【正文】 ............................. 107 主要參考文獻(xiàn)和書目 ...................... 108 致 謝 ................................. 110 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 總論 車間設(shè)計(jì)的一般概論 本車間設(shè)計(jì)是一個年產(chǎn)量 萬噸銅及銅合金管棒材壓力加工車間的設(shè)計(jì)，其內(nèi)容包括生產(chǎn)工藝、設(shè)備選取、土建、供水和排水供氣供電運(yùn)輸采暖與通風(fēng)等設(shè)計(jì)，他們是一個完整的整體。 設(shè)計(jì)的任務(wù)是對需要建設(shè)得企業(yè)做出技術(shù)和經(jīng)濟(jì)得詳細(xì)規(guī)劃，確定出企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)狀況，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工的組織方法等。 4） 計(jì)算完成年計(jì)劃產(chǎn)量所需的原料，材料及動力消耗。 （ 2） 組織任務(wù) 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 研究車間的生產(chǎn)勞動組織，確定職工人數(shù)及編制，制定勞動定額等。早在史前時(shí)代，人們就開始采掘露天銅礦，并用獲取的銅制造武器、 工 具和其他 器皿 ，銅的使用對早期 人類文明 的進(jìn)步影響深遠(yuǎn)。銅礦物與其他礦物聚合成銅礦石，開采出來的銅礦石，經(jīng)過選礦而成為含銅品位較高的銅精礦。 銅是一種紅色金屬，同時(shí)也是一種綠色金屬。在許多電器產(chǎn)品中，（例如：電線、母線、變壓器繞組、重型馬達(dá)、電話線和電話 電纜 ）銅的使用壽命都相當(dāng)?shù)亻L，只有經(jīng) 過 20到 50年以后，里面的銅才可以進(jìn)行回收利用。 隨著電子領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一些陳舊的含銅產(chǎn)品越來越過時(shí)了。許多年來，自動散熱器是這方面最重要的終端用戶；然而，銅在自動電器和電子產(chǎn)品中的使用飛速增長，而在熱交換器市場中的使用則有所下降。消費(fèi)產(chǎn)品和一般性產(chǎn)品的相對重要性也從 60年代的 13%降到 70年代的 9%。它具有導(dǎo)電性，通常不會隨著時(shí)間的推移而腐蝕或惡化。 一個建筑的基礎(chǔ)設(shè) 施可以擴(kuò)大或現(xiàn)代化，但是家居或辦公室中的 銅線 、銅管和黃銅配件則幾乎不需要替換。但是從另一個角度講，銅制產(chǎn)品一般使用壽命比較長。今天，中國銅工業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)已相當(dāng)發(fā)達(dá)和進(jìn)步，銅加工材產(chǎn)量已居世界第一位，其中空調(diào)用高效散熱管的制作技術(shù)和產(chǎn)品品質(zhì)已走在世界前列 ； 1997 年洛陽銅加工廠 建造的普陀山南海觀音 銅像，總高 20m，總重57ｔ，使用了銅 鋁鎳銦仿金 合金，造形優(yōu)美，金光閃閃，被稱為世界第一大仿金銅佛。 市場、生產(chǎn)技術(shù)與裝備現(xiàn)狀 : 1. 銅及銅合金管材。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。 2）銅合金管。許多企業(yè)也在研究實(shí)驗(yàn)對銅合金管進(jìn)行盤拉，對于塑性好，加工過程不需進(jìn)行中間退火的合金來說已有了成功的經(jīng)驗(yàn)，而對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。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。 目前我國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。 銅及銅合金管棒材是銅加工產(chǎn)品中市場需求量較大的品種，其中銅管材也是我國銅加工材中唯一凈出口的品種，這從另一個側(cè)面說明我國銅管材的加工技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量水平已位居世界前列。 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 萬噸，生產(chǎn)紫銅管、無氧銅管、黃銅管、白銅管、青銅棒等多種產(chǎn)品。 車間面積、經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 車間總面積大約 22680m 178。使生產(chǎn)出來的產(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。 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。 （ 2）產(chǎn)品的平衡 考慮全國各地生產(chǎn)的布局和配套 加以平衡。 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)組合起來可能有數(shù)十種、數(shù)百種以上。 （ 1） 有代表性 。 （ 2） 通過所有的工序 。 （ 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 。 表 21計(jì)算 產(chǎn)品表 序號 制品名稱 合金牌號 品種規(guī)格產(chǎn)量 /t 計(jì)算產(chǎn)品 合金牌號 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。 2）年產(chǎn)量的大小。 （ 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。適合生產(chǎn)規(guī) 模較小的工廠。適于大、中型工廠，采用此法較廣泛。 適合生產(chǎn)較大直徑管材，如水道管及熱交換器管等。 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。 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。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。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。 制定生 產(chǎn)工藝流程的主要依據(jù) 制定生產(chǎn)流程的 主要依據(jù)有以下幾點(diǎn)： (1) 根據(jù)生產(chǎn)方案的要求 由于產(chǎn)品的產(chǎn)量、品種、規(guī)格和質(zhì)量的不同，所采用的生產(chǎn)方案就不同，那么主要工序就有很大的差別。 (3) 根據(jù)車間生產(chǎn)率的要求 由于車間的生產(chǎn)規(guī)模不同，所要求的工藝過程復(fù)雜程度也不同。 銅及銅合金管棒材一般生產(chǎn)工藝流程如圖 31 所示。 3） φ 13* 錫 黃銅 HSn621管的生產(chǎn)工藝流程 供錠→加熱→擠壓→鋸切→酸洗→矯直→檢查→冷軋→鋸切→退火→酸洗→檢查→打頭→拉拔→拉拔→鋸切→退火→酸洗→打頭→拉拔→拉 拔→鋸切→退火→酸洗→ 打頭→拉拔→拉拔→ 鋸切→退火→酸洗→打頭→拉拔→ 成品→矯直→脫脂→光亮退火→成品檢查→入庫。 （ 1）選擇的原則 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 錠坯尺寸與形狀的確定對選擇設(shè)備，確定工藝，提高產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本都有很大影響。錠坯的直徑和長度可以根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格尺寸加 以確定。 對于擠壓機(jī)來說，錠坯的尺寸與擠壓機(jī)的能力及選定的擠壓比協(xié)調(diào)一致。 5） 根據(jù)金屬及合金的工藝性質(zhì) 由于各種金屬及合金的加工性能不同，那么所選擇的錠坯大小也不同。 根據(jù)以上原則，本 管棒材 加工車間所采用的錠坯規(guī)格如表 31。用擠壓法可以生產(chǎn)空心的制品，所用的錠坯一般為實(shí)心的，在某些情況下也用空心的錠坯，這主要取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)和金屬的性質(zhì)?？梢姡谝欢ㄗ冃纬潭认?，金屬能夠具有最大塑性時(shí) 才是最佳擠壓條件。也就是說，最好避免在多相區(qū)內(nèi)。 （ 1） 金屬與合金的可擠壓性 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 確定了擠壓溫度后，隨著擠壓比的增大制品流出?？椎臏囟扰c速度均升高。擠壓小斷面型材時(shí)，為了使金屬流動較為均勻，可采用多?？讛D壓，降低擠壓比。特別是對低塑性金屬 和塑性區(qū)間很窄的合金來說，如果擠壓速度增大，則金屬由于外摩擦引起外層產(chǎn)生附加拉應(yīng)力而使其超出塑性范圍就將引起制品表面開裂。 Vi—— 擠壓速度 m/s。因此，擠壓時(shí)潤滑劑的作用是盡可能地使表面干摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔缒Σ痢釘D壓或退火坯料，在高溫下直接與空氣接觸，在其表面會產(chǎn)生氧化皮。 酸洗的工藝流程為：酸洗 — 冷水沖洗 — 熱水浸泡 — 晾干。 （ 2）酸洗時(shí)，物料要全部浸沒在酸液下面，以提高酸洗質(zhì)量。其余牌號自然冷卻 。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 （ 8）酸液原料每月更換一次。 （ 11）當(dāng)連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，冷、熱水槽的水 3～ 5天更換一次。 （ 14）酸洗質(zhì)量應(yīng)符合《酸洗半成品質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。 3. 經(jīng)常檢查軋輥芯頭等工具表面，防止因粘銅或脫鉻而損傷制品的外表面，禁止使用工作表面帶有砸傷及其他缺陷的孔型或芯頭。 ，應(yīng)先選用交底速度試軋一根，經(jīng)檢查和測量認(rèn)為合格后，再逐漸調(diào)高速度直至達(dá)到規(guī)定范圍。即先將坯料一端的斷面減小到能順利穿過?？?。 （ 2）制好的頭子應(yīng)有足夠的強(qiáng)度以滿足拉伸工藝的要求。 （ 6）制頭時(shí)，應(yīng)選擇偏心嚴(yán)重、端頭不齊、彎曲嚴(yán)重、有鋸切毛口的一端進(jìn)行制頭。 （ 9）每吊料制好頭后，應(yīng)插上工藝流程卡，移交下道工序。本次選用擠壓機(jī)提供管、棒坯料，經(jīng)過酸洗，制頭后利用不同噸位的拉伸機(jī)經(jīng)過多次冷拉伸成一定規(guī)格形狀的管材 。 3）凡開機(jī)之前檢查模具尺寸是否與將要拉伸的規(guī)格相符，拉伸第一根或調(diào)換模具后第一根，必須 全面檢查尺寸公差。 6） 拉伸制品的內(nèi)外表面必須潤滑良好，嚴(yán)防粘銅拉毛，增大摩擦力。合理的拉伸系數(shù)為 ～ 。配制時(shí)應(yīng)攪拌均勻，不得有團(tuán)狀懸浮的乳膏存在。拉伸直徑大 于 40mm 的的管棒材時(shí)，要用浸透乳液的布帚子纏繞在模子入口處稍遠(yuǎn)的拉伸坯料上，以達(dá)到潤滑充分均勻的目的，內(nèi)空采用灌注或潤滑。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求退火可以分為：中間退火、成品 (最終 )退火、消除內(nèi)應(yīng)力退火；為防 止退火時(shí)制品發(fā)面氧化，可采用光亮退火或真空退火；對于盤卷制品在連續(xù)生產(chǎn)中，可采用連續(xù)式在線退火；對于電阻系數(shù)大的制品可以用接觸退火。使坯料能繼續(xù)順利地進(jìn)行拉伸，而不發(fā)生拉斷現(xiàn)象。中間退火又可 稱軟化退火或再結(jié)晶退火。 3)消除內(nèi)應(yīng)力退火 金屬因不均勻變形，會使金屬內(nèi)部或晶粒內(nèi)部、兩晶粒之間產(chǎn)生附加應(yīng)力 (副應(yīng)力 )，變形結(jié)束后保留在制品內(nèi)的附加應(yīng)力稱殘余應(yīng)力。消除內(nèi)應(yīng)力退火溫度在再結(jié)晶度以下。過去光亮退火主要用于成品退火。 （ 2）退火溫度的選 擇 制品的中間退火和成品退火溫度，要根據(jù)制品的技術(shù)性能要求和合金的軟化曲線，并結(jié)合生產(chǎn)的具體情況來確定。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 輥式矯直是多輥矯直，矯直輥是曲線形的。 2） 一般情況下，黃銅管 在退火前矯直，如彎曲達(dá)不到要求時(shí)，在退火后應(yīng)作第二次矯直。 6） 在矯直過程中，應(yīng)經(jīng)常注意矯直彎曲度，矯直痕等情況，如發(fā)現(xiàn)輥?zhàn)诱炽~或異物壓入，應(yīng)及時(shí)加以排除。 （ 3）鋸切 鋸切鋸切主要用于坯料的中斷下料；切除夾頭、切定尺、切試樣、切去廢品和制品的缺陷等。 江西理工大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 2) 薄壁管和退火以后的管子，鋸切時(shí) 應(yīng)緩慢推進(jìn)，以防管端碰扁或切成橢圓形。 6) 鋸切好以后，每吊料應(yīng)插好工藝流程卡，移交下道工序。所以，成品出廠前必須按規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行全面 的檢查驗(yàn)收，對合格產(chǎn)品還要按規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包裝后方準(zhǔn)出廠。具體產(chǎn)生缺陷的原因如下表。 吊料時(shí)不慎與硬物碰擦致傷。 空拉時(shí)坯料彎曲嚴(yán)重而又未扶牢，造成坯料螺旋 式敲打芯桿尾座而損傷表面 竹節(jié)印 酸洗不凈，制品內(nèi)外表面有殘酸或氧化銅粉末。 來料（如冷軋管坯料）環(huán)狀痕過大，拉伸時(shí)消除不了。 空拉前的尺寸控制不當(dāng)。 坯料偏心嚴(yán)重。 芯頭被拉進(jìn)空拉斷。包裝后必須寫明標(biāo)志方可發(fā)貨。對于輔助設(shè)備，一般不進(jìn)行驗(yàn)算，可在主要設(shè)備確定后，再確定與之配套的輔助設(shè)備。此外，還要注意選擇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，力求投資少，而有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對于輔助設(shè)備，一般不進(jìn)行驗(yàn)算，可在主要設(shè)備確定后，再確定與之配套的輔助設(shè)備。缺點(diǎn)是需要較探的地構(gòu)和高廠房。機(jī)械傳動擠壓機(jī)噸位 — 般較小，熱擠壓很少采用。油壓易實(shí)現(xiàn)自動比，不需要水泵站系統(tǒng)，占地面積小，但擠壓速 度不能太 快， 設(shè)備 維修較困難，一投適于單體和中、小噸位的擠壓機(jī)。 現(xiàn)在的油壓驅(qū)動裝置是直接作用的油泵，正被應(yīng)用于重金屬擠壓機(jī) 最大噸位是 35000kN，擠壓軸的運(yùn)動速度為 50mm／ s． 油壓泵直接傳動廣泛用于輕合金擠壓機(jī)，擠壓軸速度為 30mm／ s,最大噸位95000KN 油 泵一般安裝在機(jī)上或機(jī)旁 。帶獨(dú)立穿孔裝置的擠壓機(jī)又分內(nèi)置式、外置式、后置 式 生產(chǎn)大、中、小規(guī)格的管、棒、型材均可采用。 其中二輥冷軋管機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：道次加工率大，延伸系數(shù)克達(dá) 810，可減少中間工序，縮短周期，可生產(chǎn) 30m 以上的長管，機(jī)械化自動化程度高。拉拔是管材、棒材的主要生產(chǎn)方法之一。目前應(yīng)用 最廣泛的是鏈?zhǔn)嚼螜C(jī)