【加工】有色金属塑性加工工艺设计课程设计

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一、绪言

1.1挤压加工的特点

所谓挤压，就是对放在容器（挤压桶）中的锭坯一端施加以压力，使之通过模孔成型的一种的压力加工方法。挤压方法有很多种，最基本的方法是正挤压与反挤压，按坯料温度区又可分为、和3种。

作为生产管、棒、型材以及线坯的挤压法与其他加工方法，如型材轧制和斜扎穿孔相比具有以下一些优点：（1）具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性；（2）不只是可以再一台设备上生产形状简单的管、棒和型材，而且还可以生产断面及其复杂的，以及变断面的管材和型材；（3）具有极大的灵活性，在同一台设备上能够生产出很多的产品品种和规格；（4）产品尺寸精确，表面质量高；（5）实现生产过程自动化和封闭化比较容易。

综上所述可知，挤压法非常适合于生产品种、规格和批数繁多的有色金属管、棒、型材以及线坯等。在生产断面复杂的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面，挤压法是唯一可行的压力加工方法。

1.2铝合金的特点及经济地位

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属，其低，但强度比较高，接近或超过优质，好，可加工成各种，具有优良的、和抗蚀性，可分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。

铝合金的一系列优良特性，使之在金属材料的应用中，仅次于钢材而居第二位。目前全世界铝材的消费量在1800万吨以上，其中用于交通运输（包括铁道车辆、汽车、摩托车、自行车、汽艇、快艇、飞机等）的铝材约占27%，用于建筑装修的铝材约23%，用于包装工业的铝材约占20%。随着中国经济建设的高速发展，人民生活水平的不断提高，中国的建筑行业发展迅速，包括铝型材在内的建筑装饰材料不断增加。铝型材的应用已经扩展到了国民经济的各个领域和人民生活的各个层面。

1.3铝合金型材的成分性能

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）、回收性好以及可回炉重炼等特点。

表1：铝合金型材化学成分(Chemical Composition Limits wt%),GB/T3190-1996

本设计选用6063铝合金,由于其强度高、质量轻、加工性能好，在退火状态下，该合金有优良的耐蚀性及物理机械性能，是一种可以时效强化的Al-Mg-Si系合金，广泛应用于基础性建筑行业以及一些机械制造业。

6063合金中的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，广泛应用于建筑型材、灌溉管材、供车辆、台架、家具、升降机、栅栏等用的管、棒、型材。

表2：6063 室温下的机械性能（Mechanical & Physical Properties）

表3：6063铝合金随温度变化的力学性能

二、工艺设计

2.1拟定工艺流程以及工艺条件

金属制品是经若干个工序制作出来的，每个工序按一定顺序连接起来，就形成了工艺流程。工艺要在一定条件下完成，有特定要求的工艺参数。

（1）型材挤压及其相关工艺流程

铸锭加热→挤压→切压余→淬火→冷却→切头尾→ 切定尺→时效→冷却→表面处理→包装

（2）挤压工艺及工艺参数条件

应考虑挤压温度、挤压速度、润滑、模具（种类、形状、尺寸等）、切压余、淬火、冷却、切头切尾等多方面的因素，合理地选择工艺条件或参数。

①铸锭的加热温度

6063铝的最高允许加热温度为550℃，下限温度为320℃，为了保证制品的组织、性能和表面质量，为了降低变形抗力，挤压时锭坯的加热温度不宜过高，应尽量降低挤压温度，一般取490～530℃。

②挤压筒预热

模具的成分多为合金钢，由于导热性差，为躲免产生热应力，挤压前挤压筒要预热，为保证挤压制品的质量，并且具有良好的挤压效应，挤压筒温度可取400℃～450℃。可采用通电自行预热。

③模子预热

躲免急热，延长模具寿命，应对模具进行预热。

④挤压温度

热挤压时，加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍。本设计挤压温度为450℃～500℃，挤压过程中温度控制在500℃左右。

⑤挤压速度

考虑金属与合金的可挤压性，制品质量要求及设备的能力限制，本设计的挤压速度取，。

⑥工模具的润滑

因本设计采用热挤压，故不采用润滑。

⑦模具

模具应具有足够的耐高温疲劳强度和硬度，较高的耐回火性及耐热性，足够的韧性，低的热膨胀系数和良好的导热性，可加工性，及经济性。本设计采用4Cr5MoSiV1作为模具的材料，热处理的硬度为HRC48～52。

⑧切压余

本设计视挤压设备而定，一般20～30mm，要控制质量，切去缩尾等缺陷。

⑨淬火

本工艺过程中，制品挤出后可通过设置风扇对制品进行吹风来达到风淬（固溶强化）的目的，或采用喷水雾的方法。

⑩冷却

直接露置在空气中冷却，达到自然时效的目的。

⑪切头尾

一般挤压制品的头部和尾部都存在缺陷，为了不影响制品的性能，需要进行切头尾的工作。切头尾的量可以是300～500mm或500～1000mm，本次设计头尾各切300mm。

⑫切定尺

本次设计取每根制品6m长作为切定尺的标准。

⑬时效

时效处理可以分为两种：自然时效和人工时效。自然时效即让挤压制品在空气中停放；人工时效对于6xxx系铝合金型材，可在180～240℃下保温6～8h。

⑭表面处理

为了提高制品的耐蚀性和抗疲劳性等，可以对其进行表面处理。表面处理一般有：阳极氧化、着色、喷粉、喷涂、电泳、抛光等。

⑮包装

将铝合金成品进行包装入库。

表4：常用挤压工具钢及其机械性能