铝型材加工工厂课程设计说明书.docx
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铝型材加工工厂课程设计说明书
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50—100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,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A类(高性能)平开铝合金窗的抗风压强度值为3000~3500Pa。
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A类平开铝合金窗气密性为0.5~1.0m3(m2h,而B类(中等性能窗)为1.0~1.5m3(m2h。
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4L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A类平开铝合金窗的水密性为450~500Pa,而C类(低性能窗)为250~350Pa。
隔热性:
铝合金门窗的隔热性能,应按其传热阻值(m2•K/W)分为三级,即Ⅰ级≥0.50,Ⅱ级≥0.33,Ⅲ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26~40dB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49N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。
2.1LD31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%
0.2~0.6
0.35
0.10
0.45~0.9
0.10
<0.1
Cr<0.1
性能
状态
弹性模量
剪切模量G
屈服强度
伸长率
布氏硬度
密度g/cm3
RCS
7100
2700
12Mpa
22%
65
2.69
2.2产品的截面图及主要尺寸
表2-2:
产品截面图形及主要尺寸
型号
AT4016
0.409kg/m
AC5132
1.872kg/m
H155
0.686kg/m
截
面
图
形
及
主
要
尺
寸
型号
H111
1.323kg/m
H103
0.406kg/m
G0001
0.454kg/m
截
面
图
形
及
主
要
尺
寸
型号
BC6257
0.318kg/m
AT4047
0.639kg/m
截
面
图
形
及
主
要
尺
寸
2.3产品的主要常数
表2-3:
产品型号参数表
产品代号
单位重量kg/m
外接圆直径mm
截面积mm
模孔面积>1.5%
模孔数
AT4016
0.409
123.010
152.045
154.326
1
AC5132
1.872
72.56
695.911
706.350
1
H115
0.686
43.658
255.019
258.844
1
H111
1.323
81.025
491.822
499.199
1
H103
0.406
55.771
150.929
153.193
1
G0001
0.454
70.640
168.773
171.305
1
BC6257
0.318
49.309
118.216
119.989
1
AT4047
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AUTOCAD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×(1+1.5%)
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:
400~500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:
350~450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300~500mm。
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(GB5237.1—2004)
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L
>6
~15
>15
~30
>30
~30
>60
~100
>100
~150
>150
~200
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
>1.00~2.00
0.15
0.23
0.22
0.26
—
—
—
—
3
>2.00~3.00
0.18
0.28
0.26
0.30
—
—
—
—
4
>3.00~4.00
0.20
0.38
0.30
0.35
0.42
—
—
—
5
>4.00~6.00
0.23
0.53
0.35
0.40
0.47
—
—
—
6
>6.00~12.00
0.25
0.75
0.41
0.46
0.52
0.56
—
—
7
>12.00~19.00
0.29
—
0.47
0.52
0.58
0.62
—
—
8
>19.00~25.00
0.32
—
0.53
0.58
0.63
0.71
0.83
—
9
>25.00~38.00
0.38
—
0.61
0.66
0.75
0.84
0.95
—
10
>38.00~50.00
0.45
—
0.70
0.75
0.89
1.01
1.14
1.34
11
>50.00~100.00
0.77
—
0.98
1.09
1.36
1.58
1.87
2.17
12
>100.00~150.00
1.08
—
1.31
1.44
1.82
2.19
2.60
3.00
注:
1、指定部位尺寸为1.20~2.00mm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(GB5237.1—2004)
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(GB5237.1—2004)
型材宽度B
普通级/mm
高精级/mm
超高精级/mm
≤25mm
≤0.20
≤0.15
≤0.10
>25mm
≤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(GB5237.1—2004)
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
≤38
≤2.4
1.5
4×L
1.3
3×L
1.0
2×L
>2.4
0.5
2×L
0.3
1×L
0.3
0.7×L
>38
—
0.5
1.5×L
0.3
0.3×L
0.3
0.5×L
表3-05型材的扭拧度(GB5237.1—2004)
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
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