110萬硅青銅棒材擠壓車間設計

1、成都理工大學學生撰文專用紙工廠設計（課程設計）年產量110萬噸硅青銅棒材擠壓車間設計課程名稱：工廠設計（課程設計）學 院：材料與化學化工學院 專 業(yè)：材料科學與工程（金屬材料方向）學生姓名：肖忠洋學 號：201102040210指導教師： 管登高、周世杰、劉素田總 成 績：2014年12月目錄1. 設計任務書32. 設計的目的和要求42.1 設計目的42.2 設計要求43. 設計說明書53.1生產方案的設計53.2工藝方案的設計6 3.2.1錠坯的選擇63.3 設備方案的設計7 3.3.1 主要加工設備的選擇7 3.3.2 輔助設備的選擇83.4 工藝計算11 3.4.1 擠壓力的計算123.

2、5 設備負荷計算13 3.5.1工作制度與年工作臺時數的確定13 3.5.2 設備負荷能力計算13 4 工藝流程定額卡165 車間平面布置圖18 5.1車間平面布置18 5.5.1車間平面布置的原則18 5.5.2平面布置的內容186參考文獻23 1. 設計任務書1.1 課程設計題目：年產量110萬噸的銅棒材擠壓車間設計1.2車間的生產規(guī)模、生產的品種（1） 車間規(guī)模： 年產110萬噸銅及銅合金棒材車間（2） 產品品種和規(guī)格： 硅青銅棒， 直徑30mm生產的產品有各種彈性元件、蝸輪、蝸桿、齒輪、襯套、制動銷和桿等耐磨零件。1.3 主要任務（1） 編寫工廠/車間設計說明書；1）生產方案的設計2）

3、工藝方案的設計 3）設備方案的設計4）工藝計算與設備負荷計算5）車間平面布置設計（2）編制工藝流程定額卡。（3）按照工程制圖及工廠/車間平面布置的相關要求，手繪工廠/車間平面布置1號圖紙1張，圖紙要求整潔、規(guī)范。（4）課程設計總結。2. 設計的目的和要求2.1設計目的車間設計的目的就是為了建設新的企業(yè)、擴建或改建老企業(yè)。2.2設計要求設計的任務要求是對需要建設得企業(yè)做出技術和經濟得詳細規(guī)劃，確定出企業(yè)的生產經濟狀況，技術經濟指標及施工的組織方法等。具體任務如下：（1） 技術任務 確定產品品種、規(guī)格、質量標準及年產量。 確定產品的生產方案及生產工藝過程，選取主要設備確定必要的數量。 選擇與計算輔

4、助設備。 計算完成年計劃產量所需的原料，材料及動力消耗。 提出動力、運輸、照明、采暖、通風、供水、排水等各項設計要求。 計算車間所需面積，車間內主要設備與輔助設備的布置。 確定廠房形式和主要尺寸，畫出車間平面布置圖，提出安全環(huán)保措施。（2） 組織任務研究車間的生產勞動組織，確定職工人數及編制，制定勞動定額等。（3） 經濟任務計算及制訂基本建設投資額生產預算計劃單位產品成本綜合技術經濟指標。 3. 設計說明書3.1生產方案的設計（1）產品的品種及規(guī)格這次的設計任務是設計一個年產量為110萬噸的硅青銅棒材擠壓車間。產品的品種及規(guī)格如表所示：表3.1-1 產品的品種及規(guī)格制品名稱合金牌號年產量/萬t

5、產品規(guī)格/mm硅青銅棒QSn1-311030表3.1-2 QSi1-3合金成分及性能表合金代號主要成分（%）機械性能備注SiMnNiCu彈性模量E（MPa）抗拉強度b(MPa)伸長率（%）材料狀態(tài)QSi1-30.61.10.10.42.43.4余量60012擠壓棒（2）生產方案管棒材的傳統(tǒng)生產方案主要有以下幾種：1）擠壓法：適合生產厚壁管、復雜斷面與變斷面的管棒型材等。此法生產周期短，成品率高，設備少。2）擠壓拉拔法：適合生產大直徑，薄管壁的管材。此法的特點：投資不高、產品質量好，表面精度高。適合生產規(guī)模較小的工廠。3）擠壓冷軋拉拔法：適合于生產薄壁的中、小管及棒型材。其特點：生產品種多，質量

6、好；冷軋變行量大，工序少，生產周期短；設備復雜，機械化程度高；投資大。適于大、中型工廠，采用此法較廣泛。本設計選擇擠壓法作為生產方案。3.2工藝方案的設計根據設計要求，制定了硅青銅棒材生產工藝流程如下：鑄錠加熱擠壓矯直切斷酸洗矯直切斷檢查探傷入庫。3.2.1錠坯的選擇有色金屬熔煉與鑄錠車間廣泛采用半連續(xù)與連續(xù)鑄造法生產鑄錠，鑄錠經去除頭尾、切斷，有的需表面機械加工，作為加工車間的鑄錠。一般情況下，管棒材生產采用圓錠。錠坯的直徑和長度可以根據產品的規(guī)格尺寸加以確定：擠制棒錠坯直徑 D0=D錠坯長度 L0=1.53 D0各式中 D0 錠坯直徑，mm； D 擠制圓棒直徑，mm;L0 錠坯長度，mm；

7、 擠壓比；本棒材加工車間所采用的錠坯尺寸：（取擠壓比=53） D0=3053=220mm L0=1.53218=327654 mm采用 220mm490mm 尺寸規(guī)格的半連鑄圓形硅青銅錠坯作為擠壓坯料。3.3設備方案的設計3.3.1主要加工設備的選擇金屬壓力加工車間的生產設備可分為：主要設備和輔助設備，對主要設備、應在預選的基礎上進行必要的設備負荷計算、以及零部件強度校核計算。對于輔助設備，一般不進行驗算，可在主要設備確定后，再確定與之配套的輔助設備。本次設計采用1500t臥式液壓擠壓機，主要性能參數如下：擠壓機噸位：15MN 擠壓力：15MN 回程力：1170KN 擠壓速度：0140mm/s

8、 空程速度：300mm/s 回程速度：400mm/s擠壓行程：1700mm 穿孔力：3200KN 回程力：420KN 穿孔行程：1720mm 擠壓筒壓緊力：1120KN 擠壓筒行程：300mm擠壓筒長度：815mm 傳動型式：水泵站 工作壓力：32MPa3.3.2輔助設備的選擇 根據輔助設備在壓力加工生產過程中的不同用途和作用，可將輔助設備分為: 1）加熱及熱處理設備； 2）切斷設備； 3）矯直設備； 4）酸洗、清洗設備； 5）起重運輸設備。（1）加熱及熱處理設備 加熱及熱處理設備包括均熱、退火、淬火及時效等設臺。技工藝用途可概括為三種爐子：(1)鑄錠的加熱及均熱爐；(2)半成品和成品退火爐；

9、(3)成品熱處理爐。1）加熱爐 a.爐型選擇 采用感應加熱爐感應加熱爐的爐型有立式和臥式之分，而臥式又分單獨加熱和連續(xù)加熱。對于50Hz的工頻感應加熱爐是現代化擠壓車間日益廣泛應用的一種加熱爐，因為它具有加熱速度快、體積小、耗電低、可完全實現機械化和自動化等優(yōu)點。 b.爐子尺寸的確定 2）熱處理爐箱式電阻爐的結構比較簡單，以電阻絲作為加熱元件，備有一臺活動的裝料小車。爐膛尺寸：長79m，寬0.92m，高0.81.5m，功率180360kw不等。它適用于銅及其合金的管棒材退火，中小企業(yè)使用較多。（2）切斷設備選擇本設計用于生產的切斷設備為鋸機。鋸機種類很多，常用的有圓盤鋸、杠桿式鋸切機以及滑座式

10、鋸切機等。圓盤鋸結構簡單，主要用于鋸切50mm以下的棒材和小型型材，以及薄壁管材等。本設計采用圓盤鋸作為切斷設備。（3）矯直機選擇 矯直機的分類：有輥式矯直機、壓力矯直機以及張力矯直機。輥式矯直機又分：板帶材輥式矯直機、型材輥式矯直機以及圓管棒輥式矯直機。圓管棒輥式矯直機分：立式雙曲線輥式矯直機、臥式雙曲線輥式矯直機和正弦(回轉式)管材矯直機。雙曲輥式矯直機又稱斜輥式管棒矯直機，主要用于矯直直徑300mm以下的管子和直徑在100mm以下的棒材。正弦管材矯直機主要用于矯直外徑616mm的盤管。圓管棒輥式矯直機工作的特點是當被矯直的材料規(guī)格尺寸發(fā)生變化時，只要調整上下輥間的距離和傾斜角度即可。本設

11、計采用圓管棒輥式矯直機。表3.3.2-1 矯直設備工藝性能參數矯直規(guī)格(mm)104矯直棍數(個)7被矯材料S（Mpa）274送矯材料最大彎曲度（mm/M）25電機功率(KW)4.5/7.5矯直速度(M/Sec)0.621.24（4）酸洗設備的選擇 銅材酸洗槽規(guī)格見下表。表3.3.2-2銅合金管棒材用酸洗槽規(guī)格酸槽類別酸洗槽的尺寸m酸洗槽內部用的材料加熱裝置的材料長寬高硫酸水洗槽91.421.65耐酸塑料、鉛板、耐酸不銹鋼、青石、木材鉛管或不銹鋼管（5）起重運輸設備起重運輸設備包括起重機、輥道、運輸小車以及各種升降設備。起重機(天車、吊車)主要用于車間原材科、產品、設備或部件的起重和運輸。 在

12、加工車間交要是橋式起重機，橋式超重機有雙梁、單梁和單主梁之分。雙梁橋式起重機的起重量大、運動速度快。單梁橋式起重機起重量小、運動速度慢，通常在機修車間使用。單主梁橋式起重機結構新、重量輕、造價降低。起重機的起吊重量主要由起吊最重物件的重量來決定。還要考慮由于車間產量提高起重量增大的可能，在確定起重量大小時還應考慮吊運工具的重量。起重機的運行速度主要決定于起重機的用途，檢修用的起重機運行速度較低，而在成品庫和原料倉庫吊料用的起重機則采用較大的運行速度。起重機的工作制度按起重量、遠行速度和使用頻繁程度分為輕、中和重型三種。主電室之起重機提升和遠行進度要求較慢，宜選用輕型；安裝、檢修用的起重機要求堤

13、升和運行速度中等，使用也不太頻繁，宜選用中型；在成品庫和成品庫與車間內各工序之問的起運機，要求有較大的提升和運行進度，使用較頻繁，宜選用重型。起重機的臺數一般可根據經驗確定，一般來說，中小型車間每70100m有一臺起重機。本設計采用6臺10t起重機。 3.4工藝計算工藝計算是確定各種計算產品的工藝流程和初選設備的基礎上，根據產品產量的要求，制品的工藝性能以及設備的特點，對各主要設備或工序進行具體的科學分析和必要的理論計算，從而確定出各種產品在各工序的準確而具體的生產工藝流程、工藝參數及其各種消耗定額，并確定各部分及各環(huán)節(jié)之間的協(xié)作配套關系。工藝計算的內容包括：主要加工工序的工藝規(guī)程的制定；編制

14、生產工藝流程定額卡；編制金屬平衡表。3.4.1擠壓力的計算擠壓工藝計算主要是擠壓力的計算，擠壓力是制訂擠壓工藝規(guī)程、選擇與校核擠壓機能力以及檢驗零部件強度與工模具強度的重要依據。擠壓力的計算有皮爾林公式法和工程法理論計算公式，皮爾林公式在推導過程中作了一系列的假設，如主應力面球面假設、平均化假設、塑性變形區(qū)金屬與擠壓筒接觸表面上摩擦遵守庫侖摩擦定理的假設等。因此采用皮爾林公式計算的結果與實測的數據比較誤差也較大。采用工程法計算擠壓力是簡捷方便和實用的。下面采用工程法理論計算公式進行相關的計算。擠壓力計算公式： j =s1+13cotln+41l1d1+43l3Dt 擠壓力： P=j4Dt2式中

15、 死區(qū)角度（死區(qū)與變形區(qū)分界線同擠壓筒中心線夾角） ，平模擠壓時取= 60，錐模擠壓時，如無死區(qū)，則即為模角；擠壓系數（擠壓比）； Dt 擠壓筒內徑；d1 模孔直徑； l1 工作帶長度；l3 未變形區(qū)部分錠坯的長度； j 擠壓應力； s 擠壓坯料的變形抗力，其值取決于坯料的性質、擠壓溫度、變形速度及變形程度；P擠壓力： 1 工作帶與坯料間的摩擦系數。由公式計算得： 擠壓力為 P=14.96MN故硅青銅棒的擠壓可采用15MN 的擠壓機。3.5設備負荷計算3.5.1工作制度與年工作臺時數的確定A 工作制度的確定在選擇設備時，計算設備負荷時首先要確定車間工作制度和設備年工作臺時。車間工作制度采用非連

16、續(xù)工作制星期日和節(jié)假日休息。如加工車間，其生產過程可以是非連續(xù)，因為整個生產流程是由一定數量的單體設備構成的一系列中間工序組成，年工作日按300天，每天3班，每班8小時。對于加工車間的設備，如有的負荷率較低，也可采用兩班制或一班工作制。B 設備工作臺時的確定設備年工作臺時（設備制度工作臺時，或年時基數）計算公式為： 設備年工作臺時 = 年工作日班次每班工作時間?？紤]到設備需要安排一定的時間進行大修（一般2-4年1次）和中修（一般1-2年1次）的時間損失，用于生產的有效時間系數稱為設備臺時系數?？紤]到交接班、更換工具、更換品種、調整設備、待料以及工人生理所須的時間等的時間損失，用于生產的有效時間

17、系數，稱之為設備運轉系數。設備臺時系數和設備運轉系數的乘積就是設備利用系數。設備年實際工作臺時=設備年時基數設備利用系數 熔鑄設備年實際工作臺時=35824設備利用系數 壓力加工車間設備年實際工作臺時=30024設備利用系數 機加工設備年實際工作臺時=30024設備利用系數。 具體計算如下：熔鑄設備年實際工作臺時 = 354 24 0.86 = 7306.56h擠壓機年實際工作臺時 = 250 24 0.8 = 4800h鋸切設備年實際工作臺時 = 250 24 0.83 = 4980h矯直設備年實際工作臺時 = 250 24 0.83 = 4980h均熱、退火、時效設備年實際工作臺時 = 2

18、50 24 0.865160 = 4800h加熱爐年實際工作臺時 = 250 24 0.83 = 4980h3,5,2設備負荷能力計算為了正確選擇設備，合理使用設備，充分發(fā)揮設備潛力，做好設備間的平衡工作，工藝設計者必須進行設備負荷能力計算。設備的負荷能力，就是設備的生產能力。要求算出各種計算產品在每個工序為完成年計劃產量所需的臺時數，確定出為完成年計劃產量所需的設備數量，計算出設備負荷率。首先從設備小時生產額入手。A 設備小時生產定額設備小時生產定額，即設備小時生產能力。以Hb表示。 Hb=3600GT 式中 G設備每生產該種計算產品的一塊坯料的平均重量，t； T設備每生產該種計算產品的一塊

19、坯料所需之平均總計時間，sT=t+t式中 t機動時間，s t總輔助時間，s設備小時產量是常用的生產率指標，是指生產合格產品而言。在加工工藝過程中，要產生各種金屬損耗及廢品、廢料，因此，要將各工序小時處理量Hb值分別除以各工序在制品投料系數。 B 年產量計算設備年產量的計算式為： Q年=HpTjw 式中 Tjw設備年實際工作臺時 Hp綜合平均小時產量 噸/時 C 設備完成年計劃產量所需臺時設備完成年計劃產量所需臺時u的計算式為 u=QKtHbK1h 式中 Q年計劃產量 ，t； Kt設備利用系數； Hb設備小時生產定額 t/h；D 設備完成年計劃產量所需臺數設備完成年計劃所需臺時的計算式為 N=u

20、zW=1200000/3.4825024=57 式中 u全年所需的臺時數，t； W設備年實際工作臺時總數,t；E 設備負荷率 設備的負荷能力就是設備的生產能力，要求算出各種計算產品在各個工序為完成年計劃產量所需的臺時數，確定出為完成年計劃產量所需的設備數量，計算出設備負荷率。設備負荷率反映了設備是否被充分利用以及設備間的平衡情況。設備負荷率由下式決定：設備負荷率=計算臺數/采用臺數100% =57/68=84% 或 =生產產品所需之臺時數/設備年實際工作臺時數100%在一般情況下，設備負荷率介于0.750.85之間較合適。該值過低，設備不能充分發(fā)揮作用；過高則負荷過重。如果設備負荷大于0.9甚

21、至1.0時，說明負荷過重，在這種情況下，應考慮增加設備臺數，另行增加的設備，既可以與原選設備大小規(guī)格相同，也可以不同。 第 21 頁4. 工藝流程定額卡硅青銅工藝流程 定額卡 車間名稱：棒材生產車間 產品密度：7.6g/cm3 錠坯來源、名稱：半連續(xù)鑄錠 產品名稱、種類：QSi1-3棒材 每個成品平均重量：13.68 kg 錠坯尺寸： 220mm490mm 產品牌號、狀態(tài)：QSi1-3 成品率：61.97% 每個錠坯平均重量：168.6kg 成品規(guī)格尺寸：30mm400mm 技術條件：YB460-71 一噸成品的錠坯消耗定額： 1.462t工序編號工序名稱設備名稱工藝技術特點加工后制品尺寸加工

22、后制品重量各工序的金屬損失（占錠坯重量的百分數）金屬補償系數（投料量系數）K直徑長度個重個數總重幾何廢料技術廢品燒損及熔損該工序損失由開始至本工序前的損失kg%kg%kg%kg%kg%012345678910111213141516171819123456加熱 擠壓 矯直鋸切酸洗矯直感應加熱爐 1500t臥式油壓機斜輥式圓棒矯直機圓盤鋸 酸洗槽斜輥式圓棒矯直機T=640860=140mm/s; 壓余H=200筒內徑300矯直速度16m/min定長切斷 H2SO4 10%18%矯直速度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小計7640013.6812126.841.814.81.325.36.9

24、12.472.339.75. 車間平面布置圖5.1車間平面布置 車間平面布置主要指設備和設施按選定的生產工藝流程確定平面布置。平面布置的合理與否對于設備生產能力的發(fā)揮，工人操作安全、生產周期的長短及生產率的高低有著很大的影響，在平面布置時應當從實際出發(fā)求得最大合理的布置。 5.1.1車間平面布置的原則1) 應滿足生產工藝要求，使生產流線合理。2) 即有利于生產，又使占地面積小，運輸線最短，以求縮短周期，提高生產率和單位面積產量。3) 保證操作方便，安全生產和工人的健康。4) 使人行道與工作線平行，避免金屬（原料與成品）流線與金屬廢料流線以及其他材料的運輸線相互交叉。5) 考慮將來的發(fā)展，要留有

25、適當的余地。5.1.2平面布置的內容（1）金屬流程線的布置金屬流程線指生產各類產品由原料到成品的工藝流程線，把所選定的設備與設施布置在相應工序的工藝流程線上，同時要考慮中間的堆料場地以及運輸等。金屬流程線常見的幾種形式如圖所示。 （a） （b） （c） (d) (e) (f) (g)1.直線式從生產的連續(xù)性及運輸方面看是最合理的。因此常用于連軋機以及初軋機等。但這種生產流程受到廠房長度的限制，因為廠房愈長所鋪設的管道也愈長，故經濟上是不合理的，建設投資大，一般認為廠房長度最好不要超過500m長。2.直線橫移式這種方式主要用于管材車間。因為管材的橫向運輸主要靠管材本身的自由滾動，在型材車間中大多

26、數冷床布置也常采用。3.曲折式這種形式節(jié)省廠房長度，適合多跨的車間。4.放射式常用于當由一個設備加工后的料進到兩個以上相同設備繼續(xù)加工時的情況。5.匯聚式常用于分別由兩臺以上相同或不同設備加工后的料進到一臺設備加工時的情況。6.過渡式當布置很多相同設備時才采用此種方案，如精整工段常用。7.分枝式在設備數目不多，但品種很多的情況下常采用此種布置形式。實際上，由原料到成品的加工流程很長，工序很多，設備復雜。因此不可能采用單一的方式，而是幾種形式的綜合。本設計采用曲折式。（2）生產設備的布置設計車間平面布置時，首先要做出包括主要生產工段、輔助生產工段、倉庫、動力系統(tǒng)、生活間及辦公室等部分在內的平面布

27、置圖，而且同時要做幾個方案加以比較分析，最后確定一個較好的方案。生產設備布置沒有一定的規(guī)定。在平面布置圖上首先根據生產工藝流程的順序和要求布置各種生產設備。布置主要設備時，要盡量使產品流線方向與廠房縱向一致，盡力避免橫向運輸，但有些情況是不可避免的。在考慮設備之間相互關系和決定間距時應根據產量大小，設備長度和設備操作條件等因素。在保證滿足生產要求的條件下，盡量緊湊，以節(jié)約車間面積。在布置設備時，設備不能位于吊車工作達不到的范圍。離廠房的柱腳邊緣必須留出一定距離。在布置主要設備時為了確保人身安全及安裝、維修等工作方便，要留操作面積。其大小視不同的設備以及機械化、自動化程度不同而定。在考慮設備之間

28、相互關系和決定間距時應根據產量大小，在保證滿足生產要求的條件下，盡量緊湊，以節(jié)約車間面積。另外，有些設備要留有足夠的更換工具或部件的操作面積及操作空間。設備彼此間的距離，可根據實際經驗按照各工序的實際作業(yè)情況來決定。（3）車間內通路的布置一般大、中型車間應有下述通路：1.車間主要通路：這是車間內部運輸通路，如電氣臺車通路、過跨運輸之窄軌小車。2.車間次要通路：用于運輸材料、備品備件、設備檢修及倉庫場地的通路等。3.人行通路及防火通路車間通路的寬窄對工人操作安全，工作方便以及生產任務的完成有重要的影響。因此，在車間設計時要正確的選擇。設備之間的通路寬度根據運輸小車的寬度確定。當小車的寬度為1200mm時，單向運輸通路的寬度可取2200mm；雙路返向運輸通路的寬度可取4000mm。人行通路一般可取1m寬，當車間的人較多，考慮到非常的情況下需迅速疏散時，則人行通路的寬度可取2m。防火路可與運輸通道結合起來統(tǒng)一考慮?？傊返膶捳投嗌俦仨毟鶕唧w條件而定，