镁合金板材弯曲-轧制装置设计开题报告.doc

开题报告题目名称镁合金板材弯曲-轧制装置设计题目来源A题目类型1导师姓名王忠堂学生姓名闫轲班级学号0905010618专 业材料成型及控制工程一、课题研究的背景和意义 镁合金是以镁为基加入其他元素组成的合金。其特点是：密度小（1.8g/cm3镁合金左右），比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。主要合金元素有铝、锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门。镁合金比重在所有结构用合金中属于最轻者，因此，在不减少零部件的强度下，可减轻铝或铁的零部件的重量。镁合金的比强度明显高于铝合金和钢，比刚度与铝合金和钢相当。在弹性范围内，镁合金受到冲击载荷时，吸收的能量比铝合金件大，所以镁合金具有良好的抗震减噪性能。在相同载荷下，减振性是铝的100倍，钛合金的300500倍。电磁屏蔽性佳，3C产品的外壳（手机及电脑）要能够提供优越的抗电磁保护作用，而镁合金外壳能够完全吸收频率超过100db的电磁干扰。质感佳，镁合金的外观及触摸质感极佳，使产品更具豪华感，而且，在空气中更不容易腐蚀。镁合金的散热相对与合金来说有绝对的优势：根据公式：Q=dvCt 其中Q热量；d=比重；V=体积；C=比 镁合金热容；t =(t1-t2）变化的温度；当相同体积与形状的镁合金与铝合金，接受相同的热量Q时，二者变化的温度比为：t/t=2.74x0.23/1.81x1.05=1/3；即镁合金为铝合金的1/3；镁合金导热系数54W/mk；铝合金导热系数100W/mk；相差一倍。意味对于相同体积与形状的镁合金与铝合金材料的散热器，某热源生产的热量（温度）铝合金更容易由散热片根部传递到顶部的速度，顶部更容易达到高温。即铝合金材料的散热器根部与顶部的温度差，比镁合金材料的散热器小。这意味着由镁合金材料制作的散热片根部的空气温度与顶部的空气温度温度差，比铝合金材料制作的散热片大，因此加速散热器内部空气的扩散对流，使散热效率提高。因此，相同温度，镁合金的散热时间还不用铝合金的一半。基于镁合金材料优良的性能，慢慢成为许多材料的替代品，镁合金材料的应用领域越来越广，发展空间越来越大。近些年来，航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域对镁合金的需求不断增长，对其力学性能的要求也不断提高，传统铸造镁合金已经渐渐无法满足要求。镁合金的各种缺陷也日渐凸显，比如：绝对强度仍然偏低，尤其是耐高温性能差，当温度升高时，它的强度和抗蠕变性能往往大幅度下降；室温塑性低、变形加工能力较差；化学活性高、易于氧化燃烧、使其熔炼加工困难；抗腐蚀性差，缺乏有效和积极的防护途径织构强烈，冲压时容易出现裂纹。因此，发展镁合金塑性成形加工技术是最近20年镁合金研究的重要课题。通过对镁合金弯曲-轧制复合成形技术，能够有效的克服镁合金的强度低，织构强烈的缺点，明显改变镁合金板材的可成形性。目前，镁合金成形技术仍处于开发阶段中，而镁合金塑性成形是变形镁合金研究的一个重要方向。这种情况下，采用挤压、轧制、锻造等塑性加工工艺生产的变形镁合金产品，由于具有更好的力学性能、多样化的结构而越来越受到重视。其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展，关于这个课题的大胆的尝试，对于即将毕业走上工作岗位的我们既是一次检验，也是一次锻炼，认认真真完成这个课题，也是给自己的大学画上一个完美的句号。二、课题国内外发展现状1.国内外热轧板带钢发展现状热轧板材轧机的发展已有70多年历史，汽车工业、建筑工业、交通运输业等的发展，使得热轧及冷轧板材的需求量不断增加，从而促使热轧板材轧机的建设获得了迅速和稳定的发展。从提高生产率和产品尺寸精度、节能技术、提高成材率和板形质量、节约建设投资、减少轧制线长度实现紧凑化轧机布置到热连轧机和连铸机的直接连接布置，热轧板材生产技术经历了不同的发展时期。1960年以前建设的热轧机称第一代轧机。这一时期轧机技术发展比较缓慢,其中最重要的技术进步是将厚度自动控制（AGC）技术应用于精轧机，从根本上改善了供给冷轧机的原料板材的厚度差。20世纪六、七十年代是轧机发展的重要时期。同时连铸技术发展成熟，促使热连轧机从最初使用钢锭到使用连铸坯，从而大幅度提高产量并能够为冷轧机提供更大的钢卷。热轧板带钢轧机的生产工艺过程是钢铁工业生产中自动化控制技术最发达的工序。60年代后新建的热带钢轧机很快采用了轧制过程计算机控制，将热轧板带钢轧机的发展推向一个新的发展阶段，这一时期新建的轧机称为第二代热带钢轧机。1969年至1974年在日本和欧洲新建的轧机称为第三代热带钢轧机。20世纪80年代，板带钢生产更加注重产品质量，同时对于低凸度带材需求量不断增长，这使板带钢板形控制技术成为热轧板带钢轧制技术重要课题之一。90年代，热轧板带钢在工艺方面有重大突破，1996年日本川崎钢铁公司成功开发无头连续轧制板带钢技术，解决了在常规热连轧机上生产厚度0.81.2 mm超薄带钢一系列技术难题。热连轧生产线的产品规格最薄达0.8mm,但实际生产中并不追求轧制最薄规格，因为薄规格生产的故障率高,辊耗大,吨钢酸洗成本高等。待技术发展到故障率等降低后,才能经济地批量生产。我国热连轧带钢主要经历了三个发展阶段:第一阶段,以大企业为主,以解决企业有无为主要目的的初期发展阶段。这个时期热轧板带钢轧机建设只能靠国家投入,由于资金、技术等限制,轧机水平参差不齐。1989投产的宝钢2050mm轧机代表了当时国际先进水平,采用了一系列最先进的热连轧生产技术。但是,这个时期投产的二手设备则是国外五六十年代的装备 ( 1994年投产的太钢1549mm轧机、梅钢1422mm轧机) ,整体技术水平相对落后,在安装过程中进行了局部改造 ,但整体技术水平提高有限。还有两套国产轧机投产: 1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机，这两套轧机的整体水平不高，产品与国际水平差距较大。但在当时条件下,这几套轧机满足了国民经济建设的需要，同时培养了一大批技术人才。 第二阶段,全面提高技术水平,瞄准世界最高、最新技术，全面引进阶段。20世纪90年代以后,各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢 1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机 ,是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表,除通常现代化轧机采用的先进技术以外,还采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式,板坯定宽压力机, PC板形控制系统,强力弯辊系统，轧辊在线研磨,中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术，轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，精轧机采用了全液压压下及AGC技术。国内还引进了三套薄板坯连铸连轧生产线,即1999年投产的珠钢1500mm薄板坯生产线、邯钢1900mm薄板坯生产线和2001年投产的包钢1750mm薄板坯生产线，这些生产线是当时世界最先进的薄板坯生产线。这些生产线的引进使我国拥有了新一代热连轧带钢生产技术。第三阶段,这个阶段是近几年开始的,是以提高效益、调整品种结构、满足市场需要和提高企业竞争能力为目的的发展阶段。由于近年国家经济快速发展,对钢材需求不断增加,因此除国营大中型企业外,中小型企业,甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点,或引进或采用国产技术,或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。同时,这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造,使其达到了现代化水平。国外刚出现的半无头轧制技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等,在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态,并已处于世界先进水平之列。板材轧制技术已经渐渐趋于成熟，但是关于镁合金轧制技术的发展，国际上还没有什么特别突出的成就，有待于人们进一步研究。 2.国内外发展趋势热轧板带材短流程、高效率化。这方面的技术发展主要可分两个层次：(1)常规生产工艺的革新。为了大幅度简化工艺过程，缩短生产流程，充分利用冶金热能，节约能源与金属等各项消耗，提高经济效益，不仅充分利用连铸板坯为原料，而且不断开发和推广应用连铸板坯直接热装与直接轧制技术。(2)薄板坯和薄带坯的连铸连轧和连续铸轧技术是近十年来兴起的冶金技术的大革命，随着这一技术的逐步完善，必将成为今后建设热轧板带材生产线的主要方式。生产过程连续化。近代热轧生产过程实现了连续铸造板坯、连续轧制和连铸与轧制直接衔接连续化生产，使生产的连续化水平大大提高。采用自动控制不断提高产品精度和板形质量。在板带材生产中，产品的厚度精度和平直度是反映产品质量的两项重要指标。由于液压压下厚度自动控制和计算机控制技术的采用，板带纵向厚度精度已得到了显著提高。但板带横向厚度(截面)和平直度(板形)的控制技术往往尚感不足，还急待开发研究。为此而出现了各种高效控制板形的轧机、装备和方法。这是近代板带轧制技术研究开发最活跃的一个领域。发展合金钢种及控制轧制、控制冷却与热处理技术，以提高优质钢及特殊钢带的组织性能和质量。利用锰、硅、钒、钦、银等微合金元素生产低合金钢种，配合连铸连轧、控轧控冷或形变热处理工艺，可以显著提高钢材性能。近年来，由于工业发展的需要，对不锈钢板、电工钢板(硅钢片)、造船钢板、深冲钢板等生产技术的提高特别注意。各种控制钢板组织性能的技术，包括对组织性能预报控制技术得到了开发研究和重视。近年我国热连轧带钢生产发展极其迅速，邯钢、南钢、安钢、武钢、宣钢、承钢等也正在规划建设热带轧机。如果所有轧机全部建成,产能得到发挥,则带钢产量将很可观,我国钢材板带比低、薄板长期供不应求的状况将根本改变。轧机的国产化率逐步提高。进入21世纪以后,除热连轧带钢产量大幅度提高、轧机建设快速发展以外,轧机国产化问题也有了长足进步。目前由国外总承包的项目国产化率普遍达到70 %以上,有的达到90 %。而且一些项目已做到全部国产化,如鞍钢1700、2150mm轧机、济钢1700mm轧机、莱钢1500mm轧机、新丰1700mm轧机、唐钢1700mm轧机等,由国内总承包,装备全部国内设计制造,少量关键件在国外自主采购。国内装备虽然在整体技术水平上与外国先进水平有一定差距,但已达到较高水平,以鞍钢1700mm轧机为例,其质量水平与其1780mm轧机相差不大。国产装备的另一优势是价格优势。如引进国外的薄板坯连铸连轧生产线一般需投资2023亿人民币,但采用国产中等厚度薄板坯仅需1517亿人民币,其产量与国外生产线基本相同。世界最新技术不断被采用。目前国内已建和在建热轧生产线中采用了许多最新技术,如半无头轧制技术,其在国外刚开发不久,国内已有多条生产线采用或预留 (唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢等)；如高性能控制器,西门子刚推出新一代闭环工艺与传动控制器 TDC,国内已有太钢 1549mm轧机、武钢2250mm轧机采用,北京科技大学国家轧制中心承担的莱钢 1500mm轧机自动化控制系统也采用了该控制器,使我国紧跟国外最先进的技术发展。事实表明,在采用最新技术方面热连轧领域已处于国际前沿水平。三、课题主要内容 本课题以镁合金板材弯曲-轧制为研究对象，通过设计计算，设计一套用于弯曲-轧制复合成形的小型二辊轧机以及轧辊加热装置。通过该轧机的轧制，进一步提高镁合金材料的性能，提高生产镁合金板材的效率。（1）了解项目意义、项目来源、国内外研究现状（2）翻译一篇外文文献（3）镁合金弯曲-轧制变形特点的分析 轧辊形状的的设计 加热装置的设计（4）轧机装置的设计 减速器的设计 传动装置的选择及设计 电动机的选择 轧机总装图的设计（5）镁合金弯曲-轧制工艺参数的确定 （6）设计论文一份四、课题研究方案 （1）根据所选镁合金板材的尺寸确定轧辊的辊身、辊径、辊头的形状和尺寸,画出CAD图，从而为机架的设计提供条件。（2）根据辊径尺寸查手册选择轴承型号，进而设计出合理机架以及加热方式。（3）根据轧辊、机架的相对位置，设计出连接方式以及减速器，并选择电动机的型号。（4）通过计算分析出轧制装置的工艺参数，如轧辊转速等，达到提高材料性能的效果。五、进度安排2月25日3月17日：查阅资料，文献翻译，确定研究方案3月18日6月09日：变形特点，工艺分析，生产线设计6月10日6月16日：撰写论文6月17日6月23日：准备答辩六、参考文献 1 赵志业. 金属塑性变形与轧制原理M.北京：冶金工业出版.2009，112120.2 刘宝珩. 轧钢机械设备. 北京：冶金工业出版社，2009年，113137.3 Zhang X M,Jiang Z Y, Tieu A K , et al.Numerical modeling of the thermal deformation of CVC roll in hot strip rolling.Journal of Materials Processing Technology,2008,(130/131):219.4 William L.Roberts .HOT ROLLING OF STELL . New York：MARCEL DEKKER，INC .2001年.5 武其俭，刘振玺. 热轧板带生产设备的发展J . 钢铁.2011年，35(8) :6769.6 袁康轧钢车间设计基础北京：冶金工业出版社，2009年7月.932.7 陈连生，朱红一，任吉堂.热轧薄板生产技术北京：冶金工业出版社，2006年3月,1154.8 M.R.Krishnadev et al. journal of Engineering Materials and Technology, 103207. 10 Michael Korchynsky strategic Importance of Thin Slab Technology . International Symposium on Thin Slab Casting and Rolling，Guangzhou，China，December 3-5，2012,268354.11 Hughes . Microstructure evolution,slip patterns and flow stress. Materals Science and Engineering, 2011,4654. 12 齐克敏，丁桦. 材料成形工艺学. 北京：冶金工业出版社，2006,126166.13 A. Jain, S. Agnew, Mater. Sci. Eng. A 462 (2007) 2936.指导教师意见 学院院长(签字): 年 月 日学院意见 学院院长(签字): 年 月 日填表说明: 题目类型: 1、工程设计； 2、应用研究； 3、理论研究； 4、其它；（选1、2、3、4）。题目来源: A、自拟课题； B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。开题报告内容使用宋体小四字号。