金属材料、材料成型毕业设计经典论文

金属材料 材料成型毕业设计经典论文金属材料 材料成型毕业设计经典论文 摘要随着我国工业技术发展 我国铝产量迅速增长 铝合金型材生产技术有了很大的进步 在铝挤压行业中各种挤压手 段层出不穷 极大地提高了铝型材的生产率 缩短了其生产工艺流 降低了生产成本 提高了产品质量 因此 对铝合金型材挤压技术的学习并进行铝合金板带材车间工艺 设计具有重要意义 本车间主要生产的产品是6063系列铝合金门窗 年生产量为8000吨 采用目前较为先进的挤压技术 既节约了成本 又改善了工作环境 并引进了一系列高精度控制系统及精整设备 提高了生产率和产 品质量 本设计以 421003 421004为典型产品进行工艺设计 主要设备选用卧室挤压 机 并且对典型产品进行了工艺计算及年产量计算 最后进行车间平面布置及人员分配 投资概算等设计 进人八十年代以来 随着市场对建筑铝型材的大量需求 不仅各大铝 加工厂和各地方部门引进了铝型材挤压机 而且许多军工企业为了发 展民品生产 也引进了不少铝型材挤压机 到目前为止 我国建筑铝型材生产厂家已发展到200多家 拥有300多 台挤压机 年生产能力达50万吨 这些设备大部分是从日本引进的 还 有从联邦德国 美国 意大利引进的 从台湾省也进了一些 大部分 水平比较先进 从而改变了我国建筑铝型材生产设备的落后状况 1 1 2技术水平在引进铝型材生产设备的同时 各厂家也重视引进技 术 从熔铸 表面处理 挤压到模具加工 除了操作技术外 还花外汇买 了不少专利 此外 随设备还带进了数量可观的技术资料 通过近几年的消化 吸收 推广和交流 从总体上说 我国建筑铝型材 的生产技术接近世界先进水二平 1 1 3质量水平我认为 目前在建筑铝型材生产方而 从规模 设备和 技术水平来说 我国接近世界先进水平 但是从各厂家生产的型材质 量来看 与世界先进水平的差距很大 原因何在 第一 在生产上 绝大多数厂家没有引进国外建筑铝型材 生产中先进的生产管理制度 基本上采用原企业的生产管理制度 不 能适应铝型材生产流水线 系列化的需要 各生产环节都缺乏严格的 管理制度 第二 是人员的素质问题 除东北轻合金加工厂 西南铝加工厂和西 北铝加工厂等外 许多厂家缺乏铝型材生产的专业技术人才 管理人 才和技术过硬的生产工人 第三 在设备配套上 许多厂家没有配备铸棒拘热炉 型材矫正机和 型材抛光机等 而这些设备却是保证型材质量的主要设备第四 在原 材料上 由于我国铝加工工业大发展 国家不能分配足够数量的铝锭 指标 因此 生产建筑铝型材用的铝锭大部分市场采购 在铝锭求大于供的情况下 一部分铝厂没有保证铝锭质量 给铝型材 质量增加了不利因素 第五 在化学药品上 山于我国的工业水平所限 铝型材表面处理用的 一部分药品的质量低于国外标准 也给铝型材质量的提高带来了困难 最后 生产环境 使用的水质等对铝型材质量都有不同程度的影响 1 1 4型材系列配套的水平在引进铝型材生产设备的同时 许多厂家 也引进丁设备所属国家的铭门窗系列 由于各个国家使用的系列不同 夕从而使我国铝门窗系列出现了多样性 S虽然 国家铝门窗系列标准现已制定 但却没有某一系列铝门窗所使 用型材的标准断面 目前 即使同一系列的铝门窗 由于各个铝门窗加工厂使用的型材不 同 其断面的形状和尺寸也有一些出入 而生产型材的厂家 在生产同一系列的型材时 对不同的用户也可能 得设计不同断面的模具 这也是一个应该引起注意的问题 在引进挤压设备时 只有少数厂家是本着大中小相配套的原则引进的 绝大多数广家则是根据自己的能力与生产情况 引进某一规格的挤 压设备 这样 它们能生产的型材断面是局限在一定范围之内 只能生产某几 个系列的铝门窗型材 有些断面的型材则需靠外厂配套 还有一些厂 家为了在本厂内实现配套 常常用大挤压机挤压小断面的型材 或用 小挤压机挤压大断面的型材 虽然 目前铝型材市场供过于求 大多数厂家任务不饱满 但也有少数 厂家干不过来 难以按期交付用户需要的配套产品 这些情况说明如何协调配套生产是钥型材生产中的一个重要问题 1 2存在的问题当前铝合金建筑型材在质量上的主要问题是什么呢 最近我中心根据广东省技术监督局的计划安排 对广东省130家铝合 金建筑型材生产企业的产品进行了检查 其结果是尺寸偏差 表面质 量 化学成分 力学性能 氧化膜厚度和封闭性能均符合国家标准 要求的 产品质量综合判定为合格的仅将近一半 不合格的占一半以 上 其中氧化膜厚度与封闭性能不符合国家标准要求的占不合格企业的9 0 左右 这说明在广东虽然有象华加日 兴发 开平 永利坚 省铝 大明 星橙 中山 烂石 广州铝 亚洲 季华 华南等等一批产品质 量较好的企业之外 也确实还一大批比较差的企业 特别是近一两年内新建投产的企业 在质量上阿题较大 在检查这些企业时 有的连标准和图纸的设计均没有 有的设备比较 简陋 不能满足生产工艺的要求 有的分析测试手段不齐全 无理 化性能的检测仪器 甚至检查尺寸偏差的量具也配备不全 同时也可以看出 当前铝合金建筑型材在质量上存在的突出问题巳不 在化学成分与力学性能上 而是在氧化膜厚度及封闭性能方面 虽然我们只 介绍了广东的一些情况 但从我们了解的国内其它地方 的情况与广东的有相似之处 1 3造成这种情况的原因1 3 1有一部分企业特别是私人企业 对用户 不负责任 偷工减料 认为用户不会检查膜厚 能少则少 一般控制在8微米左右 有的甚至只有3 4微米 1 原国家标准GB5237对氧化膜只有膜厚的要求 没有规定对封闭性能 的要求 虽然后来有GB8013标准作为补充 但有一些企业不清楚 仍沿用以前 的方法 不加任何添加剂 单纯用80 左右的热水浸泡进行封闭 1 3 2质量管理不严 不能严格的执行工艺规程或工艺过程失控 如有些企业的膜厚是9微米左右 有的失重为40 70毫克 分米左右 1 3 3有的氧化槽所配的冷冻设备制冷量不够 引起氧化槽温度过高 生成的氧化膜过于疏松 造成封闭性能达不到要求 1 3 4添加剂性能不好或比较难控制 在广东 各企业用的添加剂 包括进口的和个体户生产的 有十余种 目前无统一的国家标准或行业标准 比较混乱 此外 广东新建的一些企业 特别是私人或乡镇企业 大多数缺乏技术 力量 也是造成质量差的一个原因 1 4产品市场分xx年 中国铝型材消费量为770万吨 比上年增长29 76 xx xx年 中国铝型材消费量年复合增长率高达24 50 远高于同期国 民经济增速 建筑业一直是铝型材消费的第一大行业 这是由中国经济发展的历 史现状所决定的 其次依次是机电设备制造业 交通运输业 耐用品行业 电子电器 行业 铝型材消费增长按产业消费平均增速排序依次是机电设备制造业 电子电器行业 耐用品行业 交通运输业和建筑结构行业 平均增 速分别36 09 29 63 29 20 28 11 和22 54 在铝型材消费结构方面 xx xx年间 建筑用铝型材比例一直处于较高的水平 但其市场份额呈 现逐年下降趋势 xx年比xx年下降8个百分点 工业铝型材消费比例 逐年上升 机电设备制造业 耐用品行业 交通运输业和电子电器 行业xx年比xx年分别提升4 7个百分点 1 8个百分点 1 7个百分点 和0 4个百分点 但是与发达国家相比 中国建筑铝型材消费的比重仍然较高 消费结构的差异一方面反映了近年来我国房地产业的蓬勃发展 另 一方面也反映出我国铝型材在工业领域的生产 开发和应用方面的 不足 预示着我国铝工业材消费具有巨大的增长空间 1 5车间设计依据在进行车间设计之前 应取得设计任务书 而设计 任务书根据充分规划后制定的 设计任务书的基本内容1 车间的生产规模 生产的品种 2 车间 的生产方案 3 地址 厂区范围与建厂资源 水文地质 原材料 燃料 动力 供水 供电以及运输等的条件与要求 4 达到的经济 效益和技术水平 5 投资款以及劳动定员 6 环境保护 设计任务书时进行车间设计的依据 1 6厂址选择1 本设计厂址选择主要考虑两方面一是建厂地区的选 择 二是建厂地址的选择 建厂地区选择应考虑下述要求2 必须符合国家工业布局的基本原则 充分利用资源和有利条件 合理使用人力和物力 是生产出来的 产品能够合理分配 从而使所设计的厂在最少的投资条件下 获得 最大的经济效果3 有足够原料 燃料 动力的与运输条件 要能满 足生产和生活的需要 4 适当靠近产品销售地区 5 自然条件好 有适宜的气候环境 6 能就近取得足够的建筑材料 7 与其他 企业协作方便 8 满足国防上的要求 建厂地址的选择 就是在指定的建厂地区内选择一块地方 它在自 然和地理特点 运输条件 水电供应 布置工厂厂区及生活区等方 面 都能最大限度地得到满足 具体要求如下1 厂区面积与外形满足总平面布置的要求 2 工程 地质和水文地质满足建厂要求 3 厂址选择适应城市的总体规划 厂址一般设在城市的水运下游 厂与城市之间应有一定距离的防护 带 从经济来看 厂址应靠近城市 以便充分利用城市的交通工具 与线路 充分利用城市的供排水设施和动力设施 利用城市住宅和 文化福利设施 4 运输条件满足工厂生产要求 大型企业多采用铁 路运输 因此铁路支线应该最短 中 小型企业多为汽车运输 厂 址应靠近汽车运输干线 5 离电源 水源最近 6 在公用设施与 生产方面 尽可能和有关工厂协作 并有一定的环保措施 不致造 成环境污染 7 选择合适的居民点 作为职工生活区 综合上述 选择西安市户县作为厂址地区 首先户县水资源丰富 交通方便 靠近消费市场 地价相对便宜 铁路铁路畅通 附近有 各种金属加工企业 原材料丰富 成本低 1 7金属压力加工企业总平面图与运输现代有色金属压力加工企业一 般包括下列车间1 生产车间锭柸 板 带 箔 管 棒 型 线材 生产车间 铸造件及模压件生产车间 2 辅助车间有动力 电修 机修 工磨具 计器 残屑处理车间及 中心实验室等 3 其他设施有热电站 煤气发生站 空压机站 贮 存仓库 汽车库 变电所 铁路 公路等 企业运输包括企业外部运输 企业内部运输和车间货运量 企业总平面布置图有两种形式纵向和横向布置 总平面图编制原则和要求3 车间和其他构筑物的布置应符合产品生 产工艺流程的要求 以是材料 半成品和成品运输线路最短 防止 交叉的往返运输 4 动力车间因尽量接近主要用户 但同时要考虑 它对其他服务车间的动力供应 5 工厂与外部铁路 公路 供水与 排水 高压线路以及煤气管道等线辅设 要合理 6 考虑职工的生 活 工作等方面的安全与方便 注意环境保护a 考虑封箱条件 对 厂前区的布置要放在上风向 放射有害气体的车间一方在下风向 b 按照生产性质 防火及卫生条件 将同类性质的车间及辅助设施放 在同一区域 c 根据防火规程 在规定的地点设消防站 d 生活福 利设施应靠近生产车间 e 厂区内原则上不可建筑住宅或职工宿舍 总之 考虑总图布置时首先要满足生产操作及安全的要求 其次是 节省投资 既要做到技术上的可行性 又要达到经济上的合理性 另外要考虑施工方便 同时要留有发展余地 1 8设计工作原理及任务本设计为年产5000吨电子设备用铝型材车间 工艺设计 遵循以下工作原则3 遵守国家的法律 法规 贯彻执行 国家的经济建设方正与政策 提高经济效益与社会效益 为社会主 义现代化建设服务 4 从全局出发 服从国家或地区对产品的需要 5 从实际出发 确定设计标准 对生产工艺 主要设备和主题工 程设计要做到先进 合理 可靠 对非生产性的建设 应坚持使用 经济 在可能的条件下注意美观 6 主义综合利用与环境保护 以人为本 造福人民 7 节约能源 8 合理使用劳动力 9 节约 建厂用地 应尽量利用荒地 废地 少占耕田 总平面图的布置要 紧奏合理 10 立足于自力更生 本设计的主要任务 1 技术任务 确定产品品种 规格 质量标准及年产量 确定产品的生产方案及 生产工艺流程 选取主要设备并确定其必要的数量 选择与计算辅 助设备 计算完成计划产量所需要的原料 材料及动力消耗 提出 动力 运输 照明 采暖 通风 供水排水等各项设计要求 计算 车间所需面积 车间内主要设备与辅助设备的布置 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 组织任务 研究车间的生产劳动组织 确定职工人数及编制 制定劳动定额等 3 经济任务 计算及制定基本建设投资 生产预算 计算单位产品成本及综合 技术经济指标等内容 1 9本车间设计的特点本车间设计力求做到简单全面 经济实用 经 济可持续发展环境保护结合 尽可能的提高投入产出比 2产品大纲及金属平衡2 1产品方案的编制产品方案是指所设计的工 厂的共产或车间拟生产的产品名称 品牌 规格 状态及年计划产 量 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 2 1 1生产方案编制原则本设计的生产方案编制原则1 经济技术及 发展原则 正如所说 汽车用板所需要求越来越高 产量越来越具现化 在如今工业高速发展中 材料的需求大批增加 铝型材在今后一段时间具有持续强劲的市场需求 因为国内对应的 汽车技术及配件铝型材仍有较大的缺口 因此选用汽车用板铝型材 的市场前景乐观 2 产品平衡 考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡 组织及生产任务要求原则 生产方案的编制要兼顾各生产部门的能力和产品需求 使团队协作 效率最大化 根据设计要求 年产能达到5000吨 生产方案应符合要求 产品大纲表2 1制品名合金牌号状态品种规格年产量 t 比例 42系列平开窗42 系列平开门42系列推拉窗6063退火42mmx52mm2000256063退火43mmx4 7 5mm000506063退火42mmx44 5mm200025典型产品大纲产品大纲表2 1制品名称合金牌号状态品种规格年产量 t 比例 42系列平开窗 6063退火42mmx52mm20002542系列推拉窗6063退火42mmx44 5mm20002 52 1 2计算产品的选择原则产品方案是车间今后生产的依据 因为 产品方案不但规定了车间的类型 同时也规定了车间生产品种的方 向 车间拟生产的产品品种 规格及状态结合起来可能有数十种 数百 种以上 但是 在设计中不可能对每种合金的每一个品种 规格及状态都进 行详细的工艺计算 为了减少设计工作量 加快进度 同时又不影响整个设计质量 可 以将各类产品进行分类编组 从中选择典型产品作为计算产品 计算产品有以下特点 1 计算产品从全车间总体来说 在合金 品种 规格 状态 产 量和工艺特点等方面有代表性 2 通过所有的工序 值所选的所有计算产品要通过各工序 但不是说每一种计算产品都 通过各工序 而是对所有计算产品综合来看的 若是从拟生产的所有产品中应有某工序 而计算产品不通过此工序 在此情况下 就要重新选计算产品 还应指出所选典型产品之和为总产量 3 所选的计算产品要与实际相结近 4 计算产品要留一定的调整语量 根据计算产品进行工艺计算 选择设备 确定工艺 确定车间人力 与物力的消耗及技术经济指标等所获得的结果 应该与按所有品种 进行设计和投产后的实际相一致或相接近 因此编制产品方案 确定计算产品及其产量分配乃是工艺设计的主 导 金属损失的主要影响因素有烧损 几何损失 工艺损失等 具体损 失率如下1 有色金属在熔融过程中金属的氧化损失称为烧损 铝合 金电炉熔炼烧损率为0 7 0 9 2 在铝合金铸轧 冷轧生产线上 几何损失主要指切损 即切头 切尾 切边等大块 残料损失 有色金属各工序的切损量应根据工艺要求加以确定 切头 切尾损失一般为5 切边损失一般为3 5 3 工艺损失又称技术损失 是指各工序生产中由于设备和工具 技 术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品它与车间 的技术装备 生产管理及操作水平有关 有色金属的工艺损失一般在1 以下 金属平衡表如下2 1金属平衡表表2 1序号12产品名称42系列图拉窗42系列平开门合金牌号60636063计算 产品代号421003421003年生产任务 t20002000金属损失 可回收 切头尾损失44可回收质量次品损失4 134 08压余量1010成品率 81 7 681 822 1 3产品方案的编制用途 铝合金材料 主要合金元素为镁与硅 具有加工性能极佳 优良的可焊接性 挤 出性及电镀性 良好的抗腐蚀性 韧性 易于抛光 上色膜 阳极 氧化效果优良 是典型的挤压合金 6063铝合金型材以其良好的塑性 适中的热处理强度 良好的焊接 性能以及阳极氧化处理后 表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应 用于建筑型材 灌溉管材 供车辆 台架 栅栏等用的管 棒 型材 属低合金化的Al Mg Si系高塑性合金 具有诸多可贵特点1 热处理强化 冲击韧性高 对缺口不敏感 2 有极好的热塑性 可以高速挤压成结构复杂 薄壁 中空的各种 型材 或锻造成结构复杂的锻件 淬火温度范围宽 淬火敏感性低 挤压和锻造脱模后 只要温度高 于淬火温度 即可用喷水或穿水的方法淬火 薄壁件 3mm 还可以实行风淬 3 焊接性能和耐蚀性优良 无应力腐蚀开裂倾向 在热处理可强化 型铝合金中 Al Mg Si系合金是唯一没有发现应力腐蚀开裂现象的合金 4 加工后表面十分光洁 且容易阳极氧化和着色 其缺点是淬火后 若在室温停放一段时间 在时效上会对强度带来 不利影响 6063铝板为Al Mg系铝合金 与3A21相比6063铝板强度较高 特别是具有较高的疲劳 强度 与3A21相似 塑性与耐蚀性高 热处理不能强化 用接触焊和氢 原子焊焊接性良好 氩弧焊时有结晶裂纹的倾向 6063铝板在冷作硬 化和半冷作硬化状态下可切削性较好 退火状态下可切削性不良 可抛光 6063铝板为Al Mg系铝合金 与3A21相比6063铝板强度较高 特别是具有较高的疲劳 强度 与3A21相似 塑性与耐蚀性高 热处理不能强化 用接触焊和氢 原子焊焊接性良好 氩弧焊时有结晶裂纹的倾向 6063铝板在冷作硬 化和半冷作硬化状态下可切削性较好 退火状态下可切削性不良 可抛光 2 2生产方案选择2 2 16063成分和机械性能 1 6063铝合金的化学成分和性能如下6063铝合金化学成分表2 1Cu Mn0 350 100 100 500 100 10牌号si0 2Fe MgCr NiZr 机械性能表2 2抗拉强度Mpa牌号状态屈服强度Mpa伸长率 6063T41306512T5160110 8T620518086063合金的机械性能 2 产品的规格及形状尺寸如下表2 3号421003号421004 产品的型号参数如下表2 4产品代号外接圆直径mm截面积mm2421003613264219942533182 3产 品标准与技术要求产品技术要求可以从以下四个方面考虑1 尺寸精 度高 尺寸精度是指可能达到的尺寸偏差的大小 它不仅影响到使用性能 以及后步工序加工 而且对节约金属影响也很大 故在生产中一般 都应力争高精度 2 板带材板型好 要平坦 无浪形瓢曲 3 表面质量高 加工成型的产品表面皆不得有气泡 结疤刮伤 折叠 裂纹 夹杂 及压入氧化铁皮等 因为这些缺陷不仅损坏产品的外观 而且往往 影响性能 也是容易发生破裂和腐蚀的部位 从而影响产品应用 产品技术要求是指对产品的牌号 规格 表面质量以及组织 性能等方 面的要求规格标准 规定产品的牌号 形状 尺寸及表面质量 并且附 有供使用参考的有关参数 性能标准 规定产品的化学成分 物理机械性能 热处理性能 晶粒度 抗腐蚀性 工艺性能及其他特殊性能要求等 4 实验标准 规定做实验时的取样部位 试样形状和尺寸 实验条件 以及实验方法等 交货标准 规定产品交货 验收时的仓库 标志方法及部位等 2 4生产 方案选择的依据确定生产方案是主要考虑以下几点2 金属与合金的 品种 规格 状态及质量要求 品种和规格不同 所采用的生产方 案不同 那么设计的车间就有差别 3 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 4 投资 建设速度 机械化与自动化程度 劳动条件 工人与管理 人员的数量以及将来的发展 3生产工艺流程3 1制定工艺流程的原则所谓生产工艺流程就是把产 品的生产工序按次序排列起来 确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一项重要工作 它直接关系 到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 最少的设备 最小的车间面积 最低的产品成本 并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展 具有最好的经济效果和较好的劳动条件 制定生产流程总的主要依据有以下几点 1 根据产品方案的要求由于产品的产量 品种 规格和质量的不 同 所采用的生产方案就不同 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 根据产品的质量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 3 1 1对工艺流程的必要说明1 加热A 铸锭加热车间采用热挤压 h ot extrusion 工艺 热挤压是将铸锭加热到再结晶温度以上的某一适 当的温度进行的挤压 挤压时 金属进行充分的再结晶 消除内应力 不产生及加工硬化 金属和合金的属性好 可以采用大变形量 金属的变形抗力降低 所需的挤压机吨位可以减少 而且热挤压还可以增加金属的流动性 从而改善产品的组织和性能 加热方式采用中频感应电炉 因为中频感应电炉有设备体积小 重 量轻 效率高 耗电少 易于控制 金属氧化少的优点 加热方式 采用梯温加热 具体参数如下表 加热温度480 520 C2 挤压A 挤压方式生产采用连续挤压 生产 过程中有压余 B 挤压速度 于实心铝型材 挤压速度一般不大于60m min 空心型 材不大于30m min 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 C 模具寿命与氮化处理模具寿命指在保证制件品质的前提下 所能 成形出的制件数 它包括反复刃磨和更换易损件 直至模具的主要部分更换所成形的 合格制件总数 其失效形式归纳起来大致有三种 即磨损 断裂 塑性变形 氮化处理是向金属的表面层渗入氮原子的过程 其目的是提高表面 硬度和耐磨性 以及提高疲劳强度和抗腐蚀性 一般挤压模经淬火 回火后就能使用 但为了提高模具的耐磨性 抗蚀性和抗氧化性 防止粘模 延长模具的寿命 必须进行氮化处 理 氮化层深度一般为0 15 0 20mm 氮化后需要打光 磨去白亮层 厚约0 01mm左右 3 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 矫直机与挤压机吨配套 矫直延伸率取1 4 切头尾由于制品的头尾通常有制品缺陷 因此在挤压之后常常需 要对制