方向与挤压轴的移动方向是一致的。此法的灵活性很大，可用此种方法生产各种挤压制品。反向挤压：挤压时，模轴固定不动，而挤压筒紧靠挤压轴。并且在主柱塞和挤压筒柱塞的作用下，挤压轴和挤压筒同步向前移动，而模轴逐步进入挤压筒内进行反复挤压。而在反向挤压时，铸锭表层与挤压筒内壁之间并无相对运动，因而也不会发生摩擦。反向挤压时，制品的流出方向与模轴的相对运动方向相反。由于反省挤压时铸锭表面与挤压筒内衬之间一般无激烈摩擦，因而不消耗挤压力。所以反向挤压时可减低挤压力30%40%，制品尺寸精度高，力学性能均匀，挤压速度高，成品率高。反省挤压硬合金时，挤压速度与正向挤压比较可以提高0.51.0倍，

35、成品率可提高10%20%。挤压制品外接圆之间受模轴限制，一般比反向挤压要小30%作用，铸锭表面品质要求比较严格，设备一次投资费用比正向挤压机高20%30%，辅助时间长。由于反向挤压机具备以上许多优点，所以它个别适应于挤压硬合金型、棒、管材以及要求尺寸精度高、组织细密无粗晶环的制品。Conform连续挤压法，这种加工方法是英国原子能管理局于20世纪70年代初研制成功的铝合计连续挤压法。它的主要特点是，利用送料辊和配料之间的接触摩擦力而产生挤压力并同时将坯料温度提高到500左右。毛坯被送入送料辊后，通过毛坯与送料辊之间的摩擦作用使得毛坯升温并使毛坯沿着模槽方向前进，然后再进入模具。此种方法的优点为

36、：可一次成形生产尺寸小、壁薄的型材、管材；成品率高，一般可达到98.5%；毛坯无需加热；设备造价低；可以连续生产，生产效率高。而其缺点是：目前只适应于尺寸小的和软的合金生产，规格、品种受到限制。正向挤压与反向挤压有以下优点：更换设备比较简单、迅速；辅助时间少；制品表面品质好；对铸锭表面品质也没有严格要求；设并且备简单，投资费用少；制品外接圆直径大。正向挤压的缺点是：因铸锭表面和挤压内衬发生激烈摩擦，消耗总挤压力高达30%40%；因摩擦作用机械能转换为热能，使铸锭升温，因而影响制品头尾温度不一致（头端低，尾部高）从而导致尺寸不均匀，精度下降；又因摩擦作用，铸锭表层金属发生激烈的剪切变形，这层金属

37、流入制品表层，热处理后形成粗大晶粒层粗晶环，粗晶环区的力学性能差；因摩擦作用，会使金属流动不均匀，中心流速较边部快，因此为避免挤压表面裂纹必须降低挤压速度，挤压残料厚。由于正向挤压具有上述许多优点，因而目前绝大多数型材都是采用正向挤压法生产的。综合考虑以上几点，根据实际情况，由于设备简单、迅速；辅助时间少；制品表面质量好；对铸锭表面品质也没有严格要求；设备简单，投资费用少。因此本设计选择正向挤压法对型材进行挤压生产。2.2生产工艺流程2.2.1生产工艺流程的定义及其制定的主要依据所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按照次序排列起来。确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一项很重要工作，它直接关系到

38、整个设计能否满足设计任务书的要求。合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗、最小的车间面积、最少的设备、最低的产品成本，并且有利于不断提高产品质量以及将来的发展，具有较好的劳动条件及最好的经济效果。制定生产流程总的主要依据有以下几点：（1） 根据生产方案的要求:由于产品的品种、产量、规格和质量的不同，所采用的生产方案就不会相同，那么主要工序就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。（2） 根据产品质量的要求:为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。（3） 根据车间生产率的要

39、求:由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。2.2.2计算产品的生产工艺流程（1）挤压法生产铝型材一般生产的工艺流程如下：工模具预热锭坯加热挤压淬火冷却拉伸矫直成品锯切检验时效检验包装入库或转下道工序（2） 氧化车间生产工艺流程如下：挤压型材上挂除油（脱脂）水洗水洗碱蚀水洗水洗出光（中和）水洗阳极氧化水洗纯水洗电解着色水洗封孔水洗纯水洗干燥下挂成品检验包装入库2.3生产工艺的叙述2.3.1工具模预热工模具预热主要包括挤压筒、挤压模、模垫等的预热。1）预热前，先检查模具尺

40、寸及表面质量状况等，以保证符合生产作业计划的要求，并记录其型号；2）工模具预热送电之前，应确认好温度仪表、热电偶工作是否正常，设定温度正确；3）工模具预热按表2-3-1规定执行；表2-3-1 工模具加热制度挤压工、模具加热温度（）加热时间（h）1000T其余630T1000T1600T2600T2700T挤压筒370-420400-50044888挤压模、模垫、模支承450-500平模1.0平模1.5平模2.5平模4平模4分流模1.5分流模2分流模3分流模5分流模5注：分流模取上限温度2.3.2锭坯加热锭坯加热制度见表2-3-2。表2-3-2 锭坯加热制度合金品种锭坯加热温度中低速挤压高速挤压

41、6063，6063A，6063B，6063C450-530400-4506061450-5506082500-5506005480-530纯铝400-500300-400注：分流模挤压采用上限温度1）锭坯加热采用四阶段的梯温加热，在第一个加热周期内，前3根或4根锭坯推出炉口后，必须冷却到室温返回才重新加热后使用，第4根或第5根锭坯就可开始挤压；2）正常加热过程中，一定要确保好热电偶和锭坯接触正常，检查各种指示仪表的指示是否在正常；3）对炉内已加热到温的锭坯，且每次只允许推出一个，等前一个锭坯挤压结束时才可推出下一个锭坯，防止提前凉锭；4）已加热过的锭坯，因故不能挤压时，必须冷却到室温，才能重新

42、加热；5）当设备修理、交接班及其它情况停机时，不允许加热，以免连续加热造成铸锭过烧甚至熔锭，造成设备事故。2.3.3型材挤压1）挤压速度的选择选择挤压速度的原则是，在保证制品不产生表面裂纹、毛刺和扭拧、弯曲、波浪、平面间隙、扩口，及尺寸等品质问题的前提下，当挤压机的能力允许时，速度越快越好。由于铝型材挤压生产的复杂性，挤压速度会受合金、状态、毛料尺寸、挤压方法、挤压力、挤压温度、挤压工具、挤压系数、制品形状复杂程度、模具状况、润滑条件、制品尺寸等因素的影响，所以生产时应根据实际情况选用不同的、适宜的挤压速度。一般控制在1040m/min（指型材流出速度）。在铝型材挤压生产初始起压过程中，应控制

43、挤压机压力缓慢上升，并随时配合观察出料口型材的出料情况，根据出料情况适当调整挤压速度。铝型材从模具中挤出正常稳定后，可以根据型材的出料形状、表面质量等适时调整适宜的挤压速度。2）挤压时的润滑在一般情况下可采用在铝棒尾端面涂抹滑石粉的方法，来增强铝棒与挤压垫片的分离效果。但当残料压余与挤压垫片较难分离时，也可在挤压垫片的外圆及挤压筒端面涂上少量的润滑剂。二润滑剂一般采用高效固体润滑剂。3）压余厚度为了保证制品品质，在挤压后期，为了不使铝棒表皮和杂质挤出影响制品质量或造成制品缩尾，应在金属开始发生倒流形成缩尾前停止挤压，并将未挤压出的金属毛坯切除，被切除的毛坯称为残料或压余。挤压残料（压余）的厚度

44、主要根据经验决定，一般为挤压筒直径的10%-30%。实际生产过程中为了便于操作一般情况下，根据铝棒质量和制品实际生产状况控制在20mm-30mm。而对于实心板带材为了减少缩尾现象的发生，需要根据实际生产状况，适当加长残料（压余）的厚度。4)型材的淬火对于6061、6063及部分淬火敏感性低的铝合金，可以采用挤出后进行风冷淬火。但冷却速度应足够大，以确保材料在时效后达到标准规定的力学性能。具体要求是，制品材料在通过风冷区尾风机时的温度应该250。而对于较大壁厚的6063合金型材（一般壁厚5mm）或6005、6105、6061等合金型材的生产应根据状态的不同应采用水雾冷却或者直接水浴冷却等淬火方法

45、，并要求在较短的时间内（23分钟）使型材的温度降至170以下。5)型材挤压的生产要求A、各机台生产班组接到生产指令后，应该及时组织计划安排好生产所需模具、铝棒等各项生产资源，及时按规定进行预加热，并严格按照指令单内容要求进行组织生产。B、当模具、铝棒、挤压筒加热温度及挤压生产设备都达到生产标准规定要求后，就可以开始进行挤压生产了。操作人员将模具按要求放入模套装入挤压机后，应该根据实际情况对模具位置进行适当调整，确保模具摆放端正结实。C、各操作人员应根据生产要求选择合适规格的铝棒进行生产，以最大程度地提高生产效率。D、所有生产中使用的设备均应严格按各设备操作规程进行操作，以确保安全生产。E、各品

46、种型材在生产时，对挤压出的首条型材必须按质量标准进行质量检查，确保质量合格后才能继续挤压生产。同时在整个生产过程中应随时按质量标准对所有生产型材进行质量跟踪检查。确保所生产出的型材制品符合质量标准的规定与要求。F、各品种型材挤压出的首段型材料头应按要求进行锯切保留，同时标明挤压方向和上下面，交修模工作修模参考使用。G、各岗位操作人员应及时准确填写各项生产工艺原始记录与表单，为后续生产及数据统计分析作参考与准备。2.3.4型材的矫直1)型材生产出在冷却储料台上冷却后应对其进行拉伸矫直。拉伸矫直前必须仔细检查好尺寸，然后根据检查的结果决定拉伸率。拉伸率一般控制在0.052%范围内。2)拉伸矫直型材

47、必须在型材冷却至50以下时才能进行，严禁在高温状态下进行拉伸矫直。3)拉伸矫直操作人员应根据制品的形状和尺寸采取适宜的夹持方式和拉伸矫直方法，严格控制制品的尺寸公差及几何形状。经矫直后的铝材制品应符合用户的要求。2.3.5型材的锯切1)经拉伸矫直后的型材可以按照生产指令单要求的长度进行锯切。锯切长度标准应符合铝合金建筑型材中的要求。2)锯切后的型材应对锯切口进行修理，确保锯切口无毛刺，端面平整。同时要求将型材内的铝屑吹干净。3)锯切后的型材经平台检查合格后，应按规格、品种、牌号、类别等整齐地放入框中，每层型材间用套有高温毡的横条逐层分隔开，各层隔条应尽量整齐摆放于同一位置，以避免压弯型材。4)

48、每支型材装框时应根据形状、表面处理方式按要求单独装框摆放，最上层型材装饰面应向下摆放，避免搬运过程中造成碰擦伤报废。不同表面处理、不同颜色型材绝对不得进行混装。5)每框型材应按要求填写型材质量跟踪卡。并按规定吊装摆放于各放料区。2.3.6型材的人工时效1)锯切好后的型材，应根据不同合金牌号、交货状态及型材形状尺寸进行人工时效，以使其力学性能和强度达到标准规定要求。2)铝合金型材人工时效工艺按表2-3-3的规定。表2-3-3 6063 T5型材人工时效工艺型材壁厚mm设定温度保温时间h1.5200±51.51.5<<3.0200±52.53.0200±5

49、3备注：型材壁厚1.5mm时，属于D、P系列或实心材、小料的则时效工艺按200±5保温2.5h执行。3)时效型材出炉后应及时用风机对其进行冷却。4)当型材冷却至室温后方可用韦氏硬度计按规定要求对其进行力学性能及硬度检查。5)型材的力学性能及硬度应该符合公司铝合金建筑型材的要求。6)时效操作人员在型材进炉时效前应仔细检查核对型材与型材质量跟踪卡，确保按规定要求对型材进行时效，并及时对所时效型材进行记录。7)所有时效完成后，经检验合格的型材要随型材质量跟踪卡一同按公司规定及要求办理相关手续后移交下一工序。2.3.7上架作业操作规程：1)戴好安全帽和手套，准备好工具，工人到半成品区抬料，将

50、料放在上小车上，摆放好，合力将小车推到上挂地槽旁。2)空挂具输送到位，上挂人员使用扳手拧松导电杆螺丝，调整导电杆距离后再拧紧，然后用研磨机清除导电杆接触棱上的氧化膜。3)上挂人员将铝丝从导电杆下部适当位置开始缠绕并扎紧，根据工艺上挂方向将铝材拧紧导电杆。两人同时同步操作，型材一端要高于另一端2025mm.4)扎完型材后用钢丝钳断开多余铝丝并拧紧，一端人员控制脚踏开关，使挂具上移后在下移，同时两端人员自下而上双手握钳拧紧铝丝。5)上挂组长启动操作台开关，将上挂完成之型材输送到左侧输送机，再启动相应开关时然后右侧输送机上的空挂输送至上挂位置，进入下一个作业循环。本工序应注意以下几点：a)依工艺规定

51、控制上挂支数和上挂方向；b)检查型材是否有挤压缺陷，避免进入下一道工序，搬运时要轻拿轻放，避免碰划伤；c)注意输送机的运行路程，升降臂下严禁站人，防止机伤；d)型材要扎紧，防止型材掉落，导电不良，氧化膜要除净；e)输送机一定由专人操作，其他人不得善自操作；f)型材挂距应该均匀；g)小料或截面小的型材，中间要用铝丝绑紧，防止料的摆动；h)自动程序未完成时，不得使用脚踏开关。2.3.8除油（脱脂）脱脂的目的是为了除掉制品表面的工艺润滑油，以保证在碱洗工序中制品表面均匀腐蚀，并保持碱洗槽的清洁。国内所使用的脱脂剂主要有两大类：弱碱性除油剂和酸性除油剂。 弱碱性除油剂的主要成分是碳酸钠、碳酸氢钠及焦磷

52、酸钠等，工作温度为55土5。这种除油剂的特点是除油效果和水洗性能都比较好，但槽液价格较贵，能耗也高；酸性除油剂的主要成分为硫酸，工作温度为常温，除油效果不如前者，但水洗性能较好，而且槽液价格也比较低，可以利用氧化槽废酸，能耗也较低。 从实际使用情况来看，硫酸除油较为理想，而且产品质量完全可以达到国标要求，在目前的设计和生产中采用的比较多。脱脂工艺条件为：H2SO4 100g/L 室温(1825) 时间13min2.3.9水洗水洗的目的主要是为了防止前段工艺槽液带入下一道工艺处理槽，每道工序后都要进行水洗，并且要进行2次水洗，也有特殊情况的。每次水洗的工艺条件都差不多如下：纯水-室温-约3min

53、2.3.10碱蚀碱蚀的目的主要是进一步调整铝型材表面粗糙度，增加铝型材表面光亮度。1）碱蚀槽液温度应保持在工艺规定的范围内，温度过低，碱腐蚀速度慢，挤压线纹不易消除，反应时间长，且铝基体与槽液反应产生的NaALO2为易水解物，含量过多会影响槽液稳定；温度过高，容易产生过腐蚀，出现粗晶等表面质量缺陷。2）处理时间根据铝型材表面粗糙度，槽液浓度、温度等情况进行适当的调整。3）在碱腐蚀处理过程中，槽液与铝型材反应，产生大量刺激性的气体，对人体和工作环境都会有不良的影响，所以在碱腐蚀处理过程中最好要开启排气装置。4）碱腐蚀处理结束后，转入一级水洗槽进行水洗，由于铝型材表面带出的碱蚀液中会有大量的NaALO2，在该水槽中会水解产生大量的AL（OH）3沉淀，因此设置有空气搅拌防止AL（OH）3沉淀积留在槽中，会增加槽体的清洗次数和难度。5）一级水洗完毕，然后转入二级水洗。6）清洗完毕，转入中和工序。目前最普遍的方法主要是用5560g/L的氢氧化钠水溶液在48-52的工作温度下进行碱洗，其反应过程如下： A1203；十2Na0H2NaAl02十H20 (1)2A1十2Na0H十2H202NaAlO2十3H2 (2)NaAl02十2H20A1(0H)3十Na0H (3)反应中都会有大量的氢气放出，为了保证安全，设计时要求进行排风，使氢气和碱雾一