金属压力加工车间设计05 设备选择

01二月2023第五章设备选择授课教师：彭良贵压力加工车间设计课程01二月2023第5章设备选择5.1主要设备选择熔铸设备选择轧机的选择挤压机的选择拉拔机的选择01二月20235.1主要设备选择主要设备选择的原则：

满足产品方案的要求，保证获得高质量的产品；（产品角度）

满足生产方案及生产工艺流程的要求；（工艺角度）注意设备的先进性和经济上的合理性；（技术经济角度）

要考虑设备之间的合理配置与平衡。（系统效率角度）01二月20235.1主要设备选择（熔铸设备）熔铸设备选择：有色金属及合金熔炼炉竖炉火焰反射炉电阻加热炉感应加热炉燃料炉电炉工频炉中频炉高频炉电子束炉电弧炉炉型比较：

熔炼速度、容积、能耗等技术参数；

熔炼质量；技术水平及生产效率；

操作环境及环保；投资及技术经济指标。http://www.otto-junker.de/en01二月20235.1主要设备选择（熔铸设备）熔铸设备选择：有色金属及合金铸造设备半连续铸造设备连续铸造设备钢丝绳式半连续铸造机液压式半连续铸造机丝杠式半连续铸造机立式连续铸造机卧式连续铸造机铸机选择：技术参数（铸造速度、铸锭尺寸、产量及能耗）技术水平及生产效率；

操作环境及环保；投资及技术经济指标。01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择轧机类型板带轧机管材轧机型材轧机（轧辊辊身呈圆柱形）（轧辊辊身有轧槽）（轧辊辊身呈圆锥形、腰鼓形或盘形）轨梁轧机线材轧机型材轧机自动轧管机周期式轧管机连续式轧管机多辊横向旋压机01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择-轧机的种类行星轧机二辊轧机三辊轧机三辊劳特式轧机四辊轧机（六辊）八辊轧机十二辊轧机十四辊轧机二十辊轧机十六辊轧机立辊轧机二辊万能轧机四辊万能轧机穿孔机三辊轧管机钢球轧机异步轧机（辊径差/速度差）VC、HC、CVC、PC01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）Y型轧机是在钢管张力减径机的基础上，于1957年由原西德柯克斯公司设计，用作线材生产的精轧机组。轧机由互成120°的圆盘型轧辊构成，其轧辊布置呈Y字型。机组一般用6～13架工作机座，相邻机座呈Y型与倒Y型交替布置实现无扭轧制，轧制速度可达60m/s。开坯机：轧辊的名义直径型材轧机：轧辊的名义直径线材轧机：轧辊的名义直径板带轧机：轧辊的辊身长度钢管轧机：所轧钢管的最大外径01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机牌坊窗口尺寸和主柱面积最大允许轧制力、轧制力矩轧制速度、电机功率、额定转速坯料与成品尺寸设备重量，外型尺寸年产量及标称参数轧机选择-轧机的主要技术参数01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择-轧机的布置形式横列式（a）顺列式（b）棋盘式（c）半连续式（d）全连续式（e）轧机布置单机架布置多机架布置3/4连续式01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧机主要参数

机架数

一般参照年产量相近的同类厂家。连轧机：立柱面积为总延伸系数；为平均延伸系数；铸铁辊a=0.6-0.8钢辊a=0.8-1.0合金钢辊a=1.0-1.2d为辊颈直径，或支撑辊辊颈直径主电机参数1）主电机型式交流/直流

2）传动方式单独传动：方便，动态速降大集体传动：动态速降影响小分组传动

3）额定功率和转速一般参考同类车间预选

轧制力矩、总力矩计算、功率计算、

电机选型、额定转速确定，校核01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧辊参数轧辊由辊身、辊颈和轴头（传动辊）三部分组成。工作辊辊身与轧件接触；轧辊辊径安装在轴承中，通过轴承座和压下装置将轧制力传递给机架；轧辊轴头和连接轴相连，传递轧制扭矩。轧辊的基本尺寸参数有：轧辊的名义直径、辊身长度、辊颈直径、辊颈长度。01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧辊参数轧辊直径D

考虑轧辊抗弯强度及其容许挠度（工艺要求），同时注意咬入角的容许值。经验公式：

有张力轧制时Dmax

=（1500~2000）×hmin

无张力轧制时Dmax

≤1000×hmin

对型钢轧机而言，轧辊直径可由坯料高度确定：

D=K1×Hmax所轧最大坯料厚度轧机型式系数轧件最小可轧厚度初轧机：1.3～1.7大型材：2.5～4.5中型材：2.9～5.0小型材：4.5～6.0线材：5.0～8.0对管材轧机，其轧辊直径：坯料直径附加量倍数或01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧辊参数辊身长度L

辊身长度余量板带轧件最大宽度辊身长度余量与最大板宽和冷轧/热轧条件相关：热轧：700mmHSM，α=100mm；1450mmHSM，α=150mm；4300mmPM，α=200mm；冷轧：650mmTCM，α=100mm；1800mmTCM，α=150mm；辊身长度与直径的关系：初轧机：L/D=2.3~3.0

二辊中厚板轧机：L/D=1.85~3.50二辊中薄板轧机：L/D=1.5~2.2型材轧机：L/D=1.5~2.5四辊轧机工作辊：L/D=2.5~4.0四辊轧机支撑辊：L/D=1.8~2.70

穿孔机：L/D=0.55~0.7

自动轧管机：L/D=1.45~1.55均整机：L/D=0.80~0.90注意：1）对于带液压弯辊装置的四辊轧机，为消除工作辊与支撑辊间的有害接触，支撑辊之辊身长度应比工作辊略小。2）对于CVC等工作辊横移类轧机，工作辊辊身长应增加两倍之横移量。3）型材轧机辊身长应考虑孔型数及其宽度。01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧辊参数轧辊辊面硬度

轧辊硬度软辊硬面辊半硬辊（肖氏硬度约为30～40HS，用于开坯机、大型型钢粗轧机）特硬辊（肖氏硬度约为40～60HS，用于型钢轧机、板带粗轧机）（肖氏硬度约为60～85HS，用于精轧机）（肖氏硬度约为85～100HS，用于冷轧机）轧辊辊型

平辊：负凸度（热轧）、正凸度（冷轧）；倒角CVC辊型01二月20235.1主要设备选择（轧机设备）轧机选择–轧辊参数轧辊材质（合金铸钢辊、铸铁辊、合金锻钢辊）

01二月20235.1主要设备选择（挤压机设备）挤压机选择：结构形式立式挤压机卧式挤压机（对中性好，占地小，需要高厂房或深地坑）（操作、维护容易，但占地大，易产生偏心）传动方式机械传动液压传动（吨位小，热挤压很少采用）（吨位大，启动平稳、过载适应性好）穿孔系统无有（管棒型材都适合）（适合挤压棒材和线坯）连续挤压机连续挤压原理连续包覆原理01二月20235.1主要设备选择（拉拔机设备）拉拔机选择：结构形式链式拉拔机卷盘式拉拔机拉丝机卧式管棒材液压连续拉拔机链式三线拉拔机卷盘式拉拔机直线式拉丝机01二月20235.1主要设备选择1、某厂拟生产黄铜冷轧板材，规格为0.2mm×600mm×4000mm（厚×宽×长），要求采用带式法生产，通过计算选择一台合适的成品轧机（不考虑年产量），并提出所选轧机的主要技术参数（轧辊直径、辊身长度、轧制速度、主电机功率）。练习题2、某厂拟生产紫铜（T2）管材Φ55mm×5mm（R态），已知铸锭尺寸为Φ195mm×350mm，要求通过计算选择一台吨位最小的挤压机。01二月2023

5.2

辅助设备选择

加热及热处理设备选择

切断设备选择

矫直机选择

冷却、冷床设备选择

铣面、除鳞及酸洗设备选择

起重运输设备选择

其他设备第5章设备选择01二月20235.2辅助设备选择辅助设备选择的原则：

必须满足生产工艺流程的要求；（必备）

必须保证有较高的工作效率，充分发挥主要设备的能力；（高效）尽量选择重量轻、体积小的辅助设备，以节约投资。（节约）辅助设备的合理选择对产品的产量和质量有十分重要的影响，在设计时应根据生产要求确定其形式、能力和数量。01二月20235.2辅助设备选择包括加热炉和热处理炉：（均热，退火，淬火，时效，回火，常化等）。按工艺用途分为：铸锭的加热及均热炉；半成品和成品退火炉；成品热处理炉。按加热温度分为：低温炉（轻金属及合金）；中温炉（重金属及合金）；高温炉（碳钢及合金钢）。加热及热处理设备选择：设备选型主要确定：炉型、热源、炉膛尺寸。01二月20235.2辅助设备选择加热炉设备-炉型选择均匀化炉井式炉箱式炉均热炉换热式蓄热式复座式烧嘴式连续式加热炉推钢式加热炉步进式加热炉环形加热炉感应加热炉蓄热式加热炉01二月20235.2辅助设备选择加热及热处理设备-炉膛尺寸

1.炉宽（主要根据坯料长度确定）

空隙间距坯料排列数坯料长度其中，Q—加热炉小时产量；b—坯料宽度（m）；T—加热时间（h）；n—装料排列数；

G—每根坯料重量（t）。

2.炉长（主要根据加热炉产量确定）

（注：对于推钢式加热炉，还需考虑推钢比的限制）

推钢长度01二月20235.2辅助设备选择热处理炉设备-炉型选择热处理炉箱式炉罩式退火炉电阻退火炉辊底式退火炉井式退火炉链式退火炉气垫式退火炉盐浴炉接触式退火炉炉子参数：

工作温度

炉膛尺寸

保护气氛

能耗

电机功率

生产能力

加热速度

冷却速度01二月20235.2辅助设备选择切断设备选择切断设备锯机剪切机折断机圆盘锯杠杆式锯切机滑座式锯切机平刃剪斜刃剪鳄鱼剪圆盘剪飞剪作用：1）将轧件切成规定的尺寸；

2）将轧件头/尾/边切掉。01二月20235.2辅助设备选择切断设备选择-圆盘锯参数

1.锯片直径（主要根据锯切材料断面尺寸）

2.锯片厚度

3.锯机功率

P—单位锯切面积上之锯切力，MPa；B—锯缝宽度mm，B=S+2～4mmf—单位时间内锯下金属的断面积，mm2/s；h—被锯件断面高度，mm；u—进锯速度，10～300mm/s。

01二月20235.2辅助设备选择切断设备-锯机台数确定锯切节奏（周期）时间tz—锯切一次的纯锯时间，sn—一根料的被锯定尺数

tj—锯切一次的间隙间,sΔt—锯切相邻两根料之间间隙时间，s锯机台数：锯机生产能力要大于轧机大约15%左右。01二月20235.2辅助设备选择切断设备-剪切机参数

平刃剪剪切力计算

K1—剪刃钝化和间隙系数，（热剪取1.2～1.3,冷剪取1.5）

K2—换算系数，K2=0.7～0.8—剪断时之剪应力(MPa)σb—抗拉强度（MPa）εH—相对剪切深度(mm),

（热εH=0.85,冷εH=(1.2～1.6)δ）δ—被剪金属之延伸率，%F—被剪金属的断面积mm2H1—辊道平面至剪机压板下平面之距mm,

H1=h+50～70mmh—被剪金属的最大厚度，mmΔH1—上下剪刃重叠量（5～25mm）ΔH2—压板低于上剪刃值（5～50mm）ΔH3—辊道上平面超出下剪刃值（5～20mm）

平刃剪剪切行程

01二月20235.2辅助设备选择切断设备-剪切机参数

平刃剪剪刃长度（剪刃长度与轧件最大宽度有关）

平刃刀片横断面尺寸

小剪机：L=(3～4)B大中剪机：L=(2～2.5)B板坯剪：L=B+200～300mm刀片横断面高度：h=(0.65～1.5)H刀片横断面宽度：

δ=(0.3～0.4)h其中，H为被剪金属最大高度mm.小型剪剪切力P=600～1600kN

n=16～30次/min

中型剪剪切力P=2500～8000kN

n=10～20次/min大型剪剪切力P=10000～25000kN

n=3～14次/min

平刃剪剪刃行程次数（取决于轧机生产能力及剪切质量）

01二月20235.2辅助设备选择切断设备-剪切机参数

斜刃剪剪切力计算

剪刃倾角

K1=1.3～1.5;K2=0.7～0.75;K3—剪刃间隙系数；

α=2～6°时K3=1.1～1.3

α大取下限α—剪刃倾角；h—被剪金属厚度，mm；其余类同平刃剪参数。（与被剪金属厚度有关）

h(mm)3～1912～35＞35

α(°)1～33～58～12

剪刃长度

（与被剪金属厚度有关）

剪切行程

（取决于轧件宽度和剪刃倾角）

01二月20235.2辅助设备选择切断设备-剪切机参数

圆盘剪剪切力计算

圆盘直径D

K3—剪刃间隙系数（1.2～1.4）其余类同斜刃剪参数。

圆盘厚度δ

黑色金属：D=(50～100)h；有色金属：D=(32～68)h;h—被剪金属最大厚度mmδ=（0.06～0.10）×Dh(mm)2～55～1010～2020～25v(m/s)1.0～2.00.5～1.00.25～0.50.2～0.3

剪切速度

01二月20235.2辅助设备选择矫直机设备选择矫直机辊式矫直机压力矫直机拉伸弯曲矫直机板带材辊式矫直机型材辊式矫直机圆管棒斜辊式矫直机液压传动矫直机机械传动矫直机张力矫直机01二月20235.2辅助设备选择辊式矫直机参数矫直辊直径D式中：h—被矫金属厚度，mm;E—弹性模量；σS—屈服强度经验公式:D=(0.9～0.95)×t

矫直辊节距t一般辊数越多，矫直质量越好；材料越薄，要求的辊子数越多。

h(mm)0.25～1.51.5～6＞6n19～2911～177～9经验公式：t=(10～20)×h矫直辊辊数n01二月20235.2辅助设备选择型材辊式矫直机参数矫直辊直径D式中：h—被矫金属厚度，mm;经验公式:D=(0.75～0.90)×t

矫直辊节距t经验公式：t=(5～20)×h矫直辊辊数n大型材辊数n=5～9中小型材n=7～10圆管棒辊式矫直机参数按辊子数目分有3,5,6,7辊等型式按辊型曲线分为正弦曲线、

立式双曲线和卧式双曲线用于矫直小于Ф300mm管和小于Ф100mm棒材。01二月20235.2辅助设备选择压力矫直机借助于冲头的上下往复运动来矫直材料，主要用作补充矫直和局部矫直，属于间断作业，效果较差。压力矫直机一般按照被矫直材料的矫直压力来选择。压力矫直机选择张力矫直机选择典型的板带板形缺陷连续拉伸机组张力平整机组联合机组01二月20235.2辅助设备选择冷床设备选择冷床设备链式运输机冷床齿条式冷却辊式冷床钩式运输机钢绳拉料机冷床步进式冷床01二月20235.2辅助设备选择冷床设备选择-技术参数冷床的宽度B

（lmax为进冷床前轧件最大长度，m）对进冷床前已经剪成n根l(m)长的定尺，则：或冷床长度应保证在冷却时间内轧出的轧件能全部堆放在冷床上。冷床的长度L

A：最大小时产量t/hG：每根料重量，kg;C：相邻两根料之间最宽中心距离，mT：轧件在冷床上冷却到所需要的温度的时间（h）K：冷床利用系数01二月20235.2辅助设备选择冷床设备选择-技术参数冷却时间T（1）按同类车间相同规格产品实测的冷却时间选取。（2）牛顿冷却定律理论计算q：轧件在某一温度下的热含量（碳钢850℃时q=0.1645千卡/千克度;

碳钢150℃时q=0.112千卡/千克度）t：轧件温度；g：轧件单位长度重量kg/mα：自然对流传热系数；F：轧件单位长度冷却面积m2Tave：冷却时平均温度℃式中：Q0、Q1分别为冷却前后轧

件的热含量（千卡/米）：01二月20235.2辅助设备选择冷却设备选择技术参数：集管类型选择（冷却能力）

水流量、压力

冷却区长度（温降长度+控制微调长度+特殊工艺长度）01二月20235.2辅助设备选择冷却设备选择DP6003.5mmX10022mm01二月20235.2辅助设备选择铣面设备选择铣面方法单面铣面机双面铣面机铣床结构立铣铣面机卧铣铣面机消除铸锭表面的结疤、裂纹、偏析物夹渣，或带坯表面的压痕、压入、划伤等缺陷，有色金属加工车间常通过铣面的方式来提高板、带的表面质量。01二月20235.2辅助设备选择除鳞设备选择轧件集管高压喷嘴辊道主要技术参数：

喷射压力，Mpa

喷射宽度

喷射水流量01二月20235.2辅助设备选择酸洗设备选择FeOFeOFe3O4Fe2O3氧化铁皮是金属在加热、热处理或在热状态进行加工时形成的一层附着在金属表面上的金属氧化物。由于材料化学成分、加工工艺制度不同，材料表面所生成的氧化铁皮的结构、厚度也有所不同。酸洗是用化学方法除去金属表面氧化铁皮的过程。溶解作用机械剥离作用还原作用(H2)(H)(HCI)01二月20235.2辅助设备选择酸洗设备选择酸洗介质盐酸酸洗硫酸酸洗硝酸酸洗磷酸酸洗氢氟酸酸洗混合酸酸洗框式酸洗连续酸洗酸洗方式（板、管、型材）（带材）连续酸洗技术：

深槽酸洗（酸液深1000～1200mm）

浅槽酸洗（酸液深400～1000mm）

浅槽紊流酸洗（酸液深<400mm）参数比较深槽浅槽紊流酸洗时间，％1008065酸雾量，％1006060电耗量，％1007070热传递，％100200700槽内带钢提升器有必要没必要没必要槽内带钢位置控制不可能准确检测可以准确检测可以准确检测槽内断带事故处理困难，费时容易容易酸洗后带钢表面残留物，mg/m2带钢300～200150≤5001二月20235.2辅助设备选择酸洗设备选择01二月20235.2辅助设备选择酸洗设备选择框式酸洗的酸（碱）槽长度和宽度按轧件长度和宽度（或捆宽）确定，深度按装框量确定。连续酸洗槽宽度按轧件宽度确定，其长度按洗净轧件表面的时间和轧件的运行速度确定，对普碳带钢，2分钟即可除去氧化铁皮，若运行速度为18m/min，则酸槽长度需要36m。F：酸洗材断面积m2；V：酸洗速度m/s

ρ：酸洗材比重t/m；η：成材率%

K1：利用系数生产能力01二月20235.2辅助设备选择起重运输设备选择辊道及分类主要用于运输轧件，连接设备或机组间的联系和参与轧制过程，一般占车间设备总重量的20～40%，其传动形式有集体传动和单独传动两类。

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。用途分类工作辊道延伸辊道运输辊道炉子辊道其他辊道结构分类空心辊道实心辊道圆形辊道锥形辊道花辊道01二月20235.2辅助设备选择1234RFRMFMCSDCCFCFPD567891011121314151617181.板坯接收辊道2.板坯称重、对中辊道3.板坯检查辊道4.板坯装炉辊道5.板坯吊销辊道6.板坯出炉辊道7.粗轧机输入辊道8.粗轧机入口工作辊道9.

粗轧机出口工作辊道10.延时辊道11.飞剪入口辊道12.精轧机输入辊道13.精轧机入口工作辊道14.精轧机出口工作辊道15.

精轧机输出辊道16.FMfillinrollertable17.输出辊道18.卷取机入口辊道1800mmHSM辊道布置图01二月20235.2辅助设备选择

主要参数有辊径D、辊身长度L、节距t、和线速度v（1）D：根据轧件重量、要求及辊子强度确定（2）L：取决于轧件宽度、轧机的辊身长和用途。（3）t：取决于轧件的长度t≤Lmin/2（4）v：取决于辊道的用途和工作条件，机前v≤v轧(5～10)%，以免轧件过分撞击导卫装置和孔型机后v≥v轧(5～10)%，以保证轧件不拱起。辊道参数01二月20235.2辅助设备选择1800mmHSM辊道辊参数01二月20235.2辅助设备选择起重运输设备选择起重机起重机、天车或吊车主要用于车间原材料、产品、设备或部件的起重和运输。起