本篇论文为建设年产量203万吨的铝型材生产车间的设计提纲，详细描述了设计的主要步骤和产品方案，并给出了详细的计算方法同时，还列出了所需设备和辅助设备的清单，以及生产流程图标题2024年铝型材生产线设计摘要一引言本文旨在探讨年产量203万吨的铝型材生产线的设计根据网上的数据，我们选择了2020年的铝型材生产线，并详述了设计方案的主要元素生产流程设备选择和工艺参数的设定二产品方案及计算通过对相关资料的阅读和查找，我们选择了2020年的铝型材生产线的典型产品—

　　本次毕业设计内容为年产量2.03万吨的铝型材生产车间设计。主要通过上网查阅资料获得相关的数据，此次设计的代表产品主要为建筑铝型材和工业铝型材。本文主要介绍了产品方案及计算产品的选择、生产方案和工艺流程的确定、设备选择和工艺计算，然后对表面处理工艺也做了相关的选择，最后进行车间平面布置和经济指标的计算。

　　2）挤压法可以生产各种断面的型材，可以提高金属利用率、减少设备投资、节能。

　　本车间设计占地面积8670平方米，采用挤压机3台、立式淬火炉1台、时效炉4台和1条表面处理生产线年能够回本且盈利。

　　产品方案指该车间所能够生产的产品种类、规格、数量。要考虑到产品应具有先进水平、产品应具有发挥优势的特点、产品应具有良好的经济效益、产品的工艺技术方案成熟可靠。因此，在此基础上，生产产品应该多样化，多元化。产品方案一般是在设计任务书中加以规定的，或者由设计者深入实际调查研究提出的方案，然后经主管部门批准确定，产品方案是进行车间设计的主要依据，可以根据产品方案选择和确定生产工艺。

　　确定产品方案时可以根据所加工的合金性能以及所生产制品的断面复杂程度来确定。常见的铝合金可挤压性和力学性能如图2-1所示。

　　通过挤压制品难度系数就可以根据难度系数选择设备和制定工艺，而制品的合金牌号选择可以通过图2-2部分铝合金的化学特性来选择。

　　其中，1系铝合金属于工业纯铝，密度小、导电性好、导热性高及外表色泽美观等优点。具有较好的抗腐蚀性能，因为不能通过热处理强化，所以强度较低。1系铝合金的合金成分中其他主要元素是Fe和Si，这些元素在合金中起到合金化作用，并对组织和性能都有一定的影响。

　　2系铝合金是以铜为主要合金元素的铝合金，包含了Al-Cu-Mg、Al-Cu-Mg-Fe-Ni和Al-Cu-Mn合金等，这些合金都可以进行热处理强化，所以强度高。该系列的合金耐热性和加工性能都比其他大多数铝合金好，但耐蚀性不如其他铝合金。所以加工该系列铝合金需要进行包铝。该系列铝合金广泛用于航空航天领域。

　　3系铝合金是以Mn为主要合金元素的铝合金，不可进行热处理强化，塑性和焊接性能好，强度比1系高耐蚀性能与1系相当。用途广，用量大。

　　4系铝合九游体育官方网站金以Si为主要合金元素，不可进行热处理强化。主要用于制造铝合金焊接的添加材料，如焊条和焊丝等。经阳极氧化上色后呈黑灰色，因此可以用来做建筑材料和装饰材料。

　　5系铝合金以Mg为主要合金元素，属于不可热处理强化铝合金。耐海洋腐蚀和大气腐蚀，焊接性能好，适合用作焊接结构件以及运用在船舶领域。

　　6系铝合金以Mg和Si元素作为主要合金元素。可以进行热处理强化，强度适中，耐蚀性高，焊接性能良好，是最佳的铝挤压合金，适合用于建筑型材。

　　此次车间设计选择的计算产品有两种，分别为建筑铝型材和工业铝型材，建筑铝型材选择的牌号为常见的6061和6063，工业铝型材选择的牌号为5A06和7005。本车间的年产量为2.03万吨，产品的产量分配以及具体规格尺寸如表2-2

　　产品性能指产品在一定条件下，实现预定目标或规定用途的能力。主要从化学成分、化学性能、物理性能和机械性能四个方面介绍计算产品的相关性能。其中，铝型材的化学性能主要考虑耐蚀性和耐热性能。物理性能要考虑电导率、热导率、以及密度。机械性能要考虑抗拉强度、屈服强度以及伸长率。

　　铝型材的化学性能主要体现为铝型材在外界条件下抵抗侵蚀的能力，最主要的是其抗腐蚀能力。铝型材发生腐蚀的种类大致分为5种：点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和丝状腐蚀。他们发生的原因大多数都是铝基体和电解质或腐蚀介质接触而发生的腐蚀。

　　5A06主要生产板材、厚板、挤压管、棒型材、线材、铆钉线铝合金具有焊接性能良好和海洋、大气腐蚀性能良好，所以常用来制作焊接结构，冷模锻零件，焊接容器受力零件，飞机蒙皮骨架和铆钉等。

　　6061铝合金可用于生产具有一定强度、可焊接性和抗腐蚀性高的各种工业结构件，如卡车制造，塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆、和家用型材。

　　6063铝合金是常见的建筑型材，供车辆、家具、栅栏等的挤压材料，还可以用于飞机、船舶、轻工部门的装饰部件。

　　7005铝合金主要用于制造有高强度和高断裂韧性的焊接结构与钎焊结构，如杠杆、容器、大型热交换器等，还可以用于制造体育器材。

　　由于生产铝型材产品最重要的一点便是铝型材的表面质量是否优良，考虑到铝型材在高温时的变形抗力更低，挤压力不需要那么大，所以该铝型材生产车间的生产方案选择无润滑热挤压加工。

　　EL1392:备锭(ф152*320mm)→铸锭加热(工频感应加热炉480-520℃)→挤压(15.97MN油压机，挤压速度15m/min，截面积142mm2)→水淬(在线水淬，挤压机自带)→拉伸矫直(300kw张力矫直机)→切定尺→人工时效(时效温度200±5℃，保温时间2h)→表面处理(阳极氧化)→检验→入库

　　GDX-3:备锭(ф265*920mm)→铸锭加热(工频感应加热炉，490-540℃)→挤压(34.3MN油压机，挤压速度8m/min，截面积1103mm2)→淬火(立式空气淬火炉，淬火温度450±5℃，保温时间45min)→拉伸矫直(300kw张力矫直机)→切定尺→人工时效(时效温度200±5℃，保温时间2h)→检验→包装入库

　　M217-405:备锭(ф89*300mm)→铸锭加热(工频感应加热炉,480-520℃)→挤压(4.9MN油压机，挤压速度20m/min，截面积92mm2)→水淬(挤压机自带)→拉伸矫直(300kw张力矫直机)→切定尺→人工时效(时效温度210±5℃，保温时间2h)→表面处理(阳极氧化)→检验→包装入库

　　M217-208:备锭(ф152*500mm)→铸锭加热(工频感应加热炉,480-520℃)→挤压(15.97MN油压机，挤压速度15m/min，截面积228mm2)→风淬(鼓风机)→拉伸矫直(张力矫直机)→切定尺→人工时效(时效温度210±5℃，保温时间2h)→表面处理(阳极氧化)→检验→包装入库

　　EL2578:备锭(ф265*850mm)→铸锭加热(工频感应加热炉,420-450℃)→挤压(34.3MN油压机，挤压速度8m/min，截面积2319mm2)→拉伸矫直(张力矫直机)→切定尺→检验→包装入库

　　铸锭尺寸的选择主要取决于挤压筒尺寸，铸锭直径一般比挤压筒直径要小10mm左右。

　　第一类是工业纯铝和低合金化的铝合金，如1100、6063、3004等。这类铝合金可以采用50-150m/min的挤压速度而不会产生裂纹。

　　挤压时挤压速度和挤压温度是相互关联的，总而言之，速度与温度的关系是“高速低温”和“低速高温”。热加工可以降低金属的变形抗力，从而降低挤压式所需的挤压力，但是如果在高温且高挤压速度情况下进行挤压时，制品的质量就会变差，比如产生裂纹之类的表面缺陷。挤压速度与温度的关系如图4-1所示。

　　1）要根据合金的最佳塑性温度范围和相变情况，避免在多相和相变温度下变形。

　　选择挤压设备主要根据制品尺寸选择，制品外接圆直径大，所需的挤压筒和铸锭直径就大，因此可以根据这个来选择挤压机的吨位。初步选择完挤压机的吨位就可以进行挤压力初步校核。

　　加热炉按热源方式可分为燃料炉和电炉两大类，燃料炉可分为燃油炉、燃气炉和燃煤炉。电炉分为电阻加热炉和电感应加热炉。其中，点感应加热炉是现代通常铝材铸锭的加热方式最合适的是点感应加热，点感应加热速度快、节能且不占面积。电感应加热炉有两种，分别是中频感应加热炉和工频感应加热炉。铸锭直径小于130mm采用中频加热，大于130mm采用工频加热。此次车间设计计算产品除计算产品3均采用工频加热，工频加热的优点是铸锭的径向温差小。具体电炉参数如图4-2.

　　制品在挤压出来淬火后会出现弯曲、扭拧，因此需要进行矫直，矫直机选用的是300kw张力矫直机，矫直机的参数如表4-3所示

　　铝型材热处理是铝加工工艺中重要的一环，通过热处理可以改变铝材内部组织，从而获得期望的性能。通过不同的热处理温度可以得到不同的组织和性能。铝型材的热处理方式主要有淬火、自然时效、人工时效、回归处理、退火。产品的热处理状态有：

　　6063铝合金在挤压时可以采用风冷或水冷进行淬火，而其他多数铝合金要在专门的加热和冷却设备中进行。淬火温度要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度选择，淬火的加热温度要低于过烧温度，而合金在越高的温度中，合金元素的强化固溶效果越好，所以要尽量提高淬火加热温度。淬火加热的保温时间主要取决于制品的厚度、装炉量等，制品厚度越大，装炉量越多，加热均匀所需的时间也越长。淬火转移时间一般小型材不超过20s，大型或成批的型材转移时间不超过40s。淬火介质一般采用水，因为水的粘度小，比热容大，冷却能力强。

　　铝合金在淬火后不能立刻得到强化，得到的是一种过饱和固溶体组织。这种组织有自分解的趋势，在一定温度下保持一定时间，该固溶体会发生分解，从而导致合金强度和硬度大幅提升。例如6063铝合金，目前各个企业多采用以下三种不同的时效工艺：

　　铝合金时效效果对温度比较敏感，一般温差控制在±5℃范围内，最好是在±3℃内。

　　本设计的计算产品有T5、T6、和O态，T6状态的计算产品1合金牌号是6061，在查阅资料后，经过挤压机自带的在线水淬后进行人工时效，时效炉设定温度200±5℃，保温时间2小时。T6状态的计算产品2合金牌号是7005，挤压后在立式淬火炉进行淬火，淬火加热温度450℃，保温45min，然后进行人工时效，时效炉设定温度200±5℃，保温时间2小时。T6状态的计算产品3合金牌号为6063，在挤压时进行的在线水淬后进行人工时效，时效温度210±5℃保温2小时。T5状态的计算产品4合金牌号为6063，挤压后风冷，然后进行人工时效，时效温度210±5℃保温2小时。O态的计算产品5合金牌号为5A06，进行挤压后自然冷却即可。

　　此次设计选择的淬火设备有两种，一种是挤压机自带的在线m立式淬火炉的设备参数如图4-3所示：

　　1）除油：除油的目的主要是去除铝型材表面的油污，除油的方法分为碱性、中性、和酸性法。当制品表面的油污为皂化油，可以用碱性法除油，非皂化油可以用酸性法除油。中性法除油主要是利用碳化氢有机溶剂加入润湿剂的水溶液对铝材进行除油。一般工厂不采用这种方法，因为有机溶剂花费高昂。此次设计计算产品采用酸性法除油，脱脂剂为硫酸溶液，硫酸含量150-250g/L，常温下处理3-5min。

　　2）碱洗：碱洗是为了进一步去除制品表面污物，并去除制品表面的自然氧化膜，暴露出金属基体。碱洗的方法是用50-60g/L的NaOH水溶液在50-60℃的温度下进行碱洗，在碱洗过程中会有大量氢气放出，要设置鼓风机排气。

　　3）水洗：碱洗后进行水洗的目的是去除铝型材表面的污物和残留的碱液，还可以起到降温的作用，一般要进行两次水洗。

　　4）中和和水洗：中和的目的是去除残留的NaOH溶液和Cu、Si、Fe等合金元素。制品表面经过碱洗后会附着灰色或黑色的残留物在清水中无法去除，但在酸性溶液中可以溶解，因此需要进行中和出光。中和所用的溶液为硝酸或硫酸。主要采用硫九游体育官方网站酸处理，硫酸浓度为110-150g/L，工作温度为室温，可处理铝镁硅系铝合金产生的污斑。其他中和溶液及工艺参数见表4-5;

　　中和后的水洗要进行二次清水洗，硫酸中和后的水洗可以用清水洗一次，但清洗时间不宜过长，超过30min要重新碱蚀中和，否则不利于表面品质。

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