车间设计2013-设计部分(三)

金属压力加工

设备与车间设计昆明理工大学材料学院王效琪1绪论

我们使用的绝大多数金属材料都必须通过专门的工作车间、由专门的机械设备将其加工成一定的基本形状，如板、带、管、型材后，才具有使用价值。固态金属材料基本成型加工工艺过程及设备主要有轧制、锻造、挤压、拉拔及机加工等。2一、本课程开设目的

材料工程专业学生必须在基本掌握金属材料加工工艺理论的基础上，了解和掌握下列专门的理论和知识：（1）学习压力加工设备的工作原理、结构特点，在一定程度上掌握这些设备设计、改造的基本技能。（2）了解压力加工车间的构成，掌握车间设计的基本原理和设计方法，使现有的工作车间及设备能够充分发挥效能，进一步提高产品的产量和质量。3二、本课程主要学习内容和方法主要学习内容按照教学大纲要求，本课程主要分为两大篇三个板块：第一篇：金属压力加工设备篇（1）金属轧制机械设备；（2）金属挤压机械设备;第二篇：金属压力加工车间设计篇4参考书：《轧钢车间机械设备》，潘慧勤主编，机械工业出版社；《轧钢车间设计基础》，北京科技大学，冶金工业出版社；《轧钢机现代设计理论》，邹家祥主编，冶金工业出版社；《压力加工车间设计》，温景林主编，冶金工业出版社；

5三、车间设计概述“年产60万吨热轧板带车间”1.产品是什么？（原料是什么？）2.采用什么方式来生产？3.使用什么设备？4.如何保证“60万吨”的产量要求？5.选用的设备是不是符合生产要求？6.设备如何摆放？7.环境保护、人员组织、能耗……规格、生产标准、不同规格产品比例工艺、工艺流程生产效率（小时产量）工作压力、设备校核车间平面和立面布置、生产流程设计一个设计工艺设计6工艺设计思路：产品为基础，设备为点，工艺流程为线。产品——是钢厂设计的出发点，不同的产品使用的设备不同，工艺流程不同；设备——同一种产品可以用不同的轧机进行生产，按照生产规模和产品品种的要求，选用适合的主要设备（轧机）；工艺流程——针对主要设备选型，相应制定生产工艺流程，再选择辅助设备，按加工顺序把各设备布置在生产线上；对于“设备——工艺流程”而言，实际的钢厂，总是从成本出发，先选择适合自己企业的轧机类型，再根据“轧机”制定工艺流程和选择其他辅助设备。7半连续3/4连续全连续可逆式（炉卷轧机）8要回答几个问题：设备能不能满足产品生产尺寸的（长、宽、高）要求？如何把坯料加工成成品尺寸？设备的强度能否满足加工过程的要求（会不会断、裂、卡）？加工过程中有各种损耗，完成计划年产量需要多少原料？设备的加工效率是否满足计划年产量的要求？钢厂设计的几大计算：围绕轧制力展开设备主要参数计算、工艺计算、设备校核、金属平衡、设备负荷率9设备主要参数计算——设备能不能满足产品生产尺寸的（长、宽、高）要求？根据产品尺寸要求计算出轧辊的长、直径等参数（这些参数对工艺计算而言足够了）工艺计算——如何把坯料加工成成品尺寸？（1）压下规程（板带产品）、孔型设计（型钢产品）（2）轧制力、轧制力矩的计算（3）工艺计算最后汇总为“产品定额卡”轧制力矩：M1=P总a

式中M1——传动一个轧辊需要的力矩，N•m；

P总——垂直接触面水平投影的轧制总压力，N；

a——P总的作用点到轧辊中心线的距离，m。10设备校核——设备的强度能否满足加工过程的要求（会不会断、裂、卡）？通过设备（主要是轧辊）的力学性能计算（弯矩、扭矩、接触应力等），与轧辊的需用应力比较，检验设备能否满足强度要求。金属平衡——加工过程中有各种损耗，完成计划年产量需要多少原料？完成计划年产量的金属收支平衡计算。设备负荷率——设备的加工效率是否满足计划年产量的要求？根据轧机的生产效率（小时产量）计算的完成年计划所用的时间，与一年的日历生产时间比较获得设备负荷率，判断该车间是否能完成计划产量的目标。11思考题1螺纹钢生产车间1.产品如何表述？2.原料是什么？3.采用什么方式来生产？4.使用什么设备？12第一章车间设计过程与设计工作原则车间设计是十分严肃的工作，设计工作者必须有高度责任感，掌握全面的设计理论和技能，严格遵守设计工作程序，保证车间设计的科学性、合理性和规范性。13一、工程设计程序工程设计工作四个阶段：可行性研究、初步设计、技术设计和施工设计。1．可行性研究

在投资决策前，对拟建项目有关社会、经济和技术等方面的情况进行调查和研究；对建设和技术方案进行分析和论证；对项目经济效益进行评价和预测，保证项目在技术上先进和经济上合理。2．初步设计

在可行性研究基础上，根据设计任务书对项目进行总体技术规划性设计，具体构造工程投资方案，并做出工程初步概算。14153．技术设计

专门解决具体技术问题的设计阶段。在这一阶段，完成产品工艺流程设计、生产方案计算和车间总体规划设计。4．施工设计

设计的最后阶段，根据已批准的技术设计，按照设计规定和标准，将设计内容变为可供施工使用的图纸及技术文件。1617二、可行性研究的基本内容和步骤1．可行性研究内容①市场销售情况研究；②原料和工艺技术研究；③工程条件研究；④项目实施计划、建设进度研究；⑤投资与成本分析、资金来源研究；⑥项目社会效果与经济效果研究；2．可行性研究步骤①调查研究与资料分析；②建设方案的提出与论证；③可行性报告编制。18三、设计工作原则

1．遵守国家的法律、法规，注重经济效益与社会效益并举；2．严格执行国家及行业标准和有关建设规范；3．本着对国家和人民利益的高度责任感认真设计；4．在确保投资条件下，尽可能采用先进技术和生产工艺；5．注意资源的综合利用与环境保护。19第二章工艺设计

第一节工艺设计的主要任务

工艺设计就是确定产品从原料到制成品的各加工工艺过程。

工艺设计是车间设计最主要的基础工作环节。工艺设计的科学性、新颖性、合理性关系到车间生产产品的品种、产量、质量、经济效益等根本性问题。20一、工艺设计的主要任务1．确定产品品种、规格、产量及质量标准；2．编制产品方案及设计生产工艺过程；3．根据生产工艺过程选择生产设备；4．计算所需要之原料、材料及所消耗之燃料、动力；5．完成车间总体工艺平面布置图及确定厂房结构形式；6．核算车间的经济技术指标；7．确定车间生产劳动定额指标。先确定产品还是先选择设备？完成产品的生产的方案有很多种，方案1、方案2……，哪种合适?设备能否满足生产的要求（产品质量、产量、设备强度）？车间的生产效率能否到达计划生产规模（产量）？21二、工艺设计工作步骤1．产品方案编制;2．生产方案选择；3．生产工艺流程制定；4．生产设备选择；5．工艺设计计算并确定金属平衡；6．设备负荷校核及主要零部件强度计算；22第二节产品方案编制一、产品方案的概念1．产品方案所设计车间拟生产产品名称、品种、规格、产量、质量要求等；

产品方案是车间设计主要依据，是选择设备、确定工艺的基础。232．产品方案编制原则（1）经济发展及市场对产品需求：市场需求、技术可行、投资合理、效益明显。（2）建厂地资源、设施、投资、环保可行：资源——生产原材料、辅料等；设施——水、电、交通等；投资——可满足建设要求；环保——无污染或可有效控制污染。（3）符合国家总体发展规划产品服从国家总体发展规划，符合有关标准和规范。243.产品标准与技术要求确定①技术要求——对产品质量、性能、用途等要求的文字说明，是企业产品的质量保证；②技术标准——国家或行业有关部门，根据产品生产的技术水平、使用要求、质量性能等方面统一制定的产品或技术相关准则，是企业必须严格遵守具有法律效力的技术文件。

产品标准与技术要求是企业生产基本技术准则，是约束企业的具有法律效力的技术文件，是企业产品连接市场的桥梁。设计工作者必须有明确的技术标准观念，认真对待技术标准和技术要求。25③技术标准类型：根据标准制订权限与使用范围不同，可以分为：国家标准（GB）、部颁标准（行业标准）（JB、YB等）、(如果是推荐标准，则在前面加上T)，企业标准或地方标准等。④标准主要内容：产品标准针对不同产品，一般有以下基本要求：规格标准、性能标准、试验标准、交货标准、包装标准等。264.产品方案表编制产品方案的编制必须非常慎重，产品方案规定了车间的类型和生产品种的方向，是车间今后组织生产的依据，一旦确定就不能轻易改变。

产品方案和计算产品确定之后，应将其基本内容列成相应表格，以作为设计和生产的重要依据。27例：某100万吨冷轧钢板车间产品方案28产品系列用途钢号规格执行标准酸洗产品普通碳素结构钢Q195~Q235厚：2.0～6.0宽：900～1575长：卷GB/T912-1989低合金结构钢Q295、Q345、Q390GB/T912-1989冷轧产品普通碳素结构钢Q195~Q235厚：0.3~2.0宽：850~1525长：卷GB/T11253-1989优质碳素结构钢10、20、08AlGB/T13237-1991低合金结构钢Q295、Q345、Q460GB/T11253-1989不锈钢

2Cr13、0Cr18Ni9GB/T3280-1992热镀锌钢热镀锡钢普通碳素结构钢Q195~Q235厚：0.3~2.0宽：850~1525长：卷GB/T11253-1989优质碳素结构钢10、20、GB/T13237-1991半工艺无取向硅钢电工硅钢（无取向）50W540~50W1300厚：0.5宽：≤1030长：卷GB/T2521-1996295.计算产品选择

计算产品——所设计车间拟生产的产品品种、规格、状态可能有数十种以上。在设计时开始时不可能对每一产品都进行详细的工艺计算，故只能选择某几个（种）产品作为设计计算工作的依据，选择的原则：

①代表性：该产品在品种、规格、状态、产量等方面具有代表性；

②合理性：所选产品应尽可能通过车间的各生产工序。30序号钢种钢号成品带钢规格板坯规格（长×宽×厚）板坯重量产量厚×宽（mm×mm）（mm×mm×mm）（t）（t）1普通碳素结构钢Q2352.0×100010000×1000×25019.631100002Q1952.0×85010000×850×25016.6817000032Cr134.0×100010000×1000×25019.632000004104.0×70010000×700×25013.741600005优质碳素结构钢15Mn4.0×100010000×1000×25019.6370000615Mn2.0×70010000×700×25013.74700007452.0×85010000×850×25016.68900008452.0×100010000×1000×25019.63700009低合金钢16Mn2.0×85010000×850×25016.68300001016Mn4.0×100010000×1000×25019.6330000计算产品31二、坯料的制备与选择1．坯料种类：热轧生产坯料分为：钢锭、初轧坯、连铸坯；（1）钢锭——由炼钢厂浇铸完成，经加热后直接轧制成材，主要应用于中、小型钢铁企业；①根据炼钢工艺不同，钢锭分为：

沸腾钢锭（C<0.27%低碳钢）：轧制各类钢板或某些结构用钢；

镇静钢锭：轧制优质碳素钢、低合金结构钢；

半镇静钢锭：其性能介于沸腾钢于镇静钢之间；②根据钢锭断面形状可以分为：

方锭、扁锭、圆锭、多边型锭。32（2）初轧坯——大钢锭经初轧机轧成较小断面作为后续工序的坯料；特点：钢种不受限制，压缩比大，轧材质量好；生产工序多，金属和能耗大，目前已基本被淘汰。33（3）连铸坯——钢水经连铸连轧机组结晶、定型、切断后，成为后续工序坯料，是比较先进的生产方法。特点：生产效率和金属收得率高；节约能源，钢种受到限制（一般都是镇静钢），品种较少且投资较大。342．坯料的预处理：（1）钢锭表面缺陷清理：为保证产品质量，钢锭表面缺陷在轧制前必须去除。清理方法有：火焰清理（低碳钢）、机械清理（合金钢）；（2）表面氧化皮清理：钢锭表面氧化铁皮也会影响制品质量。清理方法主要有：化学法（酸洗）、机械法（喷砂）等；（3）钢锭预先热处理：作用是消除内应力，防止开裂；使钢锭成分均匀，消除粗大结晶组织。普碳钢不需要预先热处理。35*3．坯料加热加热目的:确保加工时金属有足够塑性，合理加热工艺是保证产品质量、产量的重要因素。坯料加热工艺设计主要是确定：加热温度、加热速度、加热时间。（1）加热温度加热温度选择依据：根据合金相图、塑性图、再结晶图“三图定温”原则确定加热温度。——指的是热加工温度区间一般加热最高温度应低于固相线100～150℃。36（2）加热速度

单位时间内，被加热钢锭温度变化情况。根据某温度范围内金属的塑性和导热性来确定，并用加热速度图来表达。由图知，坯料加热可分为两个时期：①低温带加热时期：金属导热性和塑性较差，对合金钢采用慢速加热，对于有相变的钢种要有保温时间；②高温带加热时期：当加热温度达到700～800℃时，加热速度可适当加快。37（3）加热时间金属装炉后加热到要求温度所需要时间。加热时间根据经验公式确定：①连续式加热炉：式中T——加热时间，h；

D——锭坯厚度或直径，cm；

Kl——修正系数,根据钢的化学成分确定（Kl=0.10~0.40）；②均热炉式中T、D同上式，当加热一般钢锭时Kj=0.6～0.7，加热软钢时Kj=0.5~0.6.③室状炉

式中T——由室温就加热到1200℃所需要之时间，h；

Kc——钢种系数，见表；

φ——影响系数，见表；

D——锭坯厚度或直径，cm。3839（4）燃料选择加热炉的燃料有固体（煤）燃料，液体（重油、柴油）燃料和气体（煤气、天然气）燃料。根据资源情况及生产成本，综合考虑。40第三节生产方案的选择

生产方案是指企业为完成产品生产而采取的生产方法。科学、合理的选择和确定生产方案，是关系到生产过程能否实现及所生产之产品能否达到要求的关键问题。生产方案≈压力加工方式≈主要的成形方法41一、生产方案选择的依据

生产方案选择与设备、技术水平、投资、产量等因素密切相关。金属材料压力加工企业生产方案确定的主要依据：

1．产品品种、规格、状态及质量要求（1）品种和规格不同，生产方案可能不同；（2）同样品种也可能采用不同的生产方案。例如：钢铁产品可以分为板、管、型、线等，它们的生产工艺不完全相同。板：中厚板、薄板、单片板、带卷等；管：无缝管（大直径、小直径）、焊管（直缝管、螺旋焊管）；型钢：圆钢、方钢、槽钢、钢轨……等；这些产品的生产方案又有很大不同。422．年产量要求产量要求不仅决定于生产工艺过程，也对设备选择、坯料要求、产品规格有直接影响。例如：板材和线材生产可以单机架生产也可以多机架生产，主要取决于产量要求。3．投资额要求一般而言，投资大装备水平可以高，可采用先进生产工艺，因此生产成本低；投资小，设备投资少，但是生产水平低，生产成本可能就高些。

以上三个因素，在设计工作中应该根据实际情况，综合考虑。43金属轧制产品4445二、常见产品的生产方案1．板带钢生产板带钢一般分为：中厚板（4～20mm为中板，20～60mm为厚板）；4.0～0.2mm为薄板；0.2mm以下及薄带或箔材。46（1）中厚板生产产品特点：对产品表面质量、厚差要求都不十分严格，品种比较简单且产量不高。生产设备：多采用单机架轧制或双机架轧制。47（2）热轧薄板生产产品特点：对产品的表面质量与厚差有一定要求；产量高、批量大。

生产设备：半连续轧制或连续轧制；连铸连轧；炉卷轧制。484950（3）冷轧板带钢生产生产特点：板面质量要求高；板型及板厚差要求比较严格；产品机械性能控制严格。生产设备：单机架成卷轧制；多机架连续轧制。51522．型钢生产基本采用热轧生产，具有生产规模大、效率高、能耗少、成本低等优点。主要采用以下生产方式：（1）横列式轧制法；（2）连续多辊轧制法（线材）；（3）连续多机架轧制法（型材）；（4）热轧—冷拔法；（5）冷弯成型法（薄壁型钢连续成型）53横列式轧制54高速线材连续多辊轧制55型材连续多机架轧制5657583．钢管生产分为无缝钢管和焊管两大类，其生产方法有很大不同。（1）热轧法：产品形态：无缝钢管；生产方案：实心管坯，经过：穿孔——热轧——定径（减径）等工艺过程，生产质量高。59（2）热轧——冷轧——拉拔法：产品形态：生产小直径的无缝钢管；生产方案：利用热轧生产的空心管坯，经过：热轧——冷轧（冷拔）——退火——冷轧（冷拔）——退火，生产小直径、高精度无缝钢管。60冷轧管设备及轧制原理61（3）焊管

产品形态：生产直缝圆管或异型管、螺旋焊管；

生产方案：利用冷轧或热轧钢带，经过：冷弯（或冷卷）成型——高频焊接（或炉焊）——精整，生产大批量的普通水、煤气管和石油、天然气管。62冷弯型钢和焊管机组63冷弯型钢产品64多姿多彩的冷弯型钢产品654．有色金属产品生产有色金属产品主要是指铜、铝及其合金，目前有色金属型材产品已经达数万种。有色金属的基础产品也是板、管、型、线等，其生产方法和工艺过程与钢铁产品类似，但由于大多数有色金属变形温度和变形抗力都低于钢铁，塑性普遍都比较好，故其生产工艺也有别于钢铁生产。66典型铝加工生产系统67（1）板带材生产产品形态：板、带、箔；生产方案：热轧、冷轧、连铸连轧；①热轧、冷轧生产设备与钢铁产品生产基本相同。②连铸连轧法是将溶融态金属经铸轧机直接轧成板卷坯，再进一步冷轧成为板、带、箔材。68铜铸轧机铜挤压机69铜板带产品70铜管71（2）型材生产

产品形态：异型材、管材、棒材；

生产方案：采用挤压法生产，经过：挤压——冷轧、挤压——拉拔等方法生产。72（3）线材生产

产品形态：线材（输电或通讯用电线电缆）；

生产方案：连铸——轧制——冷拔方法生产，也有挤压法生产。73思考题2：1．车间设计的目的、任务、内容是什么？2．车间设计的原则、程序有那些？3．可行性研究分任务与作用是什么？4．什么是产品方案？如何编制产品方案？5．什么是典型产品？如何选择典型产品？6．产品标准基本可以分为几类？7．生产方案选择依据是什么？8．举例说明“板”、“管”、“型材”的生产方案。9．论述坯料加热对压力加工的重要性，加热温度确定的依据是什么？10．什么是加热三要素，它们是如何确定的？74生产工艺流程就是将产品生产工序按一定次序排列起来。确定车间生产工艺流程是工艺设计的主要工作内容。生产工艺流程直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求，关系到产品产量和质量能否得到规定要求的问题。第三章生产工艺流程75一、合理生产工艺流程准则合理生产工艺流程是在保证完成设计任务书中规定的产量、质量前提下，具有最（较）低（原料消耗、成本）、较少（设备）、较小（车间面积）、较高（生产效率）、较佳（经济和社会效益），还要考虑到企业将来发展。第一节制定生产工艺流程主要依据76二、生产工艺流程制定依据

1．根据生产方案的要求产品产量、品种、规格及质量要求的不同，所采用生产方案就不同，生产工序就有很大差别。生产方案是编制生产工艺流程依据。

2．根据产品质量要求要满足产品技术条件要求，就要有相应的技术措施和生产工艺来保证。质量要求是生产工艺设计基础。3．根据车间生产率的要求车间生产规模不同，工艺要求就不同；即使生产同样产品，产量不同，工艺要求也有差别。生产率要求是生产工艺设计的出发点。77第二节钢材生产工艺流程一、钢材轧制生产工艺流程构成无论是板、管、型、线，金属轧制产品的生产具有共性，其主要热轧工艺过程大致为：坯料制备——加热——轧制——轧后冷却——精整（剪切、矫直）；冷轧工艺过程为：酸洗（表面清理）——冷轧——中间热处理——冷轧——成品热处理——平整（调整硬化状态）——精整；78炼铁炼钢连铸板带产品（扁坯）：冷加工热轧型钢产品（方坯）：热轧管材产品（圆坯）：热轧、挤压冷轧钢铁材料压力加工体系79低碳钢生产一般工艺流程80合金钢生产一般工艺流程81冷加工生产工艺流程82几种典型冷轧薄板生产工艺流程83热轧板带产品生产流程：昆钢热连轧生产线8485合格板坯准备加热高压水除鳞初轧精轧带钢层流冷却卷取机卷取精整入库热轧薄板（4mm以下）生产工艺流程合格板坯准备加热高压水除鳞可逆轧切头尾精整（平整、矫直、整边）入库热轧厚板（12mm以上）生产工艺流程86冷轧轧板带产品生产流程：热轧带钢酸洗冷轧退火平整87热轧型钢生产流程：昆钢棒材厂生产线原料加热热轧倍尺剪冷床冷却精整（矫直、切头尾、平整）定尺剪入库88无缝钢管生产流程：89二、轧制轧制是压力加工工艺设计的核心，轧制工艺设计的关键在于合理确定三大工艺参数：变形程度、轧制速度及轧制温度。901．变形程度（1）变形程度是轧制工艺设计基本工作：

①确定轧制总变形量：取决于所轧材料性能特点和产品技术要求（成品尺寸、压缩比）；

②确定道次变形量：主要考虑金属塑性、设备性能、咬入条件等。（2）道次变形量确定原则：开始几道次取较小值（考虑到咬入条件），中间道次取较大值（可充分利用金属的塑性），最后几道次取较小值（考虑到产品性能及尺寸精度）。变形程度在综合考虑各因素后，依实践经验确定。912．轧制速度轧制速度根据轧机生产率、轧制品种、轧制工艺要求等来确定，在轧机设计和制造时就已经确定了速度范围。实际生产过程中，在设备许可并满足工艺条件下，应尽可能提高轧制速度。923．轧制温度轧制温度是保证轧制过程顺利进行的重要条件，包括确定：①开轧温度：根据工艺要求钢锭出炉温度必须保证工艺要求的终轧温度来确定；②终轧温度：根据产品组织、性能和质量要求确定。4．轧制力轧制力是决定轧制设备和轧机能力的原始依据，为保证轧制设备的安全运行，在工艺设计时必须进行轧制力的校核、验算。93三、冷却与精整1．冷却热轧后钢材温度为800～900℃，在冷却过程中，金属有相变和再结晶，同时还产生弯曲，故轧后钢材要控制冷却速度和冷却温度。通过在线控制轧件冷却速度和温度还可控制轧件性能。轧件控冷控温的基本原则：（1）普碳钢：大冷却速度，通常用空冷和水冷；（2）高碳钢、高铬钢、高速钢：为防冷却裂纹，采用缓冷；（3）轴承钢：喷水或喷雾冷却，以使金属组织细化。不同材料及性能要求，用不同方法控制冷却速度和温度。2．精整精整是轧制工艺过程最后工序。根据产品不同，精整方式不同。主要包括轿直、剪切、酸洗、热处理、表面镀覆等。94思考题3：1.什么是工艺流程？论述压力加工车间工艺流程设计意义。2.简述钢铁板、管、型材生产工艺流程。3.轧制工艺设计的关键在于什么？95第三节有色金属材料生产工艺流程96一、锭坯选择有色金属一般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，作为加工车间的锭坯。97熔炼熔炼炉多用燃气反射炉或燃油反射炉，一般容量为20～40吨或更大；也采用电阻加热反射炉，容量一般为10吨左右。为缩短装炉时间，提高熔化效率，减少吸收气体和卷入氧化膜，工业上已采用倾转式顶装料圆型炉。熔炼时应用快速分析仪器分析合金成分，并及时调整；为保证熔体纯洁，防止有害气体的污染和控制化学成分，除了尽可能缩短熔炼时间外，宜用以氯化钾和氯化钠为主的粉状熔剂覆盖，一般用量为炉料重量的0.4～2％。熔炼温度通常控制在700～750℃。98熔化后的金属还需进行精炼和过滤，以除掉金属中的有害气体氢和非金属夹杂物，以提高金属纯洁度。精炼通常用固体精炼剂或气体精炼剂。固体精炼剂一般以氯盐为主，也用以六氯乙烷代替氯盐的精炼剂。早期使用活性强的氯气作气体精炼剂，净化效果虽好，但对环境污染严重,因此发展出氮-氯混合气体、惰性气和三气体（N2、Cl2、CO）精炼剂,效果较好。为保证精炼效果，精炼气体中的氧和水分含量一般应分别小于0.03％（体积）和0.3克/米3。动态真空除气法也具有较好的除气和除钠效果。过滤是让熔体金属通过中性或活性材料制成的过滤器，除去熔体中处于悬浮状的夹杂物。常用玻璃丝网、微孔陶瓷管和板、氧化铝粒作过滤床进行过滤，也可用电熔剂精炼、熔剂层过滤。99铸造一般采用立式或水平式水冷半连续铸造法。为改善立式铸造的坯锭组织和表面质量，还发展出电磁结晶槽、矮结晶槽和热顶铸造法。水冷半连续铸造法是通过流槽将液体金属导入用水冷却的结晶器内，使液体金属冷却形成凝固的外壳，由铸造机底座牵引或靠自身重量均匀下降而脱出结晶器，形成坯锭。此外,还发展出铝板带连续铸轧工艺。工艺参数因合金成分和坯锭尺寸的不同，差异很大。一般应尽量提高铸造速度和冷却速度，降低结晶槽的高度。铸造温度通常比合金的液相线高50～110℃。100

1．锭坯选择原则锭坯尺寸与形状对选择设备、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。锭坯选择根据下列原则：（1）车间规模和产量产量较大车间，应尽量选择大锭坯。（2）产品规格尺寸锭坯形状由产品形状和设备特点决定。

①板带材生产用扁锭；

②管棒、型材生产用圆锭；锭坯宽度、厚度(或直径)、长度或重量根据产品规格尺寸确定。101（3）根据设备能力锭坯最大规格尺寸取决于设备能力。①轧制扁锭坯最大厚度、宽度、长度等取决于轧机轧辊最大开口度、强度与刚度。②挤压锭坯尺寸与挤压机能力、挤压筒规格及挤压比协调一致。

锭坯直径确定：先根据合金性能、挤压方法和设备能力等选挤压比，再根据制品断面积确定挤压筒内径，锭坯直径小于挤压筒内径3～10mm。102（4）根据制品性能为保证产品机械性能与质量要求，锭坯应留有足够的变形程度，确定锭坯最小限制尺寸。如一次挤压比不小于5。（5）根据金属及合金的工艺性质加工性能较好的材料，如铝、铜等合金采用大锭，难加工金属采用小锭。103

2．锭坯的质量要求（1）化学成分及宏观组织符合标准规定；（2）尺寸及偏差满足工艺要求；（3）锭坯表面光洁、无缺陷。通常对锭坯要进行铣面、刨面或车皮；（4）铸坯内部无缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷。104铝及铝合金板带材生产工艺流程图二、板带箔材生产工艺流程105（1）蚀洗

为消除铣面后锭坯表面上的乳浊液、油污，残留刨屑及表面擦伤等缺陷。蚀洗工艺：碱洗冷水洗酸洗(中和)冷水洗热水洗。（2）包铝在硬铝板带生产时，为提高制品抗蚀和加工性能，在锭坯表面包上一定厚度的纯铝或锌铝板，经热轧后与基体焊合在一起。包铝层厚度是制品总厚度的4％。（3）加热锭坯加热温度根据合金选定。106（4）热轧对化学成分复杂的LY12、LC4等硬铝合金，热轧前应进行均匀化处理。处理温度一般低于合金中低熔点相的共晶温度10～15℃，保温12～24小时。①板材：二辊或四辊轧机轧制，轧后板厚4～6mm；②带卷：单机架四辊可逆轧，轧后厚度6～8mm；双机架热轧厚度2.5～5mm；半连续热轧后厚度为3～6mm。为保证金属有最佳的塑性，应在单相组织状态下进行热轧。LY11、LY12等合金的热轧开坯温度为400～455℃。前几道道次变形率一般在10％以内，以后逐渐增大。纯铝和软铝合金道次变形率可达50％，硬铝合金则为40％左右。热轧总变形率可达90％以上。107（5）冷轧一般都采用单机架可逆冷轧机和多机架半连续冷轧机。对LYll、LYl2、LC4、LF5等合金的热轧卷需退火后冷轧。冷轧常在室温下进行，通过冷轧可获得尺寸精确、表面光洁和平整的较薄的板材和带材，并可获得具有特定力学性能的加工硬化的板材和带材。冷轧主要采用带式法生产工艺，应用四辊可逆轧机或四辊不可逆轧机进行冷轧。退火后铝的冷变形率可达90％以上；多相的铝合金冷加工硬化明显，需中间退火；中间退火后的冷变形率为60～70％；冷轧采用全油润滑，采用单独控制喷嘴的多段冷却系统，以减少铝板和轧辊的摩擦，冷却轧辊，控制辊型，洗除铝粉及其他杂质，以获得良好的表面质量及板形。108箔材生产铝箔材可分为工业铝箔和包装铝箔。工业铝箔化学成分较纯，厚度为0.005～0.2毫米，主要用作电气工业和电子工业的电容器、绝热材料、防湿材料等；包装铝箔厚度一般为0.007～0.1毫米，有平箔、印花箔、涂色印花箔和裱纸铝箔等多种产品，主要用作食品、茶叶、纸烟等的包装材料。铝箔用带式生产法生产的最小厚度可达0.0025毫米，宽度达1800毫米。铝箔轧制为无辊缝（或负辊缝）轧制，轧辊始终处于弹性压扁状态。轧制时通过调整轧制力、轧制速度和控制张力来实现对箔材厚度的控制。粗轧时，采用轧制力控制箔材厚度；精轧时，箔材的厚度随着轧制速度的增加而减薄；张力愈大，厚度亦愈小；为了防止断片，张力选择通常为箔材的条件屈服强度σ0.2的0.2～0.4倍。低速轧制时常在润滑油中加入“厚油”或“稀油”调整铝箔的轧制厚度。润滑剂和轧辊状态对箔材质量有十分重要的影响。铝箔坯料来自冷轧铝卷，一般经340～480℃预先退火,其厚度为0.4～0.7毫米。轧制时道次变形率为50％左右,总变形率可达95％以上。成品厚度小于0.01～0.02毫米的箔材应进行合卷、双张叠轧。109单机架可逆轧双机架连轧110（6）精整①平整：改善板带机械性能和提高几何精度，用平整机对板材的进行变形量不超过2％的平整压光处理。②剪切：除成卷供应外，需在矫直前剪切成板材，剪切可在退火或冷作硬化状态下进行。③矫直：片材采用多辊矫直，带卷采用拉伸－弯曲矫直。111（7）热处理保证制品最终性能的热处理称为成品热处理，包括成品退火、固溶处理、淬火、自然时效和人工时效处理；此外，还发展出分级时效和形变热处理工艺。时效处理不仅改善制品的力学性能，而且改善制品的抗应力腐蚀性能和断裂韧性。固溶加热后至淬火前的转移时间一般应控制在30秒以内；淬火的冷却速度，既要保证获得过饱和固溶体，又要不使制品产生过大的淬火应力和弯曲变形；带卷和板材在强有力循环通风的箱式炉、井式炉、立式板材连续退火炉或气垫式连续退火炉中进行退火，新式炉采用保护气氛；淬火一般在盐浴槽中进行加热，新工艺采用气垫式连续淬火炉淬火。常用铝合金加工材中间退火温度为315～500℃，保温时间为l～3h；成品退火温度为260～490℃，保温时间为1～5h；淬火加热温度为458～540℃；人工时效的温度为125～190℃，时效时间为3～16h。112三、铝及铝合金管棒型材生产工艺流程1131．挤压生产主要工艺参数（1）挤压温度挤压加热温度一般是合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍，选择时应考虑：

①金属与合金的可挤压性可挤压性表示了金属被挤压加工成材的可能性，取决于被挤压金属的高温塑性与变形抗力。高温时存在相变的的合金，最好在单相区热挤压。挤压温度过高，会导致金属表面过氧化或粘结。

②制品质量要求挤压温度对制品尺寸、组织性能、表面质量、焊合性能都有重要影响。114不同金属及其合金具有各自的挤压温度范围；而同一合金挤压不同形状制品时，锭坯加热温度也不同③挤压时的热效应挤压时一次变形量很大，处于三向压应力状态的金属挤压变形热和摩擦热迅速增加。当变形区内金属温度超过其最高许可临界温度时，金属进入热脆状态而开始形成裂纹。115（2）挤压速度与金属流出速度挤压速度一般分为：①挤压速度vj——挤压机主柱塞、挤压杆与挤压垫的移动速度；②金属流出速度——被挤压金属流出模孔时的速度

vl＝λ·vj；③金属变形速度——被挤压金属单位时间内变形速率。

挤压速度对挤压机生产效率影响很大，在正向无润滑条件下，挤压速度的选择原则是：在保证制品尺寸性能，不产生裂纹和设备能力允许的情况下，尽量采用较高速度。116合金及牌号挤压温度挤压筒温度棒型材管材纯铝

L1～L6300～480300～450320～450防锈铝

LF2、LF3LF5、LFll

300～480340～450

320～450340～440

320～450锻铝

LDl～LD6LD7～LDl0

320～450370～450

300～450

320～450硬铝

LY2、LY6LYl6、LYl7LYll、LYl2440～460

320～450

340～440

320～450超硬铝

LC4、LC6

320～450

360～440

320～450铝及铝合金管棒材挤压温度范围117

2．冷轧与拉拔管棒材的主要生产方式有挤压、挤压—冷轧、挤压—拉拔。（1）冷轧管工艺挤压后的管材需要经过冷轧和冷拔工艺，才能得到薄壁、高精度和小直径的产品。冷轧是在专门的冷轧管机上进行的，目前常用的冷轧铝合金管生产法有二辊式、多辊式及横向多辊旋压式等。管子冷轧前的坯料要进行矫直、切头、碱洗、退火、外表面修理、内表面吹擦以及涂油润滑等。118冷轧管轧制过程示意图119（2）拉拔工艺拉拔是以挤压材为坯料，通过比坯料小的模孔，将其直径减小。管材拉拔分为带芯头拉拔和空拉。拉拔前必须对管坯进行切断、退火、打头、外表面修理和内表面润滑处理。为获得一定尺寸、形状、机械性能和表面质量的优良制品，要根据成品的要求确定拉拔道次及各道次所需模孔形状、尺寸。120拉拔模拉拔时中工件变形过程121思考题4：1.铝板带生产工艺流程与钢板带生产工艺流程有什么异同？2.铝及铝合金管棒型材生产工艺主要参数是那些？3.简述铝及铝合金管型材生产的工艺过程。4.

简述7003铝合金φ36×3mm管材的工艺流程。122第四章工艺计算与金属平衡123一、工艺计算目的工艺计算是在确定各计算产品工艺流程和初选设备的基础上进行：（1）根据产品产量、工艺性能以及设备特点，对主要工序进行分析和计算；（2）确定产品具体生产工艺参数；（3）编制“工艺定额卡”（工艺卡片）；（4）确定金属平衡表；（5）校核设备；制定塑性加工工艺规程；以计算数据论证工艺规程和设备加工能力是否达到要求。第一节工艺计算124制定工艺规程：加工温度、速度、压下规程；孔型设计（每道次）轧制力轧制力矩校核主电机功率校核轧辊不合格合格产能（小时产量）轧机生产负荷率工艺流程定额卡（工艺卡片）金属平衡表工艺计算内容123125二、工艺计算主要内容1.工艺规程制订目的：①正确地选择和使用设备；②高效率生产满足技术要求的产品。2.工艺规程制订过程：①确定车间主要产品生产工艺；②计算典型产品所经过各工序的工艺参数。在工艺设计中，工艺规程的制订和工艺参数的选择，可采用理论计算与比拟计算相结合。126三、轧制工艺计算1．最大咬入角校核——制定压下规程在自然咬入条件下应满足：

式中Δh——道次绝对压下量，mm；

β——咬入角，摩擦角，°；

Dg——轧辊直径，mm。一般而言，根据加工条件，最大咬入角β是已知的，则根据β和轧辊直接D可以求出最大βmax咬入角对应的压下量，即为最大压下量，压下规程则根据最大压下量来分配每道次的压下。1272．热轧时温降计算轧制过程中，轧件温度随时间下降，温降的确定对轧制规程制定具有重要意义。温降常用计算式：

式中Δt——该道次的温降，℃；tg、th——该道次轧前与轧后轧件的温度，℃；Q——轧件在该道次的热量损失，J；C——轧件之比热，J／kg℃；G——轧件重量，kg；T——该道次的散热时间：tz+tj；Fp——该道次轧件散热面积，m2；K——热量损失系数，单位面积每秒钟散热量，kj/m2s；T——散热时间，s（秒）用的更多的是：压下率ε、应变速率、接触弧长度lc（mm）、宽展ΔB、轧制速度、轧件长度、轧制延续时间、平均单位轧制压力。、h1——分别为前一道轧制温度（℃）和轧出厚度，mm；

Z——辐射时间，即该道的轧制延续时间tj，Z=tj；

T1——前一道的绝对温度，K；1283.压下率ε计算公式：ε＝（Δh/H）×100%

由此计算出每一道次的压下率：ε1=……ε2=……ε3=……4.应变速率计算公式： 单位：s-1

R、v——轧辊半径及线速度1295.变形抗力

——以板带轧制为例有应变速率查下表求出每道次轧件的变形抗力：σst1=……σst2=……σst3=……修正系数K变形抗力曲线

（A3F）1305.平均单位压力 -以板带轧制为例计算公式： η-应力影响系数

η＝0.785+0.25l/式中：为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度，单位压力大（>200MPa）时应考虑轧辊弹性压扁的影响。1316.接触弧长度lc计算公式：lc＝

R-轧辊半径；Δh-压下量；lc1=……lc2=……lc3=……7.宽展ΔB计算公式：ΔB=C•（Δh/H）•式中C是一个与温度相关的常量，当轧制时温度高于1000℃，C=0.35宽展在厚度加工量大（或者高宽比大）的时候表现明显；所以，在粗轧时明显，精轧基本可以忽略；根据每道次的宽展可以计算出总宽展∑ΔB，因此为保证产品宽度，需要设计立辊侧压，控制轧件宽度；

1328.轧制速度确定最高转速和空转转速，根据资料选取平均加速度a和减速度b；头几道次（1、2，3道次），由于板坯较短，可以采用恒速轧制；后几道次则需采用梯形速度图，低速咬入，高速轧制，低速抛出。

梯形速度图

t单位：sV单位：r/minn0n1n0n1tzt0t1t2t恒1339.轧件长度由体积不变可知：Ln=V0/(Hn•Bn)10.轧制时间t=tz+t0tz-轧制时间；t0-间隙时间，单位秒tz=t1+t2+t恒t1、t2-加速段所需时间；t恒-匀速段所需时间；

梯形速度图

t单位：sV单位：r/minn0n1n0n1tzt0t1t2t恒1341.轧机最大咬入能力的计算2.压下量分配3.咬入能力的校核4.咬入角计算5.压下率ε的计算6.接触弧长度lc（mm）的计算7.宽展ΔB（mm）的计算8.粗轧机轧制速度的确定9.确定轧制延续时间

10.轧制温度的确定11.计算各道的变形程度12.计算各道的平均变形速度ε13.求各道次的变形抗力14.计算各道的平均单位压力（p）15.各道次轧制力的计算16.传动力矩的计算轧制力：应力状态影响系数η＝0.785+0.25l/h，,其中h为变形区轧件平均厚度，l为变形区长度σst——各道次实际变形抗力；K——变形程度修正系数；

σs——理论变形抗力

13511．轧制力计算为保证生产正常进行，从轧机强度考虑，制定轧制规程时必须遵守以下条件：

式中P——各道次轧制压力，kN；

Pp——接触面积上平均单位压力，MPa；

B——轧件宽度，mm；

R——轧辊半径，mm；

Δh——道次绝对压下量，mm；

Py——轧机允许压力，kN。

平均单位压力计算，可采用理论或经验公式计算。136变形抗力曲线

（A3F）

修正系数K平均应变速率计算公式：137*轧制规程表—把轧制相关的数据汇总到该表，方便技术人员进行工艺数据分析。138139思考题5*：1.查资料找到适用于钢铁“棒材”热轧加工的轧制力计算公式（写出该公式的参考资料来源，该公式的适用条件），分析如何确定公式所需的待定参数以求解轧制力。2.某热轧板带车间，坯料10000*700*220mm，精轧咬入厚度为32mm，采用φ1000*1200的二辊粗轧机7道次开坯，开轧温度为1200℃，求粗轧轧制力。（已知：轧辊转速40~100r/min；热轧钢板时咬入角一般为15°～22°）。140目的：校验设备是否满足工艺设计的（力学性能）要求内容：轧辊强度校核——轧机系统中，轧辊强度系数最小，轧辊强度确定了轧机系统强度。第二节设备校核141（一）二辊平辊（二）二辊有槽辊（三）四辊平辊142§

2.1二辊轧机轧辊强度计算1．计算要素：假设轧辊承受的负荷均匀地作用在轧件宽度b上，而轴承支反力的合力作用在压下螺丝的中心线上。（1）辊身——计算弯曲强度；（2）辊颈——计算弯曲与扭转综合强度；（3）辊头——计算扭转强度。1432．辊身受力分析与强度计算（1）板带轧机（平面辊身）①轧制压力沿轧件宽度均匀分布，支反力左右相等；②危险断面在辊身中部。危险断面弯曲力矩为：

式中：P——轧制压力；

a——压下螺丝中心距；

b——钢板宽度。故在辊身危险断面处的弯曲应力:144（2）型钢轧机（有槽辊身）初轧机以及型钢、线材等轧机的有槽轧辊的辊身上，一般沿轴向有许多不同的轧槽。轧辊承受的外力(轧制力)，可近似的看成集中力P。在不同轧槽中轧制时，外力的大小和作用点是不同的，故必须分别计算不同轧槽过钢时在其断面上的应力。经过比较，找出危险断面。①轧辊各断面直径不等；②轧制压力为集中力，作用在某一个或二个轧槽中央；145在有槽轧辊上，对辊身同样只计算弯曲应力，轧制力P所在断面(辊身)的弯曲力矩为：x——轧制力作用处到支承点距离；作用在辊身危险断面处的弯曲应力：

式中：MD——辊身危险断面弯矩；

D——计算断面直径（取最小直径计算）。1463．辊颈强度计算（1）辊颈危险断面上的弯曲应力和扭转应力分别为：

式中：Md、Mn——作用在辊颈危险断面处的弯矩和扭转力矩。

对板带轧机：对于型钢轧机：扭转力矩Mn的大小，要根据轧机的具体传动条件确定。R—最大支反力（N）；c—压下螺丝中心线至辊身边缘的距离，其值可近似地取辊颈长度一半，即c＝L/2(mm)147（2）辊颈合成强度计算由于辊颈处于弯、扭合成应力的共同作用，故辊颈应根据轧辊材质的不同，计算其弯扭合成强度：①采用钢轧辊时，合成应力按第四强度理论计算：

②采用铸铁轧辊时，合成应力按第二强度理论计算：许用应力（σb材料强度极限，n安全系数，一般取5）148轧辊动力由辊头传动，故辊头只承受扭矩。不同轧机辊头的形状不同，故辊头的受力情况属于非圆截面扭转问题。由弹性理论可以求出，辊头危险断面处的最大剪应力为：式中

Mn——扭转力矩；

Wn——抗扭断面系数，其值取决于辊头断面结构形式：带单键槽辊头：Wn＝0.19d3；带双键槽辊头：Wn＝0.18d3；平台型辊头：

矩形断面辊头：梅花型辊头： （d1为辊头外圆直径）（其中：η－长短边影响系数，可查表得。）4．辊头强度计算149四辊板带轧机有工作辊传动和支承辊传动两种形式，其轧辊受力方式有些不同——对四辊轧机来说，如果工作辊传动，则工作辊辊身强度只计算其由带钢张力所引起的弯曲应力和传递力矩所引起的扭转应力；如果支承辊传动，则工作辊就只计算其由张力所引起的弯曲应力。——在四辊轧机上，工作辊由轧制力作用而引起的弯曲应力，通常不必计算，其原因是作用在工作辊上的弯曲力矩甚小。1．四辊轧机轧辊受力特点（1）轧制弯曲力矩主要由支承辊承担；（2）支承辊与工作辊间有较大的接触应力。§

2.2四辊轧机轧辊强度计算150151四辊板带轧机轧辊强度验算项目1522．弯曲强度计算

将工作辊与支承辊视为一整体，利用二辊轧机算法，得工作辊辊身中央和支承辊辊身中央截面的弯矩：

式中M1D——工作辊辊身中央处弯矩；

M2D——支承辊辊身中央处弯矩：

P——轧制压力；

L——辊身长度；

a——压下螺丝中心距；

b——所轧板带宽度。1533.四辊轧机轧辊接触应力强度校核154（1）接触区的正应力计算四辊轧机轧制过程中，工作辊与支承辊接触面、工作辊与轧件接触面上将产生巨大的交变接触应力。赫兹由两圆柱体紧密接触半径方向产生的法向应力在接触面中部最大，推导出接触应力计算公式：

式中q——接触面单位长度上的负荷；

r1、r2——两接触辊之半径；

K1、K2——轧辊材质系数：

其中：μ1、μ2、E1、E2为两轧辊材料的波松比和弹性模量。当两轧辊材质相同并取μ＝0.3时，上式可以写为：

155（2）接触区的切应力计算接触区还有切应力存在，计算表明，切应力在离接触表面深度Z＝0.39b时达到最大值，（b为工作辊与支承辊的接触压扁宽度）。为保证轧辊表面不产生疲劳破坏，最大切应力应小于：

正应力σmax和切应力τmax的许用值与轧辊的表面硬度有关，其值可以查表：156安全系数轧制生产过程对轧辊负荷的影响因素较多，精确计算轧辊的实际负荷是很困难的。轧辊强度计算均采用“安全系数法”：

并以此来确定轧辊的许用应力，轧辊的许用应力可查有关资料。157思考题6*：1.写出典型断面（矩形、圆形、环形）梁的弯矩、弯曲应力、扭矩、扭转应力的公式；2.简述许用应力的含义，已知材料的什么参数才能求（查阅）得材料的许用应力；158§2.3轧制主电机转矩计算及校核制定轧制规程必须遵守以下条件：

Ⅰ.在轧制负荷最大的道次中，电机输出转矩不应超过电机允许最大转矩；

Ⅱ.根据负荷图确定的等效转矩不应超过电机长时间工作额定转矩。159（1）电机输出转矩计算轧机主电机上的转矩由下列部分组成：

式中M——传动轧辊所需的电机轴上的力矩；

Mj——静力矩；

i——轧辊与电机间的传动比；

Mm——轧件通过轧辊传到电机轴上的摩擦力矩，kN·m；

Mk——空转力矩，kN·m；

Md——电机轴上的动力矩，kN·m；

Mz——轧制力矩，kN·m；160①轧制力矩Mz的计算

式中Mz——轧制时作用在两轧辊上的轧制力矩，kN·m；

P——轧制力，kN；

ψ——力臂系数，热轧板带ψ＝0.42～0.60；冷轧板带ψ＝0.33～0.42；

Pp——轧制变形区平均单位压力，MPa；

Bp——轧制前、后轧件平均宽度，m；

R——轧辊半径，m；

L1——轧辊与轧件接触弧长，m；

Δh——绝对压下量，m。161②摩擦力矩Mm的计算

摩擦力矩包括：轧辊轴承摩擦力矩Mm1及传动机构摩擦力矩Mm2。1）对工作辊传动的四辊轧机：

2）对支承辊传动的四辊轧机：式中dzjm——支承辊颈摩擦圆直径，m；

μzz——支承辊颈轴承的摩擦系数。3）传动机构中的摩擦力矩Mm2为：

式中i——总传动速比；

η——主电机到轧机的传动效率，一般取0.85～0.95。1624）主电机轴上总摩擦力矩为：

③空转力矩Mk：

式中Mk——转动件换算到主电机轴上空载力矩总和，kN·m；

Gn——各转动件重量，kg；

μn——转动件摩擦系数；

in——传动速比；

dn——传动件轴径，mm；以上公式计算十分复杂，通常可按经验公式确定：

式中Mh——电机额定转矩，kN·m；163④轧机动力矩Md速计算：

式中——各转动件折算电机轴上转动惯量总和，kN·m；

ρ——电机轴转动角加速度，rpm/s；（2）电机校核各转矩（Mz、Mm1、Mm2、Mk、Md）折算到主电机轴上之后，要进行电机校核。

在轧制生产中，各道次轧制力矩都不同，每一道次又分为几个阶段，对每道次各阶段都要进行校核。轧机用电机允许输入转矩短时间超过额定转矩，故只需对电机进行短时过载校验。164§2.4挤压和拉拔工艺计算（1）挤压力计算重点是挤压力计算，挤压力是制订挤压工艺规程、选择与校核挤压机能力和检验挤压机强度与工模具强度的重要依据。工程设计中挤压力的计算，主要采用理论公式以及工程简化公式。公式的选择，首先考虑其计算精度，其次考虑其应用条件。要注意其条件、应用的范围、合理的选择参数。在进行车间工艺设计时，挤压力计算可参见《金属塑性加工学》相关内容。165（2）挤压机校核①根据产品来确定挤压力，所选挤压机的能力要大于产品需要的最大挤压力；②开发新产品，需要计算挤压力并校核挤压机的安全性。（3）拉拔力计算重点是是拉拔力计算，拉拔力是制定拉拔工艺规程，选择与校核拉拔机能力及检验设备强度的重要依据。拉拔力计算公式较多，但都要求预先确定某些参数，如摩擦系数μ和变形抗力σs，在拉拔过程中这些参数是变化的，故计算精度就受到了影响。166思考题7*：1.简述轧制力矩的求解；167一、生产工艺流程卡的编制1．生产工艺流程卡编制目的（1）生产工艺流程具体化：制订出各种消耗定额，记录生产过程中原材料、人工、时间等消耗，以获得高质量低成本产品；（2）为设备负荷计算、编制金属平衡表及技术经济指标核算提供依据。2．生产工艺流程卡主要内容

（1）产品基本信息：产品名称、规格、总量、技术条件等；

（2）生产工艺信息：生产工序及生产设备、生产时间及台时产量、生产过程材料及人工消耗等；第三节编制生产工艺定额卡与金属平衡表168169170二、编制金属平衡表1．金属平衡表编制目的根据设计任务书要求，参照国内外同类车间的先进指标，考虑本车间的具体情况，确定出为完成年计划产量所需要的投料量。2．金属平衡表主要内容（1）确定各计算产品的成品率；（2）编制金属平衡表。3．产品成品率的确定式中A——成品率，产品成品重量与投料重量之比，％：

Q——投料量(原料重量)，t；

W——金属的损失重量；t。1714．金属在加工过程中的损耗（1）工艺损失：由操作技术、设备或周围介质条件等造成，可通过措施加以避免或减少到最低限度，工艺损失一般不可再回收利用。工艺损失包括：

①烧损——金属在高温状态下的氧化损失，金属在加热过程的烧损与加热温度和时间有关；

②溶损——金属经酸、碱洗或其它化学方法处理过程中的溶解损失，与洗液浓度、温度、时间等因素有关。（2）几何损失：加工过程中不可避免切除损失，工序合理，生产组织好就会减少。包括：

①切损——切头、切尾、切边等残料损失，主要与钢种、坯料尺寸、原料状态有关（约3～10％）；

②残屑——坯料经打磨、铣面、车皮镗孔等机械清理损失，（约1～3％）。几何损失废料可以再回收和利用。不论那种废料的产生都将导致成品率的下降。1725．投料系数——生产每吨产品所需要的原料总量，可按下式计算：

或

式中

Qt——该工序坯料重量（投料量）；

Qch——最后一道工序终了成品重量；

St——累计到本工序前原料的总损失量百分数；

Sch——累计到最后一道工序原料总损失的百分数。173

6．金属平衡表的编制金属平衡是表示在某一定时期(通常是一年)，工厂生产过程金属材料的收支情况。

金属平衡表编制意义：（1）编制工厂或车间生产预算与制定计划的重要数据；（2）设计工厂或车间物料运输的重要依据。（3）金属平衡表是在确定产品成品率及金属损失率的基础上进行。金属平衡表的内容与表头形式见例：174175176思考题8*：简述工艺定额卡编制目的、依据及其主要内容。金属在压力加工过程中的损耗主要有那些？简述金属平衡表的作用和内容。金属平衡表与工艺定额卡的联系。177第四节设备负荷计算 生产不同钢种，不同规格的产品的生产时间不同，一年当中生产时间有限，该节的内容就是校核在一年的生产时间中能否完成计划年产量。轧机小时生产能力计算：以Q235为例，假如生产周期为372.6s，而每块料重为36.46t，则生产能力为：如果计划年产量为100万吨，则完成计划年产量需要：=352t/小时是否合适？能不能完成？快了、慢了？代表的是谁的产能吗？能不能代表全部的产能？……178设备负荷率的计算

在一般情况下，设备负荷率以介于0.7~0.85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；对于加热炉的选择，则需考虑停炉检修，负荷率要求不能过高。

179序号钢种钢号成品带钢规格板坯规格（长×宽×厚）板坯重量产量所需台时厚×宽（mm×mm）（mm×mm×mm）（t）（t）小时1普通碳素结构钢Q2352.0×100010000×1000×25019.63110000……2Q2352.0×85010000×850×25016.68170000……3Q2354.0×100010000×1000×25019.63200000……4Q2354.0×70010000×700×25013.74160000……5优质碳素结构钢15Mn4.0×100010000×1000×25019.6370000……615Mn2.0×70010000×700×25013.7470000……7452.0×85010000×850×25016.6890000……8452.0×100010000×1000×25019.6370000……9低合金钢16Mn2.0×85010000×850×25016.6830000……1016Mn4.0×100010000×1000×25019.6330000……总计……生产计划年产量所需台时（分子）1