110万硅青铜棒材挤压车间设计

1、成都理工大学学生撰文专用纸工厂设计（课程设计）年产量110万吨硅青铜棒材挤压车间设计课程名称：工厂设计（课程设计）学 院：材料与化学化工学院 专 业：材料科学与工程（金属材料方向）学生姓名：肖忠洋学 号：201102040210指导教师： 管登高、周世杰、刘素田总 成 绩：2014年12月目录1. 设计任务书32. 设计的目的和要求42.1 设计目的42.2 设计要求43. 设计说明书53.1生产方案的设计53.2工艺方案的设计6 3.2.1锭坯的选择63.3 设备方案的设计7 3.3.1 主要加工设备的选择7 3.3.2 辅助设备的选择83.4 工艺计算11 3.4.1 挤压力的计算123.

2、5 设备负荷计算13 3.5.1工作制度与年工作台时数的确定13 3.5.2 设备负荷能力计算13 4 工艺流程定额卡165 车间平面布置图18 5.1车间平面布置18 5.5.1车间平面布置的原则18 5.5.2平面布置的内容186参考文献23 1. 设计任务书1.1 课程设计题目：年产量110万吨的铜棒材挤压车间设计1.2车间的生产规模、生产的品种（1） 车间规模： 年产110万吨铜及铜合金棒材车间（2） 产品品种和规格： 硅青铜棒， 直径30mm生产的产品有各种弹性元件、蜗轮、蜗杆、齿轮、衬套、制动销和杆等耐磨零件。1.3 主要任务（1） 编写工厂/车间设计说明书；1）生产方案的设计2）

3、工艺方案的设计 3）设备方案的设计4）工艺计算与设备负荷计算5）车间平面布置设计（2）编制工艺流程定额卡。（3）按照工程制图及工厂/车间平面布置的相关要求，手绘工厂/车间平面布置1号图纸1张，图纸要求整洁、规范。（4）课程设计总结。2. 设计的目的和要求2.1设计目的车间设计的目的就是为了建设新的企业、扩建或改建老企业。2.2设计要求设计的任务要求是对需要建设得企业做出技术和经济得详细规划，确定出企业的生产经济状况，技术经济指标及施工的组织方法等。具体任务如下：（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过程，选取主要设备确定必要的数量。 选择与计算辅

4、助设备。 计算完成年计划产量所需的原料，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） 经济任务计算及制订基本建设投资额生产预算计划单位产品成本综合技术经济指标。 3. 设计说明书3.1生产方案的设计（1）产品的品种及规格这次的设计任务是设计一个年产量为110万吨的硅青铜棒材挤压车间。产品的品种及规格如表所示：表3.1-1 产品的品种及规格制品名称合金牌号年产量/万t

5、产品规格/mm硅青铜棒QSn1-311030表3.1-2 QSi1-3合金成分及性能表合金代号主要成分（%）机械性能备注SiMnNiCu弹性模量E（MPa）抗拉强度b(MPa)伸长率（%）材料状态QSi1-30.61.10.10.42.43.4余量60012挤压棒（2）生产方案管棒材的传统生产方案主要有以下几种：1）挤压法：适合生产厚壁管、复杂断面与变断面的管棒型材等。此法生产周期短，成品率高，设备少。2）挤压拉拔法：适合生产大直径，薄管壁的管材。此法的特点：投资不高、产品质量好，表面精度高。适合生产规模较小的工厂。3）挤压冷轧拉拔法：适合于生产薄壁的中、小管及棒型材。其特点：生产品种多，质量

6、好；冷轧变行量大，工序少，生产周期短；设备复杂，机械化程度高；投资大。适于大、中型工厂，采用此法较广泛。本设计选择挤压法作为生产方案。3.2工艺方案的设计根据设计要求，制定了硅青铜棒材生产工艺流程如下：铸锭加热挤压矫直切断酸洗矫直切断检查探伤入库。3.2.1锭坯的选择有色金属熔炼与铸锭车间广泛采用半连续与连续铸造法生产铸锭，铸锭经去除头尾、切断，有的需表面机械加工，作为加工车间的铸锭。一般情况下，管棒材生产采用圆锭。锭坯的直径和长度可以根据产品的规格尺寸加以确定：挤制棒锭坯直径 D0=D锭坯长度 L0=1.53 D0各式中 D0 锭坯直径，mm； D 挤制圆棒直径，mm;L0 锭坯长度，mm；

7、 挤压比；本棒材加工车间所采用的锭坯尺寸：（取挤压比=53） D0=3053=220mm L0=1.53218=327654 mm采用 220mm490mm 尺寸规格的半连铸圆形硅青铜锭坯作为挤压坯料。3.3设备方案的设计3.3.1主要加工设备的选择金属压力加工车间的生产设备可分为：主要设备和辅助设备，对主要设备、应在预选的基础上进行必要的设备负荷计算、以及零部件强度校核计算。对于辅助设备，一般不进行验算，可在主要设备确定后，再确定与之配套的辅助设备。本次设计采用1500t卧式液压挤压机，主要性能参数如下：挤压机吨位：15MN 挤压力：15MN 回程力：1170KN 挤压速度：0140mm/s

8、 空程速度：300mm/s 回程速度：400mm/s挤压行程：1700mm 穿孔力：3200KN 回程力：420KN 穿孔行程：1720mm 挤压筒压紧力：1120KN 挤压筒行程：300mm挤压筒长度：815mm 传动型式：水泵站 工作压力：32MPa3.3.2辅助设备的选择 根据辅助设备在压力加工生产过程中的不同用途和作用，可将辅助设备分为: 1）加热及热处理设备； 2）切断设备； 3）矫直设备； 4）酸洗、清洗设备； 5）起重运输设备。（1）加热及热处理设备 加热及热处理设备包括均热、退火、淬火及时效等设台。技工艺用途可概括为三种炉子：(1)铸锭的加热及均热炉；(2)半成品和成品退火炉；

9、(3)成品热处理炉。1）加热炉 a.炉型选择 采用感应加热炉感应加热炉的炉型有立式和卧式之分，而卧式又分单独加热和连续加热。对于50Hz的工频感应加热炉是现代化挤压车间日益广泛应用的一种加热炉，因为它具有加热速度快、体积小、耗电低、可完全实现机械化和自动化等优点。 b.炉子尺寸的确定 2）热处理炉箱式电阻炉的结构比较简单，以电阻丝作为加热元件，备有一台活动的装料小车。炉膛尺寸：长79m，宽0.92m，高0.81.5m，功率180360kw不等。它适用于铜及其合金的管棒材退火，中小企业使用较多。（2）切断设备选择本设计用于生产的切断设备为锯机。锯机种类很多，常用的有圆盘锯、杠杆式锯切机以及滑座式

10、锯切机等。圆盘锯结构简单，主要用于锯切50mm以下的棒材和小型型材，以及薄壁管材等。本设计采用圆盘锯作为切断设备。（3）矫直机选择 矫直机的分类：有辊式矫直机、压力矫直机以及张力矫直机。辊式矫直机又分：板带材辊式矫直机、型材辊式矫直机以及圆管棒辊式矫直机。圆管棒辊式矫直机分：立式双曲线辊式矫直机、卧式双曲线辊式矫直机和正弦(回转式)管材矫直机。双曲辊式矫直机又称斜辊式管棒矫直机，主要用于矫直直径300mm以下的管子和直径在100mm以下的棒材。正弦管材矫直机主要用于矫直外径616mm的盘管。圆管棒辊式矫直机工作的特点是当被矫直的材料规格尺寸发生变化时，只要调整上下辊间的距离和倾斜角度即可。本设

11、计采用圆管棒辊式矫直机。表3.3.2-1 矫直设备工艺性能参数矫直规格(mm)104矫直棍数(个)7被矫材料S（Mpa）274送矫材料最大弯曲度（mm/M）25电机功率(KW)4.5/7.5矫直速度(M/Sec)0.621.24（4）酸洗设备的选择 铜材酸洗槽规格见下表。表3.3.2-2铜合金管棒材用酸洗槽规格酸槽类别酸洗槽的尺寸m酸洗槽内部用的材料加热装置的材料长宽高硫酸水洗槽91.421.65耐酸塑料、铅板、耐酸不锈钢、青石、木材铅管或不锈钢管（5）起重运输设备起重运输设备包括起重机、辊道、运输小车以及各种升降设备。起重机(天车、吊车)主要用于车间原材科、产品、设备或部件的起重和运输。 在

12、加工车间交要是桥式起重机，桥式超重机有双梁、单梁和单主梁之分。双梁桥式起重机的起重量大、运动速度快。单梁桥式起重机起重量小、运动速度慢，通常在机修车间使用。单主梁桥式起重机结构新、重量轻、造价降低。起重机的起吊重量主要由起吊最重物件的重量来决定。还要考虑由于车间产量提高起重量增大的可能，在确定起重量大小时还应考虑吊运工具的重量。起重机的运行速度主要决定于起重机的用途，检修用的起重机运行速度较低，而在成品库和原料仓库吊料用的起重机则采用较大的运行速度。起重机的工作制度按起重量、远行速度和使用频繁程度分为轻、中和重型三种。主电室之起重机提升和远行进度要求较慢，宜选用轻型；安装、检修用的起重机要求堤

13、升和运行速度中等，使用也不太频繁，宜选用中型；在成品库和成品库与车间内各工序之问的起运机，要求有较大的提升和运行进度，使用较频繁，宜选用重型。起重机的台数一般可根据经验确定，一般来说，中小型车间每70100m有一台起重机。本设计采用6台10t起重机。 3.4工艺计算工艺计算是确定各种计算产品的工艺流程和初选设备的基础上，根据产品产量的要求，制品的工艺性能以及设备的特点，对各主要设备或工序进行具体的科学分析和必要的理论计算，从而确定出各种产品在各工序的准确而具体的生产工艺流程、工艺参数及其各种消耗定额，并确定各部分及各环节之间的协作配套关系。工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程的制定；编制

14、生产工艺流程定额卡；编制金属平衡表。3.4.1挤压力的计算挤压工艺计算主要是挤压力的计算，挤压力是制订挤压工艺规程、选择与校核挤压机能力以及检验零部件强度与工模具强度的重要依据。挤压力的计算有皮尔林公式法和工程法理论计算公式，皮尔林公式在推导过程中作了一系列的假设，如主应力面球面假设、平均化假设、塑性变形区金属与挤压筒接触表面上摩擦遵守库仑摩擦定理的假设等。因此采用皮尔林公式计算的结果与实测的数据比较误差也较大。采用工程法计算挤压力是简捷方便和实用的。下面采用工程法理论计算公式进行相关的计算。挤压力计算公式： j =s1+13cotln+41l1d1+43l3Dt 挤压力： P=j4Dt2式中

15、 死区角度（死区与变形区分界线同挤压筒中心线夹角） ，平模挤压时取= 60，锥模挤压时，如无死区，则即为模角；挤压系数（挤压比）； Dt 挤压筒内径；d1 模孔直径； l1 工作带长度；l3 未变形区部分锭坯的长度； j 挤压应力； s 挤压坯料的变形抗力，其值取决于坯料的性质、挤压温度、变形速度及变形程度；P挤压力： 1 工作带与坯料间的摩擦系数。由公式计算得： 挤压力为 P=14.96MN故硅青铜棒的挤压可采用15MN 的挤压机。3.5设备负荷计算3.5.1工作制度与年工作台时数的确定A 工作制度的确定在选择设备时，计算设备负荷时首先要确定车间工作制度和设备年工作台时。车间工作制度采用非连

16、续工作制星期日和节假日休息。如加工车间，其生产过程可以是非连续，因为整个生产流程是由一定数量的单体设备构成的一系列中间工序组成，年工作日按300天，每天3班，每班8小时。对于加工车间的设备，如有的负荷率较低，也可采用两班制或一班工作制。B 设备工作台时的确定设备年工作台时（设备制度工作台时，或年时基数）计算公式为： 设备年工作台时 = 年工作日班次每班工作时间。考虑到设备需要安排一定的时间进行大修（一般2-4年1次）和中修（一般1-2年1次）的时间损失，用于生产的有效时间系数称为设备台时系数。考虑到交接班、更换工具、更换品种、调整设备、待料以及工人生理所须的时间等的时间损失，用于生产的有效时间

17、系数，称之为设备运转系数。设备台时系数和设备运转系数的乘积就是设备利用系数。设备年实际工作台时=设备年时基数设备利用系数 熔铸设备年实际工作台时=35824设备利用系数 压力加工车间设备年实际工作台时=30024设备利用系数 机加工设备年实际工作台时=30024设备利用系数。 具体计算如下：熔铸设备年实际工作台时 = 354 24 0.86 = 7306.56h挤压机年实际工作台时 = 250 24 0.8 = 4800h锯切设备年实际工作台时 = 250 24 0.83 = 4980h矫直设备年实际工作台时 = 250 24 0.83 = 4980h均热、退火、时效设备年实际工作台时 = 2

18、50 24 0.865160 = 4800h加热炉年实际工作台时 = 250 24 0.83 = 4980h3,5,2设备负荷能力计算为了正确选择设备，合理使用设备，充分发挥设备潜力，做好设备间的平衡工作，工艺设计者必须进行设备负荷能力计算。设备的负荷能力，就是设备的生产能力。要求算出各种计算产品在每个工序为完成年计划产量所需的台时数，确定出为完成年计划产量所需的设备数量，计算出设备负荷率。首先从设备小时生产额入手。A 设备小时生产定额设备小时生产定额，即设备小时生产能力。以Hb表示。 Hb=3600GT 式中 G设备每生产该种计算产品的一块坯料的平均重量，t； T设备每生产该种计算产品的一块

19、坯料所需之平均总计时间，sT=t+t式中 t机动时间，s t总辅助时间，s设备小时产量是常用的生产率指标，是指生产合格产品而言。在加工工艺过程中，要产生各种金属损耗及废品、废料，因此，要将各工序小时处理量Hb值分别除以各工序在制品投料系数。 B 年产量计算设备年产量的计算式为： Q年=HpTjw 式中 Tjw设备年实际工作台时 Hp综合平均小时产量 吨/时 C 设备完成年计划产量所需台时设备完成年计划产量所需台时u的计算式为 u=QKtHbK1h 式中 Q年计划产量 ，t； Kt设备利用系数； Hb设备小时生产定额 t/h；D 设备完成年计划产量所需台数设备完成年计划所需台时的计算式为 N=u

20、zW=1200000/3.4825024=57 式中 u全年所需的台时数，t； W设备年实际工作台时总数,t；E 设备负荷率 设备的负荷能力就是设备的生产能力，要求算出各种计算产品在各个工序为完成年计划产量所需的台时数，确定出为完成年计划产量所需的设备数量，计算出设备负荷率。设备负荷率反映了设备是否被充分利用以及设备间的平衡情况。设备负荷率由下式决定：设备负荷率=计算台数/采用台数100% =57/68=84% 或 =生产产品所需之台时数/设备年实际工作台时数100%在一般情况下，设备负荷率介于0.750.85之间较合适。该值过低，设备不能充分发挥作用；过高则负荷过重。如果设备负荷大于0.9甚

21、至1.0时，说明负荷过重，在这种情况下，应考虑增加设备台数，另行增加的设备，既可以与原选设备大小规格相同，也可以不同。 第 21 页4. 工艺流程定额卡硅青铜工艺流程 定额卡 车间名称：棒材生产车间 产品密度：7.6g/cm3 锭坯来源、名称：半连续铸锭 产品名称、种类：QSi1-3棒材 每个成品平均重量：13.68 kg 锭坯尺寸： 220mm490mm 产品牌号、状态：QSi1-3 成品率：61.97% 每个锭坯平均重量：168.6kg 成品规格尺寸：30mm400mm 技术条件：YB460-71 一吨成品的锭坯消耗定额： 1.462t工序编号工序名称设备名称工艺技术特点加工后制品尺寸加工

22、后制品重量各工序的金属损失（占锭坯重量的百分数）金属补偿系数（投料量系数）K直径长度个重个数总重几何废料技术废品烧损及熔损该工序损失由开始至本工序前的损失kg%kg%kg%kg%kg%012345678910111213141516171819123456加热 挤压 矫直锯切酸洗矫直感应加热炉 1500t卧式油压机斜辊式圆棒矫直机圆盘锯 酸洗槽斜辊式圆棒矫直机T=640860=140mm/s; 压余H=200筒内径300矫直速度16m/min定长切断 H2SO4 10%18%矫直速度16m/min2207676767676490400400400400400168.6168.6168.614.

23、0513.6813.6813.6811112121212168.6168.2167.9137.6128.5127.6126.825.47.20.760.564.53.20.45.60.30.60.10.840.10.10.40.324.75.69.10.30.60.80.10.113.463.45.70.10.10.141.443.546.847.354.867.469.572,321.523.124.626.432.934.638.239.339.71.451.321.271.221.211.191.171.111.0小计7640013.6812126.841.814.81.325.36.9

24、12.472.339.75. 车间平面布置图5.1车间平面布置 车间平面布置主要指设备和设施按选定的生产工艺流程确定平面布置。平面布置的合理与否对于设备生产能力的发挥，工人操作安全、生产周期的长短及生产率的高低有着很大的影响，在平面布置时应当从实际出发求得最大合理的布置。 5.1.1车间平面布置的原则1) 应满足生产工艺要求，使生产流线合理。2) 即有利于生产，又使占地面积小，运输线最短，以求缩短周期，提高生产率和单位面积产量。3) 保证操作方便，安全生产和工人的健康。4) 使人行道与工作线平行，避免金属（原料与成品）流线与金属废料流线以及其他材料的运输线相互交叉。5) 考虑将来的发展，要留有

25、适当的余地。5.1.2平面布置的内容（1）金属流程线的布置金属流程线指生产各类产品由原料到成品的工艺流程线，把所选定的设备与设施布置在相应工序的工艺流程线上，同时要考虑中间的堆料场地以及运输等。金属流程线常见的几种形式如图所示。 （a） （b） （c） (d) (e) (f) (g)1.直线式从生产的连续性及运输方面看是最合理的。因此常用于连轧机以及初轧机等。但这种生产流程受到厂房长度的限制，因为厂房愈长所铺设的管道也愈长，故经济上是不合理的，建设投资大，一般认为厂房长度最好不要超过500m长。2.直线横移式这种方式主要用于管材车间。因为管材的横向运输主要靠管材本身的自由滚动，在型材车间中大多

26、数冷床布置也常采用。3.曲折式这种形式节省厂房长度，适合多跨的车间。4.放射式常用于当由一个设备加工后的料进到两个以上相同设备继续加工时的情况。5.汇聚式常用于分别由两台以上相同或不同设备加工后的料进到一台设备加工时的情况。6.过渡式当布置很多相同设备时才采用此种方案，如精整工段常用。7.分枝式在设备数目不多，但品种很多的情况下常采用此种布置形式。实际上，由原料到成品的加工流程很长，工序很多，设备复杂。因此不可能采用单一的方式，而是几种形式的综合。本设计采用曲折式。（2）生产设备的布置设计车间平面布置时，首先要做出包括主要生产工段、辅助生产工段、仓库、动力系统、生活间及办公室等部分在内的平面布

27、置图，而且同时要做几个方案加以比较分析，最后确定一个较好的方案。生产设备布置没有一定的规定。在平面布置图上首先根据生产工艺流程的顺序和要求布置各种生产设备。布置主要设备时，要尽量使产品流线方向与厂房纵向一致，尽力避免横向运输，但有些情况是不可避免的。在考虑设备之间相互关系和决定间距时应根据产量大小，设备长度和设备操作条件等因素。在保证满足生产要求的条件下，尽量紧凑，以节约车间面积。在布置设备时，设备不能位于吊车工作达不到的范围。离厂房的柱脚边缘必须留出一定距离。在布置主要设备时为了确保人身安全及安装、维修等工作方便，要留操作面积。其大小视不同的设备以及机械化、自动化程度不同而定。在考虑设备之间

28、相互关系和决定间距时应根据产量大小，在保证满足生产要求的条件下，尽量紧凑，以节约车间面积。另外，有些设备要留有足够的更换工具或部件的操作面积及操作空间。设备彼此间的距离，可根据实际经验按照各工序的实际作业情况来决定。（3）车间内通路的布置一般大、中型车间应有下述通路：1.车间主要通路：这是车间内部运输通路，如电气台车通路、过跨运输之窄轨小车。2.车间次要通路：用于运输材料、备品备件、设备检修及仓库场地的通路等。3.人行通路及防火通路车间通路的宽窄对工人操作安全，工作方便以及生产任务的完成有重要的影响。因此，在车间设计时要正确的选择。设备之间的通路宽度根据运输小车的宽度确定。当小车的宽度为1200mm时，单向运输通路的宽度可取2200mm；双路返向运输通路的宽度可取4000mm。人行通路一般可取1m宽，当车间的人较多，考虑到非常的情况下需迅速疏散时，则人行通路的宽度可取2m。防火路可与运输通道结合起来统一考虑。总之，通路的宽窄和多少必须根据具体条件而定，