【正文】 現(xiàn)銅材生產(chǎn)從原料直至加工材成品的連續(xù)化生產(chǎn)是今后銅加工的發(fā)展目標(biāo)。 市場(chǎng)、生產(chǎn)技術(shù)與裝備現(xiàn)狀 : 1. 銅及銅合金管材。 1）純銅類管材。純銅類管材的市場(chǎng)需求約占管材總需求量的 70%，主要用于制冷空調(diào)、電纜、建筑用水管、電真空 器件、冷凝器、蒸發(fā)器、熱交換器以及輸送管路等。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式有擠壓 — （冷軋） — 拉伸法和斜軋穿孔 — （冷軋）— 拉伸法。其中斜軋穿孔 — （冷軋） — 拉伸法由于所生產(chǎn)規(guī)格和合金品種少、管坯質(zhì)量差等原因，現(xiàn)絕大多數(shù)企業(yè)已不采用，此種方法由于技術(shù)落后正在逐漸淡出市場(chǎng)。隨著技術(shù)的完善和裝備水平的提高，高效節(jié)能的水平連鑄 — 行星軋制（下簡(jiǎn)稱稱鑄軋法）法已廣泛地應(yīng)用于純銅類管材的生產(chǎn)。特別是在制冷空調(diào)用管（包括內(nèi)螺紋銅管）和電纜管的生產(chǎn)中，其生產(chǎn)技術(shù)和裝備已十分成熟和完善。鑄軋法所能夠生產(chǎn)的純銅類管材最優(yōu)規(guī)格為外徑 Φ 3 ～ Φ 35mm 范圍的薄壁銅管。 2）銅合金管。銅合金管主要應(yīng)用于電力電氣、海水淡化、船舶制造、石油化工、機(jī)械、造紙、建筑等國(guó)計(jì)民生的重要領(lǐng)域，用于制造熱交換器、機(jī)械零部件、冷凝管、波導(dǎo)管、散熱器管、水道管、波紋管、蛇形管、撓性軟管、泵用管、管道配件、及管件等。銅合金管目前的主要生產(chǎn)方式還是采用傳統(tǒng)的擠壓 — 冷軋— 拉伸方法，另有黃銅合金管的盤拉技術(shù)。盤拉伸技術(shù)是在直條拉伸技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種生產(chǎn)效率更高、成材率更高的拉伸技術(shù)。許多企業(yè)也在研究實(shí)驗(yàn)對(duì)銅合金管進(jìn)行盤拉，對(duì)于塑性好，加工過(guò)程不需進(jìn)行中間退火的合金來(lái)說(shuō)已有了成功的經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)那些加工硬化快的黃銅合金進(jìn)行盤拉生產(chǎn)需要解決的難題仍有不少。銅合金管目前的技術(shù)和裝備的進(jìn)步主要表現(xiàn)在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 的控制水平、節(jié)能降耗、提高效率等方面。目前國(guó)內(nèi)所能生產(chǎn)銅合金管的最大直徑已接近 Φ 500mm。 2. 銅及銅合金棒材。棒材是銅加工材中重要一類，在銅及銅合金棒材中，黃銅棒約占棒材總量的 90%，其中包括易切削、耐腐蝕、熱鍛、異型棒等，主要供貨形式有圓棒和型棒，型棒包括方形棒、矩形棒、六角棒、異型棒等。主要用于航空航天、兵器、儀器儀表、通訊、船舶工業(yè)、電力電氣、民用建 筑、機(jī)械零件、水暖管件、汽車附件、日用五金、衛(wèi)生潔具、鎖具等。我國(guó)習(xí)慣上按加工方法將棒材分為擠制和拉制兩大類，分別規(guī)定了相應(yīng)的規(guī)格范圍，小規(guī)格的棒材與線材在規(guī)格上有所交叉，時(shí)常難以劃分。而美國(guó)、日本等國(guó)家在棒、線材規(guī)格交叉部分，則不以產(chǎn)品的尺寸而以交貨形態(tài)劃分，直態(tài)交貨的稱為棒材，盤狀交貨的稱為線材；通常棒材直徑下限為 φ 1mm，線材上限為 φ 15mm。 目前我國(guó)常用的棒材加工方式為采用熱擠壓、水平連鑄或上引連鑄等方法制造棒坯，之后采用冷軋或拉伸的方法生產(chǎn)出產(chǎn)品。 由于銅的廣泛用途和大量消費(fèi)及 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)供不應(yīng)求的局面，中國(guó)的銅及銅合金生產(chǎn)具有很大的市場(chǎng)需求。相比外國(guó)銅及銅合金的生產(chǎn)，我國(guó)銅及銅合金生產(chǎn)技術(shù)有待進(jìn)一步提高以滿足市場(chǎng)對(duì)銅及銅合金產(chǎn)品品種、質(zhì)量、精度等方面的要求。故我認(rèn)為銅及銅合金生產(chǎn)設(shè)計(jì)是一個(gè)值得研究的方案。 銅及銅合金管棒材是銅加工產(chǎn)品中市場(chǎng)需求量較大的品種，其中銅管材也是我國(guó)銅加工材中唯一凈出口的品種，這從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明我國(guó)銅管材的加工技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量水平已位居世界前列。 目前 我 國(guó)銅管 棒 產(chǎn)量已穩(wěn)居世界第一，而且在產(chǎn)品質(zhì)量、品種及技術(shù)水平等方面均已達(dá)到世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平，向銅管 棒 生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)邁 進(jìn)。 未來(lái)我國(guó)各行業(yè)對(duì)銅和銅合金管棒的需求將繼續(xù)增加，故，根據(jù)以上分析， 設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn) 噸 銅 及銅合金管棒材生產(chǎn)車間 。 在進(jìn)行車間設(shè)計(jì)之前，應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)部分取得設(shè)計(jì)任務(wù)，而設(shè)計(jì)任務(wù)是有關(guān)部門根據(jù)國(guó)家計(jì)劃經(jīng)過(guò)充分討論訂出指定的。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 車間概況 車間設(shè)計(jì)年產(chǎn)量、品種、規(guī)格、范圍 本設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，生產(chǎn)紫銅管、無(wú)氧銅管、黃銅管、白銅管、青銅棒等多種產(chǎn)品。合金牌號(hào)分別為 TUP 、 BZn15 HSn62 QA19 H62。設(shè)計(jì)范圍就銅及銅合金管棒材需求市場(chǎng)分析、工藝方案和主要設(shè)備 選擇，輔助與公用設(shè)施以及投資效果等進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證。 工廠設(shè)計(jì)是根據(jù)業(yè)主的的要求，對(duì)建設(shè)工廠所需的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境等條件進(jìn)行綜合分析、論證、編制設(shè)計(jì)文件的活動(dòng)。 車間面積、經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 車間總面積大約 22680m 178。，固定資產(chǎn)總投資接近 萬(wàn)元，車間建成后大約 69 個(gè)月即可收回成本。 廠址選擇 建廠地區(qū)選擇應(yīng)該考慮到以下幾個(gè)要求： （ 1）必須符合國(guó)家工業(yè)布局的基本要求； （ 2）原料，燃料，動(dòng)力的來(lái)源和運(yùn)輸條件； （ 3）適當(dāng)靠近產(chǎn)品的銷售地區(qū)； （ 4）自然條件好，有適宜的氣候環(huán)境 ； （ 5） 能就近取得足夠的建筑材料； （ 6）與其他企業(yè)協(xié)作方便。 選擇廠址，應(yīng)充分利用各地區(qū)的豐富資源和各方面的有利條件，合理利用人力和物力。使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品能夠合理的分配，從而使所設(shè)計(jì)的企業(yè)在最少的投資下獲得最大的經(jīng)濟(jì)效果。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 考慮到近十幾年來(lái)長(zhǎng)江三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)十分活躍，各類加工企業(yè)甚多，人民的消費(fèi)水平高，購(gòu)買能力大，銅管材的市場(chǎng)消費(fèi)量大。并且當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施好，交通便利，原料、產(chǎn)品運(yùn)輸方便。 從各省份的生產(chǎn)情況來(lái)看，江蘇、浙江、廣東位居銅材加工生產(chǎn)量前三甲的地位仍未被撼動(dòng) 。 而浙江除了有上述的有利條件外，還是銅管 材的集中生產(chǎn)基地，所以把工廠建在此地。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第二章 產(chǎn)品生產(chǎn)方案選擇 什么是 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品方案是指所設(shè)計(jì)的工廠或車間擬生產(chǎn)的產(chǎn)品名稱、品種、規(guī)格、狀態(tài)及年計(jì)劃產(chǎn)量。產(chǎn)品方案是進(jìn)行車間設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，根據(jù)產(chǎn)品方案可以選擇設(shè)備和確定生產(chǎn)工藝。 編制產(chǎn)品方案的原則： （ 1）國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)產(chǎn)品的要求 根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門對(duì)產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量和品種等方面的需要情況，既考慮當(dāng)前的急需，又要考慮將來(lái)發(fā)展的需要。 （ 2）產(chǎn)品的平衡 考慮全國(guó)各地生產(chǎn)的布局和配套 加以平衡。 （ 3）建廠地區(qū)的條件、生產(chǎn)資源、自然條件、投資等的可能性。 總之，在進(jìn)行產(chǎn)品方案編制時(shí)，要以上述三點(diǎn)為依據(jù)，全面考慮，三者不可偏廢。 對(duì)于，各類產(chǎn)品的分類、牌號(hào)、化學(xué)成分、品種、規(guī)格尺寸及公差、交貨狀態(tài)、生產(chǎn)技術(shù)條件、力學(xué)性能要求、驗(yàn)收規(guī)程、試驗(yàn)及包裝方法等，均按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。 計(jì)算產(chǎn)品的選擇 車間擬生產(chǎn)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及狀態(tài)組合起來(lái)可能有數(shù)十種、數(shù)百種以上。但是，在設(shè)計(jì)中不可能對(duì)每種合金的每一個(gè)品種、規(guī)格及狀態(tài)都進(jìn)行詳細(xì)的工藝江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 計(jì)算。為了減少設(shè)計(jì)工作量，加快進(jìn)度，同時(shí)又不影響整個(gè)設(shè)計(jì)質(zhì) 量，可以將各類產(chǎn)品進(jìn)行分類編組，從中選擇典型產(chǎn)品作為計(jì)算產(chǎn)品。 如何 選擇計(jì)算產(chǎn)品 如下所述。 （ 1） 有代表性 。 將所有的各類產(chǎn)品進(jìn)行分類編組，從每組中找出一至幾種產(chǎn)量較大，產(chǎn)品品種、規(guī)格狀態(tài)、工藝特點(diǎn)等有代表性。因此，可以從擬生產(chǎn)的所有合金品種中選出十幾種或幾十種有代表性的產(chǎn)品。這些計(jì)算產(chǎn)品從全車間總體來(lái)說(shuō)，在合金、品種、規(guī)格、狀態(tài)、產(chǎn)量和工藝特點(diǎn)等方面有代表性。 （ 2） 通過(guò)所有的工序 。 指所選的所有計(jì)算產(chǎn)品通過(guò)各工序，但不是說(shuō)每一種計(jì)算產(chǎn)品都通過(guò)各工序，而是對(duì)所有計(jì)算產(chǎn)品綜合來(lái)看的。若從擬生產(chǎn)的所有產(chǎn)品 中應(yīng)有某工序而計(jì)算產(chǎn)品不通過(guò)此工序，在此情況下，就要重新選計(jì)算產(chǎn)品。還應(yīng)指出所選典型產(chǎn)品的產(chǎn)量之和為總產(chǎn)量。 （ 3） 所選的計(jì)算產(chǎn)品要與實(shí)際相接近 （ 4） 計(jì)算產(chǎn)品要留 — 定的調(diào)整余量 。 根據(jù)計(jì)算產(chǎn)品進(jìn)行工藝計(jì)算、選擇設(shè)備、確定工藝、確定車間人力與物力的消耗及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等所獲得的結(jié)果，應(yīng)該與按所有品種進(jìn)行設(shè)計(jì)和投產(chǎn)后的實(shí)際相一致或相接近。因此，編制產(chǎn)品方案、確定計(jì)算產(chǎn)品及其產(chǎn)量分配乃是工藝設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)。 產(chǎn)品方案與計(jì)算產(chǎn)品確定之后，應(yīng)按產(chǎn)品名稱、合金牌號(hào)、狀態(tài)、規(guī)格范圍、產(chǎn)量等列成表， 如表 21。 表 21計(jì)算 產(chǎn)品表 序號(hào) 制品名稱 合金牌號(hào) 品種規(guī)格產(chǎn)量 /t 計(jì)算產(chǎn)品 合金牌號(hào) 計(jì)算產(chǎn)品規(guī)格 /mm 狀態(tài) 技術(shù)條件 備注 1 銅管 TUP、 12020 TUP Φ 1 M YB4 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 BZn15 HSn62 QA192 4770 8000 BZn1520 Φ 12 Y YB71770 8000 HSn621 Φ 13 Y2 YB44871 25000 QA192 Φ 21 Y YB44871 2 銅棒 H62 5000 H62 Φ 6 M YB44871 所謂生產(chǎn)方案是指為完成設(shè)計(jì)任務(wù)書中所規(guī)定的產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)而采取的生產(chǎn)方法。為了最終達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、低消耗的生產(chǎn)目的，就必須對(duì)各種可能的生產(chǎn)方法進(jìn)行分析比較與選擇，以確定出最佳的生產(chǎn)方案來(lái)。 （ 1）生產(chǎn)方案選擇的依據(jù) 生產(chǎn)方案的選擇與設(shè)備的選擇密切相關(guān)，二者應(yīng)同時(shí)加以考慮，確定生產(chǎn)方案時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 1）金屬與合金的品種、規(guī)格、狀態(tài)及質(zhì)量要求。品種和規(guī)格不同，所采用的生產(chǎn)方案就不同，那么設(shè)計(jì)的車間就有很大的差別。 2）年產(chǎn)量的大小。產(chǎn)量不僅 決定工藝過(guò)程的特點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)設(shè)備選擇、鑄錠尺寸、產(chǎn)品規(guī)格有著直接的影響。 3）投資、建設(shè)速度、機(jī)械化與自動(dòng)化程度、勞動(dòng)條件、工人與管理人員的數(shù)量以及將來(lái)的發(fā)展。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 主要考慮經(jīng)濟(jì)效果，采用那種方案合理，適合建廠原則，在設(shè)計(jì)時(shí)可比照一個(gè)廠，特別是比較成熟的工藝。 （ 2）生產(chǎn)方案 管 棒 材的傳統(tǒng)生產(chǎn)方案主要有以下幾種： 1）擠壓法 適合生產(chǎn)厚壁管、復(fù)雜斷面與變斷面的管棒型材等。此法生產(chǎn)周期短，成品率高，設(shè)備少。 2）擠壓 —— 拉拔法 適合生產(chǎn)大直徑，薄管壁的管材。此法的特點(diǎn)：投資不高、產(chǎn)品質(zhì)量好，表面精度高。適合生產(chǎn)規(guī) 模較小的工廠。 3）擠壓 —— 冷軋 —— 拉拔法。 適合于生產(chǎn)薄壁的中、小管及棒型材。其特點(diǎn)：生產(chǎn)品種多，質(zhì)量好；冷軋變行量大，工序少，生產(chǎn)周期短；設(shè)備復(fù)雜，機(jī)械化程度高；投資大。適于大、中型工廠，采用此法較廣泛。 4）斜軋穿孔 —— 或經(jīng)冷軋 —— 拉拔法。 適合中等直徑、塑性較好的金屬管材生產(chǎn)，此法特點(diǎn)：產(chǎn)量高、幾何廢料損失少、設(shè)備投資不高、生產(chǎn)品種少，管坯內(nèi)外表面缺陷多，適合中小型廠。 5）焊接 —— 拉拔法。 適合生產(chǎn)較大直徑管材，如水道管及熱交換器管等。它是以帶材作坯料經(jīng)成型、焊接、拉拔而成所需的管材。此法生產(chǎn)效率 高，成本低，但管材有焊縫，內(nèi)表面質(zhì)量差。 本設(shè)計(jì)選擇擠壓 —— 拉拔法 、擠壓 —— 冷軋 —— 拉拔法 作為生產(chǎn)方案。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 加工金屬的基本性能 紫銅為面心立方晶體，無(wú)同素異型轉(zhuǎn)變，具有優(yōu)良的塑性變形能力，有高的導(dǎo)電導(dǎo)熱，耐蝕性和加工性能。含降低導(dǎo)電，導(dǎo)熱的雜質(zhì)少。 ～ %氧對(duì)導(dǎo)電導(dǎo)熱和加工性能影響不大 ,但易產(chǎn)生氫病 ,一般不能在高溫還原氣氛中加工使用 。 鋅白銅具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，耐腐蝕性優(yōu)異、冷熱加工成型性好，易切削，可制成線材、棒材和板材，用于制造儀器、儀表、醫(yī)療器械、日用品和通訊等領(lǐng)域的精密 零件。 錫黃銅是在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入錫合金元素的黃銅。錫在飽和的 α 固溶體中的溶解度很小，但當(dāng)鋅含量增加出現(xiàn) β 相時(shí)，錫的溶解度會(huì)增加。少量的錫能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，但超過(guò) ％以后反而會(huì)降低黃銅的性能。錫的另一個(gè)重要作用是抑制黃銅脫鋅，提高黃銅的耐蝕性。錫黃銅在海水中的耐蝕性好，廣泛用于制造海船零件，有海軍黃銅之稱。 鋁青銅 含鋁量一般不超過(guò) %，有時(shí)還加入適量的鐵、鎳、錳等元素，以進(jìn)一步改善性能。鋁青銅可熱處理強(qiáng)化，其強(qiáng)度比 錫青銅 高，抗高溫氧化性也較好。有較高的強(qiáng)度 良好的耐磨性 用于強(qiáng)度比較高的螺桿、螺帽、銅套、密封環(huán)等，和耐磨的零部件 ,最突出的特點(diǎn)就是其良好的耐磨性。為含有鐵、錳元素的鋁青銅有高的強(qiáng)度和耐磨性，經(jīng)淬火、回火后可提高硬度，有較好的高溫耐蝕性和抗氧化性在大氣、淡水和海水中抗蝕性很好，可切削性尚可，可焊接不易纖焊，熱態(tài)下壓力加工良好。 兩相黃銅（從 H63 至 H59），合金組織中除了具有塑性良好的 α 相外，還出現(xiàn)了由 電子化合物 CuZn 為基的 β 固溶體。 β 相在高溫下具有很高的塑性，而低溫下的 β ′ 相（有序固溶體）性質(zhì)硬脆。故（ α +β ）黃銅應(yīng)在熱態(tài)下進(jìn)行鍛造。含鋅量大于 46%～ 50%的 β 黃銅因性能硬脆，不能進(jìn)行壓力加工。 計(jì)算產(chǎn)品的化學(xué)成分見(jiàn)表 22 表 22 計(jì)算產(chǎn)品的化學(xué)成份 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 牌號(hào) Cu P Bi Sb As Fe Ni Pb Sn S O 總