開題報告模板(唐榮健)

1、 專業(yè)學位研究生論文開題報告集裝箱側板橫軋成形的工藝研究姓 名： 學 號： 學 院： 專業(yè)類別： MBA, EMBA, 公共管理碩士, 法律碩士 工程碩士，風景園林碩士工程領域（工程碩士填寫）： 機械工程 華南理工大學研究生院二一三年三月11一、 摘要論文題目中文集裝箱側板橫軋成形的工藝研究英文Research of on process of cross wedge rolling on container side plate校內導師職稱或職務教授研究方向塑性加工及模具計算機技術校外導師院長助理學科專長機械專業(yè)論文形式 產品研發(fā) 工程設計 應用研究 工程/項目管理 調研報告 工程碩士須填寫

2、此欄課題來源企業(yè)技術研究課題論文選題項目是否涉密 是，并已辦理華南理工大學學位論文定密審批表審批手續(xù)，復印件已附于本報告末頁。 否，并承諾學位論文將不涉及國家秘密和其他不宜公開的內容。摘 要（不超過800字）當前，集裝箱側板為帶縱向波紋的鋼板（請參閱下圖），采用羅拉滾壓成型。但受鋼卷寬度限制,側板無法整體成型,故將側板設計成多塊，先羅拉滾壓成形后順波紋方向焊接拼裝而成。目前這種加工工藝，由于存在多條拼接焊縫，導致生產工藝繁瑣、效率偏低及質量不穩(wěn)定等問題。提出采用橫軋成形的工藝直接制備出整張側板實現無須焊接拼裝的思路，探索橫向連續(xù)軋制成形的條件（包括軋板基本形狀）并進行實驗驗證，對橫向成形的板材

3、進行結構分析，優(yōu)化出滿足使用要求的橫軋成形的單元尺寸和形狀，以期為集裝箱側板橫軋成形工藝的產業(yè)化提供理論和實驗數據。關鍵詞中文集裝箱側板, 橫軋, 結構分析, 實驗研究英文container side plate/ cross wedge rolling/ structural analysis/ experimental research1、關鍵詞數量不少于三個； 2、關鍵詞之間空一格（英文用/分隔）二、立題依據1、研究意義2、國內外研究現狀3、主要參考文獻及出處1、研究意義隨著貿易的增長和集裝箱運輸的普及，集裝箱的需求量超過200萬TEU/年，產值高達50億美元。由于集裝箱主體為鋼結構，年

4、用鋼需求超過300萬噸，材質為耐大氣腐蝕結構用熱連軋鋼帶(牌號SPA-H)。側板作為集裝箱最大的零件，無論鋼材用量和產值都非常巨大。目前，集裝箱側板采用縱向軋制成形獲得橫截面為等腰梯形的折彎四波板（行業(yè)稱羅拉成型），由于軋制的板材寬度只有1185mm，而集裝箱側板的寬度為5580mm和11716mm（分別為20尺和40尺箱），所以只能將羅拉成形后的板材剪裁為符合尺寸的折彎四波板，再通過焊接把多塊折彎四波板拼裝構成集裝箱的側板。羅拉滾壓成形工藝是根據金屬材料性能利用多組輥輪模具上下對壓,逐步增加材料塑性變形量的原理 ，所有成形輥輪在成形過程中運行的速度相同,上下旋轉方向相反,成形過程中利用擠壓力

5、將金屬材料滾壓成上下模具配合間隙形狀,從而成形得到需要的產品形狀。軋制成形工藝將金屬坯料通過一對旋轉軋輥的間隙（各種形狀），因受軋輥的壓縮成型軋制使材料截面減小，長度增加的壓力加工方法，這是生產鋼材最常用的生產方式，主要用來生產型材、板材、管材。羅拉滾壓成形是一種薄板金屬高效成形工藝，是通過一定順序設置的多道次成形輥子，把卷材、帶材等金屬板帶不斷地進行橫向彎曲，制成所需斷面的板彎型材，可認為是一種多道次的軋制成形工藝。目前廣泛用于船舶制造、交通運輸、建筑型材等眾多行業(yè)。在滾壓成形過程中避免產品表面劃傷、截面變形、成形表面起皺等工藝問題有一定難度 ；而成形彎邊寬度不均，材料變薄，表面劃傷等工藝問

6、題，不僅僅是影響了零件本身的質量和使用強度，同時也會造成與之配合使用其它零件的工藝要求，這也是羅拉滾壓成形工藝所存在的主要難點?？梢姰斍凹b箱側板的生產存在工藝繁瑣、效率偏低及質量不穩(wěn)定等問題，尋求一種工藝簡單的集裝箱側板的制備工藝對于提高集裝箱生產質量和效率及降低成本具有重要的現實意義?；邶X輪橫軋和楔橫軋技術的特點，本課題提出采用橫軋工藝制備集裝箱側板的新工藝，其原理示意圖如圖1所示。該工藝的思路為：兩個帶有模具的軋輥反向旋轉,板材在模具帶動下，與軋輥作無滑動的嚙合運動,在模具作用下,實現對板材的連續(xù)橫向彎曲成形，制備出具有一定形狀的板材。再根據集裝箱側板的寬度進行裁剪，而不存在著羅拉成形

7、要進行多次裁剪焊接拼裝等工藝。圖1 集裝箱側板橫軋成形工藝示意圖可見，該課題的開展可解決當前集裝箱側板加工存在的問題，生產效率和質量可得到明顯提高，對于促進我國集裝箱側板加工工藝的發(fā)展具有重要的意義，同時也豐富了板材加工的理論體系。2、國內外研究現狀板材成形是現代制造業(yè)中一個重要的分支，被廣泛應用在汽車、造船、航空航天、化工、城市建筑等諸多行業(yè)。當前，集裝箱用的側板成形加工主要使用基于軋制技術的羅拉滾壓成形方法，是多道次軋制漸進成形方法。軋制過程是靠旋轉的軋輥與軋件之間形成的摩擦力將軋件拖進輥縫之間并使之受到壓縮產生塑性變形的過程。軋制過程除使軋件獲得一定的形狀和尺寸外，還能使其組織和性能得到

8、一定程度的改善。軋制方式按軋件運動分有：縱軋、橫軋、斜軋?？v軋過程就是金屬在兩個旋轉方向相反的軋輥之間通過，并在其間產生塑性變形的過程。橫軋：軋件變形后運動方向與軋輥軸線方向一致。斜軋：軋件作螺旋運動，軋件與軋輥軸線非特角。最初的軋制方法只能成形如板材、管材、圓材、方材等等截面的型材，隨著楔橫軋、輥鍛、旋壓和擺輾等軋制技術的出現，零件軋制也可以生產變截面的產品1。零件軋制屬于連續(xù)局部塑性成形技術，成形過程中無沖擊與噪音，是清潔型生產技術；由于是靜壓成形，故工作載荷小、設備重量輕、模具壽命高；而且節(jié)省材料，生產效率高。由于零件軋制技術具有高效、低耗、清等這些優(yōu)點，所以受到國內外廣泛的重視與應用。

9、零件軋制主要分為輥鍛、橫軋、斜軋、輾環(huán)和擺輾等，其中橫軋又分為齒輪橫軋、螺旋橫軋和楔橫軋。楔橫軋是一種高效的軸類零件成形新工藝和新技術，其原理為帶模具的兩個軋輥以相同方向旋轉(或是兩個平板相向運動)，帶動處于兩個模具之間的軋件旋轉，軋制出所需形狀的零件。按照軋機的構造分類，楔橫軋機主要有雙輥、板式和單輥弧式和三輥式等。其中雙輥和板式應用最為廣泛，圖2所示為雙輥式和板式楔橫軋原理示意圖 2。圖2 橫軋原理示意圖2楔橫軋既是冶金軋制技術的發(fā)展，又是機械鍛造技術的發(fā)展，其工藝具有生產效率大幅度提高、產品精度高、質量好、所需變形力小及模具壽命高等優(yōu)點。在楔橫軋應用于生產的同時，各國學者對楔橫軋工藝進行

10、了大量的理論研究，成為推動楔橫軋工藝發(fā)展的重要因素，尤其是前蘇聯(lián)和日本，在楔橫軋工藝特點、變形規(guī)律、軋制力和軋制力矩、楔橫軋缺陷、軋制區(qū)域等方面進行了較為系統(tǒng)的研究，得到了許多重要結論。早在 20 世紀 60 年代，蘇聯(lián)就出現了楔橫軋方面的專著，之后又出版了機器制造中的楔橫軋等有關楔橫軋方面的書籍。對軋制時金屬的變形形式、接觸面和自由面之間的幾何關系，以及軋制過程中的穩(wěn)定條件，力能、效率的計算，工藝過程的計算方法及產生的缺陷等做了一系列的論述 3。在日本，60 年代末 70 年代初，粟野泰吉、團野敦、葉山益次郎、加藤健三等人對楔橫軋理論做了較為系統(tǒng)的研究和探討，取得了很好的成績，為楔橫軋的應用

11、和發(fā)展開創(chuàng)了新局面。粟野泰吉、團野敦在階梯軸熱楔橫軋的研究中，用蠟泥塑料做成坯料，研究了用兩個軋輥橫軋時的成形過程，坯料的變形狀態(tài)以及軋輥凸起形狀的影響。通過對軋輥凸起與坯料間接觸面積的計算，以及軋制力與接觸面積的關系，利用實際軋制時所測定的軋制力與軋制力矩的數據，求出了在計算中所需的系數，從而推導出了軋制時作用于軋輥上的力與力矩的半經驗公式。他們還研究了軋件的金屬流動規(guī)律以及為避免內部孔隙出現而確定適宜的成形角 、展寬角 的范圍。他們在軋件內部沿徑向的二次拉應力以及軋件內部重復產生的剪應力和剪應變作為楔橫軋產生裂紋的主要原因的前提下，以實驗為基礎，明確指出為了使孔隙盡可能小，成形角 應在 1

12、0°30°范圍內盡可能取大值，而展寬角 則應在 6°8°的范圍內為宜。葉山益次郎也對階梯軸楔橫軋工藝加工進行了理論分析，并出版了回轉塑性加工學，指出楔橫軋的變形機理以及徑向力、切向力、扭矩等與軋輥的成形角、展寬角、毛坯直徑、材質、溫度及斷面收縮率等參數的關系。他還從避免曼氏效應、保證軋件質量的角度分析了階梯軸楔橫軋的最佳條件，指出在以拉應力為破壞條件的假定下，應該采用的最佳斷面收縮率，也論述了成形角 、展寬角 的確定方法，從表面缺陷及旋轉條件方面研究階梯軸楔橫軋的加工界限。北京鋼鐵學院(現北京科技大學)胡正寰教授等對楔橫軋進行了較為深入的研究，著有斜軋與

13、楔橫軋原理、工藝及設備、楔橫軋理論與應用、楔橫軋零件成形技術與模擬仿真，對楔橫軋工藝及軋件變形規(guī)律進行了詳細的論述，還研究了各種工藝對軋制力、軋制力矩的影響；空心件軋制；冷楔橫軋技術；心部疏松及產生機理；旋轉條件以及孔型設計和計算機輔助設計等，為我國的楔橫軋工藝的推廣做出了很大的貢獻 1,4。吉林工業(yè)大學輥鍛工藝研究所張承鑒教授也對楔橫軋的加工界限進行了實驗研究，修正了葉山益次郎提出的加工界限，擴大了加工范圍，實踐證明效果較好。吉林工業(yè)大學還研究了楔橫軋變形載荷的計算，多楔同步楔橫軋理論及工藝，偏心階梯軸的楔橫軋理論及工藝，計算軋齊曲線的公式，空心件楔橫軋的旋轉條件、壓扁失穩(wěn)條件和壁厚變化規(guī)律

14、等 5。北京機電研究所也在以下方面也取得了較大的進展：應用光塑性物理模擬方法研究了楔橫軋三維變形規(guī)律；偏心階梯軸成形技術；空心件楔橫軋技術等 6,7。20 世紀 90 年代以來，計算機的運算速度和存儲量都得到了飛速的提高，大量的高性能的超級計算機已投入了工程應用。飛速發(fā)展的計算機圖形處理技術，使得 CAD/CAM/CAE 技術在各類工程問題的應用中取得了巨大的成功。其中，模具CAD/CAM/CAE技術已成為改造金屬塑性成形傳統(tǒng)工藝的重要工具，尤其是計算機圖形學與有限元法和成形工藝學的有機結合，開創(chuàng)了金屬塑性成形過程仿真的新途徑。 成形過程仿真已成為虛擬制造技術的核心之一，也是實現新產品開發(fā)短周

15、期、高質量、低成本目標的重要手段，這一技術已經逐漸更新了人們對金屬塑性成形過程的傳統(tǒng)認識。 由于金屬塑性成形過程是一個影響因素復雜的非線性變形過程，有限元數值仿真技術本身還有待進一步完善與研究，如考慮金屬材料微觀、亞微觀結構對成形的影響極其本構方程的研究，三維網格系統(tǒng)重構技術的研究，成形過程摩擦與潤滑機理及其理論模型的研究，成形過程缺陷分析技術的研究以及可視化技術的研究，都有待展開 8-11。 要想更加全面、更加深入地解釋金屬塑性成形過程的特性和行為，就必須將宏觀數學一力學理論同金屬的微觀、亞微觀理論聯(lián)系起來，同計算機圖形技術結合起來，同金屬塑性成形工藝學有機地結合起來。只有依靠各個學科的相互

16、交又滲透，才能使金屬成形過程仿真技術進入一個隨著計算機技術和有限元模擬技術的發(fā)展，美國董耀明、李強嘗試用有限元對楔橫軋軋制鋁棒進行分析，重點研究鋁件心部產生缺陷的原因和影響因素，閆華軍等也用有限元初步計算了楔橫軋的軋制過程12。但都沒有對三輥的軋制進行全面的動態(tài)模擬，所以有必要利用三維的有限元對其進行分析，找出軋件中心質量問題的主要影響因素。由于橫軋技術涉及金屬三維熱變形理論、機械設計理論、特種模具設計理論等，屬于多學科交叉問題，雖然本課題的思路與楔橫軋技術成形相似，但目前楔橫軋技術主要用于一些軸類零件的加工，而且軸類零件與板材楔橫軋成形在尺寸、材料和形狀等方面存在著明顯差異，板材的加工應用的

17、相關報道甚少，集裝箱側板的成形工藝尚未形成系統(tǒng)的理論科學，反復試制所造成的時間和費用消耗巨大。所以，開展零件精確軋制成形機理與相關學科仿真研究，解決板材橫軋成形過程影響產品質量的關鍵問題，在此基礎上開展板材的橫向軋制成形實驗驗證仿真結果，對建立板材橫軋成形工藝系統(tǒng)科學的理論研究和應用具有重要意義。3、主要參考文獻及出處(1)胡正寰,張康生,王寶雨.楔橫軋零件成形技術與模擬仿真.北京:冶金工業(yè)出版社,2004:4-5,65-108,124,180-184(2)楊翠蘋.楔橫軋展寬過程的三維有限元分析.北京科技大學碩士學位論文.2001:5-7(3)張慶勇.楔橫軋變形載荷上限分析及中心開裂機理研究.

18、吉林工業(yè)大學碩士學位論文.1990:3-20(4) 胡正寰, 張 康生, 王寶 雨. 楔橫軋理論與應用 . 北 京 : 冶金工 業(yè) 出版社,1996:4-5,65-107,139-150(5) 郭長武, 欒瑰馥.三輥楔橫軋階梯軸類件的研究 J.鋼鐵,1997,32(5):34-38(6) SHU Xue-dao, LI Chuan-min, HU Zheng-huan. Theoretical and experimental study of varying rule of rolling-moment about cross-wedge rolling J. Journal of Mate

19、rials Processing Technology, 2007, 187: 752-756.(7) S.H. Sun, Y. Xiong, J. Zhao, Z.Q. Lv, Y. Li, D.L. Zhao, W.T. Fu. Microstructure characteristics in high carbon steel rod after warm cross-wedge rolling J. Scripta Materialia，2005,53（1）:137-140(8) 王忠雷， 袁文生， 程 鋼， 宗士帥. 楔橫軋模具三維計算機輔助設計系統(tǒng) J.熱加工工藝，2010,39

20、（21）：176-180(9)何濤； 王寶雨； 胡正寰. 橫軋非回轉體軸類件輥型曲線方程 J. 機 械 工 程 學 報，2011,14（7）：39-43.(10) 束學道， 魏新紅， 胡正寰. 楔橫軋非對稱軸類件切向力影響規(guī)律 J. 中南大學學報(自然科學版)，2012,43（1）：172-176(11) Zbigniew Pater, Janusz Tomczak, Jarosaw Bartnicki, Michael R. Lovell, Pradeep L. Menezes. Experimental and numerical analysis of helical-wedge rol

21、ling process for producing steel balls J. International Journal of Machine Tools and Manufacture,2013,67:1-7(12) 閆華軍， 劉晉平， 胡正寰， 劉玉忠， 王麗娟. 楔橫軋?zhí)菪温菁y軸成形機理 J. 北京科技大學學報，2012,34（6）：701-706三、研究方案及工作基礎1、研究目標、研究內容及擬解決的關鍵問題2、擬采取的研究方法及技術路線3、研究工作基礎1、研究目標、研究內容及擬解決的關鍵問題1.1研究目標探索出集裝箱側板橫軋連續(xù)成形的條件，模擬和實驗驗證優(yōu)化出滿足使用要求的橫軋成

22、形集裝箱側板尺寸和形狀，得到耐候鋼橫軋連續(xù)成形的工藝條件，為集裝箱側板橫軋成形工藝的產業(yè)化提供理論和實驗數據。1.2研究內容1.2.1板材橫軋連續(xù)成形的條件通過3D及有限元軟件建模和模擬分析軋件的應力應變等場變量場分布，以及金屬流動規(guī)律，并進行實驗驗證，探討滿足橫軋連續(xù)成形的條件，得到實現橫軋連續(xù)成形的板材形狀和尺寸及范圍，獲得成形機理。1.2.2橫軋制成形板材的結構分析改變橫軋制成形板材的尺寸和材料類型，采用計算機模擬的方式分析探索不同尺寸參數和材質下所軋制板材的應力分布及側墻氣袋實驗的影響及規(guī)律，并進行實驗驗證，優(yōu)化出滿足集裝箱側板使用要求的軋制板材形狀和尺寸及材料力學性能的要求，從而形成

23、集裝箱側板橫軋成形工藝的工藝體系。1.3擬解決的關鍵問題 目前側板的橫截面基本形狀是梯形，探討出板材橫軋連續(xù)成形所能獲得的板材橫截面形狀、尺寸及工藝條件，是將橫軋技術應用到集裝箱側板成形的基礎，也是本課題擬解決的關鍵問題。2、擬采取的研究方法及技術路線本課題擬采用有限元模擬和實驗相結合的方法來開展研究，其技術路線圖如圖3所示。改變工藝參數改變尺寸、形狀建立模具、板材三維模型板材應力、應變和變形規(guī)律實驗驗證建立板材橫軋工藝和理論體系集裝箱側板結構分析及其橫軋工藝研究模擬板材橫軋成形工藝圖3 技術路線圖 使用三維CAD軟件solidworks建立軋輥及模具、板材三維模型；使用CAE軟件DEFORM

24、-3D模擬板材橫向軋制成形過程，分析軋制工藝對板材成形的應力、應變和變形規(guī)律，得到板材橫軋成形所能獲得的板材橫截面形狀、尺寸及工藝條件；在模擬仿真分析的基礎上，縮小比例加工軋輥，試驗板材橫軋成形，與模擬的結果進行對比分析，以此來驗證數值模擬的正確性，并對模擬進行修正；在模擬和實驗的基礎上總結板材橫軋工藝和理論體系，改變橫軋制成形板材的尺寸和材料類型，采用CAE軟件solidworks軟件的Flow Simulation模擬分析探索不同尺寸參數和材質下所軋制板材的應力分布及側墻氣袋實驗的影響及規(guī)律，并進行實驗驗證，優(yōu)化出滿足集裝箱側板使用要求的軋制板材形狀和尺寸及材料力學性能的要求。3、研究工作

25、基礎華南理工大學和中集公司均能提供本課題開展的軟硬件條件，本人長期在集裝箱加工成形一線工作,熟悉集裝箱側板的加工工藝和要求，導師在模具設計及材料成形具有豐富的經驗，相信在導師的指導下本課題能夠順利完成。四、論文工作計劃及預期成果論文工作進度安排起止時間工作內容備注2013.9-2014.3熟悉設計任務，查閱相關文獻資料，積累知識，寫開題報告，確定總體方案；2014.4-2014.8建模仿真模擬分析，得到板材橫軋成形的應力、應變和變形規(guī)律2014.9-2014.12搭建試驗平臺，進行實驗驗證，得出初步結論2015.1-2015.6對論文的細節(jié)部分進行修正，撰寫畢業(yè)論文和完成答辯工作；預期成果1.形成汽車空調技術應用研究與發(fā)展報告一份；2.發(fā)表相關論文1-3篇；3.爭取申請專利1項。五、開題報告作者承諾及導師意見 我保證上述填報內容的真實性，并將在導師指導下，嚴格遵守