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东北大学材料成型课程设计

1.9吨直径30mm7075铝合金挤压棒材生产工艺设计及成本核算授课教师学生班级学号目录摘要 (1)1 合金概况及总体工艺流程制定 (2)1.1 订单信息 (2)1.2 合金成分及合金概况 (2)1.2.1 合金的名义成分 (3)1.2.2 合金的用途 (3)1.2.3 合金的工艺特点 (3)1.3 工艺流程制定 (4)1.4 变形过程中各段定尺计算 (4)1.4.1变形过程各段已知条件 (4)1.4.2 定尺计算 (5)1.5 成品率计算 (5)1.6 熔铸投料量计算 (6)2 具体工艺安排及操作步骤 (7)2.1 熔铸工艺安排及计算 (7)2.1.1 熔铸工艺的工艺流程 (7)2.1.2 铸次分配 (7)2.1.3 合金的成分计算 (8)2.1.4 配料计算 (8)2.1.5 熔炼工艺参数 (12)2.1.6铸造工艺条件 (14)2.1.7铸造过程中损耗率计算 (14)2.1.8成品铸锭计算 (14)2.2 锯切定尺安排 (15)2.3车削工艺安排 (15)2.4均火工艺 (15)2.4.1 均匀化退火 (15)2.4.2均匀化退火工艺设计 (16)2.5挤压工艺 (16)2.5.1挤压比 (16)2.5.2挤压工艺参数确定 (16)2.5.3挤压工艺设计 (16)2.6固溶淬火工艺 (17)2.7矫直工艺 (17)2.8锯切 (17)2.9包装 (17)3成本核算 (18)3.1成品率计算 (18)3.2各工序工时及成本计算 (18)3.2.1熔铸工时及成本计算 (18)3.2.2锯切工时及成本计算 (19)3.2.3车皮工时及成本计算 (19)3.2.4均匀化退火工时及成本计算 (20)3.2.5挤压工时及成本计算 (20)3.2.6拉伸矫直工时及成本计算 (21)3.2.7淬火工时及成本计算 (21)3.2.8辊式矫直工时及成本计算 (21)3.2.9锯切工时及成本计算 (22)3.2.10包装工时及成本计算 (22)3.3总成本核算 (22)参考文献 (24)摘要本文根据所提供的订单信息,设计了设计了完整的工艺过程,并对成本进行了相应核算。

1 合金概况及总体工艺流程制定1.1 订单信息订单详细信息如表1.1所示。

表1.1 订单信息1.2 合金成分及合金概况7075铝合金是一种冷处理锻压合金,强度高,远胜于软钢。

7075是商用最强力合金之一。

普通抗腐蚀性能、良好机械性能及阳极反应。

细小晶粒使得深度钻孔性能更好,工具耐磨性增强,螺纹滚制更与众不同。

锌是7075中主要合金元素,向含3%-7.5%锌的合金中添加镁,可形成强化效果显著的MgZn2,使该合金的热处理效果远远胜过于铝-锌二元合金。

提高合金中的锌、镁含量,抗拉强度会得到进一步的提高,但其抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀的能力会随之下降。

经受热处理,能到达非常高的强度特性。

7075材料一般都加入少量铜、铬等合金,该系当中以7075-T651铝合金尤为上品,被誉为铝合金中最优良的产品,强度高、远胜任何软钢。

此合金并具有良好机械性及阳极反应。

代表用途有航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具,特别用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构体。

1.2.1 合金的名义成分7075铝合金各成分元素含量如表1.2所示。

表1.2 7075合金名义成分元素Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al1.2.2 合金的用途7075的主要合金元素为锌,强度很高,具有良好的机械性能及阳极反应。

主要用于制造飞机结构及其他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件,如飞机上、下翼面壁板、桁条等。

固溶处理后塑性好,热处理强化效果好,在150度以下有良好的强度,并且有特别好的低温强度,焊接性能差,有应力腐蚀开裂倾向。

还广泛应用于模具加工、机械设备、工装夹具等。

1.2.3 合金的工艺特点7075铝合金是一种冷处理锻压合金,强度高,远胜于软钢。

7075铝合金是商用最强力合金之一。

普通抗腐蚀性能、良好机械性能及阳极反应。

细小晶粒使得深度钻孔性能更好,工具耐磨性增强,螺纹滚制更与众不同。

其主要物理特性:抗拉强度524Mpa,0.2%屈服强度455Mpa:伸长率11%,弹性模量E/Gpa:71,硬度150HB,密度:2810。

特点:1.高强度可热处理合金。

2.良好机械性能。

3.可使用性好。

4.易于加工,耐磨性好。

5.抗腐蚀性能、抗氧化性好。

1.3 工艺流程制定铝合金棒材因其为实心制品,沿其纵向全长为等断面形状,且尺寸精度较低,可通过挤压方式直接获得,其工艺流程较简单。

拉制棒材因尺寸精度高,通过挤压方式获得的尺寸精度无法满足成品因要求,需要进行后续冷加工工艺,通过拉直模控制最终的产品尺寸精度,其生产工艺流程相对复杂。

根据订单提供的信息(合金尺寸、定尺长度、处理状态),以及7075合金的特点现有设备能力,制定合理的生产工艺流程。

生产工艺流程:熔铸→锯切→车皮→均匀化退火处理→挤压→锯切头尾→固溶与淬火→辊矫→锯切→包装。

合金熔铸后对铸锭进行锯切头尾,以保证铸锭整体质量;然后根据计算的铸锭长度按要求锯切铸锭,得到一定段数,作为挤压的原材料;由于采用反向挤压,因而为保证制品的质量要对铸锭进行车皮;为使铝合金铸锭成分和组织均匀化,车皮完成后进行均匀化退火处理;挤压结束后对棒材进行锯切头尾以满足立式淬火炉设备要求;根据订单要求成品T6状态,对棒材进行固溶时效处理;根据7075合金的工艺特点,即固溶后应该很快自然时效,故辊式矫直应该在淬火后2小时内完成;最后按定尺要求进行锯切并包装。

1.4 变形过程中各段定尺计算根据成品的截面积并利用体积不变原理计算铸锭锯切的定尺长度,应考虑挤压过程中的压余,头尾切除量等因素。

在保证定尺的前提下尽量提高铝合金加工过程中的成品率。

1.4.1变形过程各段已知条件成品棒规格:30mm,定尺2.5m,总重量1900kg;熔铸系统:容量1吨的碳棒熔炼炉,水平连铸,铸锭直径为152mm ,每个铸次可铸造2根,铸造机有效行程9m ,最大铸锭长度9m ,铸造完成后,铸锭头部切除200mm ,尾部切除150mm ,一个铸次烧损1%,另有50kg 形成废铝;锯切系统:铸锭锯缝宽度约为1.5mm ;挤压部分:对于实心型棒材而言,挤压坯料的长度不超过490mm ,普挤压过程压余设定为20mm ,挤压后,根据经验直径30mm 的棒材尾部切除0.2m ,头部切除0.8m ;车削工艺:铸锭车皮量规定为2.5mm 。

1.4.2 定尺计算根据设备能力及合金特点,7075铝合金挤压过程中长度应小于490mm 。

根据订单信息,定尺为2.5m ,因而成品棒尺寸,应该为4、6、8米,为提高成品率应尽量提高成品长度,先按8米进行计算。

成品棒底面积S222mm 86.7062302S =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=ππd 考虑锭坯压余20mm ,挤压棒切尾0.2m ,切头0.8m ,棒材体积V 1()3631m m 1036.6108.02.0886.706L S V ⨯=⨯++⨯=⨯= 根据体积不变定律,挤压铸锭体积3612m m 1036.6V V ⨯==,铸锭底面积S 12221mm 67.1697121472D S =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=ππ 铸锭锯切长度L mm 3952067.169711036.6S V L 612≈+⨯== 长度小于490mm ,故铸锭锯切定尺长395mm1.5 成品率计算根据铝棒订单需求量1900kg ,每根成品重mkg 8243.41073.25.21086.706l S m 36-=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=ρ则成品共有根数n=1900/4.8243=393根由于挤压棒定尺5m ,故一根挤压管可以切成2根成品管,故需要挤压棒根数为393/2=197根,即需要挤压坯料197根。

考虑到一根铸锭最长9m ,挤压坯料定尺395mm ,因而需要9根铸锭。

各工序损失如下:锯切量:kg 64.141073.2102152105.119736-23-=⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯π 头尾损失:()()87.2161073.21086.7068.02.01971073.21021521015020093636-23=⨯⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯--π 车皮量:()kg 43.24941073.21019739510147-15233-6-22=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯π压余量:kg 55.1821073.21019720214739-2=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛π 成品率:%100⨯+各部分损耗量成品质量成品质量 %12.74%10055.18243.24987.21664.1419001900=⨯++++= 1.6 熔铸投料量计算根据成品率,计算所需要铸锭质量为kg 41.2563%12.741900= 由于铸锭质量不足3t ,因而设计五个铸次;总投料量约为kg 41.2653%99440-55041.2563=⨯⨯+ 有上述计算得知,前四个铸次铸锭长mm 5.82781502005.11939520=++⨯+⨯;第五个铸次铸锭长mm 5.74851502005.11739518=++⨯+⨯。

前四个铸次铸锭体积为39-21m 30.0105.827821522V =⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=π 第五个铸次体积为 39-22m 27.0105.748521522V =⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=π 考虑到一个铸次烧损1%,另有50kg 形成废铝,则前四个铸次的投料量为()()kg 78.877%9950102.730.30%9950V M 311=÷+⨯⨯=÷+⨯=ρ 第五铸次的投料量为()()kg 05.795%99501073.227.0%9950V M 322=÷+⨯⨯=÷+⨯=ρ 2 具体工艺安排及操作步骤2.1 熔铸工艺安排及计算2.1.1 熔铸工艺的工艺流程熔铸基本工艺过程设计为:计算配料→制定工艺→熔化→调质(添加元素)→净化(精炼)→扒渣→静置保温→液体转注(在线净化处理)→过滤→铸造→均热→检验出厂2.1.2 铸次分配根据上章计算,考虑熔铸所需的总吨数以及设备能力,设计五个铸次,每个铸次铸两根铸锭,共锯切成197根挤压坯料。

前四个铸次铸锭长mm 5.82781502005.11939520=++⨯+⨯; 第五个铸次铸锭长mm 5.74851502005.11739518=++⨯+⨯。

前四个铸次铸锭体积为39-21m 30.0105.827821522V =⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=π第五个铸次体积为39-22m 27.0105.748521522V =⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=π考虑到一个铸次烧损1%,另有50kg 形成废铝,则前四个铸次的投料量为()()kg 78.877%9950102.730.30%9950V M 311=÷+⨯⨯=÷+⨯=ρ第五铸次的投料量为()()kg 05.795%99501073.227.0%9950V M 322=÷+⨯⨯=÷+⨯=ρ2.1.3 合金的成分计算合金的设计成分及内控范围见表2.1。

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