现场管理_压力加工车间设计教材

2020年2月21日星期五 第六章工艺计算与金属平衡 授课教师 彭良贵 压力加工车间设计课程 2020年2月21日星期五 第6章工艺计算与金属平衡 6 1轧制 挤压 拉拔工艺计算6 2编制生产工艺流程定额卡6 3编制金属平衡表 本章主要内容 2020年2月21日星期五 6 1工艺计算 工艺计算的目的 产品方案 生产方案 生产工艺流程 主要设备 辅助设备 辅助设备 设备校核 优化选型确定产品的具体工艺规程和工艺参数制订各种消耗定额 工艺规程指加工件材质 尺寸 形状及各加工道次被加工件的形状 尺寸变化等 工艺参数是指力 温度 速度及表面介质等条件 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 轧制规程的核心是变形规程 压下规程或压下制度 其制订过程必然离不开温度制度 速度制度 张力制度和辊型制度的确定 这些参数的选择 应符合实际 可根据同类工厂的实际情况加以确定 并作必要的计算 在此 着重介绍与设备校核相关的轧制工艺计算内容 以确定设备选择是否合适 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 A 最大咬入角校核 接触角 式中 hmax为道次最大压下量 Dmin为工作辊最小辊径 y为允许咬入角 热轧按轧制速度查有关资料确定 冷轧按润滑条件确定 式中 R 工作辊最小半径 f 摩擦系数 变形区基本参数 2020年2月21日星期五 B 热轧时的温降计算 终轧温度对轧制过程的稳定性及材料微观组织及力学性能都有深刻的影响 道次间温降的确定 可采用实测 经验公式与理论公式计算 式中 K 热量损失系数 kJ m2 s 查手册 Fp 该道次轧件平均散热面积 m2 t 该道次的散热时间 轧制时间 间隙时间 Tq Th 道次前后轧件温度 Cp 轧件比热 J kg G 轧件重量 kg 轧件在该道次的热量损失 J 于是 道次温降 而 6 1 1轧制工艺计算 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 C 轧制力计算 典型的轧制力计算公式 热轧中厚板 斋藤公式 西姆斯公式或志田茂公式等热轧薄板带 西姆斯公式或志田茂公式等冷轧板带 斯通公式 Bland Fort公式或Hill公式等型钢 钢管 艾克隆德公式等 轧制力参数在轧机牌坊设计 轧制规程制订 轧机和轧辊校核 电机选型等方面都有广泛的应用 计算轧制力 轧制力校核 Pp 接触面积上的平均单位压力 MPa 可采用理论计算或经验法计算 B 轧件宽度 mm R 轧辊半径 mm h 道次绝对压下量 mm Py 轧机的最大允许压力 kN 由轧辊的强度确定 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 D 轧辊强度校核 四辊轧机工作辊传动为例 支撑辊最大允许压力Pzy 支撑辊辊身的最大弯曲应力 max 其中 Dz L l 分别为支撑辊辊身直径 辊身长度和辊颈的长度 mmW 支撑辊抗弯模量 mm3Mmax 支撑辊辊身最大弯曲力矩 y 支撑辊的最大允许弯曲应力 MPa 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 支撑辊辊颈最大允许压力Pzj 支撑辊辊颈的最大弯曲应力 max 其中 dz为支撑辊辊颈直径 mm 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 工作辊的最大扭曲应力 max 其中 R Dg 分别为工作辊辊身半径和直径 mmWgj 工作辊辊颈的抗弯模量 mm3Mkmax 工作辊的最大扭曲力矩 y 工作辊的最大允许扭曲应力 Mpa 摩擦系数 hmax 工作辊的最大压下量 工作辊最大允许压力Pgy 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 其中 Wgt 工作辊辊头的抗弯模量 mm3dgt 工作辊辊头直径 mm 工作辊辊头最大允许压力Pgt 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 E 转矩的计算 电机轴上的转矩M 其中 Mj 静力矩 kN mMd 动力矩 kN mMz 轧制力矩 kN mi 轧辊与电机间的传动比Mm 摩擦力矩 kN mMk 空转力矩 kN m 轧制力矩 用于使轧件塑性变形所需之力矩 摩擦力矩 克服轧制时发生在轧辊轴承 传动机构等的附加摩擦力矩 空转力矩 克服空转时的摩擦力矩 动力矩 克服轧辊非匀速转动时产生的惯性力 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 轧制力矩Mz 在转动轧辊所需的力矩中 轧制力矩是最主要的 其值为轧件对轧辊的垂直压力P与力臂a之乘积 单位压力曲线 单位压力图形重心线 力臂系数 其中 Pp 轧制变形区平均单位压力 Mpa Bp 轧制变形区轧件平均宽度 m L1 变形区接触弧长 m 4Hi轧机支撑辊传动时 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 摩擦力矩Mm 式中 轧辊轴承摩擦系数djm 轧辊辊颈的摩擦直径 m 对二辊轧机而言 上 下辊 传动侧 操作侧共计4个轴承 Mm1 轧辊轴承中的摩擦力矩Mm2 传动机构诸如减速机 齿轮机座中的摩擦力矩 轧辊轴承中的摩擦力矩Mm1 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 对四辊轧机而言 轧制时的总压力主要为支撑辊所承受 故此时摩擦力主要发生在支撑辊的轴承中 此摩擦力对支撑辊的旋转所形成的阻力矩为 于是 作用在支撑辊与工作辊间的摩擦力 受此摩擦力作用而形成对工作辊旋转的阻力矩为 因此 对工作辊传动的4Hi轧机 式中 zz 支撑辊辊颈轴承的摩擦系数dzjm 支撑辊辊颈的摩擦直径 m 对支撑辊传动的4Hi轧机 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 传动机构中的摩擦力矩Mm2 式中 为传动机构效率 即从主电机到轧机的传动效率 最终换算到主电机轴上的总的摩擦力矩为 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 空转力矩Mk 指空载转动轧机所需的力矩 通常可根据转动部分 如轧辊 联接轴 人字齿轮 飞轮等 的重量和在轴承中的摩擦圆半径来计算 式中 n 转动部件在支撑轴承中的摩擦系数 dn 转动部件被支撑于轴承中的轴颈直径 m Gn 转动部件的重量 in 电机与该部件间的传动比 通常按经验公式来确定 其中 MH为电机额定转矩 kN m 新式轧机取下限 旧式轧机取上限 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 动力矩Md 当轧机轧制速度变化时 便产生了克服惯性力的动力矩 式中 GD2为折合到电机轴上的各部分转动惯量之和 kN m2 G为转动部分的重量 N D为转动部分之惯性直径 m dn dt 为电机轴上的转动角加速度 r min s 电机的转动惯量可由产品样本或电机铭牌查得 电机的转动惯量 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 折合到电机轴上的支撑辊的转动惯量 式中 izg 支撑辊对工作辊的传动比 i Dz Dg igd 工作辊对电机的传动比 轧辊的密度L 支撑辊的辊身长度 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 折合到电机轴上的工作辊的转动惯量 折合到电机轴上的轧件的转动惯量 式中 Gj 轧件重量 t ng 工作辊的转动速度 r min v 轧制速度 m s 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 F 电机运行图 静负荷图 静力矩随时间变化的关系图 单独传动的连轧机静负荷图 单机架可逆式轧机静负荷图 可逆式轧机轧制速度与静 动 合成负荷图 动负荷图 动力矩随时间变化的关系图 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 道次轧制阶段 空载加速阶段 电机转矩 电机转速 0 nk nk 空载稳定运转时的转速dn dt 为电机轴上的转动角加速度 r min s 空载加速段时间 道次轧制阶段 空载稳定运转阶段 电机转矩 电机转速 nk 空载稳定运行时间 间隙时间 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 道次轧制阶段 带载加速阶段 电机转矩 电机转速 nu ndw 带载加速段时间 nu 轧件咬入时的转速ndw 轧制过程中对应某轧制速度时的电机转速 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 道次轧制阶段 带载减速阶段 电机转矩 电机转速 ndw nb 带载减速段时间 nb 抛出轧件时的转速ndw 轧制过程中对应某轧制速度时的电机转速 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 nu 轧件咬入时的转速nb 抛出轧件时的转速ndw 轧制过程中对应某轧制速度时的电机转速tdj2 带载减速运转时间 sL 该道次轧制终了轧件长度 m 道次轧制阶段 带载稳定轧制阶段 电机转矩 电机转速 ndw 带载稳定轧制时间 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 道次轧制阶段 空载减速阶段 电机转矩 电机转速 nk 0 空载减速时间 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 当电机转速n超过基本转速nh时 电机转矩用当量转矩来表示 当量转矩 或 M 该道次上的电机转矩n nh 该道次上的电机转速和基本转速v vh 该道次上的轧制速度与基本速度 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 G 电机校核 均方根转矩 等效转矩 M2t 轧制周期内 各道次各阶段转矩与时间乘积之和 t 各道次各阶段时间之和即为轧制周期 当主电机的传动负荷图确定后 即可对电动机的功率进行计算和校核 要求 一是由负荷图计算出的均方根力矩或等效力矩不能超过电动机的额定力矩 二是负荷图中的最大力矩不能超过电机的允许过载负荷和持续时间 如果是对电机进行选型 则需根据等效力矩和所要求的转速来选择电机 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 电机发热校核 电机短时过载校核 时间不超过15秒 MH 电机额定转矩 Mmax 轧制周期内最大的转矩 KG 电机允许的过载系数 My 电机的允许转矩 其中 n为电机转速 r min 为电动机到轧机的传动效率 kW 注 功率 转矩 力 速度的关系 H 电机功率计算 2020年2月21日星期五 6 1 1轧制工艺计算 课后作业 按照书中例题的求解方法 对LY2A12硬铝合金热轧工艺各个道次进行工艺计算 对轧辊和电机进行校核 要求 1 每组2人 自由组合为14个小组 各负责一个道次的工艺计算和校核 2 将工艺计算过程和校核过程详细列出 3 绘制道次电机的转速图和负荷图 4 每组上交一份作业 并写上组员名字和学号 2020年2月21日星期五 6 1 2挤压工艺计算 挤压工艺规程设计主要内容 挤压比的设计挤压温度的确定挤压速度 主柱塞 挤压杆 挤压垫的移动速度 金属流出模孔时的速度变形速度 单位时间变形量变化大小 确定挤压温度主要依据相图 塑性图和再结晶图 但由于挤压时变形热可使制品温度上升几十度甚至更高 故应考虑挤压温度的控制值 金属流出速度主要取决于金属与合金的可挤性 制品的质量要求 挤压机的能力及最大挤压速度 2020年2月21日星期五 影响挤压力的因素 被挤压坯料的变形抗力 材质 变形温度 应变速率和变形程度 坯料和工具的几何因素 坯料 制品形状和尺寸 挤压筒直径 长度 外摩擦条件 挤压筒和挤压模的表面状态及润滑条件 6 1 2挤压工艺计算 挤压工艺设计主要是挤压力的计算 其是制订挤压工艺规程 选择和校核挤压机的能力及检验零部件强度与工模具强度的重要依据 挤压力理论计算公式1 皮尔林公式 使用方便 适应各种挤压条件 误差大 2 普洛卓洛夫公式 适用于低塑性高强度难变形金属 3 塞洛尔内公式 采用玻璃润滑剂挤压钢及稀有难熔金属 挤压力工程法计算公式 棒材 型材 管材挤压力或反向挤压力计算 穿孔力计算 挤压力经验算式 挤压力 2020年2月21日星期五 6 1 2挤压工艺计算 挤压机校核 Pmax Pyx 工具强度校核穿孔机 稳定性 抗拉强度挤压轴 稳定性 抗压强度挤压模 抗弯 抗剪强度挤压垫 抗压强度挤压筒 等效应力 安全系数 2020年2月21日星期五 6 1 3拉拔工艺计算 拉拔工艺计算主要是拉拔力和电机功率的计算 其中拉拔力是制订拉拔工艺规程 选择与校核拉拔机能力以及检验各部件强度的重要依据 拉拔力工程法计算公式1 平均主应力法 使用方便 适应一般金属的管 棒 型材以及线材 误差大 2 皮尔林公式3 简化公式 拉拔机电机功率计算 单机拉拔 多模拉拔 拉拔条件的校核 2020年2月21日星期五 6 2编制生产工艺流程定额卡 生产工艺流程定额卡编制的目的 为设备负荷计算 平衡设备 编制金属平衡表及技术经济指标提供依据 生产工艺流程定额卡编制的主要内容 结合产品 将生产工艺流程具体化并制订出各种消耗定额 生产线 主要设备 辅助设备 生产工艺流程 生产工序 产品生产工艺 工艺参数 产品成品率 各种金属消耗比例 原料 成品的重量和规格 产品生产工艺流程定额卡 2020年2月21日星期五 编制金属平衡表的目的 根据设计任务书的要求 参照国内外同类企业或车间所能达到的先进指标 考虑本企业或车间的具体情况 工艺装备水平 技术水平 管理水平等 确定出为完成年计划产量所需要的投料量 6 3编制金属平衡表 2020年2月21日星期五 6 3编制金属平衡表 确定计算产品的成品率 式中 Q 原料量t W 金属消耗量 损失量 t 成品率是一项重要的技术经济指标 直接反映了生产组织管理及生产技术水平的高低 成品率设计应根据同类企业的实际成品率情况 同时结合所设计车间的技术特点以及各项产品工艺卡片的计算结果加以综合确定 2020年2月21日星期五 6 3编制金属平衡表 加工过程金属损失的情形 金属烧损 金属损失 金属熔损 技术损失 几何损失 工艺切损 金属残屑 金属材质炉型加热温度和时间材料形状等 铸锭切损头 尾 边切损 锭坯的铣面 铣侧边锯切车皮镗孔等 废品加工过程产生的废料 酸洗 碱洗 化学处理铝合金盐浴退火 2020年2月21日星期五 6