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1、工厂设计（课程设计）以年产量 130 万吨的铝型材挤压车间设计为例课程名称：工厂设计（课程设计）学 院：材料与化学化工学院专 业：材料科学与工程（金属材料方向）学生姓名 : 肖忠洋学 号： 201102040210指导教师： 管登高、周世杰、刘素田总 成 绩：2014 年 12 月目录1 设计任务书 31.1 设计题目 31.2 设计生产规模和规格 31.3 设计主要任务 42 设计说明书 52.1生产方案的设计 52.2工艺方案的设计 52.2.1 锭坯的选择 52.2.2 工艺流程的制定 52.3 设备方案的设计 72.3.1 主要设备 72.3.2 辅助设备 82.4 工艺计算与设备负荷
2、计算 122.4.1 工艺计算 122.4.2 设备负荷计算 143 车间平面布置 173.1生产设备布置 183.2车间内通道设计 183.3车间内仓库布置 193.4其他设施布置 204 工艺流程定额卡 215 车间平面布置图 226 总结 227 参考文献 221. 设计任务书1.1 课程设计题目 ：年产量 130 万吨的铝型材挤压车间设计1.2 车间的生产规模、生产的品种（1）车间规模：年产 130 万吨 1050 纯铝管材车间（ 2） 产品品种和规格：本设计任务是设计一个年产量 130 万吨的铝型材挤压车间，生产的产品有：具有特定性能的结构件，如铝箔制成垫片及电容器，电子管隔 离网，
3、电线，电缆的防护套，网，线芯及飞机通风系统零件及装饰件 等。挤压制品所用的材料是 1050 纯铝。1.3 主要任务（1） 编写工厂 /车间设计说明书；1）生产方案的设计2）工艺方案的设计3）设备方案的设计4）工艺计算与设备负荷计算5）车间平面布置设计（2）编制工艺流程定额卡。/车间平面（3）按照工程制图及工厂 /车间平面布置的相关要求，手绘工厂 布置 1 号图纸 1 张，图纸要求整洁、规范。（4）课程设计总结。2. 设计说明书2.1 生产方案的设计1050 纯铝生产薄壁管材的规格：年产量 130 万吨，管材外径 40mm ，壁厚 4mm。综合考虑投资，产品质量以及表面精度等方面，采用挤压-拉拔
4、法。该方法适合生产大口径薄壁的管材，生产效率高，产品质量好。2.2 工艺方案的设计2.2.1 锭坯选择锭坯形状是由产品形状和设备特点决定的。一般情况下，管材生产采用圆 锭。锭坯的直径根据铲平规格尺寸加以确定。对于棒材而言，挤压坯料由熔铸 车间供给，而冷轧和拉拔坯料由挤压供给，挤制的管型材的直径有下面的公式 决定：挤制管锭坯直径：式中 D 0 是锭坯直径， mm；D 是挤制管外径、圆棒直径， mm；d 是挤制品内径，mm；九是挤压比。通常挤压比X 8，根据对铝制品的要求将挤压比选定为8，挤压筒内径与铸锭坯间关系一般用填充系数表示， 通常为 1.06-1.15 ，选用 1.08。2.2.2 工艺流
5、程的制定 ：典型的工艺流程有1050 40mm x 4mm管材生产工艺流程：锭坯(270mm x 160mm x250mm) 加热 挤压(挤压温度为320-450度，金属流出速度为6-10m/min,挤后管为98.5mm x 68.70mm) 锯 车皮和镗孔( 97.5mm x68.60mm x 120mm)加 二次挤压( 50mm x4.5mm)张力矫直切头尾清除毛刺吹除锯末中间检查退火(退火温度为320度，退火时间为0.5h 刮皮、修理冷轧(LG30冷轧管机，轧后管子尺寸为 42mm x 3.99mm) 辗头减径拉拔(拉拔后管子为0 40mm x 4.00mm ）一矫 切成品清理 查k包装
6、入库。图 1 流程图2.2.2.1 挤压过程挤压温度是重要参数，选择是应该考虑被挤压金属具有的较低的变形抗力 和较高的塑性，注意使铝的的变形温度不要超过最高临界的温度，防止金属进 入热脆状态而出现裂纹。为了防止产生挤压裂纹，常使挤压温度范围范围比临 界温度低 50-100 度。纯铝的管型材的挤压温度为 300-450 度，挤压筒温度为 320-450 度，综合考虑，挤压温度为 300 度，挤压筒的温度 350 度。2.2.2.2 冷轧过程目前常使用的冷轧铝管的方法有二辊式、多辊式挤横多辊旋压等，综合考 虑各种方法的特点，多辊式轧制可轧制闭较薄的管材，减径量、道次加工率与 送料量抖比而辊式小，选
7、用多辊式轧制法。管子冷轧前的坯料都要进行矫直、切头、碱洗、退火、外表面修理、内表面吹 擦以及涂油润滑等。2.2.2.3 拉拔过程管材拉拔前都必须对管材进行切断、退火、打头、外表面修理和内表面润 滑等处理。切断后的管坯有一端头必须保持圆形，以便能够顺利装入芯头，带 芯拉拔的管坯除了纯铝外都要进行退火，对未经退火的合金坯料打头前必须加 热，加热温度为 220-420 度，加热时间为 20-40min 。纯铝的管型材的加热温度 确定为 300 度，加热时加为 20min ，直径大于 30mm 的管材在气锤上打头。2.3 设备方案的设计2.3.1 主要设备选择 根据产品的方案以及生产方案及生产工艺流程
8、的要求，综合考虑设备的先 进性与经济上的合理性，设备之间的合理配置与平衡选择合适的主要设备。2.3.1.1 挤压机选择按照挤压机的结构形式分类为立式与卧式，立式管棒挤压机的工模具能极 好的对准正中心，有预报容易装料，工作周期端，占地面积小，虽然有需要较 深的地沟和高厂房的缺点，但是挤压管材方面立式挤压机还保留着重要地位， 所以选用立式管棒挤压机。按照传动方式分类为机械传动和液压传动，因为生产的产品为大批量，选 用液压传动中的油压机的直接传动较为经济，而且提高了加工效率。选用国外 铝材卧式双动挤压机挤压吨位 8000KN 。按照穿孔系统分类除了穿孔和不带穿孔系统挤压机的常规挤压机，还有从 国外进
9、口的 conform 连续挤压机，进口设备主要应用于挤压铝的管材等，选用 英国 Holton 公司制造的 comform 连续挤压机 C300H 型号，该挤压机参数为最大 的铝管直径扩展靴为 50mm ，普通靴为 30mm ，最大产量为 600kh/h, 驱动方式是 直流电流。综合考虑经济方面以及生产效率，选用国外卧式双动挤压机。2.1.1.2 轧机选择 轧机采用二辊轧机，轧机布置形式为连续式布置轧机，管材轧机可选用自动轧机管型号为e76无缝轧管机，该自动轧机管的技术性能有管坯尺寸 60-90mm ，成品尺寸为 30-76mm ，壁厚 4-25mm ，年产量为 10kt 。也能选用二辊 式冷轧
10、管机的 LG-55 型号， 该轧机管径外径为 38-73mm ， 管壁厚度为 1.75-12.0mm ，成品管外径范围 25-55mm ，成品管管壁厚度 0.6-10.0mm ，生产率 为 108m/h 。综合考虑选择第二种方式的轧机，生产率提高。3.1.1.3 拉拔机选择 常用拉拔机有链式和卷盘式，卷盘是是生产管材的高效设备，铝金属的管 材拉拔机选择 e 750 盘管拉拔机，该拉拔机的拉拔管材直径范围咋 1.2-8mm 之 间，拉拔的管材壁厚不限，是当今较为理想的设备。3.3.2 辅助设备选择根据辅助设备在压力加工生产过程中的不同用途和作用，可将辅助设备分为：加热及热处理设备、切断设备、矫直
11、设备、冷却设备、酸洗与铣面设备以 及起重运输设备等。选择辅助设备的一般原则是辅助设备要满足生产工艺流程，有较高工作效 率，重量轻，体积小，以及节约车间投资。3.3.2.1 加热炉加热与热处理设备包括均热、退火、淬火以及时效等设备，按工艺用途可 概括为：（1）锭的加热以及均热炉； （ 2）半成品与成品退火炉； （ 3）成品热处 理炉。重金属以及其合金多采用中温炉。加热炉炉型选择，铝铸锭均匀化处理周期时间长，采用连续式加热炉。炉 内全部铸锭都用推锭机从装料口一侧推进，从另一端取出的方式。炉型有 1 段 式到 5 段式的，采用煤气或者重油作为燃料。铝铸锭的加热采用链式连续加热 炉。炉子尺寸的确定：（
12、1）炉子的宽度主要根据坯料长度确定。B 二 nl + （N +1）5式中，l-坯料的长度，m； n-坯料排列数；5 -料间或料与炉墙之间的间隙距离， m, 一般取 0.2-0.3m。（2）炉子长度主要根据加热炉产量决定， 但是在推进式连续加热炉宗还要受加 热炉允许的最大推进的限制，一般工程上用推钢比T来确定：推钢长度T =坯料最小宽度设计时一般选用T的范围为：条件较好时，T = 250 - 300 ；条件较差时，T = 200 - 250。3.3.2.2 热处理炉 根据铝以及铝合金管、棒型材退火、淬火及时效炉技术性能表： 退火设备选择管、棒退火箱式电阻炉，该电阻炉的最高工作温度为 500 度，
13、炉 http:/第 9 页膛尺寸（长 x 宽 x 高）为 8680x980xl500mmxmmxmm,功率为 240/kw。淬火设备选择管、棒、型材立式活底炉，该淬火炉最高工作温度为 530 度，炉 膛尺寸（直径x长）900x 10892mmxmm,功率为300/kw。时效设备选择管、型材人工时效炉（卧式） ,该炉最高工作温度为 420 度,炉膛 尺寸（直径 x长）1380x12100mmxmm,功率为 420kw。3.3.2.3 切断设备 金属压力加工车间用于生产的切断设备主要有锯机、剪机和折断机三类。在铝的管材生产车间,我们选用锯机。锯机的种类很多,其中圆盘锯结构简单, 主要用于锯切 50
14、mm 以下的棒材和小型型材,以及薄壁管材等。锯机的主要技术参数有锯片直径、锯片厚度和锯片功率。 锯片直径主要考虑锯切最大断面与锯片直径的关系。在锯切时要求锯州以 及其他零件在所锯切的最大断面上能自由通过,同时,锯片的下沿要伸入辊道下面，其值为b。确定锯片直径D的关系式如下： （h + b ）式中，d-锯片夹盘直径，取d= （0.35-0.5）D, mm； h-锯切金属件的最大高度， mm； b-伸入辊道下面的值，新锯片 b=100-50mm，旧锯片b=40-80mm。 锯片厚度常用下式确定：S = 618 0.2D式中，s-锯片厚度，mm； D-锯片直径，mm。锯片功率常用下面的式子计算：N
15、= P - S - f式中，P-锯切单位面积上作用的锯切力，KN； S-锯缝宽度，mm； f-单位时间锯 下的金属断面积，mm 2/s, f = yh ;卩-进锯速度，一般可取10300mm/s ;h-被锯 件的断面高度， mm。根据有色金属常用锯机主要技术性能可知选用针对铝合金的型号 8A68 的 锯机，该锯机的参数：锯件最大尺寸直径 350/mm;锯片直径1010/mm ；锯片厚度为6.5/mm;锯片转数为2 20丫/min ；进刀速度和切削速度可以任意调节。3.3.2.4 矫直设备矫直机的分类有辊式矫直机、压力矫直机和张力矫直机。辊式矫直机的工 作是连续进行的，生产率高，因而得到了广泛的应用；压力矫直机是靠冲头往 返运动进行矫直的，生产率低；张力矫直机多用于有色金属材料的矫直。铝管材的矫直机选择辊式矫直机中的圆管棒辊式矫直机。根据卧式双曲线辊式 矫直机的技术技能参数，选择的矫直机的参数有：被矫制品规格管材最小直径 20mm;管材最大
