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1.9吨直径30mm7075铝合金挤压棒材生产工艺设计及成本核算说明书
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
订单信息 名称 合金 规格(直径×壁厚)/mm 外径公差/mm 内径公差/mm 壁厚公差/mm 定尺/m 状态 数量/Kg 平直度 抗拉强度/MPa
铝棒 7075 30 0.05 2.5 T6 1900 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
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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 0.5 Cu 1.2-2.0 Mn 0.3 Mg 2.1-2.9 Cr 0.18-0.28 Zn 5.1-6.1 Ti 0.2 Al 余量 含量（%） 0.4 1.2.2 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。
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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；
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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S
?d??30?S???????????706.86mm2
?2??2?考虑锭坯压余20mm，挤压棒切尾0.2m，切头0.8m，棒材体积V1
22V1?S?L?706.86??8?0.2?0.8??103?6.36?106mm3
根据体积不变定律，挤压铸锭体积V2?V1?6.36?106mm3，铸锭底面积S1
?D??147?S1?????????.67mm2 ??16971?2??2?铸锭锯切长度L
22V26.36?106L???20?395mm
S116971.67长度小于490mm，故铸锭锯切定尺长395mm
1.5 成品率计算
根据铝棒订单需求量1900kg，每根成品重m
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