毕业论文《年产量2.8万吨铝及铝合金板带材车间设计》(1)

目 录

第一章 总论 ......................................... 1

1.1车间设计的一般概论 ................................. 1 1.2车间设计的可行性研究 ............................... 1 1.3车间概况 .......................................... 4 1.4厂址的选择 ........................................ 4

第二章 车间工艺设计 ................................. 6

2.1生产方案的选择 ..................................... 6 2.2生产工艺流程 ...................................... 11 2.3工艺叙述 ......................................... 13 2.4设备的选择 ....................................... 26 2.5工艺计算 ......................................... 34 2.6设备负荷计算 ...................................... 47 2.7车间平面布置和立面尺寸 ............................ 50 2.8车间劳动组织和经济指标 ............................ 57

第三章 车间厂房与辅助设施设计 ...................... 69

3.1厂房设计 ......................................... 69 3.2车间电力设施 ...................................... 73 3.3车间供水与排水、供气、供热 ........................ 77 3.4环境保护 ......................................... 78

参考文献 ............................................ 80 致谢 ................................................ 80

第一章 总论

1.1车间设计的一般概论 1.1.1目的和任务

车间设计的目的是为了建立一个年产2.8万吨铝及铝合金板带材生产车间。 车间设计的任务是对需建设的企业做出技术与经济的详细规划，确定出企业的生产经济状况，技术经济指标及施工的组织方法。具体任务如下： （1） 技术任务

1） 确定产品品种、规格、质量标准及年产量。

2） 确定产品的生产方案及生产工艺过程，选取主要设备并确定其必要的数量

3） 选择与计算辅助设备。

4） 计算完成年计划产量所需的原料，材料及动力消耗。

5） 提出动力、运输、照明、采暖、通风、供水、排水等各项设计要求。 6） 计算车间所需面积，车间内主要设备与辅助设备的布置。

7） 确定厂房形式和主要尺寸，画出车间平面布置图，提出安全环保等措施。 （2） 组织任务

研究车间的生产劳动组织，确定职工人数及编制，制订劳动定额等。 （3） 经济任务

计算及制订基本建设投资额，生产预算，计划单位产品成本和综合技术经济指标。

1.1.2车间设计的依据

车间设计的依据是设计任务书。

在进行车间设计之前，应从技术经济部分取得设计任务，而设计任务书是有关部门根据国家计划经过充分讨论订出指定的，其基本内容有：

（1） 车间的生产规模，生产品种； （2） 车间的生产方案；

（3） 建厂地址，厂区范围和资源情况，水文地质，原材料、燃料、动力，供水以及供电等供应情况，还有运输情况等；

（4） 要求达到的经济效益和技术水平； （5） 投资以及劳动定员的控制数字； （6） 环保情况；

1.2车间设计的可行性研究 1.2.1市场调查

供应分析 ：

在国民经济持续、快速增长的拉动下，我国铝板带、箔的消费量不断上升，为全球第二大铝轧制产品消费国，空调铝箔和包装用铝箔在中国有巨大的市场空间。

行业专家预计，按照铝板带产品年均8%和铝箔产品10-12%的保守增长率估算，到2010年，中国的铝板带产品的产量将达到380万吨以上，铝箔的产量有望达到110万吨以上。专家提醒，短期内应防止产能扩展过快带来的投资风险。 目前，全球铝板带箔材生产总量已达到1800万吨，其中铝板带产量约1500万吨，铝箔产量约300万吨。在中国，铝板带箔行业发展势头良好，统计显示，2006年我国生产铝板带283万吨，铝箔74万吨，已经成为仅次于美国的第二大铝板带生产国，全球最大的铝箔生产国，且产量年均增长率分别达到8%和10%左右。

需求分析 ：

影响铝板带箔的消费需求的因素有：一是产品的价格。二是下游行业的市场需求量。三进口产品的价格。

2009年，我国铝板带箔的产量为470万吨，而市场需求量为500万吨左右。预计2010年全年，我国铝板带箔的市场供给量约为500万吨，市场需求量将达到535万吨。

2010年我国铝板带箔的市场需求量约为500万吨，预计到2015年我国铝板带箔的市场需求量将达到745万吨。

近年来，我国经济增长带动了铝箔消费的持续快速增长，根据中国有色金属工业协会的测算，我国铝材需求增长率达到GDP增长率的1.65倍。我国居民消费结构升级将为我国铝箔工业提供广阔的市场空间。 消费特征分析

按照消费量等于产量加上净进口量计算，2009年我国铝板带表观消费量达到360万吨，铝箔的销量为105万吨。

由于世界各国经济发展水平不同，人均铝板带箔消费量有很大的差别，2009年，世界人均铝板带箔的消费量为3.2公斤，其中人均消费量最多的国家是美国，人均消费量达到20公斤，其次是意大利，人均消费量为10公斤。

2008年，我国铝板带箔生产和消费增速明显放缓，主要是由于房地产新开工面积和在建面积增速、汽车产量增速和铝制品出口增下降所致。随着房地产投资增速的大幅放缓，固定资产投资增速也面临较大的下降压力，再加上铝价大幅走低，消费者大多采取观望的态度。

2009年，随着经济的恢复和发展，铝板带箔行业开始出现复苏的局面，市场需求量不断增加，出口量也开始增加。到2010年，随着国家经济建设和区域

经济发展规划的出台，固定资产投资不断增加，房地产行业出现快速发展的局面，对铝板带箔的市场消费出现快速提升。

未来我国的铝板带生产应该向着规模化，技术化，科技化的方向发展，而作为国家而言应该将生产设备落后，生产能力较低的铝板带生产企业给予取缔，作为高耗能的加工项目，国家应该适当介入，将我国铝行业向国际先进水平靠拢。 2002年，我国各类铝加工材总产量已超过德国和日本，跃居世界第二，成为仅次于美国的世界铝加工生产大国和消费大国，但人均年消费量仍然较低，2003年铝材人均年消费量为3.20公斤，不仅远远低于美国27.40公斤、日本19.40公斤的水平，也低于2000年世界人均3.30公斤的年消费量。我国铝材消费量若要达到世界平均水平，其产量应达到400万吨；若要达到美国、瑞士、日本等国家的消费水平，铝材产量需达到2,200万吨，其中铝型材应约为880万吨（资料来源：中国有色金属加工工业协会）。因此，随着国民经济的发展和居民消费水平的进一步提高，尤其是住房条件的进一步改善，铝型材的消费量有望继续增长，从而为我国铝型材行业的发展提供较大的发展空间。

根据我国国民经济发展三步走的战略，现在进入了全面建设小康社会的阶段，2001至2050年间将达到中等发达国家的水平。依据专家分析，我国制定的\小康\目标的人均居住面积指标是35平方米/人，而现在只达到20平方米/人。因此，这期间住宅建设将继续高速发展，其拉动国民经济增长总值将达7%左右。2000年我国住宅建设面积6.30亿平方米，仅门窗生产规模达16.10亿平方米。2050年前我国将新建250～300亿平方米住宅，仅门窗约需640～766亿平方米。其中2010年前，铝门窗一项所需铝型材的年均增量约10万吨，这里还不包括其他建筑铝型材带来的大量需求。 发展存在的问题

近年来，随着我国国民经济的持续高速发展，对铝板带材的需求旺盛。虽然我国铝板带生产有了长足的发展，但产品结构仍不够合理，普通产品生产能力的过剩，高技术含量、高精度、高质量产品生产能力不足，因而也造成大量进口的局面出现。

从总量上来看，我国铝板带材的生产与消费已进入世界前列，但人均消费仍旧很低，与世界发达国家相比差距更大，不及美国人均消费量的7.5%、日本的14%，因此，随着国民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，我国铝板带箔工业仍有较大的发展空间。

目前，我国铝板带箔市场存在的问题主要表现在：产品结构不合理，特别是技术含量高、生产难度大的高精度产品供应不足的矛盾较为突出，而低档次产品充斥市场。这些现象严重的阻碍着我国铝板带箔市场的健康发展，也是市场发展亟需重点关注与解决的问题。

未来发展趋势：

目前，我国铝材的消费结构与其他国家相比有较大的差异，压延材所占比例低于挤压材，但从近几年市场需求的情况来分析，预计我国铝板带箔材的消费将会有显着的增加，逐步趋向于世界铝材的消费结构，2010年，我国铝板带材的消费量预计达300万t/a以上，铝箔材的消费量将达到85万t/a以上

1.2.2要求

在设计的过程中，秉着遵纪守法、注重环保的要求，设计出工艺先进、投资少、利润高、成品率高、综合利用率高、环保简洁及节能的车间。

1.3车间概况

1.3.1车间设计年产量、品种、规格、范围

本设计为年产2.8万吨铝及铝合金板带材生产车间的设计。采用带式法并结合先进生产工艺和生产设备来生产各种规格的铝及铝合金板带材产品，可以生产1、2、3、5、7系等合金牌号的产品，主要有PS版基卷材、飞机蒙皮板、幕墙板、制罐料等多种产品。产品厚度最薄可达到0.3mm，宽度为550～1050mm，板材长度可达5m。本设计四个计算产品牌号为:1060、2A12、3A21、7A09。

1.3.2车间面积、经济指标

本车间总面积为15840m2，总投资150387.45万元,综合成品率达87.48%,年总产值105112万元，年利润55843.168万元，在册工人数为381人，车间建成投产46个月后即可收回成本。

1.4厂址的选择

一般来讲，大中型铝板带加工厂有两种厂址选择方案，一是靠近原材料(电解铝)厂，二是靠近消费市场。

把加工厂建在靠近消费市场的地方，有利于开拓市场和提高服务质量，但对大中型板带加工厂，其用户会遍及全国各地，因此把工厂建在某个消费相对集中的地区，必然会存在原料和成品的运输问题。而厂址靠近原材料厂，其经济利益是显而易见的。一些不利因素可以通过加强管理，在热点地区建立销售中心等方式弥补。其优点主要有：

（1） 可以尽可能地利用电解铝液；不需要长途运输铝锭，可节省运输成本200元/吨左右。

（2） 可得到一个较低的运行成本、仅电费就可节省150～450元/吨； （3） 避免了冶炼厂成品和铝加工的库存。

（4） 可减少电解铝厂和板带加工厂双方的铝锭供销人员和费用。 通过以上比较，选择第一种方案，即在原料厂附近建厂，我国主要产铝大省有山东、河南、贵州、山西、青海、广西，其中河南铝工业发展的前景最广阔。河南是全国的铁路和公路交通的枢纽，产品运输方便，相应可以节约大量运输成本，提高利润。青海地处西部，距离消费市场较远，需每年运进、运出百万吨物

料，运价昂贵，增高成本。贵州省具有丰富的铝土矿，但是埋藏较深开采成本高。 相比之下，河南发展铝工业优势十分明显，全国可供拜尔法工艺生产的铝土矿资源8亿吨，其中一半以上在河南。河南还有丰富的水电资源。从以上不难看出，从铝业的发展规律来看，依托河南的铝资源优势，和便利的交通运输条件，以及强大的消费市场。在河南建厂是比较符合要求的。

第二章 车间工艺设计

2.1生产方案的选择 2.1.1产品方案的编制

产品方案是指所设计的工厂或车间拟生产的产品名称、品种、规格、状态及年计划产量。产品方案是进行车间设计的主要依据，根据产品方案可以选择设备和确定生产工艺。

编制产品方案的原则：

（1） 国民经济发展对产品的要求

根据国民经济各部门对产品数量、质量和品种等方面的需要情况，既考虑当前的急需，又要考虑将来发展的需要。

（2） 产品的平衡

考虑全国各地生产的布局和配套加以平衡。

（3） 建厂地区的条件、生产资源、自然条件、投资等的可能性。 本设计中所确定的产品方案表详见表2－1。

表2-1 产品方案表

序号 1 2 3 4 制品名称 纯铝带 防锈铝板 硬铝板 超硬铝板 合金牌号 L2、L3 LF21、LF11、LF6 LY12、LY6、LY11 LC9、LC4 状态 M、Y、Y1、Y2、Y3、Y4、T M、Y、Y1、Y2、Y4、 M、CZ、CS、CZY M、CS、 产品规格范围mm 厚 宽 长 2000～10000 2000～10000 2000～10000 0.3～4.0 500～2500 0.3～4.0 0.3～4.0 500～2500 500～2500 0.3～4.0 500～2500 2.1.2计算产品的选择 车间拟生产的产品品种、规格及状态组合起来可能有数十种、数百种以上。但是，在设计中不可能对每种合金的每一个品种、规格及状态都进行详细的工艺计算。为了减少设计工作量，加快进度，同时又不影响整个设计质量，可以将各类产品进行分类编组，从中选择典型产品作为计算产品。

选择计算要注意以下几点： （1） 有代表性

这些计算产品从车间总体来说，在合金、品种、规格、状态、产量和工艺特点等方面必须具有代表性。

（2） 通过所有的工序

指所选的计算产品要通过各工序，但不是说每一种计算产品都通过各工序，而是对所有计算产品综合来看的。

（3） 所选的计算产品要与实际相接近。 （4） 计算产品要留一定的调整余量。

根据计算产品进行工艺计算、选择设备、确定工艺、确定车间人力与物力的消耗及技术经济指标等所获得的结果。

把计算产品按产品名称、合金牌号、状态、规格范围、产量等列成表，如表2-2所示。

表2-2 计算产品表

制序号 品名称 纯1 铝带 防2 锈铝板 硬3 铝板 超4 硬铝板

LC9 1.25*950*3000 CS 7000 25 GB/T 3194-1998 LY12 1*1000*5000 CZ 7000 25 GB/T 3194-1998 LF21 0.5*1050*2000 Y2 7000 25 GB/T 3194-1998 L2 0.3*550 M 7000 25 GB/T 3194-1998 合金产品规格 状态 年产量(t) 所占比例(％) 技术条件 牌号 厚（mm）宽（mm）长（mm） 2.1.3加工产品的基本性质

加工产品的各类性质如表2-3到表2-6所示

表2-3 计算产品的化学成分

合金牌号 1060 3A21 2A12 7A09 Si Fe Cu 0.05 0.2 3.8～4.9 0.5 0. 5 1.2～2.0 合金密牌号 1060 3A21 2A12 7A09 度3Mn 0.03 1.0～1.6 0.3～0.9 0.15 Mg 0.03 0.05 1.2～1.8 2.0～3.0 Cr — — — 0.16～0.3 比热容 Zn 0.05 0.1 0.3 5.1～6.1 Ti Ni Al 0.25 0.35 0.6 0.5 0.7 0.5 0.03 — 99.6 0.15 — 余量 0.15 0.1 余量 0.1 — 余量 表2-4 计算产品的物理性能 液相线温/℃ 2705 2740 2780 2800 657 654 638 635 度固相线温/℃ 646 643 502 477 68×10 — 66×10 68×10 屈服强度0.2-6-6-6体膨胀系数/m(m*K) 33热导率室温电阻率/欧姆*毫米 27.8 34 73 43.1 疲劳强度б-1/ MPa 20 30 35 45 45 90 140 — 140 — 50 55 60 70 70 — 160 /Kg/m 度/J/（Kg*K） /W/(m*K) 900 1176（200℃） 875 960 硬度/HB 19 23 26 30 35 47 120 — 120 — 28 35 40 47 55 60 150 234 164 120 155 抗剪强度/ MPa 50 55 60 70 75 125 285 125 285 275 75 85 95 105 110 150 330 表2-5 计算产品的典型室温机械性能 合金牌号 状态 M 1060 Y4 Y2 Y1 Y M 2A12 CS JM CYZ JCS M 3A21 Y4 Y2 Y1 Y 7A09

抗拉强度70 85 100 115 130 185 470 180 485 440 110 130 150 175 200 230 570 延伸率δ/% 43 16 12 8 6 20 20 20 18 19 30 10 8 5 4 17 11 бb/MPa б/ MPa 30 75 90 105 125 75 325 75 345 290 40 125 145 170 185 105 505 M CS

表2-6 计算产品的典型用途

合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 典 型 用 途 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备时典型用途。 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件等 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等，建筑材料与食品工业装备等。 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件、制造这类零件对合金的要求是：抗剥落腐蚀、应力腐蚀、开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高。 2.1.4产品质量的要求

（1） 规格标准 规定产品的牌号、形状、尺寸及表面质量，并且附有供使用参考的有关参数等。

（2） 性能标准 规定产品的化学成分、物理机械性能、热处理性能、晶粒度、抗腐蚀性、工艺性能及其他特殊性能要求等。

（3） 试验标准 规定做实验时的取样部位、试样形状和尺寸、实验条件以及试验方法等。

（4） 交货标准 规定产品交货、验收时的包装、标志方法及部位等。 本设计中成品性能标准是GB/T 3194-1998。

2.1.5生产方案的选择

（1）生产方案的定义

所谓生产方案是指为完成设计任务书中所规定的产品的生产任务而采取的生产方法。根据设计规模、产品质量及技术经济指标的要求，考虑当时当地的具体条件、找出合理的生产方案。

（2）生产方案选择的依据

生产方案的选择与设备的选择密切相关，二者应同时加以考虑，确定生产方案时主要考虑以下几点：

1） 金属与合金的品种、规格、状态及质量要求。

品种和规格不同，所采用的生产方案就不同，那么设计的车间就有很大的差别。

2） 年产量的大小

产量不仅决定工艺过程的特点，同时也对设备选择、铸锭尺寸、产品规格有着直接的影响。

3） 投资、建设速度、机械化与自动化程度、劳动条件、工人与管理人员的数量以及将来的发展。

主要考虑经济效果，采用那种方案合理，适合建厂原则，在设计时可比照一个厂，特别是比较成熟的工艺。

（3）生产方案的比较

常用的生产方案按轧制方式可分为块式法和带式法。按铸锭的开坯方式分，有热轧法和冷轧法。

1） 块式法

这是一种老式的生产方法。它是将锭坯经过热轧或冷轧，再剪切成一定长度的板坯，直至冷轧出成品的方法。其特点是设备简单，投资少，操作方便，灵活性大，调整容易；其缺点是生产效率低，劳动强度大，中间退火次数多，生产周期长，耗能大，金属工艺损失大，成品率低，产品品质不易控制。可以在产量小、品种多、建设周期短的中、小型工厂中采用的。

2） 带式法

这是一种近代的大生产方式，它是将锭坯经过热轧开坯，卷取成卷进行冷轧，最后剪切成板或分切成带的生产方法。特点是采用大铸锭，进行高速轧制，易于连续化、机械化的大生产，劳动生产效率高，单位产品能耗少，可采用高度自动化控制产品品质好，劳动强度小，生产条件好；缺点是设备复杂，一次性投资大，建设周期长，灵活性差。适合于产量大、规格大，品质要求高的生产，是大型工厂所采用的生产方法，虽然投资大、建设周期长。特别是由于技术的高度进步，坯料和带材可以通过焊接，卷重可达2吨以上。带式法正向连续化、自动化、大型化、高精度化发展。

带式法生产主要采用二辊或四辊可逆式轧机、多机架连轧机进行成卷的轧制。近年来许多国家还采用了行星轧机、摆式轧机、多辊轧机等生产带材、箔材。而为了控制板形，70年代初相继开发了各种新轧机与新技术，其辊系结构、辊形及调节方式各有特色，主要采用的是移辊技术、对辊交叉等技术，这新轧机主要有：HC轧机、CVC轧机、UPC轧机、PC轧机、FFC轧机等。

3） 连铸连轧法

板带连铸连轧设备由连铸机和冷轧机组成。目前我国生产厚度为6～7mm的铸轧铝板，直接供给冷轧机和铝箔轧机，实现连铸连轧生产线。此法废料损失少，成品率高；生产工序少，周期短，生产效率高。连铸连轧法生产的带材可以做箔材坯料、建筑材料及日用器皿等。

通过对以上生产方案的比较，并结合实际年产量，本设计采用带式法生产。

2.2生产工艺流程 2.2.1生产工艺流程的定义

所谓生产工艺流程就是把产品的生产工序按次序排列起来。确定车间生产工艺流程是工艺设计中的一项重要工作，它直接关系到整个设计能否满足设计任务书的要求。合理的生产工艺流程应该是在保证完成设计任务书中规定的产量和质量的前提下，具有最低的消耗、最少的设备、最小的车间面积、最低的产品成本，并且有利于产品质量的不断提高和将来的发展，具有最好的经济效果和较好的劳动条件。

2.2.2生产工艺流程制订的主要依据

制定生产流程总的主要依据有以下几点： （1）根据产品方案的要求

由于产品的产量、品种、规格和质量的不同，所采用的生产方案就不同，那么主要工序就有很大的差别。因此，生产方案是编制生产工艺流程的依据。

（2）根据产品的质量要求

为了满足产品技术条件要求，就要有相应的工序给以保证。因此，满足产品标准的要求是设计生产工艺流程的基础。

（3）根据车间生产率的要求

由于车间的生产规模不同，所要求的工艺过程复杂程度也不同。在生产同一产品情况下，生产规模越大的车间，其工艺过程也越复杂。因此，设计时生产率的要求是设计工艺过程的出发点。

2.2.3计算产品的生产工艺流程

带式法生产铝及铝合金板带材的一般生产工艺流程如图2-1所示，各计算产品的具体生产工艺流程归结如表2-7所示。

半连续铸锭 铣面、蚀洗 包铝 加热 热轧 切头尾边 卷取 预先退火 冷轧 中间退火 预先剪切 淬火 成品退火 人工时效 精整 检验 涂油包装 入库 图2-1 带式法生产铝及铝合金板带材的一般生产工艺流程

表2-7 产品的生产工艺流程

流程号 工序 合金牌号 产品规格 供货状态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 供锭 铣面 蚀洗(擦净表面) 包铝 加热 热轧 切头、尾、边 卷取 预先退火 冷轧 中间退火 预先剪切 成品退火 淬火 时效 矫直 剪切 检验 涂油、包装 入库 Ⅰ 1060 0.3×550 M Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ⅱ 2A12 1×1000×5000 CZ Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ⅲ 3A21 0.5×1050×2000 Y2 Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ⅳ 7A09 1.25×950×3000 CS Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο Ο

2.3工艺叙述 2.3.1锭坯的选择

有色金属熔炼与铸锭车间广泛采用半连续与连续铸造法生产铸锭，铸锭经去除头尾、切断，有的需表面机械加工，作为加工车间的锭坯。

（1）锭坯选择的原则

锭坯尺寸与形状的确定对选择设备，确定工艺，提高产品产量与质量，降低产品成本都有很大影响。因此，锭坯选择应根据下列原则：

1） 根据车间的规模和产量

对于设计规模和产量较大的车间，应尽量的选择大锭坯。 2） 根据产品的规格尺寸

锭坯形状是由产品形状和设备特点决定的，一般情况下，板带材生产采用扁锭。锭坯的宽度、厚度、长度或重量可以根据产品的规格尺寸加以确定。如板带材轧制。应根据成品宽度加上切边损失量确定热轧前锭坯的宽度，扁锭热轧前的尺寸等于成品宽度乘以块数n再加上切变量后减去宽展量。

3） 根据设备能力

锭坯的最大规格尺寸应取决于设备能力。如扁锭坯的最大厚度、宽度、长度及重量取决于轧机轧辊最大开口度、轧机的强度和刚度、电机能力、最小终轧厚度、前后辊道长度以及其他各种设备的承受能力等。

4） 根据制品的性能确定锭坯厚度或直径

为保证产品的机械性能与内部组织的质量要求，锭坯应留有足够的变形程度，确定锭坯最小限制尺寸。

5） 根据金属及合金的工艺性质

由于各种金属及合金的加工性能不同，那么所选择的锭坯大小也不同。如铝、铜等合金通常采用大锭，而对于一些难加工的金属采用小锭。为了解决好咬入以及热轧时裂边、折边把扁锭的窄面侧边做成圆弧形。

6） 根据铸造条件以及具体情况

目前采用的铸造方法有：水平模、立模、半连续及连续铸锭。应视不同的情况进行选择，使用最广泛的是半连续与连续铸造法。由于铸造速度与铸锭愈薄愈难于铸造的操作技术水平限制了铸锭的宽厚比，其宽厚比一般在4～7。

（2）锭坯尺寸与形状

锭坯尺寸与形状的确定必须综合分析，全面考虑。锭坯的尺寸应考虑产品的品种、规格，考虑生产规模、设备条件和铸造方法等因素，选择锭坯的尺寸要综合考虑，因为增加锭坯的厚度，可以减少整个工序的辅助时间，提高设备利用率；锭坯越厚,几何废料和工艺损失越少，锭坯尺寸越大就越有利于连续化的生产。但是过厚的锭坯会带来严重的偏析，以及铸造和轧制上的困难。但是现在连续化生产的锭坯已经不受这个限制，特别是采用水平连铸的带卷，其厚度为16mm左右，宽度可根据随后工序的设备而定，可选在400～2000mm，长度按带坯的卷重来定。有色金属压力加工用坯料，在工业上还没有统一的标准，通常是每个加工车间根据本车间的能力，选择锭坯，在设计中，各加工车间根据情况，确定需要锭坯的尺寸、形状、数量，向熔铸车间提出供锭任务书。

（3）锭坯的质量

锭坯质量是生产优质板带箔材与管棒型材产品的基础，因为铸造缺陷常常是产生各种废品的主要原因。

通常对锭坯质量要求如下：

1） 锭坯的化学成分及宏观组织应符合标准的规定； 2） 尺寸及偏差应满足工艺的要求；

3） 铸锭表面光洁、无缺陷通常对锭坯要进行铣面、刨面或车面。 4） 铸锭内部应没有缩孔、气孔、夹杂、偏析及裂纹等缺陷。 四种计算产品铸锭规格如表2-8所示

表2-8 计算产品铸锭规格

合金牌号 1060 3A21 2A12 7A09 成品宽度/mm 550 1050 1000 950 铸锭规格/mm 160×1050×4000 170×1050×4000 160×1050×4000 160×1060×4000 υ700/1250*2000四辊可逆式热轧机 热轧机规格 2.3.2铝及铝合金板带生产工艺

（1）铸锭铣面

用铣削的方法将铸锭表面剥去一层，以消除铸锭表面缺陷的方法叫铣面。铸锭铣面是为了除去表面的偏析瘤、夹渣、结疤和表面裂纹等，减少板片的金属及非金属压入缺陷，提高表面品质；易于包铝，提高包铝板的焊合品质和抗蚀性能。每边铣削量为：硬铝合金、高镁铝合金不少于6mm，高锌系合金不少于7mm，软合金不少于3mm。半连续铸锭的表面常存在有偏析浮出物（偏析瘤），有时还带有夹渣，结疤和表面裂纹，因此必须铣面。对纯铝铸锭一般可不铣面。

由于偏析瘤中的合金元素含量较高，在热轧温度下，其塑性很低，易被压脆压裂，脆裂的金属被轧机压入板面后，在热轧温度下，起塑性很低，易被压碎和压裂。碎裂的金属被轧机压入板面后，将影响板片的表面质量，造成金属压入缺陷。因此铸锭一般都要铣面。

（2）蚀洗

用化学方法消除铣面与锯切后锭坯表面上的乳蚀液、油污，残留铣屑及表面擦伤等缺陷的工艺的方法。2A16、2A11、2A12、3004等合金的铣面锭坯、纯铝锭坯以及包铝板都需要蚀洗。对含有Mg、Mn、Si、Zn元素较多的超硬铝和高镁系防锈铝的锭坯不宜蚀洗，但需擦净表面。

蚀洗工艺：碱洗 冷水洗 酸洗(中和) 冷水洗 热水洗。 （3）包铝

包铝的目的是为了提高合金制品的抗蚀性能和加工工艺性能。包铝分为工艺

包铝和技术包铝。如果单纯为改善加工工艺性能而进行的包铝称为工艺包铝。如果技术条件要求为提高抗蚀性能而进行的包铝称为技术包铝。

单面包铝层厚度是制品总厚度的2.5～10％（一般取4％）。包铝板长度通常为锭坯长度的75％左右，宽度比锭坯宽度大120～140mm。

本设计中的计算产品，只有2A12采用1060作包铝板,而7A09采用6005作包铝板，其包铝板尺寸见表2-9所示。

表2-9 计算产品铸锭的包铝板尺寸

合金牌号 厚度/mm每面 2A12 7A09 6 7 包铝板尺寸 宽度/mm 1180 1180 长度/mm 787.5 787.5

（4）加热

铸锭加热的目的在于充分利用铝及铝合金在高温状态下的良好塑性和较低的变形抗力，并消除一部分铸锭产生的残余应力，保证热轧所需温度和良好的加工性能。

铸锭加热制度包括加热温度、加热时间及炉内气氛、装炉量、装炉方式等。 1） 加热温度

加热温度应满足热轧温度，保证金属的塑性高、抗力低、产品质量好铸锭的加热温度必须适当，铸锭加热温度应按照有关规定进行，温度过高时，将发生合金铸锭过热现象。而温度过低时，在轧制过程中，铸锭的表面易产生细网状裂纹，其边部也易产生裂口。铸锭的温度必须均匀，铸锭加热时，应使铸锭各个部位温度均匀。加热时间的长短，除与加热设备有关外，也与铸锭的厚度有关，在保证铸锭加热均匀的条件下，加热时间愈小愈好。

T=T开轧+（50～70℃） 式中T、T开轧分别是热轧温度、合金的开轧温度。 2） 加热时间

加热时间包括升温和均温时间，确定时间应考虑合金导热性、铸锭尺寸、加热时的传热方式及装料方法等因素。加热时间宜短，降低能耗，防止过热或过烧，但必须保证均匀热透，达到所需要加热温度。

t=（12～20）H

式中t、H分别是铸锭加热时间、铸锭厚底 3） 炉内气氛

根据具体合金与气体相互作用的特性不同，选用不同的炉内气氛，以保证铸锭的加热质量，本设计是在推进式加热炉中加热，炉内气氛是空气。为了提高加热速度，保证加热均匀，在炉内常采用风机实行强制热循环流动。

根据合金的塑性图、合金相图、再结晶图及相关资料可得各计算产品的加热制度见表2-10所示

加热炉采用推进式加热炉。

表 2-10 计算产品铸锭的加热制度表

合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 加热温度/℃ 500 460 520 495 加热时间/h 4 4.5 4.5 4.5

（5）热轧

加热工艺制度包括加热温度、热轧速度、压下制度、冷却润滑及辊型。对热轧温度、热轧速度、热轧压下制度、热轧冷却润滑及热轧缺陷分别介绍如下。

1) 热轧温度

热轧温度包括开轧温度和终轧温度，合金的状态图是确定热轧温度范围最基本的依据。理论上T开＝（0.85~0.90）T熔左右，但应考虑低熔点相的影响。热轧温度过高，容易出现晶粒粗大或晶间低熔点相的熔化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂或轧碎。

塑性图在一定程度上反映了金属的高温塑性情况，它是确定热轧温度范围的主要依据。根据塑性图可以选择塑性高、强度小的热轧温度范围。对某些合金，当温度降低时，塑性急趋下降。出现“中温脆性区”，温度控制不当，热轧板出现裂边现象。因此，热轧应在温度降落在中温脆性区以前完成。

塑性图不能反映热轧终了金属的组织与性能。当热轧产品组织性能有一定要求时，必须根据第二类再结晶图确定终轧温度。终轧温度要保证产品所要求的性能和晶粒度。温度过高，晶粒粗大，不能满足性能要求，而且继续冷轧会产生轧件表面桔皮和麻点等缺陷，当冷轧加工率较小时，还难以消除。终轧温度过低引起金属加工硬化，能耗增加，再结晶不完全导致晶粒大小不均及性能不合。终轧温度还取决于相变温度，在相变温度以下将有第二相析出，其影响由第二相的性质决定。一般会造成组织不均，降低合金塑性，造成裂纹以致开裂。终轧温度一般取相变温度以上20～30℃。无相变的合金，T终＝（0.65~0.70）T熔左右。

2) 热轧速度

为了提高生产率，保证合理的终轧温度应采用高速轧制。但是，热轧过程中硬化和软化过程的转化方向，关键取决于变形速度，而轧制速度是影响热轧变形速度的一个重要因素。可见，热轧速度不仅直接影响生产率，还通过变形速度影响金属的塑性。如果提高轧制速度有利于金属塑性增加过程的进行，应提高轧制

速度。相反，如果提高轧制速度使金属向塑性减小的过程进行，应降低轧制速度。

对于变速可逆式轧机，开始轧制时为有利于咬入，轧制速度降低；咬入后升速至稳定轧制，轧制速度较高；即将抛出时降低轧制速度，实现低速抛出。这种速度制度有利于减少温降和提高轧机的生产率。

生产中根据不同的轧制阶段，确定不同的热轧速度制度。一般可分为3个阶段：一是开始轧制阶段，因为铸锭厚而短，绝对压下量较大，咬入困难，而且是变铸造组织为加工组织，以免铸造缺陷引起轧裂，所以采用较低的轧制速度；二是中间轧制阶段，为了控制终轧温度和提高生产率，只要条件允许，应尽量采用高速轧制；三是最后轧制阶段，因轧件薄而长，温降大使轧件头尾与中间温差大，为保证产品性能与精度，应采用较低的轧制速度。

3) 热轧压下制度

热轧压下制度主要包括热轧总加工率、道次加工率和轧制道次的确定等。 （a） 总加工率的确定原则 ：

大多数铝及铝合金的热轧总加工率可达90％以上。当铸锭厚度和设备条件已确定时，确定总加工率的原则是：a）金属及合金的性质。高温塑性范围较宽，热脆性小，变形抗力低的金属及合金热轧总加工率大,如铝及软铝合金，相反，硬铝合金一般热轧温度范围窄，热脆倾向大，其总加工率通常比软铝合金小；b）产品质量要求。供冷轧用的坯料，热轧总加工率应留有足够的冷变形量，以便控制产品性能等；对热轧产品为保证性能要求，热轧总加工率的下限应使铸造组织转变为加工组织；c）轧机能力及设备条件。轧机最大工作开口度和最小轧制厚度差越大，铸锭越厚，热轧总加工率越大，但铸锭厚度受轧机开口度和辊道长度等限制；d）铸锭尺寸及质量。铸锭厚且质量好，加热均匀，热轧总加工率相应增加。

（b） 道次加工率的确定原则：

制定道次加工率应考虑合金的高温性能、咬入条件、产品质量要求及设备能力。不同轧制阶段道次加工率确定的原则是：a） 开始轧制阶段，道次加工率比较小，因为前几道次主要是变铸造组织为加工组织，满足咬入条件。对包铝板铸锭，为使包铝板与基体焊合牢固，头一道次加工率应小于10%。但是，热轧硬铝合金前几道次出现轧件表面粘着时，减少不均匀变形产生的裂纹、分层或“张嘴”，加工率应随道次增多逐渐加大；b） 中间轧制阶段，随金属加工性能的改善，如果设备能力允许应尽量增大道次加工率。最大道次加工率，对硬铝合金变形深透后可达45%以上，对软铝及多数重有色金属可达50%。中间道次后期压下量应使轧制压力与辊型相适应。以便控制板凸度；c） 最后轧制阶段，一般道次加工率减小。热轧最后两道次温度较低，变形抗力较大，其压下量应在控制板凸度的基础上，保持良好的板形条件和厚度偏差。

（c） 轧制道次。轧制道次取决于道次加工率的分配。一般总加工率大，道

次加工率小，铸锭较宽时，轧制道次数多。在可能的条件下，应减少轧制道次。

本设计四个计算产品的热轧压下制度如表2-11所示。

表2-11 四个计算产品的热轧压下制度

合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 总加工率 95% 95% 95% 95% 最大道次加工率 45.45% 40% 42.86% 37.14% 轧制道次 7 9 7 9

4) 热轧时的冷却润滑 （a） 冷却润滑的作用：

a) 冷却轧辊，减少摩擦，降低能耗，提高生产率；b) 防止辊面粘着金属粉末(防止粘辊)，改善产品表面质量；c) 减少辊面磨损及龟裂，增加轧辊使用寿命；d) 控制辊型，改善板形。

（b）对热轧冷却润滑剂的要求：

a) 润滑油闪点高，高温润滑性好；b) 润滑剂燃烧后不留残灰和油垢；c)较高的油膜强度；油膜强度高，承受轧制压力大而且油膜不破裂，防止粘辊；d) 乳液应具有稳定性高、热分离性好、使用周期长等特点；e) 不腐蚀轧件和轧辊；f) 来源广，成本低，使用管理方便，对环境污染小。

铝及铝合金的冷却润滑广泛采用乳液，乳液具有冷却能力大，润滑性能好等特点。

常用的乳液某些性能指标其性能如表2-12所示

表2-12 常用的乳液某些性能指标

乳液名称 59C A-1001HR PROSOL66 1022号 200号 84号 LRZ-88 使用浓度/% 3～7 2～2.5 1～5 — 5～8 1～3 2～3 油膜强度/N 390～490 685～735 — — 685～786 685～785 685～735 PH 7.5～18.0 8.0～8.5 >7.5 7.0 7.2～7.5 8.0～8.5 7.5～8.0 使用周期 — 约6个月 约3个月 1.5～3个月 6～12个月 12个月 9～12个月 5) 热轧制品的主要缺陷及产生原因

热轧制品主要有表面不合、板形不良、厚度超差及机械性能不合等缺陷，分析产生的原因，找出消除措施，对减少热轧废品提高成品率具有重要意义。

（a） 表面缺陷 制品表面有气泡与起皮、裂纹、裂边、分层或层裂、划伤

与擦伤、粘辊等缺陷。

气泡与起皮的主要原因是铸锭质量问题。表面裂纹主要与金属性能、冷却润滑及铸锭加热气氛有关。裂边的原因主要是铸锭加热温度低，金属塑性较差，冷却润滑不良；道次加工率太大；辊型控制不好；出现边部负拉应力产生裂边。分层或层裂，通常热轧低塑性合金时，道次压下量分配不合理，变形不深透产生表层变形，致使轧件中部出现附加拉应力，产生分层或层裂，严重时会出现“张嘴”。适当增加道次加工率，减少不均匀变形；加强冷却润滑，防止粘辊；沿轧向铸锭头尾呈圆弧形或楔形，人为增加外端作用，防止分层或层裂。划伤与擦伤主要是轧件出辊速度和辊道或卷取机的线速度不同步，卷取时卷得过松或过紧，产生划伤与擦伤或粘伤。粘辊是金属氧化严重，粘性较大，冷却润滑剂性能较差时产生的。选择性能好浓度适当的冷却润滑剂；安装清辊器，研磨轧辊粗糙度要适当；可消除粘辊，提高产品表面质量。

（b） 板形不良 热轧板形不良主要有侧弯(镰刀形)、波浪等。

侧弯是两边压下不一致；铸锭加热不均；冷却润滑剂沿宽向分布不一致；辊型控制不当；送料不正或不对中产生的。经常测量厚度，检查调整两边压下，正确使用导尺，检查冷却润滑系统是否正常等措施，消除侧弯。当原始辊型凹度过大，或轧辊温度低，压下量大；冷却润滑剂流量大，会产生两边波浪。相反，则产生中间波浪。

（c） 厚度超差 操作不当，铸锭加热温度波动太大，道次压下量分配不当，轧制速度变化太大，测量不准确，会出现厚度超差。

（d） 械性能不合 其产生的主要原因是终轧温度控制不当或铸锭的化学成分不符合标准；加热温度不合理等。

（6）冷轧

冷轧是获得并保证产品品质的关键工序。冷轧通常是指金属及其合金再结晶温度以下的轧制过程。冷轧过程产生加工硬化，随着变形程度的增加，材料的强度和变形抗力不断增加，而塑性降低。冷轧的特点是：冷轧的产品有均匀的组织和性能，有较高的强度；产品的尺寸精度高，表面品质好；可通过变形程度和热处理的控制，获得各种性能和状态的产品；冷轧可生产薄材或箔材。冷轧过程与热轧不同的是，它可以在不同的轧机上进行，也可以在同一轧机上完成。

冷轧工艺制度包括冷轧压下制度、冷轧时的张力、冷轧的速度、冷轧润滑及辊型等内容。

1） 冷轧压下制度

冷轧压下制度主要包括总加工率的确定和道次加工率的分配。总加工率一般分两次退火之间的总加工率，称中间冷轧总加工率；为控制产品最终性能及表面质量，所选定的总加工率称成品冷轧总加工率。

（a） 中间冷轧总加工率的原则

a) 充分发挥合金塑性，尽可能采用大的总加工率，以减少中间退火及其他工序，缩短工艺流程。

b) 保证产品质量，防止总加工率过大，产生裂边或断带，恶化表面质量。 c) 充分发挥设备能力，保证设备安全运转，防止损坏设备部件或烧坏电机的事故出现。

对于纯铝其中间冷轧总加工率为75～95%，而对软铝合金，其中间冷轧总加工率为60～90%，对硬铝合金，其中间冷轧总加工率为60～85%。

（b） 成品冷轧总加工率

主要取决于技术标准对产品性能的要求。因此，应根据产品不同状态或性能要求，确定成品冷轧总加工率。

（c） 道次加工率的分配

冷轧总加工率确定之后,应合理分配各道次的加工率。合理分配道次加工率的基本原则是：在保证产品质量、设备安全的前提下，尽量减少道次，采用大加工率轧制,提高生产率。

具体分配道次加工率的一般原则是:a） 通常第一道次加工率较大,以充分利用金属塑性,往后随加工硬化程度增加,道次加工率逐渐减小；b） 保证顺利咬入,不出现打滑现象,轧制厚板带较突出；c） 分配道次加工率,应尽量使各道次轧制压力相接近,对稳定工艺调整辊型有利；d） 保证设备安全运行,防止超负荷损坏轧机部件与主电机。生产中,根据设备、工艺及产品要求,可适当调整道次加工率。

表2-13 四个计算产品的冷轧压下制度

合金牌号 1060 2A12 3A21 7A09 中间冷轧总加工率 81.25% 65% 75% 60% 最大道次加工率 成品冷轧总加工率 轧制道次 37.5% 32.14% 32.5% 30% 96.25% 87.5% 93.75% 84.375% 10 6 8 6 2） 冷轧时的张力

轧制带材必须采用张力。张力通常是指前后卷筒给带材的拉力，或者机架之间相互作用使带材承受的拉力。

（a）张力在轧制过程中的作用 ·

a） 能降低单位压力，调整主电机负荷。b） 调整张力能控制带材厚度。c） 调整张力可以控制板形。d） 防止带材跑偏，保证轧制稳定。e） 张力为增大卷重，提高轧制速度，实现轧制过程机械化，以及计算机控制创造了有利条件。

（b） 张力的确定与调整

确定张力的大小应考虑合金品种、轧制条件、产品尺寸与质量要求。一般随合金变形抗力及轧制厚度与宽度增加，张力相应增大。最大张应力不应超过合金

的屈服极限，以免发生断带；最小张应力必须保证带材卷紧卷齐。设计中可选择张应力值q＝(0.2～0.4)σ0.2，厚带或高塑性合金取上限，薄带或低塑性合金取下限。

前张力与后张力的大小确定：一般后张力大于前张力，带材不易拉断，能防止跑偏，降低轧制压力比较显著。但是，后张力过大增加主电机负荷，使后滑增大可能打滑，来料如卷松会造成擦伤等。相反，前张力大于后张力时，降低主电机负荷，促使变形均匀，有利于控制板形。但是，前张力过大，带材卷得太紧，退火易粘结，轧制容易断带。生产中应根据具体情况选择前后张力的大小。

（c） 冷轧时的速度

为了提高生产率与确保设备安全，采用低速咬入及抛出，高速稳定轧制制度。一般轧制速度在10～20m/s左右。生产中，成品精轧最后道次为保证板形，采用较低的轧制速度有利于平整；当辊温过高、裂边严重或过焊缝处，应适当降低轧制速度。总之，生产中要根据具体条件和工艺要求，合理选定与调整轧制速度。

（d） 冷轧时的冷却润滑

冷轧时，加工硬化使金属的变形抗力增加，单位压力较高，能耗增大。金属的变形热与摩擦热使轧件和轧辊温度升高，当加工率大、轧制速度高及压力大时更为突出。而且冷轧产品的精度、性能及表面质量要求高。因此，冷轧时的冷却润滑对减小摩擦、降低能耗、控制辊温、提高产品质量及轧辊使用寿命，具有重要的意义。

a) 冷却润滑剂的要求

对冷却润滑剂有较高的要求：① 基础油的粘度要适当；② 润滑性能良好，摩擦系数小；③ 油膜强度要大；④ 不腐蚀轧件和轧辊，并容易去除；⑤ 闪点要适，闪点过高，退火时不易烧净，使产品表面产生油斑；闪点过低，轧制时易挥发油烟，容易着火；⑥ 对人体无害；⑦ 来源广价格低。

b） 冷却润滑剂

冷轧的冷却润滑剂，必须根据合金特性、产品质量要求、轧制压力及轧制速度等具体条件，选择不同性能的冷却润滑剂。铝合金冷轧润滑剂主要由基础油和添加剂组成。

（e） 冷轧产品的主要缺陷及其原因

冷轧中常出现的缺陷，归纳起来主要有厚度超差、板形不良、表面缺陷及性能不合等。

a） 厚度超差：当坯料厚度波动太大或超差；坯料热处理后性能不均，压下分配不合理，操作或控制不当；张力不稳定或头尾失张；升降时未及时调整压下；润滑冷却不均；测量不准等，均会产生厚度超差。

b) 板形不良：冷轧板形不良主要有波浪(单边、中间、两边及双侧波浪)、瓢曲、压折、翘曲及侧弯等。

c) 表面缺陷：冷轧中常见的表面缺陷有划伤、擦伤、起皮、裂纹、裂边、分层、辊印、压坑、夹灰、孔洞、腐蚀斑点及油班、金属及非金属压入物等。这些缺陷与轧制设备及工艺、轧辊质量、热处理、冷却润滑及操作水平等有关。

d) 性能不合：产品机械性能除合金成分、铸造组织影响之外，主要取决于冷轧加工硬化程度及热处理工艺。

（7）热处理

铝及铝合金通过热处理获得一定性能以满足用户的要求。铝合金的热处理比较简单，它主要是淬火时效处理和不同目的的退火。不同目的的退火有：软化退火、中间退火、成品退火等。

软化退火：即两次冷轧之间以软化为主要目的的再结晶退火，亦称中间退火。冷轧后的合金产生纤维组织并发生加工硬化，经过把合金加热到再结晶温度以上，保温一定的时间后缓慢冷却，使合金再结晶成细化的晶粒组织，获得好的塑性和低的变形抗力，以便继续进行冷轧加工。

成品退火：即冷轧到成品尺寸后，通过控制退火温度和保温时间来得到不同状态和性能的最后一次退火。其目的是控制产品最终性能，保证产品符合技术标准。成品退火又分为完全退火和低温退火。完全退火用于生产软态产品，其温度比再结晶温度高100～200?。低温退火在于消除内应力，稳定材料尺寸、形状及性能，以获得硬态或半硬态产品，其温度控制在再结晶温度以下。成品退火工艺制度比中间退火要求更严格。

淬火：淬火是将合金中的可溶解相溶解到固溶体中，形成室温不稳定的过饱和固溶体。淬火也叫固溶处理。

时效：时效分自然时效和人工时效，人工时效是控制一定温度下进行的时效方法，自然时效是在室温下放置无其他处理工序。

计算产品的热处理方法及制度分别见表2-14

表2-14 计算产品的热处理方法及制度表

合金牌号 1060 1060 2A12 2A12 2A12 3A21 3A21 7A09 7A09 7A09 7A09 热处理方法 中间退火 成品退火 预先退火 中间退火 淬火 中间退火 成品退火 坯料退火 中间退火 淬火 人工时效 加热温度/℃ 345 400 490 410 495 345 300 415 410 470 125 保温时间/min 150 150 240 180 12 150 150 240 180 12 1440 （8）精整与矫直

板带材在通过冷轧到成品厚度时，在以卷材形式交到下一道工序即精整。其目的是根据用户的需要把冷轧卷材分切成一定规格的卷材或片材。

选用精整机列，包括1830纵剪机、1830横剪机、辊式矫直机和拉弯矫 1） 剪切

根据工艺要求剪切分切边、分条、下料或中断及成品定尺剪切等。 切边，有些合金热轧容易裂边，继续冷轧边扩大或冷轧时产生裂边，会造成轧辊局部压伤或者断带，增加金属的几何损失，所以，不仅成品要切边，而且板材坯料必要时也要切边。切边量的大小，根据合金品种、轧件厚度而定，一般每边为10～30mm。生产中根据实际裂边情况，适当调整切边量。

分条，根据工艺要求和产品规格，对宽板带坯料或带材成品需要剖分成若干条，分条时同时切边。

下料或中断，是将板材坯料或带卷，按工艺要求或设备条件，横切成块的工序。下料或中断，应根据工艺要求进行下料计算，其原则是确保产品尺寸的前提下，应精打细算，减少几何损失和提高成品率，

成品剪切是按技术标准对产品尺寸及其偏差要求，最后所进行的剪切，或定尺剪切。分别在横剪机列或纵剪机列中进行。这种剪切机列，将切头尾、切边、定尺、或矫平分条及检查等工序连为一体，生产效率高、剪切精度高质量好。

2） 矫直

矫直是精整的重要工序，矫直质量的好坏，直接影响产品质量和成品率。板带材在剪切前或后，都要进行矫直。其目的是消除板形缺陷，提高平直度，改善产品性能或便于继续加工。

板带材矫直方法有辊式矫直、拉伸矫直（张力矫直）及拉伸弯曲矫直等。 （a） 辊式矫直

这种方法是板材通过两排直径相等、节距相同、上下互相交错布置的矫直辊，使板材产生反复塑性弯曲变形的过程。

（b) 拉伸弯曲矫直

拉伸弯曲矫直是在辊式矫直和拉伸矫直的基础上新发展起来的矫直方法。拉伸弯曲矫直的原理，是被矫带材通过连续拉伸弯曲矫直机时，受张力辊形成的拉力和弯曲辊形成的弯曲应力所叠加的合成应力作用，使带材产生一定的塑性延伸，消除残余应力，改变不均匀变形状态而被矫直的。

连续式拉伸弯曲矫直机组有带清洗装置和无清洗装置两种。为了去掉带材表面油污和脏物，机组中装有清洗机和烘干机，实现边拉矫、边清洗，获得平直又光洁的带材。

（9）检验、包装、入库

成品检验与包装是板带材生产过程中不可缺少的最后两道工序。为了确保产品质量的均匀性和稳定性,以及进一步提高产品的质量,防止低劣产品发给用户或流入市场,造成损失,所以成品出厂前必须按规定的技术标准,进行全面的检查验收,对合格产品还要按规定的技术标准包装出厂.

成品检验包括常温性能和内部组织的检验，其主要注意的是产品以及在起生产过程中是否存在以下技术或质量问题。从而引起一系列的缺陷。

1） 产品尺寸和表面质量检验

板带箔材产品都要进行尺寸测量，即对其厚度、宽度和长度进行逐张（卷）或抽样检查，测量的范围应符合标准规定。板带材的厚度用千分尺，宽度用钢板尺测量。

板带箔材的表面质量和外形必须符合有关技术标准，目前我国检验表面质量和不平度的方法，通常是把被检板材放在检查平台上，先用肉眼检查板材表面有无超出标准规定的缺陷，再检查板面与平台的间隙不超过有关标准规定范围。重要产品采用仪器检查表面质量，或在线自动检测板带材的不平度。

2） 组织与性能检验

产品性能包括力学性能、工艺性能及物理性能等。力学性能如抗拉强度、屈服强度及延伸率；工艺性能如冷冲压时的延展性能（杯突值），深冲变形后的表面粗糙度和各向异性（制耳）；物理性能如仪表用材的抗磁性等。一般的板带材各项性能检验，应由每批产品中，按性能要求各取两个试样。有的产品根据状态不同，每批板材分别抽取试样2%、5%、10%，重要产品取100%作性能检验。

内部组织检验，应取试样在金相显微镜下检查其内部组织。有些产品按标准规定，还要进行晶粒尺寸、第二相分布的检验，以及内部缺陷的超声波探伤检验等。

成品包装是产品加工中的最后工序，包装的目的是为了防止产品在运输和贮存过程中遭受机械损伤、化学腐蚀或混料等，确保产品完整无损的供用户使用。

根据包装标准规定进行包装，按照不同的合金牌号、尺寸、状态、用途和要求，常采用裸件包装、包装箱包装、成垛包装和卷筒包装四种方式。包装后必须写明标志方可发货。

目前，有色加工产品大多是人工包装，实现成品包装机械化和自动化，是今后的发展方向。

2.4设备的选择 2.4.1设备选择的依据

设备选择的主要内容是确定出车间设备的种类、型式、结构、规格、数量及能力。金属压力加工车间的生产设备可分为：主要设备与辅助设备，对主要设备、应在预选的基础上进行必要的设备负荷计算，以及零部件强度校核计算。对于辅助设备，一般不进行验算，可在主要设备确定后，再确定与之配套的辅助设备。设备选择一般考虑如下原则：

（1）要满足产品方案（主要指规格、质量、年产量等）的要求，保证获得高质量的产品；

（2）要满足生产方案及生产工艺流程的要求

每种生产方案都要求与之相适应的设备。生产工艺流程中的每一个工序必须按该工序的工艺要求选择设备。

（3）要注意设备的先进性与经济上的合理性

在可能条件下，尽可能选用机械化、自动化程度高的先进设备，以利于提高生产效率和设备利用系数，一般为70～80%。此外，还要注意选择标准设备，力求投资少，而有较好的技术经济指标。

（4）要考虑设备之间的合理配置与平衡

设备选择时要注意主要设备之间以及主要设备与辅助设备之间的合理配置与平衡。通常要求辅助设备能力大于主要设备能力。

2.4.2主要加工设备的选择

轧机的结构形式主要以轧辊的数目、放置、大小来区分，有二辊轧机、三辊轧机、四辊轧机及多机架连轧机、多辊轧机、复合式多辊轧机、万能轧机、行星轧机、偏八辊轧机、异步轧机、斜轧机、特殊轧机等。

（1）热轧机

选择热轧机要综合考虑合金品种及规格、生产规模、投资多少、产品质量与工艺要求，以及生产效率和劳动条件等。为了合理选择热轧机，满足生产要求，提高产品质量和经济效益，要考虑以下原则：

1） 热轧机应具有高温轧制的强度和刚度的要求，轧辊还要耐急冷急热性能

好；

2） 铸锭厚，轧机开口度要大； 3） 道次压下量和主电机功率大。

4） 轧棍直径大。热轧道次压下量大，为满足咬入条件和轧辊强度要求，并且铸锭厚为变形深入内部，都需要大直径轧辊；

5） 压下速度高。通常热轧随轧制道次增多，温降越大。压下速度高，能充分利用金属的高温塑性，实现大压下量轧制，保证终轧温度，减少间隙时间提高生产效率。热轧压下速度一般都大于1mm/s，同时配合适当的轧制速度；

6） 轧机工作温度高，锭重较大，为满足工艺要求，改善劳动条件，轧机的机械化和自动化程度要求较高；

7） 此外还要考虑到轧辊尺寸、轧制厚度、轧制速度、生产能力、许用轧制压力，以及其他辅助设备的技术参数，应满足工艺要求。

由于本设计的产量及考虑以后的发展，选择?700/1250×2000四辊可逆式热轧机,其性能参数如下：

最大轧制力： 1800t 最大轧制力矩： — 主电机功率 3600KW 主电机转速： 40.9r/min 轧制速度： 0.5～3m/s 工作辊轧辊直径: 700mm 工作辊辊颈直径； 525mm 工作辊辊头直径： 500mm 工作辊辊身长度： 2000mm

工作辊辊颈长度: 150mm 工作辊辊头长度: 120mm 支撑辊轧辊直径； 1250mm

支撑辊辊颈直径: 938mm 支撑辊辊头直径: 910mm 支撑辊辊身长度: 2000mm 支撑辊辊颈长度: 200mm 支撑辊辊头长度: 150mm 传动比： 1 轧机开口度： 400mm （2）冷轧机

选择冷轧机要考虑的原则与选择热轧机基本相同。由于冷轧机的特点不同，对冷轧机的要求也较高。为了合理选择冷轧机，满足生产要求，提高产品质量和

经济效益，要考虑以下原则：

1） 轧机开口度小；

2） 轧棍直径小，以减小轧制力，满足最小轧制厚度要求；

3） 压下速度低（绝对值小），但压下调整精度高，轧机精度高、刚度大； 4） 冷轧辊材质、硬度、表面粗糙度及制造精度等要求高； 5） 一般轧制前后带有张力；

6） 此外还要考虑最小可轧厚度、轧制速度等其他技术特性。

同选择热轧机一样，考虑以后的发展选择Φ280/700×1200四辊可逆式冷轧机和Φ500/1250×1700四辊可逆式冷轧机。

Φ280/700×1200四辊可逆式冷轧机其性能参数如下： 最大轧制力： 350t 主电机功率： 693KW 主电机转数： 102r/min 转速比： 1

轧制速度： 0.5～2.5m/s 工作辊轧辊直径: 280mm 工作辊辊颈直径； 210mm 工作辊辊头直径； 190mm 工作辊辊身长度： 1200mm 工作辊辊颈长度: 220mm 工作辊辊头长度: 180mm 支撑辊轧辊直径； 700mm 支撑辊辊颈直径: 525mm 支撑辊辊身长度: 1200mm 支撑辊辊颈长度: 500mm Φ500/1250×1700四辊可逆式冷轧机其性能参数如下： 最大轧制力： 1050t 主电机功率： 1500KW 主电机转数： 57r/min 转速比： 1

轧制速度： 0.5～4m/s 工作辊轧辊直径: 500mm 工作辊辊颈直径； 375mm 工作辊辊头直径； 325mm 工作辊辊身长度： 1700mm 工作辊辊颈长度: 280mm

工作辊辊头长度: 220mm 支撑辊轧辊直径； 1250mm 支撑辊辊颈直径: 938mm 支撑辊辊身长度: 1700mm 支撑辊辊颈长度: 500mm

2.4.3辅助设备的选择

根据辅助车间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：加热设备；切断设备；矫直设备；冷却设备；铣面设备；起重运输设备；机修等其它设备。

不同产品生产时所需要的辅助设备时不同的，根据生产要求确定设备的型式、能力和数量，辅助设备的选择对产品的产量和质量有十分重要的影响。因此，一定要选好辅助设备，一般来说要遵循下列原则：

1） 必须满足生产工艺流程的要求；

2） 必须保证有较高的工作效率，充分发挥主要设备的能力。通常辅助设备能力可按大于主要设备能力的10～20%考虑。

3） 尽量选择重量轻、体积小的辅助设备，以节约车间投资。 （1）铸锭加热炉

根据本设计的特点和实际生产情况，选用推料式电阻炉。其性能参数如下： 工作炉膛尺寸，mm

长 17250 宽 — 高 2500

最大铸锭尺寸：mm 230×1525×3240 铸锭各炉内放置方法 垂直 炉子容量，KW 3750 加热区数，个 6 空气在炉内流动方向 横向 （2）热处理炉 1）退火炉的选择

铝及铝合金的坯料退火和中间退火，选择最实用的箱式电阻退火炉。其性能参数如下：

卷重： 2.5～8.5t 加热功率： 1620kw 装料量：（最大） 60t

工作温度：（最大） 650℃

炉膛有效尺寸: 8450x2700x3500

铝及铝合金的板材成品退火，也选择使用箱式电阻退火炉。其性能参数如下：

型号： RJD-500-5 加热功率： 500kw 工作温度：（最大） 500℃

炉膛有效尺寸: 8285x2200x1335

备注： 强制空气循环

铝及铝合金卷材的成品退火炉选择箱式电阻退火炉，适用于厚度为0.3～2.0mm，来料宽度为1060～1760（成品宽度为1000～1700）的2A11、2A12、2A14、7A04、7A09及2024、2014、6061、7075等合金的固溶热处理和厚度为0.2～2.0mm,成品宽度为918～1700的1×××系、3×××系、5×××系等合金的退火处理，来料卷材内径：510或610，外径为900～1900mm。

2）淬火炉的选择

对于铝合金板材的淬火，本设计选用板材盐浴加热淬火电炉，其性能参数如下：

最高工作温度： 535℃；

炉膛尺寸： 12000×1800×3500； 功率： 1680KW 3) 时效炉的选择

对于铝合金板材的时效，本设计选用板材人工时效炉（箱式电阻炉），其性能参数如下：

最高工作温度： 200℃；

炉膛尺寸： 12100×1600×2000； 功率： 75KW （3）切断设备

1) 1830纵剪切机列的性能参数如下：

来卷屈服强度?0.2： 29.4～294N/mm2； 来卷抗拉强度?b： 78.4～441N/mm2； 来卷毛料厚度： 0.2～2mm； 卷头卷尾毛料厚度： ≤3mm； 成品卷带材厚度： 0.2～2mm； 来料宽度： 500～1600mm； 剪切后成品卷宽度： 25～1600mm； 来卷内经： Ф510mm、Ф610mm；

成品卷内经： Ф350mm、Ф510mm； 来卷外经： Ф800mm、Ф1600； 来卷重量： 最大7000kg；

成品卷重量： Ф350mm时，最大2300kg； Ф510mm时，最大7000kg； 剪切条数：

当成品厚≤0.8mm时，成品宽≥25mm时：最多剪切条数20条； 当成品厚≤1.2mm时，成品宽≥45mm时：最多剪切条数15条 当成品厚≤2.0mm时，成品宽≥100mm时：最多剪切条数5条 机列引料速度： 18m/min； 工作速度： 18～250mm/min； 最大张力： 20000N（张力垫）。 2) 1830横剪切机列的性能参数如下：

来料厚度： 0.2～2.0mm，头尾厚度≤3.0mm； 来料宽度： 840～1700mm 卷筒内经： Ф510mm、Ф610mm； 卷筒外经： 最大Ф1600mm；

卷筒重量： 最大7000kg，板垛最大重量8600kg； 屈服强度： 最大294N/mm2、剪切强度最大441N/mm2 ； 成品规格：

厚度： 0.2～2.0mm； 宽度： 800～1600mm； 长度： 1000～4000mm； （4）矫直机

矫直机有辊式矫直机、压力矫直机以及张力矫直机之分。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。

2500KN铝板带拉弯矫直机组性能参数： 来料厚度: 0.3～4mm 来料宽度: 500～1500mm 最大拉伸速度：5.6mm/s 传动油泵压力：20MPa 传动油泵能力：50L/min 油泵电机功率：20KW 油泵电机转速：970rpm

2） 29辊矫直机性能参数如下：

矫直板材尺寸：

厚度： 0.5～2mm； 宽度： 1000～1500mm； 矫直速度： 30～60m/min； 矫直辊数： 29个； 矫直辊直径： 38mm； 矫直辊长度： 1700mm； 支撑辊数： 186个； 支撑辊直径： 38mm； 传动电机功率： 150KW； 传动电机转速： 55转/分 （5）铣面、蚀洗设备的选择 1） 铣面设备的选择

按铣面方法分有单面铣和双面铣，按铣床结构分有立铣和卧铣，卧铣采用较普遍。有色金属加工车间，为提高板、带的表面质量，进行铣面以消除铸锭表面的结疤、裂纹、偏析物夹杂，或带坯表面的压痕、压入、划伤等缺陷。

本设计采用的铣面机的基本技术参数如下：

型号： EWK2400×4500 2K 960 扁锭尺寸： 宽：500～2000mm； 厚：150～450mm； 长：800～4500mm； 扁锭最大质量： 9.5t； 生产能力： 6块/小时；

参考扁锭尺寸： 350×1830×3000mm； 铣屑厚度： 15mm； 表面质量： ≤5mm,RT； 进刀速度： 0～7000mm/min； 快速移动速度： 36000mm/min； 主铣刀盘额锭直径： 2400mm； 电机功率： 1200kW； 铣屑速度： 3000mm/min； 额锭铣屑厚度： 15mm； 最大铣屑厚度： 28mm； 粗铣刀数（把）： 24； 精铣刀数（把）： 2；

侧边铣刀盘额锭直径： 960mm； 铣屑电机功率： 200kW； 铣屑破碎机最大破碎能力： 30t/h； 抽屑风机最大风量： 11000m3/h； 辊式铣屑打包机的最大能力： 4/h 2） 蚀洗槽的选择

在轧制车间内，蚀洗槽不宜过多，又考虑到车间以后的发展，选择生产能力大的卧式浅槽连续蚀洗机组。

该机组有5个槽。1#碱槽的槽液浓度为15～25%，槽液温度为30～80℃，此槽的大小为2000×2000×5000mm。两个冷水槽，水温都低于25℃，大小都是2000×2000×5000mm，分别为2#与4#槽。3#酸中和槽，用HNO3水溶液，槽液浓度为15～30%，温度为室温，大小为2000×2000×5000mm。5#热水槽，水温大于60℃，大小为2000×2000×5000mm。

（6）起重、运输设备的选择

起重运输设备包括起重机、辊道、运输小车以及各种升降设备。 1） 起重机

起重机（天车、吊车）主要用于车间原材料、产品、设备或部件的起重和运输。在加工车间主要是桥式起重机，桥式起重机有双梁、单梁和单主梁之分。双梁桥式起重机的起重量大、运动速度大。单梁桥式起重机起重量小、运动速度慢，通常在机修车间使用。单主梁桥式起重机结构新、重量轻、造价降低。

起重机的主要参数主要有起吊重量、运行速度、起重机的工作制度。起重机的工作制度按起重量、运行速度和使用频繁程度分为轻、中和重型三种。主电室之起重机提升和运行速度要求较慢，宜选用轻型；安装、检修、换辊用的起重机要求提升和运行速度中等，使用不太频繁，宜选用中型；在成品库和成品库与车间内各工序之间的起重机，要求有较大的提升和运行速度，使用较频繁，宜选用重型。起重机台数的确定主要是依据起重机实际工作负荷及作业率的大小。起重机台数也可以根据经验确定，一般来说，中小型车间每70～100m有一台起重机。

本设计中根据要求选取了十一台桥式起重机，分别布置在精整车间有四台；轧制车间三台；电机房和铣面、蚀洗、包铝、加热工段各四台。

2） 辊道

按用途可分为以下几类：

（a） 工作辊道：设置在轧机工作机座的前后方，靠近工作机座，参与轧制过程。

（b） 延伸辊道：设置在工作辊道的末尾，只有当轧制的料延伸之后才起作用。

（c） 运输辊道：主要作用是连接车间内设备之间、机组之间的轧制料的运

送任务。

（d） 炉子辊道：设置在炉前、炉后以及炉底，运送加热的料。 （e） 其他：如升降台上的辊道等。

按结构分为：空心辊道、实心辊道、圆形辊道、锥形辊道、花辊道等。设计时采用那种辊道可根据辊道的工作条件而定。

（7）轧辊车床与轧辊磨床

轧辊车床与轧辊磨床，是轧辊加工的专用设备，型号为MK8480,具体参数见表2-15所示。

表2-15 轧辊磨床的技术参数

参数 最大磨削直径 最大磨削长度 最大顶尖距 直流电机功率 MK8480 800mm 300mm 30kw

2.5工艺计算

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计算，从而确定出各种产品在各个工序的准确而具体的生产工艺流程、工以参数及各种消耗定额，并确定各部分及各环节之间的协作配套关系。工艺计算的内容包括：主要加工工序的工艺规程的制定；编制生产工艺流程定额卡。

2.5.1三度、三图、三线

（1）三度

“三度”是指温度、速度和变形程度。温度中包括热轧开坯温度、终轧温度、退火温度、均匀化温度和淬火温度、时效温度等温度。速度是指加工工具的运动速度、金属的流出速度和单位时间里变形程度的大小（应变速率）。变形程度则包括道次变形程度和总变形程度。

（2）三图

“三图”指的是相图、第二类再结晶图和高温塑性图。相图是指温度、成分和相态的关系图。通过相图可以确定加工温度，如开轧和终轧温度，以此来保证热加工性能要好，变形抗力小，组织状态符合要求。第二类再结晶图是退火后晶粒的组织和晶粒度大小、退火温度、变形程度之间的关系图，常用来确定退火温度。高温塑性图是反映塑性指标和温度之间的关系图，以此确定热加工温度。

（3）三线

“三线”包括冷作硬化曲线、等时退火软化曲线和等温退火软化曲线。冷作硬化曲线是反映ss与d-e的关系曲线，用于确定两次退火之间的总加工率、冷加工变形量和成品加工率，同时可以计算变形力能消耗。等时退火软化曲线是sb与d-T的关系曲线，它是在某一定的保温时间下，测得的三者的关系图，可用于确定适宜的退火温度。等温退火软化曲线是在某一定退火温度下金属sb与d随时间t变化的关系曲线，用于确定适宜的退火保温时间。

制订工艺规程的目的是为了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。

制订工艺规程的内容包括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）。

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。

2.5.2热轧压下规程计算与轧机的校核

（1）热轧工艺计算 1）热轧压下规程计算

现用1060热轧压下规程计算来说明热轧压下规程的计算。

第 3～4 项： H及h由合金的高温塑性和铸造组织性能、轧机能力等因素由自己决定；

第 5～7 项： ?h?H?h;?h?100%;H2?? 3????第 8 项： 平均高度h平均=

H?h 2第 9 项：变形区长度l=R??h R为轧辊半径，在这里取350mm 第10项：先由?B?c??hR??h求得宽展量； H上式中，c取0.45，R为轧辊半径，在这里取350mm； 第 11 项： 轧前宽度由铸锭或上一道次的轧后宽度而定； 第 12、13 项： Bh?BH??B

第14项：轧前长度由铸锭或上一道次的轧后长度而定。 第15项：轧后长度L‘，根据体积不变原理有L‘= 第16项: 散热表面积=2h*Bh+2Bh*l‘+2h* l‘ 第17项: 轧制速度 V,范围为500～3000mm/s。

L?H?BH求得

h?Bh

第18项：轧制时间t1=L2，V为轧制速度，轧制速度取500—3000mm/s V第19项：辅助时间，取为5s。

第20项：总时间t=t1+t2，其中t2表示辅助时间。 第21项：咬入角???h180，其中R表示轧辊直径，取350mm。 ?R?H?hH?h第22～25项：轧前温度取其加热制度的出炉温度。 温降系数 ???tH?th?

式中：tH、th—热轧开轧温度和终轧温度，℃ H、h—热轧开始的铸锭厚度和终轧厚度，mm tn=tH- ?平均温度T=H?hn ?T?tH?th H?hntH+th； 2?第26～31项：第26项变形温度影响系数nt可由表查得； 第27项变形程度??2?h?100%； 3H第28项变形程度影响系数ne可由表查得；

第29项稳定轧制速度取1.5m/s； 第30项的平均金属的变形速度为u??2v?h

H?hR 第31项变形速度影响系数nu可由表查得。

第32～33项：32项平均变形抗力：?s??s?n??nt?nu；?s查表为35.5MPa； 33项平面变形抗力：K=1.15??s ； 第34项：变形区形状系数

lh??_?'2R?h R=350mm； H?h第35项：外摩擦影响系数n?应用西姆斯公式表示

l' n?=0.785+0.25?

hl第36项：外端影响系数n//??(?)?0.4，由实验证明，当变形区的几何形状系

hl数?﹥1时，n//?接近于1。 h

?? 第37项：平均单位压力 P?K?n?第38项：接触面积 F=l*B 第39项：轧制压力

P?P?F?P?B?L

第40项：力臂系数x根据资料自己选； 第41项：力臂a=lx

第42项：轧制力矩 M=2P*a

第43～47项：第43项摩擦力矩 Mf1?P?d?(D1/D2)?f1

其中：P为轴承的负荷，等于轧制压力和弯辊力之和； f1轧辊轴承的摩擦系数，取0.004； D1/D2为工作辊和支撑辊直径之比； D1工作辊辊颈直径。 第46项总的摩擦力矩 Mf= 其中：Mf1即第43项； i为减速比，取1；

η为总的传动效率即η=0.95*0.96=0.912； M为轧制力矩即第42项。 第44项空转力矩M0?0.05?MH； 第47项静力矩MC=M+Mf+MO i2?Mf1M1+(-1)z ihhi第48～49项：第48项为各段轧制时间的力矩， M2ntn

?tn? 第49项为间歇时间的空转力矩， Mn

第50项：等效力矩， M??Mt??M'?t??t'2nnnn2nt'n 其中：?t1——轧制周期内各段轧制时间的总和S； ?t2——轧制周期内各段间隙时间总和S； Mc——各段轧制时间对应的静力矩，KN×m Mo——各段间隙时间对应的空转力矩，KN×m 第51项: 计算电机功率，按N?1.03M?n??计算

其中：M——轧制道次等效力矩 ，KN×m n——电机转速 ，40.9r/min；

η——由电动机到轧机的传动效率，取0.912。 第52项:选择电机功率。 （2）热轧工艺校核 1）咬入条件校核

自然咬入条件应满足 Δhmax≤D(1-cosβ)

摩擦系数f，根据用乳液润滑的条件，查表3-4得f=0.42 tanβ=f=0.42，cosβ=0.9220

△hmax=D(1-cosβ)=700*(1-0.9220)=54.6mm，而实际最大压下量是30，因此可以自然咬入。

2）热轧机的轧辊强度校核

轧辊的强度指轧制时能承受的弯曲应力和扭转应力的大小。强度是轧辊最基本的质量指标，也是对轧辊性能最基本的要求。轧制时，由于轧辊受到轧件变形抗力的作用，使其发生弯曲，因而受到弯曲应力的作用。同时，轧辊通常受有扭转作用而产生切应力。

轧辊的强度校核步骤：

第一步，根据最大轧制力Pmax画出轧辊的剪力图，弯矩图和扭矩图。 第二步，根据弯矩图、扭矩图、剪力图找出轧辊的危险截面。 第三步，根据工程力学对危险截面进行校核。

对于四辊轧机，工作辊主转动时，支承辊承受了大部分轧制压力，而工作辊所承受轧制压力很小，所以工作辊不必进行弯曲应力校核。但工作辊承受了来自主传动系统的扭矩作用，所以要进行扭矩应力的校核（工作辊主要承受扭矩，支承辊主要承受弯矩）。

1） 校核支承辊辊身的弯曲应力

安全条件为： σsh=Msh/0.1d3≤[σ] a．弯矩的计算

由轧制力引起的弯矩: Ms1=P/4(a-B/2) 由张力差引起的弯矩: Ms2=ΔQ/8(a-B/2) 合成弯矩：

Msh=2(Ms1+Ms22

b．弯曲应力的计算

σsh=Ms1/ Wsh≤[σ]

式中: P—最大轧制力

B—轧件宽度 a—a=L+L1 ΔQ—∣qH-qh∣

Wsh—抗弯截面模量Wsh=πD3/32=0.1D3 [σ] —材料的许用弯曲应力 [σ]=1/5σb=140～300 MPa

2） 校核工作辊辊头的扭曲应力：

安全条件为： τt =Mj扭/Wn≤[τ] a．扭矩的计算

Mj扭=1/2Mc

b． 抗弯截面模量

Wn =0.2d23

c．扭曲应力

τt =Mj扭/Wn

式中: Mc—最大静力矩

d2—矩形辊头的尺寸

[τ] —材料的许用剪切应力[τ]=72 MPa

按轧制力最大道次校核轧辊强度。轧辊尺寸分别是：辊颈直径为440mm,辊身尺寸为Φ700/1250×2000 mm,轧辊材质为铸铁，[σ]=60～90 MPa，[τ]=16 MPa，由热轧规程知L2热轧压下规程第四道次轧制力最大，最大轧制力P=5937.4KN，轧件宽B=1113.61 mm。

a．根据轧制力，作出轧辊的弯矩图和剪力图，扭矩图。如图2-2所示： b．根据弯矩图，扭矩图找出危险断面。

图2-2 轧辊所受的弯矩图和剪力图，扭矩图

辊身强度校核：由于支撑辊辊身只计算弯曲应力。所以校核辊身时，忽略扭矩只校核弯曲应力。

弯曲力矩：

Ms1=P/4(a-B/2)

P=5937.4KN； a=L+L1=2000+700=2700mm； B=1113.61mm Ms1=3.18126×107 N.m

弯曲应力：

σsh=Ms1/ Wsh

Wsh=πD3/32=0.1D3=0.1×（1.25）3=0.1953 m

σsh =16.29MPa

轧辊许用弯曲应力[σ]= 60～90 MPa σsh﹤[σ]

即辊身满足强度要求。

辊颈强度校核：辊颈受弯矩和扭矩作用，所示轧辊受弯曲应力和扭曲应力的综合作用。 弯曲力矩：

Ms1=（P/2）×（L1/2)= 771.86KN·m

扭曲力矩:

Mj扭=1/2Mc=363.96KN·m

弯曲应力：

σsh=Ms1/ Wsh Ms1=771.86 KN·m

3

Wsh=πD3/32=0.1D3=0.1×（0.938）=0.0825 m

σsh=9.35 MPa 扭曲应力：

τt=Mj扭/Wn

33

Mj扭=363.96KN·m

33 Wn=0.2d3=0.2×（0.938）=0.16506 m

τt=2.21MPa

2??3?t2shσj=0.375?sh?0.625=9.82 MPa

热轧辊材质选铸铁轧辊，按第四强度理论计算合成应力：

σj﹤[τ]=62.1 MPa

即辊颈满足强度要求。

辊头强度校核：校核扭曲应力。

τt=Mj扭/0.2 d23=Mj扭/0.07d13=363960/[0.07×（0.91）3] MPa

=8.85MPa τt﹤[τt]=16 MPa

即辊头满足强度要求。

3）等效力矩的计算及电机校核： 等效力矩M??Mt??M'?t??t'2nnnn2nt'n? 由1060热轧工艺规程计算表可知M?41.15?104N?m 电机的计算功率N?1.03M?n??=1902.86KW，电机的额定功率为3600KW。

校核电机的温升条件：主电机的校核计算包括发热和过载校核，其条件是：

升温条件：M≤MH 过载条件：MΣmax≤k·MH

式中： MH—电动机的额定力矩

MΣmax—轧制周期内的最大总力矩 K—电动机的允许过载系数

由压下规程可得：等效力矩为411.5kN·m＜电机额定力矩857.2kN·m，不

会有温升； Mcmax=933.41kN·m＜k×MH =2.7×857.2=2314.44kN·m，因此不会过载。

电动机在允许最大力矩k·MH下工作时，其允许持续时间应在15s内，否则电动机温升将超过允许范围。

2.5.3冷轧压下规程计算

（1）冷轧工艺计算

冷轧时的轧制力计算采用斯通公式：

p?em??1??n??K?m?

式中：m?—系数，m??fl?/h；

p?—考虑轧辊弹性压扁后的平均单位压力； l? —辊弹性压扁时的变形区长度；

e —然对数的底（e＝2.718）

用1060冷轧时的压下规程来说明冷轧规程的计算

第3～4项：H及h由产品状态和轧机能力以及合金的塑性决定。 第5~6项：?h?H?h;第7项 h=（H+h）/2 第8项：l?R?h 第9项：?B?c??hR??h,H求得??

???h?100%; H第10项：轧前宽度由铸锭或上一道次的轧后宽度而定。 第11项：B2?B1???,

上式中，c取0.45，R为轧辊半径，在这里取140mm； 第12项：轧前长度由铸锭或上一道次的轧后长度而定。 第13项，轧后长度L2，根据体积不变原理有L2?第14项，轧制时间t1?L2，V为轧制速度。 VB1?H?L1求

h?B2第15项，总时间t?t1?t2， 其中t2表示辅助时间15s。

第16项： 平均变形程度(%) ?= 第17项：平均变形速度：u?第18~19项：

2?h?100% 3H2vH?h?h R道次前总加工率道次后总加工率H0?H?100% HH?h?h?0?100%H?H?第20，21项，?SH、?sh查表 第22项，?s??SH??sh

第23项，道次前张力 qH =(5.67-0.6h)×10 道次后张力 qh =(4.30-0.5H)×10 平均张力 q=(qH+qh)/2 第24，25项，

k?1.15?s.k??1.15?s??

1323第26项：变形区形状系数变形区形状系数

lh??2R?h R=140mm； H?h第27~28项：m?fl/(H?h)/2 其中 l?y?2afk?/(H?h)/2

其中对钢轧辊 a?cR?R/9500,R??h mm/Mpa

第29项：m?根据27、28项查图得出

第30，31项：30项的轧辊弹性压扁弧水平投影l'?m'?(H?h)/(2?f)

?=(em?1)/m? 31项的参数n?第32项：p??n???k? 第33项：p?p??F?p??Bl? 第34项：力臂a=xl?，这里x取0.4 第35项：轧制力矩 M=P??B?l2

?

第36、38、39项：摩擦力矩 Mf?可参考热轧摩擦力矩的计算

Mf1i?1?(?1)MZ

?第37项：空转力矩M0，按经验公式取M0=(0.06～0.1)MZ， 第40项：静力矩 Mc?Mg?Mf?M0 i 其中i=1、??0.9312

第43,44项，道次电机功率，计算电机功率及等效力矩，与热轧电机功率及等效力矩的计算相同。

（2）冷轧工艺校核

1）咬入条件校核：按 Δhmax≤D(1-cosβ)

摩擦系数f取0.18，则tanβ=f=0.18 cosβ=0.98418

△hmax=D(1-cosβ)=280*(1-0.98418)=4.4mm，实际最大压下量为3mm,因此可以自然咬入。

2）冷轧机的轧辊强度校核

由冷轧压下规程可知，1060冷轧压下规程第一道次轧制力最大，按最大轧制力校核轧辊强度。此轧机为四辊可逆轧机，且工作辊主传动，则工作辊校核辊头扭曲应力，支承辊校核辊身弯曲应力。轧辊材质为合金锻钢，[τt]=96 MPa，[σ]= 140～150 MPa。 对工作辊辊头的校核：

扭曲力矩：

Mj扭=1/2Mc=31.437K N·m

扭曲应力：

τt=Mj扭/Wn

τt=Mj扭/0.2 d23= 31.437/[0.2×(0.365)3] MPa =3.232 MPa

τt﹤[τt]=96 MPa

即工作辊辊头满足强度要求。

对支承辊辊身的校核：轧辊受轧制力和张力的综合作用的弯矩作用

轧制力引起的弯矩：

Ms1=P/4(a-B/2) 代入数据得： Ms1=818.693KN.m

张力引起的弯矩：

Ms2=ΔQ/8(a-B/2)

Ms2=20.756KN.m 合成弯矩

Msh=

2(Ms1+Ms22=818.956KN.m

σsh=Msh/ Wsh

Wsh=πd3/32=0.1d3=0.0343 m3 σsh=23.876MPa σsh﹤[σ] = 140～150 MPa

即支承辊辊身满足强度要求。

3）等效力矩的计算及电机校核 等效力矩M??Mt??M'?t??t'2nnnn2nt'n? 由1060冷轧工艺规程计算表可知M?55.131KN?m 电机的计算功率N?1.03M?n??=624.234KW，电机的额定功率选为693KW。

升温条件：M≤MH 过载条件：MΣmax≤k·MH

等效最大力矩为55.131kN·m＜电机额定力矩66.01kN·m，因此不会有温升；Mcmax=62.9kN·m＜k×MH =2.7×66.01=178.227kN·m，因此不会过载

电动机在允许最大力矩k·MH下工作时，其允许持续时间应在15s内，否则电动机温升将超过允许范围。

2.5.4生产工艺流程定额卡的编制

（1）生产工艺流程定额卡定义

生产工艺流程定额卡（工艺卡片）的主要内容是把生产工艺流程具体化并制订出各种消耗定额。在设计中总是希望采用最少的工序，最适合的设备，最先进的技术和熟练的操作，以便获得高质量的产品，高的成品率和低的成本。这就要求设计人员必须深入实际，调查研究，获得充分的实际资料和数据，加以科学的分析，进行合理的设计。

（2）编制生产工艺流程定额卡的目的

编制生产工艺流程定额卡是为设备负荷计算、平衡设备、编制金属平衡表及技术经济指标提供依据。

（3）损失废料

在制订工艺流程定额卡时，应特别注意几何损失废料和工艺损失废料（技术

废品）的问题。几何废料是由于几何形状或边沿、头尾部的关系所造成的废料，它是加工过程中必不可免的；但如工序安排合理，生产组织的好就会减少。工艺废料主要是由于操作技术上或设备、工具上的缺陷或周围介质条件等原因而造成的，这种废料可以通过采取措施加以避免或减少到最低限度。不论那种废料的产生都将导致成品率的下降。因此，在生产中要积极地采取措施减少废料和废品，提高成品率。

（4）工艺流程定额卡的形式 详见附录中的工艺卡片

2.5.5编制金属平衡表

编制金属平衡的目的在于根据设计任务书的要求，参照国内外同类企业所能达到的先进指标，考虑本企业或车间的具体情况确定出为完成年计划产量所学要的投料量。其任务是；确定各产品的成品率；编制金属平衡表。

确定计算产品的成品率

成品率是指成品重量与投料量之比的百分数。也就是一吨原料能够生产出合格产品重量的百分数。其计算公式是：

A=（Q-W）/Q×100%

式中A——成品率，%； ，t； Q——投料量（原料重量）

W——金属的重量，t；

成品率乃是一项重要的技术经济指标，成品率的高低反映了生产组织管理及生产技术水平的高低。成品率应根据国内外同类企业实际成品率的情况，结合本设计车间的特点以及各项产品工艺卡片的计算结果加以确定。

影响成品率的因素是各工序的各种损失。金属损失有以下几种： 1） 烧损

金属在高温状态下的氧化损失成为烧损。金属加热过程中的烧损与加热温度、加热时间有关。加热温度越高，时间越长，烧损就越大。

2） 溶损

溶损是指酸、碱洗或化学处理等过程中的溶解损失。 3） 几何损失 （a） 切损

切损指切头、切尾、切边等大块残料损失。损失的数量由工艺定额卡计算加以具体确定。切损主要与合金牌号、坯料尺寸以及原料状况等有关。采用锭作原料，由于缩孔和轧制产生“燕尾”必须切除而有较大的金属损失。

（b） 残屑

铸锭表面缺陷以及加工后产品表面缺陷清理所造成的损失。

4） 工艺损失

又称技术损失，是指各工序生产中由于设备和工具、技术操作以及表面介质问题所造成的不符合质量要求的产品。它与车间的技术装备、生产管理及操作水平有关。轧制铝及合金所造成的工艺损失一般为1-3%。

烧损和溶损是不可回收损失，几何损失和工艺损失是可回收损失，几何废料和工艺废料可返回熔铸车间重熔。

为了提高成品率，必须采取各种有效措施减少各种损失。在车间设计时，必须深入现成实际调查研究，分析同类车间的生产情况，成品率及各种损失情况，根据先进水平定出所设计车间的平均成品率及各种计算产品的成品率和各种损失率。同时还必须在设计中吸收现在生产中的先进技术和经验，改进和强化工艺，采取各种措施保证所制定的先进的成品指标得到实现，以求达到先进的设计水平和技术经济指标。

金属平衡是反映在某一定时期（通常是一年），制品金属材料的收支情况。它是编制工厂或车间预算与制定计划的重要数据。同时对于设计工厂或车间内部运输与外部运输，以及平面布置都是极为重要的依据。

因此，必须在确定成品率和金属损失的基础上，编制出各种计算产品的金属平衡表。

本设计的金属平衡表见附表。

2.6设备负荷计算

为了正确选择设备，合理使用设备，充分发挥设备潜力，做好设备间的平衡工作，工艺设计者必须进行设备负荷能力计算。设备的负荷能力，就是设备的生产能力。

2.6.1工作制度和年工作台时确定

在选择设备时，计算设备负荷时首先要确定车间工作制度和设备年工作台时。车间工作制度主要取决于车间内主要生产设备的工作制度，一般有两种形式：

（1）工作制度

1） 连续工作制——双休日不停工。如大、中型厂的有色金属熔炼车间，其生产特点是连续的，因为熔铸炉若停工则会造成很大的损失。年工作日可采用343天，每天三班，每班8小时。

2） 非连续工作制——星期日和节假日休息。如加工车间，其生产过程可以是非连续，因为整个生产流程是由一定数量的单体设备构成的一系列中间工序组成，年工作日按246天(365-15-104)，每天三班，每班8小时。

对于加工车间的设备，如有的负荷率较低，也可采用两班制或一班工作制。 （2）设备工作台时的确定

1） 设备年工作台时

设备年工作台时（设备制度工作台时，或年时基数）=年工作日×班次×每班工作时间。

2） 设备台时系数

考虑到设备需要安排一定的时间进行大修（一般2～4年1次）和中修（一般1～2年1次）的时间损失，用于生产的有效时间系数称为设备台时系数。

3） 设备运转系数

考虑到交接班、更换工具、更换品种、调整设备、待料以及工人生理所须的时间等的时间损失，用于生产的有效时间系数，称之为设备运转系数（注：有些设备采用机时系数）。

4） 设备利用系数

设备台时系数与设备运转系数的乘积就是设备利用系数。 5） 设备年实际工作台时=设备年时基数×设备利用系数 熔铸设备年实际工作台时＝343×24×设备利用系数 压力加工车间设备年实际工作台时=246×24×设备利用系数 机加工设备年实际工作台时=246×24×设备利用系数。

2.6.2设备负荷能力的计算

为了正确选择设备，合理使用设备，充分发挥设备潜力，做好设备间的平衡工作，工艺设计者必须进行设备负荷能力计算。要求算出各种计算产品在各个工序为完成年计划产量所需的台时数，确定出为完成年计划产量所需的设备数量，计算出设备负荷率。

设备小时生产定额

设备小时生产定额，即设备小时生产能力，或称设备小时处理量。以Hb表示：

Hb=G T式中G——设备每生产该种计算产品的一块坯料（或一卷料、一根料、一批料）的平均重量，t；

T——设备每生产该种计算产品的一块坯料（或一卷料、一根料、一批料）所需之平均总计时间（即t为设备带载工作时间，也称机动时间；t￠为包括间隙时间在内得总辅助时间），s；

也可以采用下式计算一个循环的总时间T，即：

T=t+t1+t2

式中t1——间隙时间，s；

t2——为各循环之间或其它必须的辅助时间；

计算之前给的原始条件始已知t、t￠及设备的机时系数y。机时系数是指在一个生产周期内，有效机械动作时间与平均总时间之比值，其计算式为：

y=T=t+t1t+t1 =t+t1+t2Tt+t1 y设备负荷能力计算，对一个机列来说，取决于机列中负荷能力最低的设备。 （2）年产量的计算

设备小时产量是常用的生产率指标，是指生产合格产品而言。在加工工艺过程中，要产生各种金属损耗及废品、废料，因此，因将各工序小时处理量Hb值分别除以各工序在制品投料系数（即金属补偿系数）。

此外，上述小时产量是对于单一品种规格而言，若设备生产多种品种规格，则应综合考虑，计算平均小时产量（或称产品综合平均小时产量），以Hp表示，若以轧制为例，其计算式为：

Q1?Q2?...?QnHp??QnQ1Q2??...?Hb1Hb2Hbnnn?Q?Ti?1i?1ni

i式中?Qi——轧制产品总数量，t；

i?1n ?Ti——轧制所耗费的总时间，h；

i?1Q1、Q2、Q3? Qn——分别代表各品种数量，t； T1、T2、T3? Tn——分别代表各品种生产时间，h；

Hb1、Hb1、Hb1? Hbn——分别代表各品种实际小时产量，t/h。 设备年产量的计算式为：

Q年＝Hp×Tjw

式中Q年——设备年产量，t/年；

Hp——综合平均小时产量 吨/时；

Tjw——设备年实际工作台时，h； （3）设备完成年计划产量所需台时

设备完成年计划产量所需台时u的计算式为：

u=Q×Kt Hb×K1式中Q——年计划产量，t；

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