压力加工车间设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,压力加工车间设计,压力加工车间设计压力加工车间设计工艺计算是在确定各种计算产品的工艺流程和初选设备的基础上，根据产品产量的要求、制品的工艺性能以及设备特点，对各主要设备或工序进行具体的科学分析和必要的理论汁算，从而确定出种产品在各工序的准确而具体的生产工艺流程、工艺参数及其各种消耗定额，并确定各部分及各环节之间的协作配套关系。,工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程的设计制定；编制生产工艺流程定额卡。5 工艺规程的设计,1,工艺计算是在确定各种计算产品的工艺流程和初选设备的基础上，根据产品产量的要求、制品的工艺性能以及设备特点，对各主要设备或工序进行具体的科学分析和必要的理论汁算，从而确定出种产品在各工序的准确而具体的,生产工艺流程、工艺参数及其各种消耗定额,，并确定各部分及各环节之间的,协作配套关系,。,工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程的设计制定；编制生产工艺流程定额卡。,5 工艺规程的设计,2,制定工艺规程的,目的,充分利用被加工金属及合金的塑性并达到技术条件的要求正确的选择和使用设备、充分发挥设备潜力，并保证设备的安全；进行高效率的生产。,制定工艺规程的,内容,确定出每种计算产品生产工艺流程所经过的各工序的工艺规程(工具材质、尺寸、形状及各加工道次被加工件的形状、尺寸变化等)和工艺参数(力、温度、速度及表面介质等条件)。,5,工艺规程的设计,3,在工艺设计中，工艺规程的制订和工艺参数的选择，要比照同类工厂的实际调查统计情况加以确定，并作必要的计算。计算方法详见金属塑性加工学，下面仅对轧制、挤压拉拔的工艺计算作简要叙述。,轧制规程的核心是,变形规程,（压下规程或压下制度）其必然离不开,温度制度,，,速度制度,，,辊型制度,和,张力制度,。,本章主要讲授压下规程设计计算中的几个问题。,5.1,轧制规程设定计算,4,5.1.1,咬入条件的校核,h,max,D(1-cos,y,),式中：h,max,为道次最大压下量；D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：h,max,=R f,2,式中:R工作辊最小半径，,f摩擦系数,5,5.1.2,热轧时的温降计算,(采用实测、经验公式、理论公式计算),Q=KF,p,T,6,5.1.2,热轧时的温降计算,Q=KF,p,T,7,辊身,校核弯曲强度；,辊颈,校核弯曲加扭转；,辊头,校核扭转强度；另外四辊轧机在选用轧辊材质时要校核工作辊辊面的挤压应力；,（1）校核Pyx,轧机的最大允许压力Pyx是确定轧辊尺寸的主要依据，即轧辊尺寸是由Pyx确定的，一旦轧辊的尺寸确定后，按轧辊尺寸可计算出轧辊的Pyx，其是轧机各部分强度最薄弱的部分。,5.1.3,轧辊强度校核,8,式中：,P为各道次的轧制压力，B，R，h为相应道次的轧件宽度，轧辊半径和压下量。,为了安全起见，此处R取工作辊的最大半径。,为平均单位压力，应根据不同轧制情况选择合理的公式。,5.1.3,轧辊强度校核,9,5.1.3,轧辊强度校核,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，勃郎特-福特公式或希尔公式等,型钢，钢管艾克隆德公式等。,轧辊强度校核 见 轧钢设备课。,10,5.1.4,主电机能力校核,1.,传动力矩的组成,要确定主电机功率，必须首先确定传动轧辊的力矩。在轧制过程中，在主电机轴上，传动轧辊所需力矩由以下几个部分构成：,M=M,z,/i+M,m,+M,k,+M,d,式中：M,z,轧制力矩使轧件产生塑性变形,i轧辊与主电机间的传动比,M,m,附加摩擦力矩、作用于轴承、传动机构等位置,M,k,空转力矩，克服空转时的摩擦力距,M,d,动力距，克服加速、起动等时刻的惯性力矩,11,5.1.4,主电机能力校核,a),轧制力矩的计算,按轧件对轧辊的作用力、轧制力矩为：,M,z,=2 Pa,式中：a力臂 a=,L,j,力臂系数，冷轧板带时,0.330.42,热轧板带时,0.420.50,L,j,接触弧长度,12,5.1.4,主电机能力校核,a),轧制力矩的计算,按能耗曲线确定轧制力矩时需要一些经验数据，一般对于,型钢,和,管钢,为吨位产品能耗占总延伸系数的关系图，如：,1.5 2 3 5 10 20,1,2,3,4,10 20 30 kwh/t,0.1 0.5 5 10 100,1,2,3,20 40 60 kwh/t,a 11150板坯机 b 11700热连轧机组,2250线材轧机 25机架冷轧低碳钢,3500大型轧机 35机架冷轧板带,4250穿孔机组,各种轧机的典型能耗曲线,13,5.1.4,主电机能力校核,a),轧制力矩的计算,根据能耗曲线，第n+1道次的单位能耗为（a,n+1,-a,n,）kwh，,若轧件重量为G,吨，则该道次总能耗为,A=（a,n+1,-a,n,）G,再按轧制所耗功A与轧制力矩关系 M,z,=A/t=AR/vt算出M,z,即可。,式中 角速度，弧度,t 时间，s,v轧辊圆周速度，m/s,R半径，m,注意：用能耗法算出的式中为轧制力矩和摩擦力矩之和。,14,5.1.4,主电机能力校核,b),附加摩擦力矩,轧制过程中克服轴承、传动机构中的摩擦力所需力矩。,故有两部分组成：,M,m,=M,m1,/i,+M,m2,M,m1,=P/2f,1,d,1,4=Pd,1,f,1,为轴承中的附加摩擦力矩,P轧制力,f,1,轴承摩擦系数 滑动轴承 f,1,=0.050.1,滚动轴承 f,1,=0.0030.01,液体摩擦轴承 f,1,=0.0030.004,15,5.1.4,主电机能力校核,b),附加摩擦力矩,M,m2,=(1/,1,-1)(M,z,+M,m1,)/I,为换算到主电机轴上的摩擦力矩,1,传动机构（减速机、齿轮机座）的效率,齿轮：,1,=,0.960.98,皮带：,1,=,0.850.90,16,5.1.4,主电机能力校核,c),空转力矩,是空载转动轧机主机列所需力矩。,空转时轧辊、接轴、齿轮、飞轮等到主电机的传动比不同，因轴颈半径各不相同，因此，应分别计算后再加合。,即,M,K,=M,Kn,=(G,n,F,n,d,n,)/2,in,通常按经验定：,M,K,=,（0.030.06）,M,H,M,H,电动机的额定转矩,17,5.1.4,主电机能力校核,d),动力矩,起动及加减速度时的惯性力矩。,M,d,=GD,2,/375dn/dt,式中 G转动部分重量,D转动部分惯性直径,dn/dt角加速度,18,5.1.4,主电机能力校核,2.,静负荷图,要校核和选择主电机，除知其负荷值外，还需知轧机负荷随时间的变化图，力矩随时间变化的图称为静负荷图。,静力矩为：M=M,z,/i+M,m,+M,k,轧制时间按：t,n,=L,n,/v,n,L,n,轧后轧件长度,间隙时间按间隙动作所需时间 或 经验现场数据定。,静负荷图的画法如下图所示。,19,5.1.4,主电机能力校核,2.,静负荷图,t,M,0,a 单独传动的轧钢机的静负荷图,t/s,M,c,/吨/米,各类轧钢机的静负荷图,b 单机架轧机轧数道的静负荷图,t,t/s,M,c,/吨/米,d 集体驱动的连轧机的静负荷图,M,M,M,M,M,t/s,t,M,c,/吨/米,t,5,t,4,t,3,t,2,c 同时轧数根轧件的轧机的静负荷图,t,1,t/s,M,c,/吨/米,20,5.1.4,主电机能力校核,3.,负荷图画法（动静负荷图合成）,图6.3 可逆轧机的速度图与负荷图,t,5,t,4,t,3,t,2,n,b,n,a,t/s,t,n,t,n,M,d4,M,d2,M,d1,M,d3,M,d,t/s,M,k,M,j,t/s,M,k,M,5,M,4,M,3,M,2,M,k,M,1,M,t/s,21,5.1.4,主电机能力校核,4.,主电机功率计算,当主电机的传动负荷图确定后，才能对电动机的功率进行计算。此工作由两部分组成：,一是由负荷图算出“等效力矩”，它不能超过电机的额定力矩，,二是负荷图中的最大力矩不能超过电动机的允许过载负荷和持续时间。,若为新选电机，则应依据等效力矩和所要求的转速选择电机。,22,5.1.4,主电机能力校核,等效力矩计算,轧机工作时电机负荷是间断式的不均匀负荷，而电动机的额定力矩是指电动机在一定负荷下长期工作时其温升在允许的范围内的力矩。因此，校核电机时首先应计算出等效力矩：,M,jum,=,t,n,轧制时间内各段纯轧时间，s,t,n,轧制时间内各段间隙时间，s,M,n,纯轧时间所对应的力矩，N.m,M,n,间隙时间对应的空转力矩，N.m,23,5.1.4,主电机能力校核,电机校核,校核电动机温升条件：,M,jum,M,H,校核电动机过载条件：,M,max,K,G,M,H,K,G,电动机的过载系数 直流,2.02.5,交流,2.53.0,电动机达到最大,K,G,M,H,时，允许持续时间为,15s,，否则电机将升温。,电动机功率的计算,对新电机，需要根据等效力距计算电动机的功率。即：,N,=（,1.03,M,jum,n/,）kw,n电机转数、r/min,电动机到轧机的传动功率。,24,5.2 挤压工艺计算,挤压工艺规程的设计主要是,挤压比,的设计及,挤压温度,，,挤压速度,（包括挤压速度和金属流出速度）的确定。,挤压温度确定主要依据也是相图，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300以上，故应考虑挤压温度的控制值。,25,5.2 挤压工艺计算,挤压速度包括：,挤压速度主柱塞，挤压杆，挤压垫的移动速度。,金属流出速度金属流出模孔时速度。,变形速度单位时间变形量变化大小。,26,5.2 挤压工艺计算,通常挤压时比较注重金属流出速度V,l,V,l,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。,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零部件和工模具强度的重要依据。,27,5.2 挤压工艺计算,1、挤压力计算,公式：,（1）皮尔林公式使用方便，适用各种挤压条件，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。,2、挤压机校核 P,max,P,yx,28,5.2 挤压工艺计算,3、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）,29,5.3 拉拔工艺计算,主要是拉拔力的计算和电机功率的计算,30,6 主要设备负荷计算,6.1 工作制度和年工作时间的确定,6.2 轧机小时产量及轧制图表,6.3 挤压机年产量计算,6.4 设备负荷率计算,31,6.1工作制度和年工作时间的确定,6.1.1工作制度,连续工作制节假日不休息，三班或四班三运转,非连续工作制节假日休息，一、二或三班工作,6 主要设备负荷计算,32,6.1.2 年工作小时的确定,轧机负荷率轧机的全年,实际轧制时间,与全年,计划轧制时间,之比，反映了轧机的是否被充分利用以及设备间的平衡情况。,有效作业率轧机的全年,规定轧制时间,与全年,计划轧制时间,之比。,33,6.1.2 年工作小时的确定,说明,：,（1）年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间。,（2）非计划停工时间是由于技术或管理上的原因造成的设备故障，待料，待热，待气，待电等，其约为计划工作时间的0.80.92（参见表7-1）。现代化轧机取上限。,（3）大中修和小修时间如已包括交接班和换工具时间应扣除，不能重复计算。,（4）在确定年工作时间时，应参考国内外同类厂家的实际情况取平均先进水平。,34,35,36,6.2.1 轧机小时产量计算,1.,轧机小时产量,A,=3600G,K,1,b/T,式中：,G为原料重量（t）,b为成材率（%）,T为轧制节奏时间(s),K,1,为轧机利用系数理论轧制节奏时间与实际达到的轧制节奏之比值，其包括操作失误如轧件打滑；前后工序不协调；零星不需要停车小事故等。即轧机不需要停车的时间损失。,对于现代轧机取0.81.0，不同轧机取值不同。,37,2.,轧机平均小时产量A,P,A为某一产品或代表产品的小时产量，当车间产品很多时，由于品种，坯料规格，成材率和轧制道次不同而有不同的A,i,，为计算年产量或考核车间的生产水平而确定A,P,。,A,P,在一定时间内轧制产品总量与消耗的总时间计算,6.2.1 轧机小时产量计算,38,6.2.1 轧机小时产量计算,T,i,=Q,i,/A,i,轧制产品总数量（设计车间年，季，月，旬产量）。,完成轧制产品总量所需要的实际工作时间(年,季,月,旬),（1）按轧制品种总量与消耗的总时间计算,39,6.2.1 轧机小时产量计算,Q,i,T,i,代表产品总量，完成代表产品总量所需要实际工作,时间。,该法虽然无考虑生产各产品过程中难易程度，但计算简单，在产品方案相近和足够代表产品的情况下，其计算值与实际较近。,40,6.2.1 轧机小时产量计算,（2）按劳动量换算系数计算,劳动量换算系数：X,i,=A,b,/A,i,式中：A,b,A,i,分别为标准产品，某种产品小时产量（t/h）。,通常以年产量中百分比最高的产品为标准产品，按实际生,产统计的数据X,i,则:,A,P,=1/(X,1,a,1,/A,b,+X,2,a,2,/A,b,+-+X,n,a,n,/A,b,),式中：a,i,为不同品种在总产量中占的比例。,其虽考虑了各产品生产时的难易程度，但X,i,不易固定，实际计算,结果有较大误差。故设计时常用第一种方法计算。,41,6.2.1 轧机小时产量计算,影响轧机小时产量的因素：,主要影响因素有：原料重量、成品率、轧制节奏、轧机利用,1.原料重量：坯料重量G越高则小时产量A越高。,2.轧制节奏时间：T越短时A越高。,3.成品率：B升高则A升高，故应减少各项损失。,4.轧机利用系数：K升高则A升高。提高作业水平，提高自,动化机械化程度加强管理。,42,6.2.2 轧制图表,（P172173）,其也称,轧制进程表,和,轧制工作图表,轧制图表表示和反映轧制道次和轧制时间之间的关系的图表。,轧制图表的四个特征时间,纯轧时间,，,间隙时间,，,轧制节奏时间,，,轧制延续时间,。,43,6.2.2 轧制图表,轧制过程的安排是否合理，不仅对产量、质量有决定性影响，而且对整个车间生产的各方面有重要影响。,基本概念,纯轧时间：轧件在轧辊缝中产生塑性变形的时间。,间隙时间：道次间隙时间和上下两块钢之间的间隙时间。,轧制节奏时间：平均轧一块钢所需的时间。,轧制总延续时间：轧机工作图表即是表示以上四个时间的内在联系和变化规律的图表。,44,1.,单机座可逆式轧机,图中:T轧制节奏时间 T=T,z,+t,T,z,一根料轧制总延续时间,t前、后两根料之间轧制间隙时间（原始间隙时间）,t,zh,t,j,道次纯轧时间，道次间隙时间。,典型的几种轧制图表,T,z,T,t,时间/s,道次,a 单机,架可逆,轧机的工作图,表,45,T=T,z,-t,jch,式中：t,jch,轧件同时通过轧机之交叉轧制时间，即前后两根料在轧制总延续时间中之重叠部分。,2.,横列式轧机,典型的几种轧制图表,46,T=t,zh1,+t,2.,横列式轧机（活套轧制）,典型的几种轧制图表,47,T=t,zh,+,t,纯轧时间 t,zh1,=t,zh2,=-=t,zhn,间隙时间,t,j1,=t,j2,=-=t,jn,3.,顺序式轧机,典型的几种轧制图表,48,特点：（1）通过各机架之秒体积流量相等；,（2）各道次间的间隙时间随各机架轧机轧制速度的提,高而递减，t,j1,t,j2,-t,jn-1,（,3,）,轧制节奏时间为：T=t,zh,+t,（,4,）,轧制总延续时间：,Tz=t,zh,+,连续式轧机具有短的总延续时间和轧制节奏时间。,4.,连续式轧机,典型的几种轧制图表,49,6.3.1 挤压机设备小时生产定额,设备小时能力，或称设备小时处理量。,H,b,=G/T,H,b,设备小时产量t/h G 坯料重量t,T 节奏时间h T=t+t,1,+t,2,t 机动时间，即机上纯工作时间；,t,1,间隙时间，即该料从上机开始操作至结束间的间隙,时间,t,2,各循环间或其他必须的辅助时间，即两块料之间的,间隙时间,50,对应于轧机，t、t,1,、t,2,即 、t,则设备操作节奏时间：,当G用成品重量计算，T用秒单位并考虑设备利用系数K,1,时，,则：H,b,=3600GbK,1,/T,b成材率，%；K,1,设备利用系数，查表7-1,对于挤压机，每次只挤一根料，,T=t+t ,t=(L,d,-l)/v,j,L,d,锭坯长度，m；l余压长度，,v,j,平均挤压速度,m/s；,6.3.1 挤压机设备小时生产定额,51,1.综合平均小时产量（平均小时产量）H,P,(A,P,),（与轧机相同）,2.年产量：Q,年,=H,P,T,jw,T,jw,年实际工作时间,6.3.2 挤压机年产量计算,52,实际工作时间（U）,6.3.3 完成年计划产量所需要设备台时,53,6.3.4 完成年计划产量所需要的设备台数N,N=U/W,W设备年实际工作台时 （时/台）,一般辅助设备的能力是主要设备能力的1.11.2倍。N（取整数）,U年实际工作时间（小时）,54,6.4 设备负荷率计算,设备负荷率（）反映了设备充分利用与否及设备之间的平衡情况。,对于主要设备，通常：,=计算台数/采用台数100%,=生产产品所需的台时/设备年规定的台时100%,=年实际工作时间/年规定工作时间100%,=计划年产量/实际年产量100%,实际年产量=A,P,年规定工作时间,计划年产量=A,P,年实际工作时间,55,6.4 设备负荷率计算,如果设备负荷大于0.9甚至1.0，说明负荷过重。应考虑增加设备台数。,一般情况下，设备负荷率以介于0.70.85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。,56,6.4 设备负荷率计算,注意：,由于热轧机各工序是连续作业，轧机各代表产品的小时产量A,i,受各辅助设备生产能力的影响，生产链上的薄弱环节（通常是加热炉）将影响轧机能力的发挥。,因此，在确定轧机的A,i,时，以各生产链上,最薄弱的小时产量,定为轧机的小时产量A,i,；在计算年实际工作小时和轧机负荷率时，均以此最薄弱的 A,i,计算。,57,7.新建300万吨/年热轧板带车间，其产品规格为1.2,12.710001550mm，精轧机拟采用四辊CVC轧机，最大横移量=100mm，试确定轧机组成方案及轧辊辊 身长度？,8.以热轧六机架连续轧制为例画图说明轧制图表的特点及特,征时间？,9.轧机平均小时产量是如何确定的？轧机的主要工艺参数是什么？,58,复习思考题,1.新建300万吨/年热轧板带车间，其产品规格为,1.2,12.710001550mm,，精轧机拟采用四辊CVC轧机，,最大横移量=,100mm,，试确定轧机组成方案及轧辊辊身长度？,2.以热轧六机架连续轧制为例画图说明轧制图表的特点及特征时间？,3.轧机平均小时产量是如何确定的？轧机的主要工艺参数是什么？,59,谢谢,60,