压力加工车间设计之设备选择培训讲义.ppt

2019年10月13日星期日,第五章 设备选择,授课教师：彭良贵,压力加工车间设计课程,2019年10月13日星期日,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,2019年10月13日星期日,5.1 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）,2019年10月13日星期日,5.1 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/en,2019年10月13日星期日,5.1 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。,2019年10月13日星期日,5.1 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,2019年10月13日星期日,5.1 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、PC,2019年10月13日星期日,5.1 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613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,2019年10月13日星期日,5.1 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,2019年10月13日星期日,5.1 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,2019年10月13日星期日,5.1 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=1.0-1.2 d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,2019年10月13日星期日,5.1 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。,2019年10月13日星期日,5.1 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 =（15002000） hmin 无张力轧制时 Dmax 1000hmin 对型钢轧机而言，轧辊直径可由坯料高度确定： D = K1Hmax,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：1.31.7 大型材：2.54.5 中型材：2.95.0 小型材：4.56.0 线 材：5.08.0,对管材轧机，其轧辊直径：,坯料直径,附加量,倍数,或,2019年10月13日星期日,5.1 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， =100mm； 1450mmHSM，=150mm； 4300mmPM， =200mm； 冷轧： 650mmTCM， =100mm； 1800mmTCM， =150mm；,辊身长度与直径的关系： 初轧机： L/D = 2.33.0 二辊中厚板轧机： L/D = 1.853.50 二辊中薄板轧机： L/D = 1. 52.2 型材轧机： L/D = 1.52.5 四辊轧机工作辊： L/D = 2.54.0 四辊轧机支撑辊： L/D = 1.82.70 穿孔机： L/D = 0.550.7 自动轧管机： L/D = 1.451.55 均整机： L/D = 0.800.90,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。,2019年10月13日星期日,5.1 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3040HS，用于开坯机、大型型钢粗轧机）,特硬辊,（肖氏硬度约为4060HS，用于型钢轧机、板带粗轧机）,（肖氏硬度约为6085HS，用于精轧机）,（肖氏硬度约为85100HS，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,2019年10月13日星期日,5.1 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）,2019年10月13日星期日,5.1 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,2019年10月13日星期日,5.1 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,2019年10月13日星期日,5.1 主要设备选择,1、某厂拟生产黄铜冷轧板材，规格为0.2mm600mm4000mm（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55mm5mm（R态），已知铸锭尺寸为195mm350mm，要求通过计算选择一台吨位最小的挤压机。,2019年10月13日星期日,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,2019年10月13日星期日,5.2 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。,2019年10月13日星期日,5.2 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。,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,加热炉设备-炉型选择,2019年10月13日星期日,5.2 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,2019年10月13日星期日,5.2 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,2019年10月13日星期日,5.2 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。,2019年10月13日星期日,5.2 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+24mm f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，10300mm/s。,2019年10月13日星期日,5.2 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，s,n一根料的被锯定尺数,tj锯切一次的间隙间,s,t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。,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,切断设备-剪切机参数,平刃剪剪切力计算,H1辊道平面至剪机压板下平面之距mm, H1= h+5070mm h被剪金属的最大厚度，mm H1上下剪刃重叠量（525mm） H2压板低于上剪刃值（550mm） H3辊道上平面超出下剪刃值（520mm）,平刃剪剪切行程,2019年10月13日星期日,5.2 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=(34)B 大中剪机： L=(22.5)B 板坯剪： L= B+200300mm,刀片横断面高度： h=(0.651.5)H 刀片横断面宽度： =(0.30.4)h 其中，H为被剪金属最大高度mm.,小型剪剪切力P=6001600kN n=1630次/min 中型剪剪切力P=25008000kN n=1020次/min 大型剪剪切力P=1000025000kN n=314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）,2019年10月13日星期日,5.2 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=1.31.5; K2=0.70.75; K3剪刃间隙系数； =26时 K3=1.11.3 大取下限 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) 319 1235 35 () 13 35 812,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）,2019年10月13日星期日,5.2 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（1.21.4） 其余类同斜刃剪参数。,圆盘厚度,黑色金属： D=(50100)h； 有色金属： D=(3268)h; h被剪金属最大厚度mm,=（0.060.10）D,h(mm) 25 510 1020 2025 v(m/s) 1.02.0 0.51.0 0.250.5 0.20.3,剪切速度,2019年10月13日星期日,5.2 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,2019年10月13日星期日,5.2 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； S屈服强度,经验公式: D=(0.90.95)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) 0.251.5 1.56 6 n 1929 1117 79,经验公式： t=(1020)h,矫直辊辊数n,2019年10月13日星期日,5.2 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=(0.750.90)t,矫直辊节距t,经验公式： t=(520)h,矫直辊辊数n,大型材辊数 n=59 中小型材 n=710,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300mm管 和小于100mm棒材。,2019年10月13日星期日,5.2 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,2019年10月13日星期日,5.2 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,2019年10月13日星期日,5.2 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/h G：每根料重量，kg; C：相邻两根料之间最宽中心距离，m T：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,2019年10月13日星期日,5.2 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/m ：自然对流传热系数 ； F：轧件单位长度冷却面积 m2 Tave：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）：,2019年10月13日星期日,5.2 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）,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,冷却设备选择,DP600 3.5mm,X100 22mm,2019年10月13日星期日,5.2 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。,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,除鳞设备选择,主要技术参数： 喷射压力，Mpa 喷射宽度 喷射水流量,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,酸洗设备选择,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),2019年10月13日星期日,5.2 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10001200mm） 浅槽酸洗 （酸液深4001000mm） 浅槽紊流酸洗 （酸液深400mm）,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,酸洗设备选择,2019年10月13日星期日,5.2 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 ：酸洗材比重 t/m ； ：成材率% K1：利用系数,生产能力,2019年10月13日星期日,5.2 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2040%，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,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,1. 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. FM fill in roller table 17. 输出辊道 18. 卷取机入口辊道,1800mmHSM辊道布置图,2019年10月13日星期日,5.2 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vv轧(510)%，以免轧件过分撞击导卫装置和孔型 机后vv轧(510)%，以保证轧件不拱起。,辊道参数,2019年10月13日星期日,5.2 辅助设备选择,1800mmHSM辊道辊参数