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鋁管棒型線材車間設(shè)計(jì)(design of aluminium tube，bar，shape and wire workshop)

　　以鋁及鋁合金鑄錠為原料，通過塑性加工，生產(chǎn)鋁管、棒、型、線材或以鋁及鋁合金帶坯為原料，經(jīng)成型、焊接工序，生產(chǎn)焊接管的鋁加工廠車間設(shè)計(jì)。

　　管材分無縫管和焊接管。無縫管中熱擠壓管規(guī)格為φ25～500mm×3～50mm(直徑×壁 厚，下同)，拉(軋)制管規(guī)格為φ6～120mm×0．5～5mm，還有冷拉異型管。焊接管規(guī)格為φ5～120mm×0．4～3．5mm。圓棒材的規(guī)格為 φ5～630mm，方棒及六角棒的內(nèi)圓直徑為φ5～200mm等。擠壓型材的外接圓直徑為φ10～600mm，其中建筑工業(yè)鋁型材的外接圓直徑為 φ15～250mm。合金線材中的鉚釘線直徑為φ1．6～10mm，焊條線直徑為φ0．8～10mm。鋁管、棒、型材的定尺度通常為6m。依據(jù)合金品種不 同，制品有熱擠壓狀態(tài)、淬火一時(shí)效狀態(tài)、軟狀態(tài)和不同程度的硬狀態(tài)。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為：工藝流程選擇、設(shè)備選擇和車間布置。
天津鋼聯(lián)首特鋼材有限公司
　　工藝流程選擇

　　鋁管棒型材主要采用擠壓法生產(chǎn)，線材主要采用拉伸法生產(chǎn)(見圖)。最常用的擠壓工藝有正向擠壓和反向擠壓兩種。正向擠壓在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛；反向擠 壓可降低擠壓力30％～40％，擠壓速度比較高，制品的組織和性能均勻，但設(shè)備結(jié)構(gòu)、工具裝配、生產(chǎn)操作都比較復(fù)雜，限制了它的使用范圍。

　　擠壓管棒材和型材，采用鑄錠加熱 - 擠壓 - 精整的生產(chǎn)流程；對(duì)于熱處理可強(qiáng)化的鋁合金材，還要進(jìn)行淬火一時(shí)效處理。建筑型材采用擠壓后在線風(fēng)冷淬火和精整的生產(chǎn)工藝。薄壁管采用先擠壓生產(chǎn)出管坯再 冷加工的生產(chǎn)工藝，對(duì)硬合金小直徑管，常采用二次擠壓法先生產(chǎn)出小規(guī)格的擠壓管坯再冷加工的生產(chǎn)工藝。管坯的冷加工有冷軋和拉伸兩種方法。冷軋法每道次變 形量大(延伸系數(shù)最大可達(dá)8 - 10)，可一次從坯料軋至接近成品厚度，但設(shè)備價(jià)格高，工具制造也較復(fù)雜。拉伸法的設(shè)備和工具都比較簡單，生產(chǎn)時(shí)變換規(guī)格容易，制品尺寸精確、表面光潔， 但每道次變形量小(延伸系數(shù)在2以內(nèi))、生產(chǎn)工序多，成品率較低。硬合金和高鎂鋁合金管材，一般采用先將擠壓管坯冷軋，然后拉伸出成品的生產(chǎn)工藝。純鋁和 軟合金管材，多采用擠壓后拉伸的生產(chǎn)工藝。φ30mm以下的純鋁及軟合金管，可采用生產(chǎn)效率和成品率都很高的盤管拉伸工藝，并成盤出廠。在冷軋、拉伸過程 中，一般要進(jìn)行幾次中間退火。加工到成品尺寸后，須根據(jù)交貨要求進(jìn)行成品熱處理和精整。

　　鋁合金線采用熱擠壓 - 退火 - 拉伸 - 熱處理 - 精整的生產(chǎn)工藝。導(dǎo)體用的鋁線主要在電線廠生產(chǎn)，一般采用先連鑄連軋生產(chǎn)出鋁盤條再拉伸的生產(chǎn)工藝。

　　焊接管的生產(chǎn)是以純鋁及可焊性良好的鋁合金帶材為坯料，天津鋼聯(lián)首特鋼材有限公司先進(jìn)行預(yù)處理，將帶坯分切成焊管要求的 寬度，再經(jīng)成型 - 焊接 - 精整等工序，生產(chǎn)出薄壁焊接管成品，或作為拉伸的管坯繼續(xù)加工。這種工藝與擠壓 - 軋制 - 拉伸或擠壓 - 拉伸法相比，生產(chǎn)成本較低，但管材耐壓強(qiáng)度不如無縫管。

　　設(shè)備選擇

　　包括鑄錠加熱爐、工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)或連續(xù)工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)、冷軋管機(jī)、拉伸機(jī)、熱處理爐、精整設(shè)備以及焊管、建筑工業(yè)鋁型材生產(chǎn)機(jī)列的選擇。

　　鑄錠加熱爐

　　通常選用連續(xù)進(jìn)出料的爐型，加熱方式有感應(yīng)加熱、電阻加熱和火焰直接加熱。(1)感應(yīng)加熱電爐。加熱速度快，操作方便靈活，占地少，尤其適用于加熱軟合金 鑄錠。(2)爐內(nèi)帶空氣循環(huán)的電阻加熱爐。加熱時(shí)間長，加熱溫度均勻，適用于各種鋁合金鑄錠的加熱。(3)火焰加熱爐。采用火焰直接加熱鑄錠，加熱速度 快，常用于生產(chǎn)建筑型材的長鑄錠加熱，配以熱剪，可提高成品率。為了使加熱均勻，并降低加熱成本，對(duì)于與20MN以上的建筑型材工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)配套的加熱爐，可選 擇火焰加熱和電加熱相結(jié)合的加熱方式。

　　鑄錠在爐內(nèi)輸送方式有推料式、步進(jìn)式和鏈帶式等。

　　工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)

　　一般分為立式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)和臥式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)兩種。6MN的立式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)用于擠壓空心錠，生產(chǎn)φ50mm以下的擠壓管。8MN以上的臥式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)，又分為單動(dòng)式和雙動(dòng)式兩 種。單動(dòng)式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)適于擠壓型棒線材及采用舌形模生產(chǎn)軟合金管材；帶穿孔系統(tǒng)的雙動(dòng)式工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)適于擠壓硬合金管坯及特殊空心型材。20MN以上的大中型擠壓 機(jī)，有特殊要求時(shí)可具備正反兩種擠壓功能。鋁及鋁合金工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)大部分采用油壓直接傳動(dòng)。

　　連續(xù)工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)(conform)主要使用鋁線桿為原料，其特點(diǎn)是通過坯料(不加熱)與送料輥之間的摩擦作用使坯料升溫并沿著模槽前進(jìn)，進(jìn)入擠壓模成型。生產(chǎn)機(jī)列由坯料開卷機(jī)、坯料矯直機(jī)、連續(xù)工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)、冷卻臺(tái)等設(shè)備組成�？蛇B續(xù)生產(chǎn)純鋁及一部分鋁合金的小規(guī)格管材和型材。

　　冷軋管機(jī)
　　常用的有周期二輥式和多輥式兩種。二輥式冷軋管機(jī)道次加工率大，適于生產(chǎn)φ16～120mm、壁厚為0．5～2mm的鋁合金管。多輥式冷軋管機(jī)軋出的管材 壁厚與直徑之比可達(dá)1／100～1／200，幾何尺寸精確，內(nèi)外表面光潔度較高，但生產(chǎn)效率比二輥式低，常用于生產(chǎn)φ50mm以下、壁厚0．5mm以下的 薄壁管。

　　拉伸機(jī)

　　有直線式和卷筒式兩類。(1)直線式拉伸機(jī)主要用于管棒材的拉伸，拉伸力為5～750kN，拉伸速度為20～100m／min。其傳動(dòng)方式主要有鏈?zhǔn)健⒁?壓兩種，通常采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，其中以直流傳動(dòng)的雙鏈拉伸機(jī)操作最為簡便；液壓拉伸機(jī)傳動(dòng)平穩(wěn)，適合于生產(chǎn)異型薄壁管。(2)卷筒拉伸機(jī)用于拉伸小直徑管棒材 和線材。有臥式、立式、倒立式、單卷筒拉伸機(jī)和臥式、立式多卷筒拉伸機(jī)等。臥式單卷筒拉伸機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，但拉伸速度比較低，拉伸制品長度受卷筒 長度的限制，多用于棒材、線材拉伸和卷取φ30mm以下的直條管坯，同時(shí)進(jìn)行一道拉伸。立式單卷筒拉伸機(jī)和立式非滑動(dòng)多卷筒拉伸機(jī)，常用于線材的拉伸。倒 立式單卷筒拉伸機(jī)，適用于生產(chǎn)φ30mm以下的軟合金管材，其拉伸速度可達(dá)1000m／min。臥式多卷筒拉伸機(jī)，常用于毛細(xì)管的拉伸。

　　熱處理爐

　　多采用電阻加熱、空氣強(qiáng)制循環(huán)的爐型。管棒型材的淬火多選用立式淬火爐，淬火溫度為485～505℃，淬火水槽布置在爐體下方。時(shí)效多選用坑式或臺(tái)車式室 狀爐，時(shí)效溫度為185～210℃。生產(chǎn)建筑工業(yè)鋁型材用的時(shí)效爐也可采用火焰爐，這種爐子生產(chǎn)費(fèi)用比較低，但爐溫控制比較困難。管棒材的退火常選用箱式爐。 線材的淬火和退火多選用井式爐，當(dāng)產(chǎn)量低時(shí)，淬火與退火可考慮共用一臺(tái)爐子。

　　精整設(shè)備

　　用于鋁管棒型線材的矯直、整形、鋸切和重卷。矯直機(jī)有張力矯直機(jī)、輥式矯直機(jī)、扭擰矯正機(jī)和壓力矯直機(jī)四種。(1)張力矯直機(jī)。用于鋁管棒型材坯料和成品 的平直度矯直，其張力范圍為0．15～15MN，根據(jù)被矯直制品的截面面積和合金的屈服強(qiáng)度確定矯直機(jī)的張力。(2)輥式矯直機(jī)。有用于矯直鋁管棒材的雙 曲線多輥矯直機(jī)和用于矯正型材的懸臂式對(duì)輥型材矯正機(jī)。(3)扭擰矯正機(jī)。用于矯正型材的扭曲度。小型材的扭擰度可在張力矯直機(jī)的扭擰頭上矯正，大規(guī)格型 材的扭擰度則選用專用的扭擰矯正機(jī)矯正。(4)壓力矯直機(jī)。用于消除大斷面制品的局部彎曲。專門生產(chǎn)建筑工業(yè)鋁型材的車間可只選用張力矯直機(jī)(附帶扭擰頭)。 鋁管棒型材的成品鋸切多采用嵌齒圓鋸，管材的坯料鋸切也可選用帶鋸。

　　焊管機(jī)列

　　通常由帶坯預(yù)加工、成型、焊接和精整四部分設(shè)備組成。預(yù)加工用設(shè)備主要有開卷、平整、寬帶縱切、對(duì)焊連接、圓盤切邊機(jī)等；成型采用多機(jī)架輥式成型機(jī)，其機(jī) 架數(shù)取決于材料的性質(zhì)、管子尺寸和管徑與壁厚的比率；焊接采用高頻加熱壓力焊接工藝，焊接速度為10～150m／min；精整采用管內(nèi)外表面焊瘤清除裝 置、冷卻水套、矯直整徑機(jī)、渦流探傷機(jī)、異型管成型機(jī)、同步鋸，以及管材的收集、堆放裝置等。機(jī)列的高頻機(jī)組工作時(shí)，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生高頻干擾，須按有關(guān)規(guī) 定要求設(shè)屏蔽裝置。

　　建筑工業(yè)鋁型材生產(chǎn)機(jī)列

　　由鑄錠加熱爐、工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)及與工業(yè)鋁型材擠壓機(jī)能力相配套的后部機(jī)械化機(jī)列組成。機(jī)列一般包括出料臺(tái)、風(fēng)冷淬火裝置、鏈板式運(yùn)輸機(jī)、牽引機(jī)、提升移料機(jī)、冷床、張力矯直機(jī)、貯料臺(tái)、鋸床及輸送輥道、定尺臺(tái)和收集裝置等。

　　車間布置

　　鋁管材和型棒材的生產(chǎn)線，一般分別布置在不同的跨間。當(dāng)車間既生產(chǎn)軟合金也生產(chǎn)硬合金時(shí)，也可按軟、硬合金生產(chǎn)線分別配置。鋁管材生產(chǎn)跨間常按擠壓、軋 管、拉伸、熱處理和精整等性質(zhì)不同的生產(chǎn)區(qū)配置，以便管理。產(chǎn)品的檢驗(yàn)包裝設(shè)置在車間的后部。設(shè)有立式淬火爐的車間，淬火爐間均單獨(dú)配置在副跨內(nèi)。鋁合金 線材生產(chǎn)線可在單獨(dú)的跨間或鋁型棒材生產(chǎn)跨內(nèi)配置。建筑工業(yè)鋁型材和焊管的生產(chǎn)設(shè)備已完全連續(xù)化，一般單獨(dú)建廠房或布置在單獨(dú)的跨間。鋁管棒型材制品占地面積 大，在設(shè)備的裝卸料區(qū)域要?jiǎng)澇鲈谥屏洗娣艌龅奈恢�，其面積根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)能力、在制品尺寸、貯料方式、存料時(shí)間和運(yùn)輸方式等條件確定。
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