年产58万吨铜材车间设计

1、江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 1 - 目目 录录 第一章第一章 总论总论.- - 1 1 - - 1.11.1 车间设计的一般概论车间设计的一般概论 .- - 1 1 - - 1.21.2 车间设计的目的和任务车间设计的目的和任务 .- - 1 1 - - 1.31.3 车间设计的依据车间设计的依据 .- - 2 2 - - 1.41.4 我国铜加工现状我国铜加工现状 .- - 2 2 - - 1.51.5 可行性研究可行性研究 .- - 6 6 - - 1.61.6 车间概况车间概况 .- - 7 7 - - 1.71.7 厂址选择厂址选择 .- - 7 7 - - 第二章第

2、二章 产品生产方案选择产品生产方案选择.- - 9 9 - - 2.12.1 产品方案的编制产品方案的编制 .- - 9 9 - - 2.22.2 计算产品的选择计算产品的选择 .- - 9 9 - - 2.32.3 生产方案的确定生产方案的确定 .- - 1111 - - 2.42.4 加工金属的基本性能加工金属的基本性能 .- - 1313 - - 第三章第三章 生产工艺流程生产工艺流程.- - 1616 - - 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 2 - 3.13.1 生产工艺流程的确定生产工艺流程的确定 .- - 1616 - - 3.23.2 工艺叙述工艺叙述 .- - 1

3、919 - - 第四章第四章 设备的选取设备的选取.- - 3939 - - 4.14.1 设备选择的依据设备选择的依据 .- - 3939 - - 4.24.2 主要加工设备的选择主要加工设备的选择 .- - 3939 - - 4.34.3 辅助设备的选择辅助设备的选择 .- - 4646 - - 第五章第五章 工艺计算说明工艺计算说明.- - 5252 - - 5.15.1 挤压力的计算挤压力的计算 .- - 5353 - - 5.25.2 拉伸配模及拉伸力计算拉伸配模及拉伸力计算 .- - 5555 - - 5.35.3 编制生产工艺流程定额卡编制生产工艺流程定额卡 .- - 6565

4、- - 5.45.4 编制金属平衡表编制金属平衡表.- - 6565 - - 5.55.5 设备负荷率设备负荷率 .- - 6767 - - 5.65.6 工作制度与年工作台时数的确定工作制度与年工作台时数的确定 .- - 6868 - - 5.75.7 设备负荷能力计算设备负荷能力计算 .- - 6969 - - 第六章第六章 车间平面布置和立面尺寸车间平面布置和立面尺寸.- - 7171 - - 6.16.1 车间平面布置车间平面布置 .- - 7171 - - 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 3 - 6.26.2 车间立面尺寸车间立面尺寸.- - 7979 - - 第七章第

5、七章 辅助设施辅助设施.- - 8181 - - 7.17.1 车间照明车间照明 .- - 8181 - - 7.27.2 车间供水与排水车间供水与排水.- - 8181 - - 7.37.3 供热和供气供热和供气 .- - 8282 - - 7.47.4 车间动力车间动力 .- - 8383 - - 7.57.5 消防消防 .- - 8484 - - 第八章第八章 劳动组织与技术经济指标劳动组织与技术经济指标.- - 8585 - - 8.18.1 车间劳动组织车间劳动组织 .- - 8585 - - 8.28.2 投资概算投资概算 .- - 8888 - - 8.38.3 流动资金定额的概

6、算流动资金定额的概算.- - 9292 - - 8.48.4 产品成本概算产品成本概算 .- - 9393 - - 8.58.5 投资回收期估算投资回收期估算 .- - 9898 - - 8.68.6 银行贷款偿还能力计算银行贷款偿还能力计算.- - 102102 - - 第九章第九章 环境保护与劳动安全环境保护与劳动安全.- - 103103 - - 9.19.1 环保对车间设计的要求环保对车间设计的要求 .- - 103103 - - 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 4 - 9.29.2 环保的内容和对策环保的内容和对策 .- - 103103 - - 9.39.3 劳动安全

7、劳动安全 .- - 105105 - - 附附 录录.- - 107107 - - 主要参考文献和书目主要参考文献和书目.- - 108108 - - 致致 谢谢.- - 110110 - - 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 1 - 第一章第一章 总论总论 1.11.1 车间设计的一般概论车间设计的一般概论 本车间设计是一个年产量 5.8 万吨铜及铜合金管棒材压力加工车间的设计， 其内容包括生产工艺、设备选取、土建、供水和排水供气供电运输采暖与通风 等设计，他们是一个完整的整体。其车间设计的依据是设计任务书，然后进行 车间的生产方案选定，工艺设计，设备选择，画出车间工艺平面布置图

8、，确定 车间劳动组织与技术经济指标等，并且对水、电、动力、热力、通风、照明、 厂房建筑等设计提出技术要求及所需的资料。 1.21.2 车间设计的目的和任务车间设计的目的和任务 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。设计的任务 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 1） 确定产品品种、规格、质量标准及年产量。 2） 确定产品的生产方案及生产工艺过程，选取主要设备确定其必要的数 量。 3） 选择与计算辅助设备。 4） 计算完成年计划产量所需的原料，材料及动力消耗。 5） 提出动力、运

9、输、照明、采暖、通风、供水、排水等各项设计要求。 6） 计算车间所需面积，车间内主要设备与辅助设备的布置。 7） 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。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 2 - （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，计划单位产品成本和综合技术经 济指标。 1.31.3 车间设计的依据车间设计的依据 在进行车间设计之前，应从技术经济部分取得设计任务，而设计任务是有 关部门根据国家计划经过充分讨论制定出来的,其基本内容有： 1)车间的生产规模，生

10、产品种； 2)车间的生产方案； 3)建厂地址，厂区范围和资源情况，水文地质，原材料、燃料、动力，供 水以及供电等供应情况，还有运输情况等； 4)要求达到的经济效益和技术水平； 5)投资以及劳动定员的控制数字； 6)环保情况。 1.41.4 我国铜加工现状我国铜加工现状 铜是人类最早使用的金属。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并 用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响 深远。铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%，在 个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%5%。自然界中的铜，多数以化合物即铜 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 -

11、3 - 矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而 成为含铜品位较高的铜精矿。 世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地，目前全世界已探明 的储量共35亿万吨,其中智利占24%,美国占16.9%,独联体占10.15%,扎伊尔占 7.39%,赞比亚占4.55%,秘鲁占3.41%,美洲占了世界储量的60%。 我国铜生产地 集中在华东地区，该地区铜生产量占全国总产量的51.84%,其中安徽、江西两省 产量约占30%。铜的主要消费地则在华东和华南地区，二者消费量约占全国消费 总量70%。 铜是一种红色金属，同时也是一种绿色金属。说它是绿色金属，主要是因为 它耐用，容易再

12、溶化、再冶炼，因而回收利用相当地便宜。 在二十世纪60年代， 铜最大的使用市场是电器和电子市场，约占总数的 28%。1997年，这两个市场成为铜消耗的第二大终端用户，拥有25%的股份。在 许多电器产品中，（例如：电线、母线、变压器绕组、重型马达、电话线和电 话电缆）铜的使用寿命都相当地长，只有经过20到50年以后，里面的铜才可以 进行回收利用。其他含铜的电器和电子产品（比如：小型电器和消费电子产品） 使用寿命则比较短，一般是5-10年。商业性电子产品和大型电器产品通常要回 收的，因为它们除含有铜以外，还有其他珍贵的金属。尽管如此，小型的电子 消费产品的回收率还是相当低的，因为它们里面几乎没有多

13、少铜元素。 随着电子领域科学技术的快速发展，一些陈旧的含铜产品越来越过时了。比 如，在二十世纪80年代，电话转换站和中央营业所是铜和铜合金碎屑的主要来 源，但是数字转换的出现使得这些笨重的、金属密集的东西变得越来越过时了。 交通设备是铜的第三大市场，约占总数的13%，与二十世纪60年代基本相同。 尽管交通的重要性没有改变，但是铜的使用形式却发生了很大的变化。许多年 来，自动散热器是这方面最重要的终端用户；然而，铜在自动电器和电子产品 中的使用飞速增长，而在热交换器市场中的使用则有所下降。小轿车的平均使 用寿命是10-15年，几乎所有的铜（包括散热器和配线）都是在它的整体拆卸和 回收前来进行回收

14、的。 工业机器和设备是另外一个主要的应用市场，在当中铜往往有比较长的使用 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 4 - 寿命。然而，铜在这一市场中的使用并没有增长，现在只占总使用量的12%，而 60年代则是21%。消费产品和一般性产品的相对重要性也从60年代的13%降到70 年代的9%。硬币和军火是这方面主要的终端用户。子弹很少回收，一些硬币可 以熔化，而还有许多则由收藏者或储蓄者保存，不可以进行回收。 铜是相当耐用的。它具有导电性，通常不会随着时间的推移而腐蚀或恶化。 因而铜经常用于生产使用寿命比较长的产品。1997年建筑业对铜的消耗量大约 占全美国铜消耗量的42%，比1960年增长

15、22%。现在家中对铜的使用也比过去50 年或100年前明显增多了。 一个建筑的基础设施可以扩大或现代化，但是家居或办公室中的铜线、铜管 和黄铜配件则几乎不需要替换。因为铜的使用寿命比较长，并且家居中所包含 的铜要比现在建筑结构中所包含的要少，所以建筑和建设行业里只有少量的铜 碎屑。 对于建筑铜线、铜管和铜配件来说，旧铜屑的回收率（即旧铜屑的消耗量与 铜的消耗总量的比值）与钢、铝和塑料相比是比较低的。其原因是包装产品 （都是钢、铝和塑料的主要终端用户）只有长达几星期的周期，可以在一年内 回收好几次。但是从另一个角度讲，铜制产品一般使用寿命比较长。这就影响 了用来回收的铜屑的供应量。 当人类进入

16、21 世纪，铜的开采、冶炼、加工已经高度现代化、自动化，铜 及铜合金已达 250 多种，分别具有高强度、高导电、高导热、高耐蚀等优良性 能。铜及铜合金加工已形成现代重要工业体系，分别以板、带、箔、管、杆、 型、线等多种形式供国民经济和国防工业部门的需要，从高新技术直至人们日 常生活、从微电子技术到空调、冰箱、彩电，到处都有铜的身影，铜无处不在， 铜与人类共舞，铜是人类的朋友。今天，中国铜工业生产和技术已相当发达和 进步，铜加工材产量已居世界第一位，其中空调用高效散热管的制作技术和产 品品质已走在世界前列；1997 年洛阳铜加工厂建造的普陀山南海观音铜像，总 高 20m，总重 57，使用了铜铝镍

17、铟仿金合金，造形优美，金光闪闪，被称为 世界第一大仿金铜佛。 铜及合金加工包括合金制备、熔炼铸造、压力加工等重要工序，铜经过加 工可以获得不同性能、不同颜色、不 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 5 - 同形状的各种材料，用于国民经济和人民生活各方面；铜的加工已从原始个体 劳动、简单火法熔炼、工具锤打等落后生产方式发展到今天高度现代化、微机 控制、高度机械化的大工业。以压力加工为例，已形成感应电炉熔炼、连续铸 锭、高精度热轧、热挤、高精度冷轧、保护气体退火、在线品质质量监督、无 损探伤等自动化生产方法。生产的铜制品有板、带、条、箔、管、棒、型、线 等；为进一步提高生产效率、节省能源

18、、节省金属损耗、保护环境，铜及合金 熔炼及压力加工中采用了保护气体熔炼、无氧化加热、保护气体退火、无酸洗 生产、板带材卷式生产法、管材盘式生产法、线材连铸连轧法等，已成为重要 的生产技术；进一步压缩热加工工序，实现铜材生产从原料直至加工材成品的 连续化生产是今后铜加工的发展目标。 市场、生产技术与装备现状: 1. 铜及铜合金管材。 1）纯铜类管材。纯铜类管材的市场需求约占管材总需求量的 70%，主要用 于制冷空调、电缆、建筑用水管、电真空器件、冷凝器、蒸发器、热交换器以 及输送管路等。传统的生产方式有挤压（冷轧）拉伸法和斜轧穿孔（冷 轧）拉伸法。其中斜轧穿孔（冷轧）拉伸法由于所生产规格和合金品

19、种 少、管坯质量差等原因，现绝大多数企业已不采用，此种方法由于技术落后正 在逐渐淡出市场。随着技术的完善和装备水平的提高，高效节能的水平连铸 行星轧制（下简称称铸轧法）法已广泛地应用于纯铜类管材的生产。特别是在 制冷空调用管（包括内螺纹铜管）和电缆管的生产中，其生产技术和装备已十 分成熟和完善。铸轧法所能够生产的纯铜类管材最优规格为外径 3 35mm 范围的薄壁铜管。 2）铜合金管。铜合金管主要应用于电力电气、海水淡化、船舶制造、石油 化工、机械、造纸、建筑等国计民生的重要领域，用于制造热交换器、机械零 部件、冷凝管、波导管、散热器管、水道管、波纹管、蛇形管、挠性软管、泵 用管、管道配件、及管

20、件等。铜合金管目前的主要生产方式还是采用传统的挤 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 6 - 压冷轧拉伸方法，另有黄铜合金管的盘拉技术。盘拉伸技术是在直条拉伸 技术基础上发展起来的一种生产效率更高、成材率更高的拉伸技术。许多企业 也在研究实验对铜合金管进行盘拉，对于塑性好，加工过程不需进行中间退火 的合金来说已有了成功的经验，而对那些加工硬化快的黄铜合金进行盘拉生产 需要解决的难题仍有不少。铜合金管目前的技术和装备的进步主要表现在提高 产品质量和生产过程的控制水平、节能降耗、提高效率等方面。目前国内所能 生产铜合金管的最大直径已接近 500mm。 2. 铜及铜合金棒材。棒材是铜加工材

21、中重要一类，在铜及铜合金棒材中， 黄铜棒约占棒材总量的 90%，其中包括易切削、耐腐蚀、热锻、异型棒等，主 要供货形式有圆棒和型棒，型棒包括方形棒、矩形棒、六角棒、异型棒等。主 要用于航空航天、兵器、仪器仪表、通讯、船舶工业、电力电气、民用建筑、 机械零件、水暖管件、汽车附件、日用五金、卫生洁具、锁具等。我国习惯上 按加工方法将棒材分为挤制和拉制两大类，分别规定了相应的规格范围，小规 格的棒材与线材在规格上有所交叉，时常难以划分。而美国、日本等国家在棒、 线材规格交叉部分，则不以产品的尺寸而以交货形态划分，直态交货的称为棒 材，盘状交货的称为线材；通常棒材直径下限为 1mm，线材上限为 15m

22、m。 目前我国常用的棒材加工方式为采用热挤压、水平连铸或上引连铸等方法 制造棒坯，之后采用冷轧或拉伸的方法生产出产品。 1.51.5 可行性研究可行性研究 由于铜的广泛用途和大量消费及国内市场供不应求的局面，中国的铜及铜 合金生产具有很大的市场需求。相比外国铜及铜合金的生产，我国铜及铜合金 生产技术有待进一步提高以满足市场对铜及铜合金产品品种、质量、精度等方 面的要求。故我认为铜及铜合金生产设计是一个值得研究的方案。 铜及铜合金管棒材是铜加工产品中市场需求量较大的品种，其中铜管材也 是我国铜加工材中唯一净出口的品种，这从另一个侧面说明我国铜管材的加工 技术和产品质量水平已位居世界前列。目前我国

23、铜管棒产量已稳居世界第一， 而且在产品质量、品种及技术水平等方面均已达到世界发达国家水平，向铜管 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 7 - 棒生产强国迈进。未来我国各行业对铜和铜合金管棒的需求将继续增加，故， 根据以上分析，设计规模为年产 5.8 吨铜及铜合金管棒材生产车间。 在进行车间设计之前，应从技术经济部分取得设计任务，而设计任务是有 关部门根据国家计划经过充分讨论订出指定的。 1.61.6 车间概况车间概况 1.6.11.6.1 车间设计年产量、品种、规格、范围车间设计年产量、品种、规格、范围 本设计年产量为 5.8 万吨，生产紫铜管、无氧铜管、黄铜管、白铜管、青 铜棒等多

24、种产品。合金牌号分别为 TUP 、BZn15-20、HSn62-1、QA19-2、H62。 设计范围就铜及铜合金管棒材需求市场分析、工艺方案和主要设备选择，辅助 与公用设施以及投资效果等进行技术、经济论证。工厂设计是根据业主的的要 求，对建设工厂所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证、 编制设计文件的活动。 1.6.21.6.2 车间面积、车间面积、经济指标经济指标 车间总面积大约 22680m ，固定资产总投资接近 7352.90 万元，车间建成 后大约 69 个月即可收回成本。 1.71.7 厂址选择厂址选择 建厂地区选择应该考虑到以下几个要求： （1）必须符合国家工业布局的

25、基本要求； （2）原料，燃料，动力的来源和运输条件； （3）适当靠近产品的销售地区； （4）自然条件好，有适宜的气候环境； 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 8 - （5） 能就近取得足够的建筑材料； （6）与其他企业协作方便。 选择厂址，应充分利用各地区的丰富资源和各方面的有利条件，合理利用 人力和物力。使生产出来的产品能够合理的分配，从而使所设计的企业在最少 的投资下获得最大的经济效果。 考虑到近十几年来长江三角地区经济十分活跃，各类加工企业甚多，人民 的消费水平高，购买能力大，铜管材的市场消费量大。并且当地基础设施好， 交通便利，原料、产品运输方便。从各省份的生产情况来看，江

26、苏、浙江、广 东位居铜材加工生产量前三甲的地位仍未被撼动。而浙江除了有上述的有利条 件外，还是铜管材的集中生产基地，所以把工厂建在此地。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 9 - 第二章第二章 产品生产方案选择产品生产方案选择 2.12.1 产品方案的编制产品方案的编制 2.1.12.1.1 什么是产品方案什么是产品方案 产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、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。 2.1.22.1.2 编制产品方案的原则：编制产品方案的原则： （1）国民经济发展对产品的要求 根据国民经

27、济各部门对产品数量、质量和品种等方面的需要情况，既考虑 当前的急需，又要考虑将来发展的需要。 （2）产品的平衡 考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。 （3）建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性。 总之，在进行产品方案编制时，要以上述三点为依据，全面考虑，三者不 可偏废。 对于，各类产品的分类、牌号、化学成分、品种、规格尺寸及公差、交货 状态、生产技术条件、力学性能要求、验收规程、试验及包装方法等，均按标 准规定。 2.22.2 计算产品的选择计算产品的选择 车间拟生产的产品品种、规格及状态组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

28、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 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 10 - 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。 如何选择计算产品如下所述。 （1）有代表性。将所有的各类产品进行分类编组，从每组中找出一至几种 产量较大，产品品种、规格状态、工艺特点等有代表性。因此，可以从拟生产 的所有合金品种中选出十几种或几十种有代表性的产品。这些计算产品从全车 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。指所选的所有计算产品通过各工序，但不是说每一 种计算产品都通过各工序，而是

29、对所有计算产品综合来看的。若从拟生产的所 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的产量之和为总产量。 （3）所选的计算产品要与实际相接近 （4）计算产品要留定的调整余量。 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 是工艺设计中的主导。 产品方案与计算产品确定之后，应按产品名称、合金牌号、状态、规格范 围、产量等列成表，如表 2-1。 表 2-1 计算产品表 计算产品 序 号

30、制品 名称 合金牌号 品种规格 产量/t 合金 牌号 计算产品规 格/mm 状 态 技术 条件 备 注 1 铜管 TUP、 BZn15- 12000TUP8.01M YB4 47-70 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 11 - 8000 BZn15 -20 121.2Y YB717 -70 8000 HSn62 -1 131.7Y2 YB448 -71 20、 HSn62- 1、 QA19-2 25000 QA19- 2 212.5Y YB448 -71 2 铜棒 H625000H626M YB448 -71 2.32.3 生产方案的确定生产方案的确定 所谓生产方案是指为完成设计

31、任务书中所规定的产品的生产任务而采取的 生产方法。为了最终达到优质、高效、低消耗的生产目的，就必须对各种可能 的生产方法进行分析比较与选择，以确定出最佳的生产方案来。 （1）生产方案选择的依据 生产方案的选择与设备的选择密切相关，二者应同时加以考虑，确定生产 方案时主要考虑以下几点： 1）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 的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大的差别。 2）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。 3）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。 主要

32、考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照 一个厂，特别是比较成熟的工艺。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 12 - （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

33、较广泛。 4）斜轧穿孔或经冷轧拉拔法。 适合中等直径、塑性较好的金属管材生产，此法特点：产量高、几何废料 损失少、设备投资不高、生产品种少，管坯内外表面缺陷多，适合中小型厂。 5）焊接拉拔法。 适合生产较大直径管材，如水道管及热交换器管等。它是以带材作坯料经 成型、焊接、拉拔而成所需的管材。此法生产效率高，成本低，但管材有焊缝， 内表面质量差。 本设计选择挤压拉拔法、挤压冷轧拉拔法作为生产方案。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 13 - 2.42.4 加工金属的基本性能加工金属的基本性能 紫铜为面心立方晶体，无同素异型转变，具有优良的塑性变形能力，有高 的导电导热，耐蚀性和加工性

34、能。含降低导电，导热的杂质少。0.020.06%氧 对导电导热和加工性能影响不大,但易产生氢病,一般不能在高温还原气氛中加 工使用。 锌白铜具有优良的综合机械性能，耐腐蚀性优异、冷热加工成型性好，易 切削，可制成线材、棒材和板材，用于制造仪器、仪表、医疗器械、日用品和 通讯等领域的精密零件。 锡黄铜是在普通黄铜的基础上加入锡合金元素的黄铜。锡在饱和的 固溶 体中的溶解度很小，但当锌含量增加出现 相时，锡的溶解度会增加。少量的 锡能提高黄铜的强度和硬度，但超过 1.5以后反而会降低黄铜的性能。锡的 另一个重要作用是抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐蚀性。锡黄铜在海水中的耐蚀 性好，广泛用于制造海船零件，

35、有海军黄铜之称。 铝青铜含铝量一般不超过 11.5%，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以 进一步改善性能。铝青铜可热处理强化，其强度比锡青铜高，抗高温氧化性也 较好。有较高的强度 良好的耐磨性 用于强度比较高的螺杆、螺帽、铜套、密 封环等，和耐磨的零部件,最突出的特点就是其良好的耐磨性。为含有铁、锰元 素的铝青铜有高的强度和耐磨性，经淬火、回火后可提高硬度，有较好的高温 耐蚀性和抗氧化性在大气、淡水和海水中抗蚀性很好，可切削性尚可，可焊接 不易纤焊，热态下压力加工良好。 两相黄铜（从 H63 至 H59），合金组织中除了具有塑性良好的 相外，还 出现了由电子化合物 CuZn 为基的 固溶体。

36、 相在高温下具有很高的塑性， 而低温下的 相（有序固溶体）性质硬脆。故（+）黄铜应在热态下进 行锻造。含锌量大于 46%50%的 黄铜因性能硬脆，不能进行压力加工。 计算产品的化学成分见表 2-2 表 2-2 计算产品的化学成份 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 14 - 牌 号 CuPBiSbAsFeNiPbSnSO 总 和 TU P 99 .50 0.01- 0.04 0. 003 0 .05 0 .05 0 .05 0 .02 0 .01 0 .05 0 .01 0 .01 0 .49 牌号 Cu Ni+ Co Z n PbPFeMnSiSbSAsCBiMg 其 他 BZn1

37、 5-20 62. 0 65. 0 13. 5 16. 5 余 量 0 .02 0 .00 5 0. 5 0. 3 0. 15 0 .00 2 0.0. 0101 0 .01 0 0. 03 0 .00 2 0. 05 0. 9 牌号 C u AlMnAsPbFeSbNiSnSiP Z n 总 和 QA19- 2 余 量 8- 10 1.5- 2.5 0 .01 0 .03 0. 5 0. 002 0. 5 0. 1 0. 1 0 .01 1 1. 7 牌号 CuZnPbFeSbBiP 总和 牌号 CuSnZnPbBiFeSbP 总和 HSn62-161.0-63.00.7-1.1 余量 0

38、.1 0.0 02 0 .1 0. 05 0. 01 0. 3 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 15 - H6260.5-63.5 余量 0.0 8 0.1 5 0.0050.002 0.0 1 0. 5 第三章第三章 生产工艺流程生产工艺流程 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 16 - 3.13.1 生产工艺流程的确定生产工艺流程的确定 3.1.13.1.1 生产工艺流程的定义生产工艺流程的定义 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

39、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。 3.1.23.1.2 制定生产工艺流程的主要依据制定生产工艺流程的主要依据 制定生产流程的主要依据有以下几点： (1) 根据生产方案的要求 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) 根据产品质量的要求 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

40、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。 3.1.33.1.3 计算产品的生产工艺流程计算产品的生产工艺流程 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、最低的车间成本， 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 17 - 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。 铜及铜合金管棒材一般生产工艺流程如图 3-1 所

41、示。 加热 挤压 切断 酸洗 冷 轧 供锭 拉拔 光亮退火 退 火 酸 洗 矫 直 打 头 拉 拔 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 18 - 图 3-1 一般铜及铜合金管棒材生产工艺流程图 根据设计要求，结合中铝洛铜有限公司的生产工艺流程，制定了本设计课 题的生产工艺流程。具体如下： 1）8*1 紫铜 TUP 管的生产工艺流程 供锭加热挤压锯切矫直检查冷轧锯切检查修理退火 酸洗打头拉拔拉拔锯切打头拉拔拉拔锯切打头拉拔 拉拔锯切打头拉拔拉拔切成品矫直脱脂成品退火成品检查 入库。 2）12*1.2 锌白铜 BZn15-20 管的生产工艺流程 检查探伤 入库（Y） 成品退火 矫直切断

42、入库（M） 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 19 - 供锭加热挤压锯切酸洗矫直检查冷轧锯切退火酸洗 检查打头拉拔拉拔锯切退火酸洗打头拉拔拉拔锯切 打头拉拔拉拔成品矫直脱脂光亮退火成品检查入库。 3）13*1.7 锡黄铜 HSn62-1 管的生产工艺流程 供锭加热挤压锯切酸洗矫直检查冷轧锯切退火酸洗 检查打头拉拔拉拔锯切退火酸洗打头拉拔拉拔锯切 退火酸洗打头拉拔拉拔锯切退火酸洗打头拉拔成品矫 直脱脂光亮退火成品检查入库。 4）21*2.5 铝青铜 QA19-2 管的生产工艺流程 供锭加热挤压锯切酸洗矫直检查冷轧锯切退火酸洗 检查打头拉拔拉拔锯切退火酸洗打头拉拔拉拔成品矫 直脱脂光亮

43、退火成品检查入库。 5）6 黄铜 H62 棒的生产工艺流程 供锭加热挤压锯切酸洗检查打头拉拔拉拔锯切退火 酸洗打头拉拔切成品矫直脱脂成品退火成品检查入库。 3.23.2 工艺叙述工艺叙述 3.2.13.2.1 锭坯的选择锭坯的选择 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。 （1）选择的原则 锭坯尺寸与形状的确定对选择设备，确定工艺，提高产品产量与质量，降 低产品成本都有很大影响。因此，锭坯选择应根据下列原则： 1） 根据车间的规模和产量 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 20 - 对于设计规模和产量较

44、大的车间，应尽量的选择大锭坯。 2） 根据产品的规格尺寸 锭坯形状是由产品形状和设备特点决定的。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。 挤制管锭坯直径 D0 )d(1 22 D 挤制棒锭坯直径 D0D 锭坯长度 L0 或者取 L01.53 D0 各式中 D0 锭坯直径，mm； D 挤制管外径、圆棒直径，mm; D 挤制品内径，mm； L0 锭坯长度，mm； 挤压比； l 挤制管、棒材长度，mm； n 每根挤制管体型材切成定尺的根数； l1 挤制后管棒型材切头切尾长度，mm ； L1 1 挤压残料(压余)长度，mm。 3） 根据设备能力 1 1 L l

45、ln 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 21 - 锭坯的最大规格尺寸应取决于设备能力。对于挤压机来说，锭坯的尺寸与 挤压机的能力及选定的挤压比协调一致。设计或生产中通常根据合金的工艺性 能、挤压方法和设备能力等选挤压比，再根据制品的断面积，确定挤压筒的内 径与断面积，然后考虑锭坯直径要小于挤压筒内径，既留一定的间隙值，最后 确定锭坯的直径。在挤压铜及铜合金管棒时间隙值为 510mm。 4） 根据制品的性能确定锭坯厚度或直径 为保证产品的机械性能与内部组织的质量要求，锭坯应留有足够的变形程 度，确定锭坯最小限制尺寸。 5） 根据金属及合金的工艺性质 由于各种金属及合金的加工性能不同，

46、那么所选择的锭坯大小也不同。如 铝、铜等合金通常采用大锭，而对于一些难加工的金属采用小锭。 6） 根据铸造条件以及具体情况 目前采用的铸造方法有：水平模、立模、半连续及连续铸锭。应视不同的 情况进行选择，使用最广泛的是半连续与连续铸造法。 根据以上原则，本管棒材加工车间所采用的锭坯规格如表 3-1。 表 3-1 铸锭规格表 牌号铸造方法挤压机挤压筒直径 mm规格（DL） mm TUP 半连续铸造法 1500t150145*300mm BZn15-20 半连续铸造法 1500t150145*300mm HSn62-1 半连续铸造法 2500t200195*300mm QA19-2 半连续铸造法

47、2500t200195*300mm H62 半连续铸造法 1500t150145*300mm 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 22 - ( 2 ) 锭坯的质量要求 锭坯质量是生产优质板带薄材与管棒型材产品的基础，因为铸造缺陷常常是 产生各种各样废品的主要原因，有的内部缺陷大多在加工过程中才导致恶化产 品质量及降低成品率。 挤压用的锭坯品质要满足以下要求并严格检查：锭坯的化学成分及宏观组织 应符合标准的规定；尺寸及偏差应满足工艺的要求，以防止因厚度偏差过大而 影响挤压过程中的品质；严格检查表面品质，不但要求表面无缺陷，还要保证 修理合格；要求铸锭内部没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹

48、等缺陷。 3.2.23.2.2 挤压挤压 挤压，就是对放在容器(挤压筒)中的锭坯一端施加以压力，使之通过模孔 成型的一种压力加工方法。用挤压法可以生产空心的制品，所用的锭坯一般为 实心的，在某些情况下也用空心的锭坯，这主要取决于设备结构和金属的性质。 挤压时，穿孔针与模孔形成一环形间隙，在挤压杆压力作用下，金属由间隙中 流出形成管材。 3.2.2.13.2.2.1 挤压温度的选择挤压温度的选择 挤压过程的基本参数是挤压温度与速度，二者有着紧密的联系，因为挤压过 程常采用大的变形程度，其结果将提高金属在变形区的温度，当挤压速度和流 动速度愈大时，金属温度升高愈明显；因此，选择铸锭的加热温度时要考

49、虑金 属的最大塑性范围。遵守这一原则就可以使金属表层在挤压过程中不产生破坏； 因为在挤压时，变形金属的表面出现拉应力，将三向压应力状态变为二向压， 一向拉；其结果使金属的塑性降低，而产生破坏。可见，在一定变形程度下， 金属能够具有最大塑性时才是最佳挤压条件。 合理的的挤压温度范围，应该是根据金属的塑性图和相图决定的，当挤压高 温易氧化，易粘工具的金属与合金时，应降低挤压的温度范围。从塑性图上确 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 23 - 定的热挤压温度，一般范围很宽，但在实际生产中还必须根据其他的因素而将 次范围缩小。例如： 1.）使合金在挤压时保证在单相区内。也就是说，最好避免在

50、多相区内。 或者在没有相变的情况下进行加工； 2.）尽可能保证流动均匀； 3.）要考虑挤压热效应的影响； 4.）减少加热金属的氧化损失。 根据上述的确定的热挤压温度原则，本设计的挤压温度如下表 3-2。 表 3-2 各产品挤压温度 合金牌号 TUPBZn15-20HSn62-1QA19-2H62 挤压温 / 810830700800650 3.2.2.23.2.2.2 挤压比挤压比 挤压比一般根据生产工艺流程的工艺确定，其值大致控制在 10100 范围 内。 （1）金属与合金的可挤压性 确定了挤压温度后，随着挤压比的增大制品流出模孔的温度与速度均升高。 为了避免产生制品表面的粗糙化与裂纹，应选

51、择适当挤压比。 （2）制品质量要求 根据制品断面上的组织与性能要求，挤压热加工态的制品时，挤压比般 不得小于 1012。挤压用于二次挤压的毛料，一般不限制挤压比的大小，只根 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 24 - 据二次挤压的挤压筒规格来推算出一次挤压的挤压比。挤压小断面型材时，为 了使金属流动较为均匀，可采用多模孔挤压，降低挤压比。为了获得表面质量 好的挤制品，挤压比一般不小于 10。 （3）设备能力限制 根据挤压力与挤压比的对数成正比的关系，综合考虑挤压筒直径(挤压垫上 的单位挤压力)和金属材料在挤压温度下所需的挤压应力大小，使所确定的挤压 比值既能实现挤压过程又不超过设备

52、的能力。 3.2.2.33.2.2.3 挤压挤压速度速度 挤压速度对挤压过程能否顺利进行，对挤压制品质量均有很大影响。特别是对低 塑性金属和塑性区间很窄的合金来说，如果挤压速度增大，则金属由于外摩擦引起外 层产生附加拉应力而使其超出塑性范围就将引起制品表面开裂。所以挤压速度的选择 是保证制品质量的关键因素。 1.确定挤压速度时应考虑的原则： 1）金属塑性变形区温度范围愈宽，则挤压金属流出速度就愈大； 2）复杂断面比简单断面的挤压流出速度要低； 3）挤压时润滑好，可提高挤压速度； 4）纯金属的流出速度比合金大； 5）加工率大，则挤压速度可快； 6）金属粘性高的则挤压速度慢些（如铝青铜）。 2.挤

53、压速度范围： 挤压速度与金属流出速度关系如下： Vi=v/ 式中，v金属流出速度,m/s； 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 25 - 挤压比; Vi挤压速度 m/s; 各挤压制品的挤压速度如表 3-3 所示。 表 3-3 各挤压制品的挤压速度 挤压产品金属流出速度,m/s挤压比挤压速度 mm/s 紫铜管 4.041.496.6 锌白铜管 2.041.448.3 锡黄铜管 0.128.13.6 铝青铜管 0.828.128.5 黄铜棒 3.069.443.2 3.2.2.43.2.2.4 挤压时的润滑挤压时的润滑 一次变形量很大，金属与工具接触面上的单位正压力极高(相当于金属变形

54、抗力的 310 倍，其至更高)，这是挤压所具有的特殊变形条件。在此条件下， 变形金属的表面更新作用加剧，从而使金属粘结工具的现象严重。因此，挤压 时润滑剂的作用是尽可能地使表面干摩擦转变为边界摩擦。这不仅提高了制品 表面质量和工具的使用寿命，而且由于降低了工具对金属的冷却作用，使金属 流动不均匀性减少，挤压能耗降低。 大多数铜及铜合金管棒材的挤压，可以采用 45 号机油和 2030鳞片状石 墨调制而成的润滑剂，在冬季，为增加润滑剂的流动性，应加入 59的煤油 予以稀释，在夏季，可加入适量松香使石墨呈现悬浮状态。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 26 - 3.2.33.2.3 酸洗

55、酸洗 酸洗的目的主要是为了去除铜管坯表面的氧化皮，以提高成品率和产品质 量。热挤压或退火坯料，在高温下直接与空气接触，在其表面会产生氧化皮。 黑色的氧化铜一般在氧化皮的外层，内层是氧化亚铜。为防止氧化皮压入制品， 影响产品品质和磨损工具，坯料表面的氧化皮必须用酸洗的方法除去，直到显 示出金属本色后，坯料才能继续加工。酸洗氧化皮主要用硫酸水溶液。 酸洗的工艺流程为：酸洗冷水冲洗热水浸泡晾干。对于热状态的纯 铜、单相黄铜和白铜，可以直接放入冷水中急冷后再进行酸洗；对于锌含量高 的黄铜，必须在空气中冷却到 300以下，才能放入水槽急冷却后，再进行酸 洗。配制酸溶液时必须是先向槽内注入水，然后才能注入

56、硫酸，否则会引起爆 炸。 工艺操作和技术要求： （1）各种金属及合金制品必须在指定的酸槽中酸洗，不能混用。 （2）酸洗时，物料要全部浸没在酸液下面，以提高酸洗质量。 （3）酸洗时，应上下升降 23 次，每次升降均把管内酸液流干净。 （4）TUP，BZn15-20，HSn62-1，QA19-2 管出炉时，必须放入清水槽内急 冷，以脱去氧化皮。有利于酸洗。其余牌号自然冷却。 （5）在酸洗完毕起吊物料时，应把酸洗液流在酸槽内，以防硫酸散失，避 免产生公害和造成浪费。 （6）酸洗槽内不准放入钢丝绳或浸入铁制品，以免黄铜酸洗发红。 （7）每吊料槽先后要用高压水仔细冲洗后分别吊入清水槽和热水槽中而且 要上

57、下升降 23 次，每次都应使管子内的水流出后在热水槽中烫干。 （8）酸液原料每月更换一次。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 27 - （9）酸洗时，先向槽中注入水，而后放酸。酸液液面高度不得高于槽高的 三分之二。 （10）要特别注意酸洗内径小于 10mm 的黄铜管材酸洗后，应及时吹风干燥。 （11）当连续生产时，冷、热水槽的水 35 天更换一次。洗成品应每班更 换一次。 （12）酸洗过程中，要时刻注意碰伤、擦伤、碰扁制品等现象发生。 （13）每吊料酸洗完毕，应插上流程卡，交下道工序。 （14）酸洗质量应符合酸洗半成品质量验收标准。 3.2.43.2.4 冷轧冷轧 由 2500、1

58、500 吨挤压机经挤压后提供的管坯，经过各种不同型号的轧管机 进行多次冷轧变形，将管坯轧制到所需要的规格，其优点是：金属及合金变形 好，能缩短和改善生产流程，显著地减低几何废料，提高成品率。 轧管工艺操作和技术要求: 1. 轧制前应看清楚流程卡上的卡号、牌号、规格及其他要求，按工艺流程 进行轧制。 2. 在轧制过程中，如发现管材裂开，芯棒弯曲，应立即停车处理。 3. 经常检查轧辊芯头等工具表面，防止因粘铜或脱铬而损伤制品的外表面， 禁止使用工作表面带有砸伤及其他缺陷的孔型或芯头。 4.对轧制过程中产生的废品要及时挑出，进行修理或切除，并将废料按牌 号分开装桶。 5.为防止黄铜轧制产生的内应力裂

59、纹，冷轧后的坯料应在 24 小时内送到退 火炉及时退火。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 28 - 6.对开机后轧出的第一根管子，或更换调整工模具后的第一根管子，应仔 细检查表面质量并测量尺寸公差，确认合格后方可批轧制。 7.在轧制高硬度合金时，应先选用交底速度试轧一根，经检查和测量认为 合格后，再逐渐调高速度直至达到规定范围。 8.每吊料轧出后，插好流程卡，移交下道工序。 9.轧制质量应符合轧制半成品质量验收标准。 3.2.53.2.5 碾头碾头 坯料在拉伸前必须先制夹头。即先将坯料一端的断面减小到能顺利穿过模 孔。坯料经过 23 次拉拉伸又要重新制作夹头。夹头的长度为拉伸机床

60、头板的 厚度加(50100)mm，管棒材夹头长度范围见下表 3-4。 表 3-4 管材夹头长度范围 坯料直径/mm夹头总长度/mm坯料直径/mm夹头总长度/mm 15100 1640 120 4170 150 201250 230 71100 160 251300260 101140 180 301400 300 141200 200 工艺操作和技术要求： （1）制头是要看清流程卡上的卡号、牌号、规格及其他方面的要求进行制 头。 江西理工大学 2013 届本科生毕业设计 - 29 - （2）制好的头子应有足够的强度以满足拉伸工艺的要求。 （3）热制头时，应避免加热温度过高、时间过长或加热温度过