本篇論文為建設(shè)年產(chǎn)量203萬(wàn)噸的鋁型材生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)提綱，詳細(xì)描述了設(shè)計(jì)的主要步驟和產(chǎn)品方案，并給出了詳細(xì)的計(jì)算方法同時(shí)，還列出了所需設(shè)備和輔助設(shè)備的清單，以及生產(chǎn)流程圖標(biāo)題2024年鋁型材生產(chǎn)線設(shè)計(jì)摘要一引言本文旨在探討年產(chǎn)量203萬(wàn)噸的鋁型材生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)根據(jù)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，我們選擇了2020年的鋁型材生產(chǎn)線，并詳述了設(shè)計(jì)方案的主要元素生產(chǎn)流程設(shè)備選擇和工藝參數(shù)的設(shè)定二產(chǎn)品方案及計(jì)算通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的閱讀和查找，我們選擇了2020年的鋁型材生產(chǎn)線的典型產(chǎn)品—

　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容為年產(chǎn)量2.03萬(wàn)噸的鋁型材生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)。主要通過(guò)上網(wǎng)查閱資料獲得相關(guān)的數(shù)據(jù)，此次設(shè)計(jì)的代表產(chǎn)品主要為建筑鋁型材和工業(yè)鋁型材。本文主要介紹了產(chǎn)品方案及計(jì)算產(chǎn)品的選擇、生產(chǎn)方案和工藝流程的確定、設(shè)備選擇和工藝計(jì)算，然后對(duì)表面處理工藝也做了相關(guān)的選擇，最后進(jìn)行車間平面布置和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算。

　　2）擠壓法可以生產(chǎn)各種斷面的型材，可以提高金屬利用率、減少設(shè)備投資、節(jié)能。

　　本車間設(shè)計(jì)占地面積8670平方米，采用擠壓機(jī)3臺(tái)、立式淬火爐1臺(tái)、時(shí)效爐4臺(tái)和1條表面處理生產(chǎn)線年能夠回本且盈利。

　　產(chǎn)品方案指該車間所能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品種類、規(guī)格、數(shù)量。要考慮到產(chǎn)品應(yīng)具有先進(jìn)水平、產(chǎn)品應(yīng)具有發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)、產(chǎn)品應(yīng)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)品的工藝技術(shù)方案成熟可靠。因此，在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)該多樣化，多元化。產(chǎn)品方案一般是在設(shè)計(jì)任務(wù)書中加以規(guī)定的，或者由設(shè)計(jì)者深入實(shí)際調(diào)查研究提出的方案，然后經(jīng)主管部門批準(zhǔn)確定，產(chǎn)品方案是進(jìn)行車間設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，可以根據(jù)產(chǎn)品方案選擇和確定生產(chǎn)工藝。

　　確定產(chǎn)品方案時(shí)可以根據(jù)所加工的合金性能以及所生產(chǎn)制品的斷面復(fù)雜程度來(lái)確定。常見的鋁合金可擠壓性和力學(xué)性能如圖2-1所示。

　　通過(guò)擠壓制品難度系數(shù)就可以根據(jù)難度系數(shù)選擇設(shè)備和制定工藝，而制品的合金牌號(hào)選擇可以通過(guò)圖2-2部分鋁合金的化學(xué)特性來(lái)選擇。

　　其中，1系鋁合金屬于工業(yè)純鋁，密度小、導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性高及外表色澤美觀等優(yōu)點(diǎn)。具有較好的抗腐蝕性能，因?yàn)椴荒芡ㄟ^(guò)熱處理強(qiáng)化，所以強(qiáng)度較低。1系鋁合金的合金成分中其他主要元素是Fe和Si，這些元素在合金中起到合金化作用，并對(duì)組織和性能都有一定的影響。

　　2系鋁合金是以銅為主要合金元素的鋁合金，包含了Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mg-Fe-Ni和Al-Cu-Mn合金等，這些合金都可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，所以強(qiáng)度高。該系列的合金耐熱性和加工性能都比其他大多數(shù)鋁合金好，但耐蝕性不如其他鋁合金。所以加工該系列鋁合金需要進(jìn)行包鋁。該系列鋁合金廣泛用于航空航天領(lǐng)域。

　　3系鋁合金是以Mn為主要合金元素的鋁合金，不可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，塑性和焊接性能好，強(qiáng)度比1系高耐蝕性能與1系相當(dāng)。用途廣，用量大。

　　4系鋁合九游體育官方網(wǎng)站金以Si為主要合金元素，不可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。主要用于制造鋁合金焊接的添加材料，如焊條和焊絲等。經(jīng)陽(yáng)極氧化上色后呈黑灰色，因此可以用來(lái)做建筑材料和裝飾材料。

　　5系鋁合金以Mg為主要合金元素，屬于不可熱處理強(qiáng)化鋁合金。耐海洋腐蝕和大氣腐蝕，焊接性能好，適合用作焊接結(jié)構(gòu)件以及運(yùn)用在船舶領(lǐng)域。

　　6系鋁合金以Mg和Si元素作為主要合金元素?？梢赃M(jìn)行熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度適中，耐蝕性高，焊接性能良好，是最佳的鋁擠壓合金，適合用于建筑型材。

　　此次車間設(shè)計(jì)選擇的計(jì)算產(chǎn)品有兩種，分別為建筑鋁型材和工業(yè)鋁型材，建筑鋁型材選擇的牌號(hào)為常見的6061和6063，工業(yè)鋁型材選擇的牌號(hào)為5A06和7005。本車間的年產(chǎn)量為2.03萬(wàn)噸，產(chǎn)品的產(chǎn)量分配以及具體規(guī)格尺寸如表2-2

　　產(chǎn)品性能指產(chǎn)品在一定條件下，實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)或規(guī)定用途的能力。主要從化學(xué)成分、化學(xué)性能、物理性能和機(jī)械性能四個(gè)方面介紹計(jì)算產(chǎn)品的相關(guān)性能。其中，鋁型材的化學(xué)性能主要考慮耐蝕性和耐熱性能。物理性能要考慮電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、以及密度。機(jī)械性能要考慮抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及伸長(zhǎng)率。

　　鋁型材的化學(xué)性能主要體現(xiàn)為鋁型材在外界條件下抵抗侵蝕的能力，最主要的是其抗腐蝕能力。鋁型材發(fā)生腐蝕的種類大致分為5種：點(diǎn)腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和絲狀腐蝕。他們發(fā)生的原因大多數(shù)都是鋁基體和電解質(zhì)或腐蝕介質(zhì)接觸而發(fā)生的腐蝕。

　　5A06主要生產(chǎn)板材、厚板、擠壓管、棒型材、線材、鉚釘線鋁合金具有焊接性能良好和海洋、大氣腐蝕性能良好，所以常用來(lái)制作焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊接容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨架和鉚釘?shù)取?

　　6061鋁合金可用于生產(chǎn)具有一定強(qiáng)度、可焊接性和抗腐蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)件，如卡車制造，塔式建筑、船舶、電車、鐵道車輛、和家用型材。

　　6063鋁合金是常見的建筑型材，供車輛、家具、柵欄等的擠壓材料，還可以用于飛機(jī)、船舶、輕工部門的裝飾部件。

　　7005鋁合金主要用于制造有高強(qiáng)度和高斷裂韌性的焊接結(jié)構(gòu)與釬焊結(jié)構(gòu)，如杠桿、容器、大型熱交換器等，還可以用于制造體育器材。

　　由于生產(chǎn)鋁型材產(chǎn)品最重要的一點(diǎn)便是鋁型材的表面質(zhì)量是否優(yōu)良，考慮到鋁型材在高溫時(shí)的變形抗力更低，擠壓力不需要那么大，所以該鋁型材生產(chǎn)車間的生產(chǎn)方案選擇無(wú)潤(rùn)滑熱擠壓加工。

　　EL1392:備錠(ф152*320mm)→鑄錠加熱(工頻感應(yīng)加熱爐480-520℃)→擠壓(15.97MN油壓機(jī)，擠壓速度15m/min，截面積142mm2)→水淬(在線水淬，擠壓機(jī)自帶)→拉伸矯直(300kw張力矯直機(jī))→切定尺→人工時(shí)效(時(shí)效溫度200±5℃，保溫時(shí)間2h)→表面處理(陽(yáng)極氧化)→檢驗(yàn)→入庫(kù)

　　GDX-3:備錠(ф265*920mm)→鑄錠加熱(工頻感應(yīng)加熱爐，490-540℃)→擠壓(34.3MN油壓機(jī)，擠壓速度8m/min，截面積1103mm2)→淬火(立式空氣淬火爐，淬火溫度450±5℃，保溫時(shí)間45min)→拉伸矯直(300kw張力矯直機(jī))→切定尺→人工時(shí)效(時(shí)效溫度200±5℃，保溫時(shí)間2h)→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)

　　M217-405:備錠(ф89*300mm)→鑄錠加熱(工頻感應(yīng)加熱爐,480-520℃)→擠壓(4.9MN油壓機(jī)，擠壓速度20m/min，截面積92mm2)→水淬(擠壓機(jī)自帶)→拉伸矯直(300kw張力矯直機(jī))→切定尺→人工時(shí)效(時(shí)效溫度210±5℃，保溫時(shí)間2h)→表面處理(陽(yáng)極氧化)→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)

　　M217-208:備錠(ф152*500mm)→鑄錠加熱(工頻感應(yīng)加熱爐,480-520℃)→擠壓(15.97MN油壓機(jī)，擠壓速度15m/min，截面積228mm2)→風(fēng)淬(鼓風(fēng)機(jī))→拉伸矯直(張力矯直機(jī))→切定尺→人工時(shí)效(時(shí)效溫度210±5℃，保溫時(shí)間2h)→表面處理(陽(yáng)極氧化)→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)

　　EL2578:備錠(ф265*850mm)→鑄錠加熱(工頻感應(yīng)加熱爐,420-450℃)→擠壓(34.3MN油壓機(jī)，擠壓速度8m/min，截面積2319mm2)→拉伸矯直(張力矯直機(jī))→切定尺→檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)

　　鑄錠尺寸的選擇主要取決于擠壓筒尺寸，鑄錠直徑一般比擠壓筒直徑要小10mm左右。

　　第一類是工業(yè)純鋁和低合金化的鋁合金，如1100、6063、3004等。這類鋁合金可以采用50-150m/min的擠壓速度而不會(huì)產(chǎn)生裂紋。

　　擠壓時(shí)擠壓速度和擠壓溫度是相互關(guān)聯(lián)的，總而言之，速度與溫度的關(guān)系是“高速低溫”和“低速高溫”。熱加工可以降低金屬的變形抗力，從而降低擠壓式所需的擠壓力，但是如果在高溫且高擠壓速度情況下進(jìn)行擠壓時(shí)，制品的質(zhì)量就會(huì)變差，比如產(chǎn)生裂紋之類的表面缺陷。擠壓速度與溫度的關(guān)系如圖4-1所示。

　　1）要根據(jù)合金的最佳塑性溫度范圍和相變情況，避免在多相和相變溫度下變形。

　　選擇擠壓設(shè)備主要根據(jù)制品尺寸選擇，制品外接圓直徑大，所需的擠壓筒和鑄錠直徑就大，因此可以根據(jù)這個(gè)來(lái)選擇擠壓機(jī)的噸位。初步選擇完擠壓機(jī)的噸位就可以進(jìn)行擠壓力初步校核。

　　加熱爐按熱源方式可分為燃料爐和電爐兩大類，燃料爐可分為燃油爐、燃?xì)鉅t和燃煤爐。電爐分為電阻加熱爐和電感應(yīng)加熱爐。其中，點(diǎn)感應(yīng)加熱爐是現(xiàn)代通常鋁材鑄錠的加熱方式最合適的是點(diǎn)感應(yīng)加熱，點(diǎn)感應(yīng)加熱速度快、節(jié)能且不占面積。電感應(yīng)加熱爐有兩種，分別是中頻感應(yīng)加熱爐和工頻感應(yīng)加熱爐。鑄錠直徑小于130mm采用中頻加熱，大于130mm采用工頻加熱。此次車間設(shè)計(jì)計(jì)算產(chǎn)品除計(jì)算產(chǎn)品3均采用工頻加熱，工頻加熱的優(yōu)點(diǎn)是鑄錠的徑向溫差小。具體電爐參數(shù)如圖4-2.

　　制品在擠壓出來(lái)淬火后會(huì)出現(xiàn)彎曲、扭擰，因此需要進(jìn)行矯直，矯直機(jī)選用的是300kw張力矯直機(jī)，矯直機(jī)的參數(shù)如表4-3所示

　　鋁型材熱處理是鋁加工工藝中重要的一環(huán)，通過(guò)熱處理可以改變鋁材內(nèi)部組織，從而獲得期望的性能。通過(guò)不同的熱處理溫度可以得到不同的組織和性能。鋁型材的熱處理方式主要有淬火、自然時(shí)效、人工時(shí)效、回歸處理、退火。產(chǎn)品的熱處理狀態(tài)有：

　　6063鋁合金在擠壓時(shí)可以采用風(fēng)冷或水冷進(jìn)行淬火，而其他多數(shù)鋁合金要在專門的加熱和冷卻設(shè)備中進(jìn)行。淬火溫度要根據(jù)相圖中低熔點(diǎn)共晶溫度和合金溶解度曲線的溫度選擇，淬火的加熱溫度要低于過(guò)燒溫度，而合金在越高的溫度中，合金元素的強(qiáng)化固溶效果越好，所以要盡量提高淬火加熱溫度。淬火加熱的保溫時(shí)間主要取決于制品的厚度、裝爐量等，制品厚度越大，裝爐量越多，加熱均勻所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間一般小型材不超過(guò)20s，大型或成批的型材轉(zhuǎn)移時(shí)間不超過(guò)40s。淬火介質(zhì)一般采用水，因?yàn)樗恼扯刃?，比熱容大，冷卻能力強(qiáng)。

　　鋁合金在淬火后不能立刻得到強(qiáng)化，得到的是一種過(guò)飽和固溶體組織。這種組織有自分解的趨勢(shì)，在一定溫度下保持一定時(shí)間，該固溶體會(huì)發(fā)生分解，從而導(dǎo)致合金強(qiáng)度和硬度大幅提升。例如6063鋁合金，目前各個(gè)企業(yè)多采用以下三種不同的時(shí)效工藝：

　　鋁合金時(shí)效效果對(duì)溫度比較敏感，一般溫差控制在±5℃范圍內(nèi)，最好是在±3℃內(nèi)。

　　本設(shè)計(jì)的計(jì)算產(chǎn)品有T5、T6、和O態(tài)，T6狀態(tài)的計(jì)算產(chǎn)品1合金牌號(hào)是6061，在查閱資料后，經(jīng)過(guò)擠壓機(jī)自帶的在線水淬后進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效爐設(shè)定溫度200±5℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。T6狀態(tài)的計(jì)算產(chǎn)品2合金牌號(hào)是7005，擠壓后在立式淬火爐進(jìn)行淬火，淬火加熱溫度450℃，保溫45min，然后進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效爐設(shè)定溫度200±5℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。T6狀態(tài)的計(jì)算產(chǎn)品3合金牌號(hào)為6063，在擠壓時(shí)進(jìn)行的在線水淬后進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度210±5℃保溫2小時(shí)。T5狀態(tài)的計(jì)算產(chǎn)品4合金牌號(hào)為6063，擠壓后風(fēng)冷，然后進(jìn)行人工時(shí)效，時(shí)效溫度210±5℃保溫2小時(shí)。O態(tài)的計(jì)算產(chǎn)品5合金牌號(hào)為5A06，進(jìn)行擠壓后自然冷卻即可。

　　此次設(shè)計(jì)選擇的淬火設(shè)備有兩種，一種是擠壓機(jī)自帶的在線m立式淬火爐的設(shè)備參數(shù)如圖4-3所示：

　　1）除油：除油的目的主要是去除鋁型材表面的油污，除油的方法分為堿性、中性、和酸性法。當(dāng)制品表面的油污為皂化油，可以用堿性法除油，非皂化油可以用酸性法除油。中性法除油主要是利用碳化氫有機(jī)溶劑加入潤(rùn)濕劑的水溶液對(duì)鋁材進(jìn)行除油。一般工廠不采用這種方法，因?yàn)橛袡C(jī)溶劑花費(fèi)高昂。此次設(shè)計(jì)計(jì)算產(chǎn)品采用酸性法除油，脫脂劑為硫酸溶液，硫酸含量150-250g/L，常溫下處理3-5min。

　　2）堿洗：堿洗是為了進(jìn)一步去除制品表面污物，并去除制品表面的自然氧化膜，暴露出金屬基體。堿洗的方法是用50-60g/L的NaOH水溶液在50-60℃的溫度下進(jìn)行堿洗，在堿洗過(guò)程中會(huì)有大量氫氣放出，要設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)排氣。

　　3）水洗：堿洗后進(jìn)行水洗的目的是去除鋁型材表面的污物和殘留的堿液，還可以起到降溫的作用，一般要進(jìn)行兩次水洗。

　　4）中和和水洗：中和的目的是去除殘留的NaOH溶液和Cu、Si、Fe等合金元素。制品表面經(jīng)過(guò)堿洗后會(huì)附著灰色或黑色的殘留物在清水中無(wú)法去除，但在酸性溶液中可以溶解，因此需要進(jìn)行中和出光。中和所用的溶液為硝酸或硫酸。主要采用硫九游體育官方網(wǎng)站酸處理，硫酸濃度為110-150g/L，工作溫度為室溫，可處理鋁鎂硅系鋁合金產(chǎn)生的污斑。其他中和溶液及工藝參數(shù)見表4-5;

　　中和后的水洗要進(jìn)行二次清水洗，硫酸中和后的水洗可以用清水洗一次，但清洗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)30min要重新堿蝕中和，否則不利于表面品質(zhì)。

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