压力加工车间设计

n
n
A Ti= Qi /Ai P Qi / Ti
i1
i1
n
Q i ——轧制产品总数量（设计车间年，季，月，旬产量）。
i1
n
Ti
i1
——完成轧制产品总量所需要的实际工作时间 (年,季,月,旬)
6.2.1 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 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。
2. 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Ai,，为计算年产量或考核车间的生产水平而确定AP。 AP——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
（1）按轧制品种总量与消耗的总时间计算
G为原料重量（t）,b为成材率（%）, T为轧制节奏时间(s)
K1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0.8～1.0，不同轧机取值不同。
6.2.1 轧机小时产量计算
n
na
nb
t t t3 t t
t /s
１2
45 t
M
n
j
M
k
M
d
M
M d2
d1
M
M
2
M M
1 k
M t /s
k
M t /s M
d3 d4
M
3
M
4
t
M
/s
5
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。
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 （an+1-an）kwh， 若轧件重量为G吨，则该道次总能耗为A=（an+1-an）G 再按轧制所耗功A与轧制力矩关系 Mz=A/ωt =AR/vt算出Mz 即可。 式中 ω—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。
M`n—间隙时间对应的空转力矩，N.m
5.1.4 主电机能力校核
电机校核 校核电动机温升条件： Mjum﹤ MH 校核电动机过载条件： Mmax≤KG×MH KG—电动机的过载系数 直流2.0~2.5 交流 2.5~3.0
电动机达到最大KG×MH时，允许持续时间为15s，否则电机将升温。 电动机功率的计算
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
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)。
5.2 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。
5.2 挤压工艺计算
通常挤压时比较注重金属流出速度Vl Vl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
本章主要讲授压下规程设计计算中的几个问题。
5.1.1 咬入条件的校核
Δhmax≤ D (1-cosαy) 式中：Δhmax为道次最大压下量；D为工作辊最小辊径；
αy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：Δhmax = R f 2 式中: R——工作辊最小半径， f——摩擦系数
轧辊强度校核 见 轧钢设备课。
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=Mz/i+Mm+Mk+Md
式中：Mz—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
Mm—附加摩擦力矩、作用于轴承、传动机构等位置 Mk—空转力矩，克服空转时的摩擦力距 Md—动力距，克服加速、起动等时刻的惯性力矩
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： Mz=2 P·a
式中：a—力臂 a=ψLj ψ—力臂系数，冷轧板带时0.33~0.42 热轧板带时0.42~0.50 Lj—接触弧长度
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：
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。 Md =GD2/375×dn/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
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。
PpB Rh
5.1.3 轧辊强度校核 式中： P为各道次的轧制压力，B，R，Δh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。
p
5.1.3 轧辊强度校核
p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。
零部件和工模具强度的重要依据。
5.2 挤压工式——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
Pmax≤Pyx
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）
等，其约为计划工作时间的0.8～0.92（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。
6.2.1 轧机小时产量计算
1. 轧机小时产量
式中：
A = 3600GK1b/T
M c/ 吨
M/米
0
t
∑
M
c/ 吨
/
米
t /s
t
荷图
∑
M
c/
吨 /
Δt5
米
Δt4
Δt3 Δt1Δt2
M c/ 吨
M MⅤ
/
MⅣ
米 MⅢ
MⅡ
Ⅰ
t /s
t
∑
d 集体驱动的连轧机的静负 荷图
荷图
t /s t /s
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
6.2.1 轧机小时产量计算
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 ： Mm=Mm1/i +Mm2 Mm1=P/2×f1×d1×4=P×d1×f1 为轴承中的附加摩擦力矩 P—轧制力 f1—轴承摩擦系数 滑动轴承 f1=0.05~0.1 滚动轴承 f1=0.003~0.01 液体摩擦轴承 f1=0.003~0.004
10
20
20 30 k
43 2
40 60 k
w
w
h/ t
1
h/ t
32 1
1.5 2 3 5 10 20
0.1 0.5 5 10 100
a 1—1150板坯机
b 1—1700热连轧机组
2—250线材轧机
2—5机架冷轧低碳钢
3—500大型轧机
3—5机架冷轧板带
4—250穿孔机组
各种轧机的典型能耗曲线
5.1.4 主电机能力校核
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：
Mjum=
∑∑tM`tnnn———轧轧纯制制轧时时时间间间内内所各各对段段应M纯间的n2轧隙力ttnn时时矩间间，，，NM t.ssn'mn'2tn'
5.1.4 主电机能力校核
b) 附加摩擦力矩 Mm2=(1/η1-1)(Mz + Mm1)/I
为换算到主电机轴上的摩擦力矩 η1—传动机构（减速机、齿轮机座）的效率
齿轮：η1=0.96~0.98 皮带：η1=0.85~0.90
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 MK=∑MKn=∑(Gn×F n×dn )/2in 通常按经验定： MK=（0.03~0.06）MH MH —电动机的额定转矩
压力加工车间设计
5 工艺规程的设计
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。
5.1 轧制规程设定计算
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。
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
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
6 主要设备负荷计算
6.1工作制度和年工作时间的确定 6.1.1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
6.1.2 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。
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
静力矩为：M=Mz/i+Mm+Mk
轧制时间按：tn=Ln/vn
Ln—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。
c 同时轧数根轧件的轧机的 静负荷图
各类轧钢机的静负荷图
b 单机架轧机轧数道的静负 a 单独传动的轧钢机的静负
5.1.4 主电机能力校核
2. 静负荷图
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= KFpT
5.1.2 热轧时的温降计算 Q= KFpT
5.1.3 轧辊强度校核 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。
对新电机，需要根据等效力距计算电动机的功率。即： N=（1.03 Mjum×n/η）kw n—电机转数、r/min η—电动机到轧机的传动功率。
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。