金属压力加工车间设计05 工艺规程的设计

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1、n工艺计算是在确定各种计算产品的工艺流程和初选设备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具体的生产工艺流程、工艺参数及其各种消耗定额生产工艺流程、工艺参数及其各种消耗定额，并，并确定各部分及各环节之间的确定各部分及各环节之间的协作配套关系协作配套关系。n工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程

2、的设计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。制定；编制生产工艺流程定额卡。5 工艺规程的设计工艺规程的设计n制定工艺规程的制定工艺规程的 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。安全；进行高效率的生产。n制定工艺规程的制定工艺规程的 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程(工具材质、尺寸、形状及各加工

3、道次被加工件的形状、尺工具材质、尺寸、形状及各加工道次被加工件的形状、尺寸变化等寸变化等)和工艺参数和工艺参数(力、温度、速度及表面介质等条件力、温度、速度及表面介质等条件)。5 工艺规程的设计工艺规程的设计n在工艺设计中，工艺规程的制订和工艺参数的选择，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。计算方法详见必要的计算。计算方法详见金属塑性加工学金属塑性加工学，下，下面仅对轧制、挤压拉拔的工艺计算作简要叙述。面仅对轧制、挤压拉拔的工艺计算作简要叙述。n轧制规程的核心是轧制规程的核心是（压

4、下规程或压下制度）（压下规程或压下制度）其必然离不开其必然离不开温度制度温度制度，速度制度速度制度，辊型制度辊型制度和和张力张力制度制度。本章主要讲授压下规程设计计算中的几个问题。本章主要讲授压下规程设计计算中的几个问题。5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算n1 咬入条件的校核咬入条件的校核 hmax D(1-cosy)式中：式中：hmax为道次最大压下量；为道次最大压下量；D为工作辊最小辊径；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。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：冷轧按润滑条件确定：hmax

5、=R f 2 式中式中:R工作辊最小半径，工作辊最小半径，f摩擦系数摩擦系数 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算n2 热轧时的温降计算热轧时的温降计算 (采用实测、经验公式、理论公式计算采用实测、经验公式、理论公式计算)Q=KFpT 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算n3 轧辊强度校核轧辊强度校核（1）校核）校核Pyx 轧机的最大允许压力轧机的最大允许压力Pyx是确定轧辊尺寸的主要是确定轧辊尺寸的主要依据，即轧辊尺寸是由依据，即轧辊尺寸是由Pyx确定的，一旦轧辊的确定的，一旦轧辊的尺寸确定后，按轧辊尺寸可计算出轧辊的尺寸确定后，按轧辊尺寸可

6、计算出轧辊的Pyx，其是轧机各部分强度最薄弱的部分。其是轧机各部分强度最薄弱的部分。hRBpP 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算 式中：式中：P为各道次的轧制压力，为各道次的轧制压力，B，R，h为相应道次为相应道次的轧件宽度，轧辊半径和压下量。的轧件宽度，轧辊半径和压下量。为了安全起见，此处为了安全起见，此处R取工作辊的最大半径。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为平均单位压力，应根据不同轧制情况选择合理的公式。理的公式。p 5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算 计算公式：计算公式：热轧中厚板热轧中厚板 斋藤公式，西姆斯公式或志田茂公式斋藤公式，西姆斯公式

7、或志田茂公式等。等。热轧薄板带热轧薄板带西姆斯公式或志田茂公式西姆斯公式或志田茂公式等等。冷轧板带冷轧板带 斯通公式，勃郎特斯通公式，勃郎特-福特公式或希尔公式福特公式或希尔公式等等 型钢，钢管型钢，钢管艾克隆德公式艾克隆德公式等。等。5.1 轧制规程设定计算轧制规程设定计算（2）轧辊强度校核）轧辊强度校核 见见“章静老师机械设备课程章静老师机械设备课程”（3）主电机校核）主电机校核 见见“王萍老师轧制原理课程王萍老师轧制原理课程”5.2 挤压工艺计算挤压工艺计算n挤压工艺规程的设计主要是挤压工艺规程的设计主要是挤压比挤压比的设计及的设计及挤压挤压温度温度，挤压速度挤压速度（包括挤压速度和金属

8、流出速度）（包括挤压速度和金属流出速度）的确定。的确定。n挤压温度确定主要依据也是相图，塑性图和再结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晶图，但由于挤压时变形热可使制品温度上升几十度甚至十度甚至300以上，故应考虑挤压温度的控制以上，故应考虑挤压温度的控制值。值。5.2 挤压工艺计算挤压工艺计算n挤压速度包括：挤压速度包括：挤压速度挤压速度主柱塞，挤压杆，挤压垫的移动速主柱塞，挤压杆，挤压垫的移动速度。度。n金属流出速度金属流出速度金属流出模孔时速度。金属流出模孔时速度。n变形速度变形速度单位时间变形量变化大小。单位时间变形量变化大小。5.2 挤

9、压工艺计算挤压工艺计算 通常挤压时比较注重金属流出速度通常挤压时比较注重金属流出速度VlnVl主要取决于金属与合金的可挤性，制品的质量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。要求，挤压机的能力及最大挤压速度。n挤压工艺设计主要是挤压工艺设计主要是挤压力挤压力的计算，其是制订挤的计算，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。和工模具强度的重要依据。5.2 挤压工艺计算挤压工艺计算1、挤压力计算、挤压力计算 公式：公式：（1）皮尔林公式皮尔林公式使用方便，适用各种挤压条件，误差大。使用方

10、便，适用各种挤压条件，误差大。（2）普洛卓洛夫公式普洛卓洛夫公式适用于低塑性高强度难变形金属。适用于低塑性高强度难变形金属。（3）塞洛尔内公式塞洛尔内公式采用玻璃润滑剂挤压钢及稀有难熔金属。采用玻璃润滑剂挤压钢及稀有难熔金属。2、挤压机校核、挤压机校核 PmaxPyx 5.2 挤压工艺计算挤压工艺计算3、工具强度校核、工具强度校核 穿孔机穿孔机稳定性，抗拉强度稳定性，抗拉强度 挤压轴挤压轴稳定性，抗压强度稳定性，抗压强度 挤压模挤压模抗弯，抗剪强度抗弯，抗剪强度 挤压垫挤压垫抗压强度抗压强度 挤压筒挤压筒等效应力（安全系数）等效应力（安全系数）5.3 拉拔工艺计算拉拔工艺计算n主要是拉拔力的计

11、算和电机功率的计算主要是拉拔力的计算和电机功率的计算6.1工作制度和年工作时间的确定工作制度和年工作时间的确定6.1.1工作制度工作制度n连续工作制连续工作制节假日不休息，三班或四班三运转节假日不休息，三班或四班三运转n非连续工作制非连续工作制节假日休息，一、二或三班工作节假日休息，一、二或三班工作 6 主要设备负荷计算主要设备负荷计算 6.1.2 年工作小时的确定年工作小时的确定工工作作制制度度日日历历时时间间h h计划停工时间计划停工时间 h h年年计计划划工工作作时时间间 h h非非计计划划停停工工时时间间 h h年年规规定定工工作作时时间间 h h大大中中修修 小修小修合计合计交交接接

12、班班换换工工具具 6.1.2 年工作小时的确定年工作小时的确定说明说明：（1）年计划工作时间是设备一年中最大可能的工作时间）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）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，其约为计划工设备故障，待料，待热，待气，待电等，其约为计划工作时间的作时间的0.80.92（参见表（参见表7-1）。现代化轧机取上）。现代化轧机取上限。限。（3）大中修和小修时间如已包括交接班和换工具时间应）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。扣除，不能重复计算。（4）在

13、确定年工作时间时，应参考国内外同类厂家的实）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。际情况取平均先进水平。6.2.1 轧机小时产量计算轧机小时产量计算1.轧机小时产量轧机小时产量 A=3600GK1b/T式中：式中：G为原料重量（为原料重量（t）,b为成材率（为成材率（%）,T为轧制节奏时间为轧制节奏时间(s)K1为轧机利用系数为轧机利用系数理论轧制节奏时间与实际达到的轧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协调；零星不需要停车

14、小事故等。即轧机不需要停车的时间损失。对于现代轧机取间损失。对于现代轧机取0.81.0，不同轧机取值不同。，不同轧机取值不同。2.轧机平均小时产量轧机平均小时产量AP A为某一产品或代表产品的小时产量，当车间产品很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而有不同的Ai,为计算年产量或考核车间的生产水平而为计算年产量或考核车间的生产水平而确定确定AP。AP在一定时间内轧制产品总量与消耗的总时间计在一定时间内轧制产品总量与消耗的总时间计算算 6.2.1 轧机小时产量计算轧机小时产量计算 6.2

15、.1 轧机小时产量计算轧机小时产量计算 Ti=Qi/AiniiniiPTQA11/niiQ1轧制产品总数量（设计车间年，季，月，旬产量）。轧制产品总数量（设计车间年，季，月，旬产量）。niiT1完成轧制产品总量所需要的实际工作时间完成轧制产品总量所需要的实际工作时间(年年,季季,月月,旬旬)（1）按轧制品种总量与消耗的总时间计算）按轧制品种总量与消耗的总时间计算 6.2.1 轧机小时产量计算轧机小时产量计算Qi,Ti代表产品总量，完成代表产品总量所需要实际工作代表产品总量，完成代表产品总量所需要实际工作 时间。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，该法虽然无考虑生产各产品过

16、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。较近。6.2.1 轧机小时产量计算轧机小时产量计算（2）按劳动量换算系数计算）按劳动量换算系数计算 劳动量换算系数：劳动量换算系数：Xi=Ab/Ai 式中：式中：Ab,Ai分别为标准产品，某种产品小时产量（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，按实际通常以年产量中百分比最高的产品为标准产品，按实际生生 产统计的数据产统计的数据Xi则则:AP=1/(X1a1/Ab+X2a2/Ab+-+Xnan/Ab)式中：式中

17、：ai为不同品种在总产量中占的比例。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，但其虽考虑了各产品生产时的难易程度，但Xi不易固定，实不易固定，实际计算结果有较大误差。故设计时常用第一种方法计算。际计算结果有较大误差。故设计时常用第一种方法计算。6.2.2 轧制图表轧制图表（P172173）其也称其也称和和n轧制图表轧制图表表示和反映轧制道次和轧制时间之间的表示和反映轧制道次和轧制时间之间的关系的图表。关系的图表。n轧制图表的四个特征时间轧制图表的四个特征时间 纯轧时间纯轧时间，间隙时间间隙时间，轧制节奏时间轧制节奏时间，轧制延续时间轧制延续时间。6.2.2 轧制图表轧制图

18、表n轧制过程的安排是否合理，不仅对产量、质量有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决定性影响，而且对整个车间生产的各方面有重要影响。要影响。n典型的几种轧制图表如下：典型的几种轧制图表如下：6.2.2 轧制图表轧制图表1.单机座可逆式轧机单机座可逆式轧机 图中图中:T轧制节奏时间轧制节奏时间 T=Tz+t Tz 一根料轧制总延续时间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）前、后两根料之间轧制间隙时间（原始间隙时间）tzh,tj道次纯轧时间，道次间隙时间。道次纯轧时间，道次间隙时间。jzhzttT 6.2.2 轧制图表轧

19、制图表 T=Tz-tjch式中：式中：tjch轧件同时通过轧机之交叉轧制时间，即前后两根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。料在轧制总延续时间中之重叠部分。2.横列式轧机横列式轧机 6.2.2 轧制图表轧制图表T=tzh1+t2.横列式轧机（横列式轧机（活套轧制）活套轧制）6.2.2 轧制图表轧制图表 T=tzh+t纯轧时间纯轧时间 tzh1=tzh2=-=tzhn 间隙时间间隙时间 tj1=tj2=-=tjnjzhjzhZtnntttT)1(3.顺序式轧机顺序式轧机 6.2.2 轧制图表轧制图表特点：（特点：（1）通过各机架之秒体积流量相等；）通过各机架

20、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）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，高而递减，tj1tj2-tjn-1 （3）轧制节奏时间为：轧制节奏时间为：T=tzh+t （4）轧制总延续时间：轧制总延续时间：Tz=tzh+11nijt4.连续式轧机连续式轧机 6.3.1 挤压机设备小时生产定额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。设备小时能力，或称设备小时处理量。Hb=G/T Hb设备小时产量设备小时产量t/h G 坯料重量坯料重量t T 节奏时间节奏时间h T=t+t1+t2nt 机动时间，即机上纯工作时间；机动时间，即机上纯工作时

21、间；nt1间隙时间，即该料从上机开始操作至结束间的间隙间隙时间，即该料从上机开始操作至结束间的间隙 时间时间nt2各循环间或其他必须的辅助时间，即两块料之间的各循环间或其他必须的辅助时间，即两块料之间的 间隙时间间隙时间对应于轧机，对应于轧机，t、t1、t2即即 、t则设备操作节奏时间：则设备操作节奏时间：当当G用成品重量计算，用成品重量计算，T用秒单位并考虑设备利用系数用秒单位并考虑设备利用系数K1时，时，则：则：Hb=3600GbK1/T b成材率，成材率，%；K1设备利用系数，查表设备利用系数，查表7-1 对于挤压机，每次只挤一根料，对于挤压机，每次只挤一根料，T=t+t ,t=(Ld-

22、l)/vj Ld锭坯长度，锭坯长度，m；l余压长度，余压长度，vj平均挤压速度平均挤压速度,m/s；zhtjttttTjzh 6.3.1 挤压机设备小时生产定额挤压机设备小时生产定额1.综合平均小时产量（平均小时产量）综合平均小时产量（平均小时产量）HP(AP)（与轧机相同）（与轧机相同）2.年产量：年产量：Q年年=HPTjw Tjw年实际工作时间年实际工作时间iiPPTQAH/6.3.2 挤压机年产量计算挤压机年产量计算 实际工作时间（实际工作时间（U）iibiiPjwAQHQHQUT/n6.3.3 完成年计划产量所需要设备台时完成年计划产量所需要设备台时6.3.4 完成年计划产量所需要的设

23、备台数完成年计划产量所需要的设备台数N N=U/Wn W设备年实际工作台时设备年实际工作台时 （时（时/台）台）n一般辅助设备的能力是主要设备能力的一般辅助设备的能力是主要设备能力的1.11.2倍。倍。N（取整数）（取整数）6.4 设备负荷率计算设备负荷率计算 设备负荷率（设备负荷率（）反映了设备充分利用与否及设备之间的）反映了设备充分利用与否及设备之间的平衡情况。平衡情况。对于主要设备，通常：对于主要设备，通常：n=计算台数计算台数/采用台数采用台数100%n=生产产品所需的台时生产产品所需的台时/设备年规定的台时设备年规定的台时100%n=年实际工作时间年实际工作时间/年规定工作时间年规定

24、工作时间100%n=计划年产量计划年产量/实际年产量实际年产量100%实际年产量实际年产量=AP年规定工作时间年规定工作时间 计划年产量计划年产量=AP年实际工作时间年实际工作时间 6.4 设备负荷率计算设备负荷率计算 如果设备负荷大于如果设备负荷大于0.9甚至甚至1.0，说明负荷过重。，说明负荷过重。应考虑增加设备台数。应考虑增加设备台数。一般情况下，设备负荷率以介于一般情况下，设备负荷率以介于0.70.85之间之间较合适。该值过低，设备不能充分发挥作用；过较合适。该值过低，设备不能充分发挥作用；过高则负荷过重。高则负荷过重。6.4 设备负荷率计算设备负荷率计算 注意：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量Ai受各辅助设备生产能力的影响，生产链上的薄弱环节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。（通常是加热炉）将影响轧机能力的发挥。因此，在确定轧机的因此，在确定轧机的Ai时，以各生产链上时，以各生产链上最薄弱的小时产最薄弱的小时产量量定为轧机的小时产量定为轧机的小时产量Ai；在计算年实际工作小时和轧机；在计算年实际工作小时和轧机负荷率时，均以此最薄弱的负荷率时，均以此最薄弱的 Ai计算。计算。