型钢矫直机开题报告.doc

本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：650型钢矫直机 学院（系）：机械工程学院 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义11课题研究的目的和意义型钢是生活生产中应用品种最多、数量最大的钢材之一。在轧制、运输、堆放等过程中，总会产生不同程度的变形，因此，在使用前必须进行矫直。轧件在轧制、冷却、运输过程中由于各种因素影响，往往产生形状缺陷。例如钢轨、型钢和钢管经常出现弧形弯曲；某些型钢（如工字钢等）的断面会产生翼缘内并、外扩和扭转；板材和带材会产生纵向弯曲（波浪形）、横向弯曲、边缘浪形和中间瓢曲以及镰刀弯等。为消除这些缺陷，轧件需在矫正机上进行矫正。矫直作为一种精整技术，始终是工业发展不可或缺的一个分支。尤其近年来，随着社会的发展，人们对产品质量和精度的要求普遍提高，矫直技术发展迅猛，应用也越来越广泛。如今，工业发展方向是高、精、尖，对各种材料的质量提出了更高的要求。因此活直作为一种精整技术已越来越得到工程技术人员的重视；矫直设备则已经从过去的冶金行业的辅助设备发展为包括冶金和一些高技术领域不可缺少的加工设备。我们知道，金属条材在加工和运输过程中，常因受外力、温度等变化发生弯曲，扭曲变形。矫直技术就多用于金属条材加工的后部工序，在很大程度上决定着产品或成品的质量水平，矫直技术同其他金属加工技术一样在20世纪取得了长足的进展，相应的矫直理论也取得了很大的进步，虽然还有一些理论滞后于实践的情况，不过，如今的矫直理论已经进入到了解析化和系统化的时代，并为数字化和信息化敞开了大门，随着计算机技术的发展和普及，矫直理论和矫直技术还有很大的发展空间。1.2国内外矫直机研究现状及发展动态1.2.1 国外矫直机的发展现状在20世纪30-40年代，国外技术发达国家的型材矫直机和板材矫直机也迅速的发展起来，相应的理论研究也取得了一定的成果。到了20世纪70-80年代，国外许多发达国家的技术力量己相当雄厚，矫直技术得到了不断地改进、发展和扩充。英国的布朗克斯BRONX、德国的凯瑟Kieserling、德马克Demag以及日本的一些品牌成为了矫直机领域的代表。此时的矫直概念则由原来狭义的弯曲矫直扩展为包括解决弯曲、控制断面形状和尺寸精度的矫直，提出了平动矫直技术、行星矫直技术、全长矫直技术、程序控制矫直技术、变辊距矫直技术以及双向旋转矫直技术等。近几年国外关于矫直技术和矫直机的研究主要集中在提高矫直精度，提高控制水平及改善环境方面。同时为提高矫直精度和控制水平，开展了对变形机理、改进工艺和参数优化等方面的理论研究，取得了一些具有实用价值的成果。而且国外学者对矫直过程的计算机实时控制研究比较多，如Dvide E.Hardt等对扭转变形矫直过程的实时控制的研究，以及Juen ARobert对圆盘踞片矫直过程实现自动控制的研究等等。1.2.2 国内矫直机的发展现状我国的矫直技术研究起步较晚，建国以后，随着经济建设的需要才有了对矫直技术的研究。那时，矫直机主要靠进口。从70年代开始，许多学者对辊形设计做了理论和试验研究。在1980年，中国金属压力加工学会在衡阳专门召开了“辊形专题会议”。通过这次学术交流会，产生了等曲率反弯辊形计算法。到了80年代，国内对矫直技术的研究已有了相当的成果。在转毂矫直技术方面，创造了中国首创的双向旋转矫直法。在80年代末，东北大学的崔甫教授研制了矫直F200复合转毂式高精度棒材矫直机，并首先提出了双交错辊系的新方法。从90年代后，我国在赶超世界先进水平方面迈出了一大步。我国在反弯辊形七斜辊矫直机、多斜辊薄壁转毂式矫直机、双向反弯辊形2辊矫直机、复合转毂式矫直机、液压矫直自动切料机和平行不等辊距矫直机等方面有了很大突破，各种矫直机的矫直质量均有突破。近年来，我国在赶超世界先进水平方面取得了很大进步，在矫直机械的研制和矫直理论的研究上都取得了很多成绩，很多学者开始利用有限元分析和解析的方法来研究矫直理论本身，从不同角度建立了矫直状态下的数学模型，压弯量及工件残余应力等都成为了人们的研究对象。在过程控制方面，正由人工控制逐渐向计算机控制，由单机控制向全线计算机控制发展，在矫直机结构设计方面，正在向精密化、大型化发展，老设备格逐渐被淘汰或改造。现在矫直技术的研究发展方向是开发研制高效节能、高精度和高度自动化的环保型矫直设备。既要求有高质量，又要有高矫直速度，在产品上能满足大规模生产的需求，而且还必须降低工作噪声，操作上实现完全自动化。现在国内西安重型机械研究所和太原重型集团等企事业部门在矫直机的研究和生产上代表了国内的领先的水平，在棒材、型材和板材矫直机的研制上都取得了一定的成绩。但是，在取得成绩的同时，国内矫直技术的研究和使用还有很多工作要做，如型材矫直机压上式结构的研究、提高矫直精度、矫直速度和控制水平等等。1.2.3 型材矫直机当前研究状况在型材矫直方面，国外学者重点放在了钢轨矫直，有代表性的是澳大利亚的G.schleinzer的钢轨辊式矫直残余应力的研究一文，通过建立弹塑性模型，从理论上研究了钢轨矫直过程，通过建立三维有限元模型，全面仿真了矫直时钢轨内的残余应力变化等，并结合试验和已有文献，彻底分析了钢轨内应力的分布及对钢轨性能的影响。文中运用于模型仿真，很值得借鉴。比较全面的还有美国的Vamey的辊式矫直机理，以钢轨为例，全面分析了辊式矫直的过程，残余应力的变化等。俄罗斯学者volego.I.F则是从理论和试验角度，建立了钢轨矫直的数学模型，研究了合理的压下方案，并进行了试验验证。型材的矫直都是在辊式矫直机上进行的。根据各个参数及矫直工艺等的不同，辊式矫直机也有多种形式，最常见的一种就是平行辊矫直机。它是反复弯曲式矫直机的一种，是连续性反复弯曲的矫直设备。它把间断的压力娇直按变成辊式连续矫直法，从入口到出口交错布置若干个互相平行的矫直辊，按递减压弯规律进行多次反复压弯以达到矫直目的。这种方式不仅能显著提高工作效率，而且能获得很高的矫直质量。在辊式型材矫直机中，由于悬臂式结构比简支式结构拥有更多的优点，所以现在国内外的此类矫直机基本上都采用了悬臂式结构。而正在国外，矫直辊压上式结构也普遍得以开发和应用，如日本住友公司生产的1200mm7辊式型钢矫直机，就是压上式结构，它采用无极调速系统，可针对任意断面尺寸及材质的工件而选用合适的矫直速度，以保证充分利用设备能力。还有瑞士的ZDAS公司，可以生产各种类型的矫直机，在型材矫直机方面不但可以生产传统的型材矫直机，还可以生产变辊距型材矫直机和变辊位型材矫直机，而且很多型号均采用了压上和悬臂式结构（图 1）。其产品系列随着辊距的变大，矫直速度从1.6m/s到14m/s不等。而在国内由于对压上式结构的研究还不是很多，大多仍然采用压下式结构。图 1 ZDAS公司悬臂矫直机1.2.4 矫直技术的发展趋势综合近些年国内外的研究，可以看到：在矫直过程的变形机理方面向精度定量的方向进一步发展，如：拉力对矫直的作用，在斜辊矫直机上压紧力对矫直的作用等；在改进矫直工艺及改进矫直设备方面，如采用最佳压下方案，采用恒功率制度，用振动矫直代替旋转矫直，单独驱动的变辊距矫直是大型矫直机发展的趋势；在过程控制方面，随着工业控制水平的不断提高，矫直机电气控制已上了一个新台阶，设备级控制趋向简单化，工厂级监控、相关设备间联动、智能化控制，已是传动及基础自动化发展的必然趋势。 国内许多学者也都致力于对现行矫直机部分结构的优化设计上。同时希望通过优化矫直规程，提高设备的工作效率。一些新型技术也获得的长足的发展如：为了扩大产品品种范围，实现一机多用，近年来国外在型钢矫直机中，大量采用不等辊距和可变辊距的开式辊式矫直机。为提高矫直速度和矫直精度，国外采用长尺轧制、长尺冷却、长尺矫直等技术。型材矫直机采用压上式结构将是未来发展的方向，因为这种结构将使机架上部结构更加简化，操作环境的光线会更好，在采用吊车换辊操作的时候可以避免辊子或吊车与机架上部压下装置的磕碰，减少事故的发生，从另一角度而言，换辊工作将更加方便。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 2.1研究的基本内容本课题研究的主要内容有以下几个方面：1)根据矫直材料和相关参数，计算矫直力和矫直力矩。2)矫直机整体，各主要部件的设计以及主要零件的强度校核。 a)650型钢矫直机整体设计； b)矫直机传动装置设计； c)矫直机相关参数的计算； d)主要零件的强度分析。3)650型钢矫直机总装配图、轴及压下机构装配图及关键零件工程图的输出。4）设计说明书的撰写。5）翻译外文文献。2拟解决的主要问题1) 为克服普通压力矫直机效率低，质量差的缺点，适应连续生产的需要合理设计计算矫直机的力能参数；2) 650型钢矫直机辊系及压下装置的选型、主要结构参数设计并校核关键零件的强度；3)总装配图、辊系及压下机构装配图及关键零件工程图的输出。4）外文文献的翻译。三、研究步骤、方法及措施 1)查阅收集资料，确定设计方案；2)利用已知的数据初步设计辊系参数，计算矫直力和矫直力矩；3)手工绘制草图，完成主要部件结构设计；4)对主要部件进行强度校核，可行性分析；5)运用inventor绘制关键部件的零件图；6)书写电子版说明书；8）整理毕设资料，准备答辩。四、研究工作进度 第一阶段（1-4周）：收集资料消化图纸确定方案，开题报告及文献综述。第二阶段（5-6周）：计算力能参数、主要零部件的结构参数，完成主要部件的结构设计。第三阶段（7-8周）：完成手工仪器绘制的图纸，并对相关零件进行零件交合。第四阶段（9-10周）：完成部分三维图纸并准备中期汇报。第五阶段（11-13周）：完成剩余部分的三维图纸绘制并投影工程图，绘制相关零件的二维图纸。第六阶段（14-15周）：请老师知道修改图纸和编写说明书。第七阶段（16-18周）：制作PPT，翻译文献，打印图纸、说明书，准备毕业答辩。五、主要参考文献 李剑锋. 型钢拉伸矫直机. 煤矿机械, 2000，05：1；2 邹家祥.轧钢机械.北京:冶金工业出版社,2007.8：78-173；3 杨文果，黄光尚等.700悬臂式矫直机改造.冶金设备管理与维修.2009， 27，5：1；4 刘新伟.辊式矫直机传动形式及特点介绍J.一重技术.2001，4：9-115 矫庆春，黄晓娟.矫直机矫直辊设计分析J.冶金设备.2005，(3)：26286 于凤琴. 平行交错布置型钢辊式矫直机结构参数研究.燕山大学学报.2007， 3：17 崔甫.矫直原理与矫直机械(第二版)M北京：治金工业出版社，20058 任晖，于彩芹，曲非. 矫直机电气控制发展趋势. 一重技术.2002，01；9 董林.STG-12变辊距型钢矫直机的设计计算.冶金设备.2004，2：1；10 胡国栋. 轧钢生产工艺及设备M. 燕山大学, 200311 Hale M B,and Hart D E.Modeling and control of a Roll Bedning ProcessJ,To appear in IEEE System Magazine .2000,(36):77-18012 Hardt D E, Robert M A, and Stelson K A. Closed_Loop Control of a Roll BendinProcess.J. Dynamic Systems, Meas, and Control,1982:104 13 G.Schleinaer, F.D.Fischer. Residual stress formation during the roller straightening of railway rails. International Journal of Mechanical Sciences,2001,(43):2281-2295 14 Juen A. R. Straightening of circular saw blades. Strips Sheet Tubes, 1996,(2):18-20 15 J. Balic, M.Nastran. An on-line predictive system for steel wire straightening using genetic programming. Engineering Applications of Artificial Intelligence,2002,(15):559-565六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过 负责人签字：年 月 日说明：1.开题报告版面设置为：B5纸，上下页边距分别为2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm。2.开题报告正文标题及内容，宋体，小四号，行间距为固定值20磅。3.本科毕业设计（论文）开题报告一般不少于1000字。4.页面不够可加页