軋制工藝設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書1250mm碳鋼+鋁兩層復合中厚板軋制工藝設(shè)計Rolling process design of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layers學 院（系）： 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 生 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 2015.11.15 1250mm碳鋼+鋁兩層復合中厚板軋制工藝設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書-軋鋼工藝一、學生基本信息姓名性別出生年月班級學科專業(yè)學號二、課程性質(zhì)與考查方式在學習軋鋼工藝學后，進行的課程大作業(yè)，主要目的是掌握軋鋼工藝學所學內(nèi)容

2、。成績考核辦法：1、日常出勤情況考核，為期3周（10月26日至11月15日）；2、中期進度情況、完成情況考核；3、課程設(shè)計答辯，考核任務(wù)完成數(shù)量與質(zhì)量，評價學生課程設(shè)計成績。三、課程目標1、機自專業(yè)冶金機械方向軋鋼機械課程設(shè)計的目的是綜合運用所學機械制圖、理論力學、材料力學、機械原理、結(jié)構(gòu)力學、塑性力學與軋制原理、軋鋼工藝學等專業(yè)基礎(chǔ)課的理論知識，按照軋鋼工藝學專業(yè)課及其行業(yè)相關(guān)標準要求，對板帶，型鋼，棒線材，鋼管等各類鋼材軋制成型設(shè)計。包括生產(chǎn)工藝流程，工藝參數(shù)制定，孔型設(shè)計，壓下規(guī)程設(shè)計，力能參數(shù)計算等，培養(yǎng)學生在該技術(shù)領(lǐng)域分析問題和解決問題的能力。2、學生應(yīng)認真閱讀和理解課程設(shè)計任務(wù)書，

3、搜集與分析有關(guān)軋鋼工藝學參考圖紙與最新的專業(yè)文獻資料，熟悉和學習有關(guān)各種最新設(shè)計標準和規(guī)范的內(nèi)容，了解與設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的行業(yè)動態(tài)，在教師指導下，獨立、認真、按時完成任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容。3、培養(yǎng)學生具有運用工程工作所需的相關(guān)數(shù)學、自然科學以及經(jīng)濟和管理知識的能力；4、培養(yǎng)學生具有運用工程基礎(chǔ)知識和本專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識解決問題的能力，具有系統(tǒng)的工程實踐學習經(jīng)歷；了解本專業(yè)前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；5、培養(yǎng)學生掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識；具有綜合運用理論和技術(shù)手段設(shè)計系統(tǒng)和過程的能力，設(shè)計過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素；6、培養(yǎng)學生掌握文獻搜索、資料查詢及

4、運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；四、課程設(shè)計任務(wù)1、題目：1250mm碳鋼+鋁兩層復合中厚板軋制工藝設(shè)計2、原始數(shù)據(jù)原料規(guī)格： 原料厚度：2.518mm（鋼）；鋁板厚度按需提供 原料寬度：1250mm；產(chǎn)品規(guī)格： 復合板：鋁與鋼厚度比為2:8 復合板厚度：3.7520mm； 復合板寬度：1250mm； 復合板長度：max10.0m； 最大板重：3.0t。3、設(shè)計要求通過了解復合板帶生產(chǎn)工藝過程、技術(shù)現(xiàn)狀和工藝制度的制訂方法，確定合理的生產(chǎn)工藝流程，使產(chǎn)品質(zhì)量達到國家標準、綜合生產(chǎn)成本低。4、完成的工作內(nèi)容1）.生產(chǎn)方案的確定；2）.產(chǎn)品大綱確定（以12mm代表規(guī)格，進行核算該生產(chǎn)線最大

5、年產(chǎn)量）；3）.工藝流程設(shè)計；4）.軋制工藝規(guī)程制定；5）.技術(shù)經(jīng)濟指標計算。5、工作量及學術(shù)規(guī)范要求本課程設(shè)計的計算說明書應(yīng)不少于1萬字，完成的要求計算說明書計算準確、公式與圖表格式規(guī)范、文字通順、書寫工整。說明書為打印文檔時，須避免抄襲，應(yīng)獨立完成。摘 要復合材料是由兩種或多種以上的材料通過某種方法結(jié)合在一起而形成整體,其各組元保持各自性能不變。金屬復合材料技術(shù)可以發(fā)揮組元材料各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)各組元材料資源的最優(yōu)配置，節(jié)約貴重金屬材料，實現(xiàn)單一金屬不能滿足的性能要求，它既可以替代進口并填補國內(nèi)空白，又具有廣闊應(yīng)用范圍，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益，容易獲得方方面面的扶持和幫助。鋼+鋁復合板

6、兼有鋼的高強度與鋁的優(yōu)良導電性, 導熱性,耐蝕性等特點, 鋼基復合材料因具有優(yōu)良的綜合特性因而被廣泛地應(yīng)用到工業(yè)、國防、航天等領(lǐng)域。主要介紹了1250mm碳鋼+鋁兩層復合中厚板的設(shè)計流程，并著重分析了1250mm碳鋼+鋁兩層復合中厚板軋制工藝的工藝流程，加熱制度、軋制制度的計算。關(guān)鍵詞：中厚板；復合材料；工藝設(shè)計；壓下制度；設(shè)備選擇Rolling process design of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layersAbstractThe composite material is formed by t

7、he combination of two or more materials, which is the same as the one in which the elements of each group remain unchanged. Metal composite technology can play a part in each of the advantages, to achieve the optimal allocation of the material resources, save precious metals, to achieve a single met

8、al can not meet the performance requirements, it can replace the import and fill the gaps, but also has a broad application range, with good economic and social benefits, easy to obtain the support and help.Steel aluminum composite board has the characteristics of high strength and good electrical c

9、onductivity, thermal conductivity, corrosion resistance and so on. It has been widely used in industry, national defense, aerospace and other fields because of its excellent comprehensive properties.This paper mainly introduces the design process of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate wit

10、h two layers, and analyzes the technological process of rolling process of 1250mm carbon steel + aluminum composite plate with two layers, and the calculation of heating system, pressure, rolling speed and rolling time.Keywords: medium plate; composite material; process design; pressure system; equi

11、pment selectio目 錄摘 要IIIABSTRACTIV1 緒 論11.1 復合材料的發(fā)展和應(yīng)用11.2 鋼+鋁雙金屬復合材料的特點及應(yīng)用21.3 雙金屬復合板的生產(chǎn)方法41.3.1 爆炸復合法41.3.2 擠壓復合法41.3.3 軋制復合法51.4 雙金屬復合材料國內(nèi)外發(fā)展情況61.4.1 國外發(fā)展狀況61.4.2 國內(nèi)發(fā)展狀況62 生產(chǎn)方案和產(chǎn)品大綱的確定82.1 生產(chǎn)方案選擇依據(jù)82.2 生產(chǎn)方案的確定82.3 產(chǎn)品方案的含義92.4 編制產(chǎn)品方案的原則92.5 產(chǎn)品方案93 工藝流程設(shè)計113.1 制定生產(chǎn)工藝流程的依據(jù)113.2 工藝流程方案114 軋制工藝規(guī)程制定134.

12、1 原料設(shè)計134.1.1 不同溫度對軋后組元厚比分配的影響134.1.2 不同壓下量對軋后厚比分配的影響144.1.3 原料的尺寸154.2 軋機參數(shù)154.3 軋制規(guī)程的設(shè)計164.3.1 咬入條件164.3.2 軋輥的強度條件174.3.3 軋制速度的確定174.3.4 純軋時間的確定184.3.5 溫度制度的確定194.3.6 變形制度的確定204.3.7 軋制力能參數(shù)計算224.3.8 主電機的功率和力矩255 技術(shù)經(jīng)濟指標計算285.1 軋機作業(yè)率285.1.1 日歷作業(yè)時間285.1.2 計劃工作時間285.1.3 軋機日歷作業(yè)率285.1.4 軋機有效作業(yè)率295.2 軋鋼機的

13、平均小時產(chǎn)量295.3 年產(chǎn)量計算29參考文獻31致 謝32- 33 -1 緒 論自從人類誕生之日起，就開始利用材料和工具。伴隨著人類社會的發(fā)展，材料技術(shù)也不斷更新以滿足人類的需求。直到今天，以信息、生命、材料三大學科為基礎(chǔ)的世界新技術(shù)革命正如火如茶地進行著，它將把人類物質(zhì)文明推向一個新的階段。作為這三大基礎(chǔ)學科一的材料科學將肩負起重要的歷史使命。社會發(fā)展的歷史證明，材料是社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導，是人類進步的里程碑?？v觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，材料的發(fā)展從遠古至今己經(jīng)經(jīng)歷了漫長的石器、青銅器、鋼鐵時代，這其中不論是陶瓷、塑料，還是金屬，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用，都給社會生產(chǎn)力和

14、人類生活帶來巨大的變化。但是，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是高精尖科學的崛起與發(fā)展，傳統(tǒng)材料也越發(fā)凸現(xiàn)其局限性，不論力學性能或是成形性能，或者是耐環(huán)境性能，都已經(jīng)跟不上時代發(fā)展的步伐，越來越不能滿足各種高新技術(shù)發(fā)展的需要。因此，材料必然要從天然、單一走向人造、復合。1.1 復合材料的發(fā)展和應(yīng)用隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，在當前以信息、生命、材料三大學科為基礎(chǔ)的世界新技術(shù)革命正如火如荼地進行著，它把人類的物質(zhì)文明推向了一個新的發(fā)展階段，作為這三大基礎(chǔ)學科之一的材料學科將擔負起重要嶄新的歷史使命。為適應(yīng)科學的發(fā)展，時代的需求，歷史的進步，復合材料作為一門新興學科應(yīng)運而生、應(yīng)時而生，成為一種必然的結(jié)果。

15、但人類使用復合材料的歷史可以追溯到遠古時代，從猶太人采用稻草加強泥塊到印度人用蟲膠樹脂制作復合板，從我國三國時期著名武將呂布用木頭和竹絲制成的方天畫戟到中世紀武士疊成的頭盔和劍，復合材料早已滲入人們的活動之中。到了20世紀復合材料的發(fā)展更為迅猛。1909年人們利用酚醛樹脂和紙、布制成了現(xiàn)代的復合材料制品，40年代玻璃纖維增強塑料的出現(xiàn)則是現(xiàn)代復合材料發(fā)展的重要標志，60年代碳纖維、硼纖維、Kevlar纖維等復合材料的相繼問世更是復合材料進步的代表?，F(xiàn)代復合材料最初是應(yīng)用于尖端領(lǐng)域如火箭制造、兵器工業(yè)、航天航空等部門，例如前蘇聯(lián)安一124巨型運輸機所用的復合材料就達5噸之多。而隨著國民收入的不斷

16、增長以及工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的持續(xù)增多，人們審美觀念正逐年提高，制品的使用條件也日益苛刻，特別是隨著鉻、鎳資源的日趨缺乏，復合材料正逐漸走進大眾；以節(jié)約稀缺資源為主要目的，將具有不同特性的幾種素材作為構(gòu)成要素，進而使之一體化的復合材料被不斷開發(fā)出來。并且，隨著科技的發(fā)展，各種復合材料的開發(fā)及應(yīng)用也正處于一個急速發(fā)展的時期，同時也顯示出了十分突出的經(jīng)濟效益。回首20世紀，縱觀21世紀，材料的發(fā)展將由單一均質(zhì)向復合材料，特別是復雜體系的復合材料的過渡和進一步發(fā)展將是新世紀材料發(fā)展的重要課題。復合材料根據(jù)其特點可分為三類：纖維復合材料、顆粒復合材料、層狀復合材料。鋼+鋁復合板就是層狀復合材料的一種。層狀金屬復

17、合材料是利用復合技術(shù)使兩種或兩種以上物理、化學、力學性能不同的金屬在界面上實現(xiàn)牢固的冶金結(jié)合而制備的一種新型材料。盡管各層金屬仍保持各自原有特性，但層狀金屬復合材料的物理、化學、力學性能比單一金屬優(yōu)越得多。因此，由異種金屬以層狀結(jié)合而成的新型復合材料近年來受到世界各國的普遍重視。制備層狀金屬復合材料的主要方法有鑄造復合法、爆炸復合法、軋制復合法、擠壓復合法和擴散焊接法。第一次世界大戰(zhàn)后，由于稀貴金屬的短缺，英、美、蘇、日等國相繼開始研究用熱軋復合法生產(chǎn)銅+鋼、不銹鋼+鋼等雙金屬復合板，用以取代貴重的銅和不銹鋼。各種復合金屬板廣泛用于國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，如石油、化工、航天、電力、輕工業(yè)等。油氣田及石

18、油煉制企業(yè)、化工企業(yè)、城市煤氣業(yè)、電力行業(yè)是防腐蝕雙金屬復合板和管材(含無縫復合管)的潛在用戶。不同口徑的不銹鋼復合管普遍使用在飲水、路燈、旗桿、護欄、裝演等輕工行業(yè)。人們根據(jù)需要也可將金屬復合板冷軋至不同厚度，應(yīng)用在電器、無線電、儀表等特殊領(lǐng)域以及深加工成金屬復合鍋、復合水箱等民用產(chǎn)品，使這些民用產(chǎn)品更新?lián)Q代，功能得到充分發(fā)揮。1.2 鋼+鋁雙金屬復合材料的特點及應(yīng)用雙金屬復合材料是層壓型復合材料的一種，它是將兩種或兩種以上的不同物理、化學性能的金屬利用各自的性能優(yōu)勢進行分層組合而形成的一類金屬材料，得到的復合板所具有的綜合性能是任一組元所無法具備的。隨著科技進步，如今它們不僅在應(yīng)用范圍上愈

19、加廣泛，而且在材料性能組合和優(yōu)化利用方面也突破了傳統(tǒng)的認識。導電性、導熱性、耐腐蝕性和力學性能的有效組合，既使材料的綜合性能得到提高，也為合理選材和降低成本提供了更好的條件。雙金屬復合材料由于其特有的性能，越來越引起人們的重視，尤其是在航空、航天、國防、交通、電子和通訊等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。總的來說，雙金屬復合材料具有如下性能：(1)降低材料的使用成本；(2)滿足某些特殊的機械性能，物理性能等指標，如良好的導電、導熱性能；(3)成型性能及外觀質(zhì)量的要求；(4)可用作特殊功能材料，如熱敏金屬：(5)解決了異種金屬的焊接問題。從高、精、尖的航空航天領(lǐng)域到工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各部門，乃至人們的日?；钌?，

20、鋁及其合金無處不在。鋁材的廣泛應(yīng)用，除了地球上有著豐富的蘊含量(約為地殼重量的8.2，地殼中分布最為廣泛的金屬元素)之外，最重要的原因鋁還有一系列的優(yōu)點：比重小，約為2.7gcm3，僅為鐵或銅的13；塑性好，易加工，易成型；導電導熱性能好，僅于銀、銅和金；以純鋁(1050)為例，其導電率相當于等重量銅的兩倍；耐腐蝕性，易焊接經(jīng)濟實惠等等。鋼則具有高強度，外表美觀，易清洗等優(yōu)點被廣泛的應(yīng)用于建筑，化工，石油，核能，紡織等各個領(lǐng)域，目前世界的鋼用量每年已超過1000萬噸，鋼種100余種。近年國內(nèi)外出現(xiàn)了的鋼和鋁復合材料，用這種材料制造的廚具制品不但保留了鋼制品的外形美觀，而且導熱性能大大提高、重量

21、輕，它綜合了鋼的高強度、易清洗和鋁的質(zhì)輕、價廉、優(yōu)良的導電、導熱性等優(yōu)點而在多方面領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有極好的市場前景目前鋼+鋁復合板的主要用途見表1.1。作為裝飾材料，鋼耐用、表面光亮且?guī)缀醪恍枰S護表面，因此可以大大減少了維護的費用，如美國紐約世界貿(mào)易中心的走廊墻壁就是采用大片的鋼制品；鋁質(zhì)輕、表面可以氧化著色、易加工、將這兩種金屬組合成新型材料，不僅大大降低了裝飾成本，降低了裝飾工藝難度，而且更加的安全合理。在炊具制品方面鋁制炊具一般導熱系數(shù)大，靈便輕巧，價格低廉，但是耐腐蝕性能比不上鋼制炊具，且不便清潔和衛(wèi)生，作為炊具材料使用時間過長還會對鋼+鋁復合板性能和界面的研究人體產(chǎn)生有害的

22、影響；但是鋼制炊具雖然外形美觀、易清洗、對人體無害，但其導熱系數(shù)差，能源浪費價格昂貴。若使用鋼+鋁復合板制作的炊具則可具備以上兩種材料的優(yōu)點：比重小、強度和剛度好、具有比鋼更好的導熱導電性、具有良好的耐腐蝕性及表面加工和著色性。表1.1 鋼+鋁復合板的主要用途1行 業(yè)主 要 用 途航空航天飛機輔助裝置、導彈外殼續(xù)表1.1行 業(yè)主 要 用 途化工防腐蝕壓力容器交通汽車車身、地鐵、高速列車裝飾板、裝飾條、汽車前后保險杠電子工業(yè)集成電路引線板、電器裝飾板醫(yī)療醫(yī)療器件、特種醫(yī)療包裝建筑高層建筑外裝飾、賓館及娛樂場所等的內(nèi)裝飾體育體育器械、健身器材日常生活炊具、餐具、家庭內(nèi)裝飾用材料1.3 雙金屬復合板

23、的生產(chǎn)方法雙金屬復合板的研究最早是由美國于l860年開始，經(jīng)過100多年的發(fā)展，雙金屬復合板的生產(chǎn)技術(shù)得到不斷提高，生產(chǎn)方法也日益增多。目前雙金屬復合板的生產(chǎn)方法總體上可分為三大類：固-固相復合法、液-固相復合法和液-液相復合法。固-固相復合法包括爆炸復合法、擠壓復合法、爆炸焊接熱軋法、軋制復合法、擴散復合法、擴散焊接法等；液-固相復合法包括復合澆鑄法、反向凝固法、噴鍍復合法、釬焊法、鑄軋法等；液-液相復合法目前僅有電磁連鑄生產(chǎn)復合板法。1.3.1 爆炸復合法爆炸焊接法是上世紀60年代隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種加工工藝。在爆炸的瞬間，被焊表面發(fā)生高壓高速的碰撞，碰撞可產(chǎn)生強大的壓力，大

24、大超過金屬所能承受的極限，形成表面層金屬的塑性流變。此外，平碰撞使金屬在碰撞點產(chǎn)生射流，射流的沖刷作用會清除金屬表面的氧化膜和吸附層，這樣一方面會使金屬內(nèi)部的新鮮表面露出，另一方面在碰撞所產(chǎn)生的高壓作用下使復材與基材的潔凈金屬原子間達到緊密結(jié)合，通過金屬鍵形成牢固的焊接界面，而且因為作用時間很短(毫秒級)，所以接觸界面上不產(chǎn)生金屬間化合物。1.3.2 擠壓復合法它主要用于生產(chǎn)雙金屬的管、棒、線材及簡單斷面的型材。其方法是將要復合的異種金屬表面清理后組裝成擠壓坯，然后在適當?shù)臏囟群蛿D壓比下進行擠壓，在壓力作用下使金屬緊密接觸并達到復合。此方法特別適用于生產(chǎn)連續(xù)的長方形與矩形斷面的復合型材，缺點是

25、擠壓復合的材料范圍受限制，要求大功率的擠壓機，而且不能連續(xù)化生產(chǎn)。1.3.3 軋制復合法如圖1.1所示，軋制復合法是借助大壓下量軋制迭起來的兩層或多層金屬或合金，依靠原子之間金屬鍵的相互吸引力而使組元層結(jié)合起來的一種工藝。根據(jù)軋制復合時加熱與否可分為熱軋復合法和冷軋復合法。這種方法一般包括三個步驟：表面處理、軋制復合和擴散退火。表面處理是將復合的金屬表面脫脂除油后，用鋼絲刷、布砂輪等清刷，其目的在于：清除組元表面的吸附物和氧化層并形成一定的表面粗糙度，引起表面淺層的加工硬化，使表層在大壓縮率的軋制壓力作用下，氧化層破碎，露出內(nèi)層新鮮金屬。軋制復合是指在一定的壓縮變形量下，粗糙的復合表面一方面相

26、互嵌合，另一方面氧化膜被充分碾碎，并彌散分布，露出的新鮮金屬原子間形成原子鍵。在這兩種機制的共同作用下形成異種金屬元素之間牢固的點結(jié)合。圖1.1 軋制復合示意圖1擴散退火即以軋制復合的大壓縮變形所貯有的高內(nèi)能為驅(qū)動力，在高溫下異種金屬間通過充分的互擴散，由軋制復合后的點結(jié)合擴展為面結(jié)合。破碎的氧化膜在表面張力的作用下收縮、球化，并向基體擴散、溶解，最終在結(jié)合面兩側(cè)形成一定深度的互擴散層，從而大大提高異種金屬問的結(jié)合強度。軋制復合法可進行成卷連續(xù)生產(chǎn)，組元層合金之間厚度比均勻，產(chǎn)品尺寸精確，性能穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。1.4 雙金屬復合材料國內(nèi)外發(fā)展情況1.4.1 國外發(fā)展狀況雙金屬復合板的研究最早是

27、由美國于1860年開始的，通過采用不同的生產(chǎn)方式，復合板的復合層己經(jīng)從兩層發(fā)展到多層不等；有單面復合，也有雙面復合；形狀分板、管、線、棒、絲、異型復合材料；交貨方式有單張和成卷。20世紀70年代國外開發(fā)成功“爆炸焊接+熱軋”的工藝，結(jié)束了單純采用爆炸焊接生產(chǎn)產(chǎn)品的厚度、長度、寬度限制，可以生產(chǎn)出薄規(guī)格、成卷以及異型復合材料。前蘇聯(lián)對層狀復合材料的研究始于20世紀30年代，主要有軋制法、鑄造法、爆炸法、擴散焊接法等方法生產(chǎn)鋁、鈦、鋼等金屬的復合材料，尤其在冷軋復合發(fā)面的研究比較深入。英、法、德等發(fā)達國家對復合材料的研究也有相當?shù)乃?，其中英國伯明翰大學在20世紀五、六十年代對固相復合進行了較為系

28、統(tǒng)的研究，取得了很多的成果。目前，金屬復合材料在這些國家得到了廣泛的應(yīng)用。在日本，采用直接軋制法生產(chǎn)復合板工藝己較為成熟。日本川崎鋼鐵公司到90年代初采用“包澆-軋制法”己成功批量生產(chǎn)犁樺、化學液體專用船用的復合板及不銹鋼復合板。多層金屬板的復合在日本是利用上層的驅(qū)動板鋪設(shè)炸藥的方法來生產(chǎn)；帝國化學工業(yè)公司采用厚的驅(qū)動板和惰性隔離顆粒層的爆炸復合多層金屬板的制造技術(shù)己經(jīng)取得了歐洲專利。生產(chǎn)方式主要有固-液相復合法和固相復合法。固-液相復合法的工作環(huán)境比較惡劣，而且復合溫度、各層厚度等方面的控制難度很大。固相復合法具有生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)成本低，無污染，節(jié)約能源，成材率高的特點，因此，采用固相復合技

29、術(shù)是層狀復合板生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。大量多品種規(guī)格的復合材料的迅速發(fā)展證明了這一類新型材料不僅僅可以節(jié)約稀有金屬，而且與各行業(yè)科學技術(shù)發(fā)展對制成品的使用性能要求有密切關(guān)系。1.4.2 國內(nèi)發(fā)展狀況我國的復合板研制起始于20世紀60年代初，主要方式有爆炸焊接、爆炸焊接坯+軋制、冷軋、熱軋、包澆+軋制等，其中“包澆+軋制”在重鋼五廠生產(chǎn)過；直接熱軋法在上鋼三廠生產(chǎn)過，但實物質(zhì)量水平與日本還有差距，主要表現(xiàn)在未結(jié)合面積占有的比例較大、結(jié)合面抗剪強度較低以及復層金屬厚度不均等方面。其余絕大多數(shù)廠家采用爆炸焊接和“爆炸焊接坯+軋制法”生產(chǎn)。多層金屬板的復合在國內(nèi)仍處于試驗階段。我國的爆炸焊接法生產(chǎn)的復合板與國

30、外水平相當，但軋制法生產(chǎn)的復合板其實物水平與日本還有差距，主要表現(xiàn)在未結(jié)合面占有的比例較大、結(jié)合面抗剪強度較低以及復層金屬厚度不均等方面，而且不同類型的鋼板之間的復合軋制技術(shù)還不成熟。因此開發(fā)復合板軋制技術(shù)既可彌補爆炸焊接法的缺陷，又可降低生產(chǎn)成本，有利于提高產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力。但是，在生產(chǎn)鋼+鋁復合板時，常常會遇到以下幾個方面的問題：（1）對于單復層復合板而言，在熱軋過程中由于基、復層的延伸系數(shù)不同，造成復合板周邊基層的延伸、寬展量較大，從而導致切頭切尾及切邊量增大，更有嚴重者會造成復合板翹起抱輥或下爬鉆地溝，影響正常生產(chǎn)。（2）對于單復層復合板而言，由于基、復層的熱膨脹系數(shù)不同，在

31、熱處理過程中鋼板會上凸或下凹。若復層朝上則鋼板上凸，這樣鋼板頭部易鉆入爐底輥道造成卡鋼：若復層朝下則鋼板下凹，由于鋼板接觸輥道底面積減少，因此，鋼板在運行過程中容易跑偏撞爐墻。出現(xiàn)這兩種情況均需停爐降溫處理，同樣影響生產(chǎn)。（3）對于對稱軋制復合板而言，板坯邊部的復合率不高，造成軋制過程中爛邊現(xiàn)象嚴重，一方面給組織生產(chǎn)帶來了困難，如增加切邊工序，損傷輥面，爛邊處應(yīng)力集中造成軋制過程中斷帶等；另一方面切邊量太大導致成材率過低。（4）成品熱處理工藝不夠成熟，在所生產(chǎn)出的復合板中，有一部分性能達不到用戶使用要求?？偟膩碚f，我國的復合板生產(chǎn)水平與國外先進技術(shù)相比仍存在不小差距，但在某些方面己經(jīng)同國外水平

32、相當，比如鋼復合板爆炸焊接結(jié)合率問題、脆性材料的復合問題、合理熱處理工藝制度以及焊接工藝的確定等。2 生產(chǎn)方案和產(chǎn)品大綱的確定生產(chǎn)方案是指為完成產(chǎn)品方案中所規(guī)定的產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)而采取的生產(chǎn)方案。應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)經(jīng)濟指標的要求，結(jié)合具體條件，制定合理的生產(chǎn)方案。2.1 生產(chǎn)方案選擇依據(jù)生產(chǎn)方案的選擇與設(shè)備的選擇是緊密相關(guān)的，兩者應(yīng)同時加以考慮。確定生產(chǎn)方案時主要考慮以下幾點:（1）金屬與合金的品種、規(guī)格、狀態(tài)及質(zhì)量要求。產(chǎn)品品種和規(guī)格不同，生產(chǎn)方案的選擇也不同，所設(shè)計的車間差別就很大，例如熱軋中厚板生產(chǎn)車間和管棒型材生產(chǎn)車間就存在根本性的差別。即使是同一種合金品種與規(guī)格產(chǎn)品，如果產(chǎn)品

33、質(zhì)量要求不同，也可能采用不同的生產(chǎn)方案。（2）年產(chǎn)量的大小。年產(chǎn)量不僅決定工藝過程的特點，同時也對設(shè)備選擇、連鑄坯尺寸和產(chǎn)品規(guī)格有直接的影響。例如，對于冷軋板帶鋼生產(chǎn)來說，產(chǎn)量不大時，可采用單機架生產(chǎn)；而產(chǎn)量大時，可采用連軋生產(chǎn)。（3）投資、建設(shè)速度、機械化與自動化程度、勞動條件、生產(chǎn)人員與管理人員的數(shù)量以及將來的發(fā)展。生產(chǎn)方案的選擇主要考慮經(jīng)濟效果，在設(shè)計時可參考生產(chǎn)工藝比較成熟的類似車間，在滿足建廠的原則下制定合理的生產(chǎn)方案。2.2 生產(chǎn)方案的確定表2.1 生產(chǎn)方案2軋機名稱成品規(guī)格（厚度×寬度）/mm×mm設(shè)計年產(chǎn)量/萬噸單機架軋機雙機架軋機1450mm中厚板軋機（4

34、030×（10001250）15253060單機架軋制：單機架布置生產(chǎn)是指在一架軋機上完成中厚板的軋制。軋機可選用四輥式和萬能軋機。這種方式由于是單機架軋制，粗軋與精軋都在一架軋機上完成，因此產(chǎn)品質(zhì)量較差、規(guī)格受限、產(chǎn)量較低。但該方式投資小，適于對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品要求不高的鋼板軋制。2.3 產(chǎn)品方案的含義產(chǎn)品方案是指所設(shè)計的車間擬生產(chǎn)產(chǎn)品的名稱、品種（鋼種）、規(guī)格、交貨狀態(tài)、執(zhí)行標準、年計劃產(chǎn)量及在總產(chǎn)量中的比例。產(chǎn)品方案是車間今后組織生產(chǎn)的依據(jù)，因為產(chǎn)品方案不但規(guī)定了車間的類型，同時也規(guī)定了車間生產(chǎn)品種的方向。根據(jù)產(chǎn)品方案可以選擇設(shè)備和確定生產(chǎn)工藝。產(chǎn)品方案一旦決定，不宜輕易變更，否

35、則就無法組織生產(chǎn)。2.4 編制產(chǎn)品方案的原則在適應(yīng)市場需要的前提下，應(yīng)根據(jù)原料、公輔設(shè)施、總圖、能源、環(huán)保、投資等來確定軋鋼車間的設(shè)計規(guī)模。軋鋼車間的產(chǎn)品方案應(yīng)按市場調(diào)查、供坯條件及主要工藝設(shè)備的組成及性能進行編制。產(chǎn)品方案的編制一般應(yīng)遵循下列原則：（1）滿足市場和國民經(jīng)濟發(fā)展對產(chǎn)品的要求。產(chǎn)品方案的編制根據(jù)國內(nèi)外市場短期和長期對產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量和品種等方面的需要。（2）產(chǎn)品平衡。產(chǎn)品方案的編制應(yīng)考慮國內(nèi)外鋼廠生產(chǎn)的布局和配套設(shè)施以及出口的問題。（3）建廠地區(qū)的條件、生產(chǎn)資源、自然條件、運輸條件、投資等的可能性。在進行產(chǎn)品方案編制時，要以以上三點為依據(jù)，全面考慮，三者不可偏廢。如果一個企業(yè)有兩個

36、以上同類軋鋼車間，那么各車間生產(chǎn)的產(chǎn)品品種、規(guī)格應(yīng)有合理的分工，盡量實現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)；即使只有一個軋鋼車間也應(yīng)確定最佳的產(chǎn)品范圍，以便經(jīng)濟合理地進行生產(chǎn)。2.5 產(chǎn)品方案產(chǎn)品方案確定之后，應(yīng)按名稱、鋼種、狀態(tài)、執(zhí)行標準、規(guī)格范圍、年產(chǎn)量、比例等列成表，也稱產(chǎn)品大綱。表2.2 產(chǎn)品方案2序號產(chǎn)品名稱及用途代表品種產(chǎn)品規(guī)格/mm執(zhí)行標準年產(chǎn)量/t比例/%厚度寬度1碳素結(jié)構(gòu)鋼Q23A0.812.78501750JIS G31019.6×10480%2鋁合金1050348250070002.4×10420%Q235A韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性。Q23

37、5A一般在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁及一些普通的機器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等。中文名：Q235A 標準：GB/T 700-2006碳：C0.22% 抗拉強度：b370500mpa鋁合金1050為工業(yè)純鋁，具有高的可塑性、耐蝕性、導電性和導熱性，但強度低，熱處理不能強化可切削性不好；可氣焊、氫原子焊和接觸焊，不易釬焊；易承受各種壓力加工和引伸、彎曲。（國家標準GB/T 6893-2000）3 工藝流程設(shè)計3.1 制定生產(chǎn)工藝流程的依據(jù)軋鋼生產(chǎn)工藝流程就是將不同的原料（不同成分、形狀、尺寸的鋼坯或連鑄坯）軋制成具有一定形狀、尺寸和性

38、能的鋼材所必須進行的一系列生產(chǎn)工序按次序排列起來。顯然，不同的軋制產(chǎn)品具有不同的工藝流程。制定軋鋼廠生產(chǎn)工藝流程是軋鋼產(chǎn)設(shè)計的核心問題，也是工藝設(shè)計中的一項重要工作，它直接關(guān)系到整個設(shè)計能否滿足設(shè)計任務(wù)書的要求。合理的生產(chǎn)工藝流程應(yīng)該是在保證完成設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定的質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，具有最低的消耗、最少的設(shè)備、最小的廠面積、最低的產(chǎn)品成本，并且有利于產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高和將來的發(fā)展，具有較好的勞動條件和最好的經(jīng)濟效果。制訂生產(chǎn)工藝流程的主要依據(jù)有一下幾點：（1）根據(jù)生產(chǎn)方案的要求。由于產(chǎn)品的產(chǎn)量、品種、規(guī)格及質(zhì)量的要求不同，所采用的生產(chǎn)方案也就不同，那么主要工序就有很大的差別。因此，生產(chǎn)方案是編

39、制生產(chǎn)工藝流程的依據(jù)。（2）根據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量要求。為了滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求，就要有相應(yīng)的工序給以保證。因此，滿足產(chǎn)品標準的要求是設(shè)計生產(chǎn)工藝流程的基礎(chǔ)。（3）根據(jù)廠生產(chǎn)率的要求。由于廠的生產(chǎn)規(guī)模不同，所要求的工藝過程復雜程度也不同。在生產(chǎn)同一產(chǎn)品情況下，生產(chǎn)規(guī)模越大的廠，其工藝過程也越復雜。因此，設(shè)計時生產(chǎn)率的要求是設(shè)計工藝過程的出發(fā)點。3.2 工藝流程方案脫脂處理又稱除油處理。指從廢水、污泥或固體廢物中去除油脂的方法。從廢水中分離油脂的設(shè)備有隔油池和除油池。另外，它也指從機器部件或鐵制產(chǎn)品表面上除掉油脂的過程。油脂主要來自機加工時沾上的潤滑油、防銹油，貯存期間的油封，模制時的脫膜劑以及磨拋光時

40、沾上的拋光膏等。脫脂的方法有：有機溶劑脫脂、化學脫脂、電化學脫脂等。有時需要幾種方法同時使用。退火是一種金屬熱處理工藝，指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；細化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。鉚接是一個機械詞匯，是使用鉚釘連接兩件或兩件以上的工件。軋制復合法主要用于雙金屬板及減震鋼板、鋁塑復合板的成形。軋制復合時，按照坯料是否加熱，可分為熱軋復合、冷軋復合和溫軋復合三種。碳鋼+鋁復合的一般生產(chǎn)工藝過程如圖3.1所示：純鋁打磨打磨脫脂處理脫脂處理清洗清洗鉚接加熱退火軋制復合碳鋼粗矯精整圖3.1

41、 碳鋼+鋁兩層復合中厚板軋制工藝流程4 軋制工藝規(guī)程制定4.1 原料設(shè)計4.1.1 不同溫度對軋后組元厚比分配的影響在本實驗中對四塊相同初始厚度鋁為0.5mm,鋼為2mm，原始厚比(H2H1)都為0.25的鋼+鋁板材在壓下量為30%時，預熱溫度為300，400，450，500,預熱時間十分鐘進行軋制復合，得到不同溫度下軋后組元壓下量分配如圖4.1所示1。圖4.1 不同溫度下軋后組元壓下量分配1圖4.1是預熱溫度對各組元壓下量比分配規(guī)律的曲線，可以看出預熱溫度越高復合板材熱軋后的相對壓下量差越大。從圖4.1中可看出，隨著預熱溫度的升高，鋼組元的變形率下降。這是因為加熱后金屬鋁發(fā)生了軟化，軋制時更

42、容易發(fā)生變形。而且預熱溫度越高，鋁的軟化程度越大，鋁的變形分配也就越大，鋼的變形分配相應(yīng)就會減小。在軋制復合過程中，鋁層的變形杭力遠小于鋼層的變形抗力。因此，鋁層的變形占總變形的大部分。在共同加熱軋制復合情況下，熱軋預熱溫度越高，鋼的相對變形量越小。隨著預熱溫度的提高，鋁的變形率增加，鋼的變形率減小很明顯，這說明提高預熱溫度可以增大鋁合金的變形和提高各組元的塑性，同時又對降低鋼的變形程度有一定的效果，即減少了鋼的加工硬化，所以適當提高預熱溫度有利于復合板的再加工性能。4.1.2 不同壓下量對軋后厚比分配的影響在本實驗中對四塊相同初始厚度鋁為0.5mm、鋼1.5mm，原始厚比(H2H1)都為0.

43、33和都在同一溫度400預熱十分鐘后的鋼+鋁復合板材進行壓下量分別為20%,30%, 35%和40%的熱軋，得到不同壓下量下軋后厚比分配如圖4.2所示1。圖4.2 總壓下量與組元壓下量的關(guān)系1對于軟金屬鋁而言，在相同的預熱溫度下，由于鋁較鋼的變形抗力低，所以鋁的壓下量總是大于鋼的壓下量。但是隨著壓下量的增加，鋁和鋼壓下量的差值逐漸減小。當總的壓下量繼續(xù)增大時，大的壓下量和快的變形速率導致鋼和鋁的加工硬化都增加，繼續(xù)變形變的越來越困難，由于鋁的壓下量大于鋼的壓下量，所以鋁先于鋼達到高的加工硬化，使得鋁和鋼的變形抗力趨于一致。所以隨著總壓下量的增大，二者壓下量的差值減小，這有利于共同變形，達到良好

44、的復合效果。4.1.3 原料的尺寸根據(jù)上述實驗結(jié)果，取軋制溫度400、壓下量30%時的實驗數(shù)據(jù)計算：原料規(guī)格：Q235A 鋼規(guī)格：15.7mm×1250mm×7133mm1050鋁合金厚度：4.3mm×1250mm×6511mm產(chǎn)品規(guī)格：根據(jù)金屬塑性變形時的體積不變條件；復合板規(guī)格：14mm×1250mm×10000mm鋼的規(guī)格： 11.2mm×1250mm×10000mm鋁的厚度： 2.8mm×1250mm×10000mm總壓下量： 6mm4.2 軋機參數(shù)根據(jù)上述原料尺寸，選取1450mm四輥

45、可逆軋機,具體參數(shù)如下：（1）輥身長度： L=b+a (4.1) =1250+200 =1450mm式中 b鋼板的最大寬度 a輥身長度裕量系數(shù)，它決定軋制鋼板的最大寬度（2）軋輥直徑： 軋輥輥身長度與軋輥直徑之比通常取為：LDW=2.54.0 (4.2)1=480mm（3）支承輥直徑：支承輥輥徑與工作輥輥徑之比為：DBDW=1.62.5 （4.3)2=960mm（4）支承輥長度：支承輥輥身長度與軋輥直徑之比通常取為：LDW=1.32.5 (4.4)支承輥輥身長度一般比工作輥輥身長度短100200mmL=1350mm（5）軋輥輥徑尺寸：d=0.50.6D=0.5×480=240mm (

46、4.5)式中 d輥頸直徑，mmD軋輥直徑，mm4.3 軋制規(guī)程的設(shè)計4.3.1 咬入條件hhmax=D1-cosmax=D(1-11+f2) (4.6)式中 hmax最大允許壓下量； D軋輥直徑； max最大允許咬入角； f軋輥與扎件間的摩擦系數(shù)。根據(jù)實驗資料，平輥熱軋時最大咬入角與軋制速度之間有如下近似關(guān)系：如表4.1所示表4.1 平輥熱軋時最大咬入角與軋制速度之間有如下近似關(guān)系3軋制速（ms）00.51.01.52.02.53.5最大咬入角（）252322.522211711二輥和四輥可逆式中厚板軋機的軋制速度可調(diào)，因此可以采用低速咬入，所以實際的最大咬入角可以達到2225。實際生產(chǎn)中，熱

47、軋鋼板時，咬入角一般為1522，低速咬入可取為20。hmax=D1-cos=33.6mm (D取480mm)4.3.2 軋輥的強度條件按輥身的彎曲應(yīng)力計算的允許最大軋制力為：Pmax1=0.4D3RbL+l-0.5B=0.4×4803×781450+432-625=2.7×106N (4.7)式中 D、L、l分別為軋輥直徑、輥身長度和輥徑長度； B鋼板的寬度； Rb軋輥許用彎曲應(yīng)力。按支承輥輥徑彎曲強度計算的最大軋制力為：Pmax2=0.4d3Rbl=0.4×2403×78432=0.9×106N (4.8)式中 d、l軋輥輥徑直徑與

48、長度。按傳動滾輥徑許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力計算的最大允許軋制力為：Pmax3=0.4d3Rh=0.4×2403×26.89240×6=3.9×106N (4.9)式中 d傳動輥輥頸直徑； R軋輥半徑； 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力； h該道次的壓下量。以輥徑強度出發(fā)可近似得到最大允許軋制力矩：MmaxPmaxRh=0.4d3=0.4×2403×26.89=148×106Nm (4.10)滿足軋輥強度條件應(yīng)為：PPmax1PPmax2PPmax3MMmax根據(jù)上面計算結(jié)果,最大允許軋制壓力為：P=0.9×106N4.3.3 軋制速度的確定中、厚

49、板生產(chǎn)中由于扎件較長，為操作方便，可采用梯形速度圖。根據(jù)經(jīng)驗資料取平均加速度a=40r/(mins),平均減速度b=60r/(mins)。圖4.3 軋機速度梯形圖2如圖5.3所示，由于咬入能力很富余，顧可采用穩(wěn)定高速咬入，0t1時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速從0增至n1,為空載加速階段；t1t2時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速由n1增至n2，咬入速度取n1=20r/min，為負載加速階段；t2t3時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速保持n2=80r/min恒速，為高速軋制階段；t3t4時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速從n2降至n3=20r/min(n3為軋件的拋出速度)，為負載減速階段；t4t5時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速從n3降至0，為空載減速階段。4.3.4 純軋時間的確定多邊形（梯形

50、）面積：12n2n2a+n2t3-t2+12n2n2b=n122a+n322b+60LD (4.11)12×80×8040+80×3.4+12×80×8060=2022×40+2022×60+60×10000480=405.33mm2等速軋制時間：t3-t2=1n260LD+n122a+n322b-a+bn222ab (4.12)=180×60×10000480+2022×40+2022×60-40+60×8022×40×60=3.4s加速軋制時

51、間：t2-t1=n2-n1a=80-2040=1.5s (4.13)減速軋制時間：t4-t3=n2-n3b=80-2060=1s (4.14)純軋時間：tz=t4-t1=t2-t1+t3-t2+t4-t3=1.5+1+3.4=5.9s (4.15)4.3.5 溫度制度的確定溫度是影響鋼板組織和性能的最主要因素，要控制組織和性能，就必須首先在生產(chǎn)過程中控制溫度制度。鋁合金熱軋的工藝制度主要包括熱軋溫度、熱軋速度、熱軋壓下制度等，根據(jù)設(shè)備能力和控制水平合理制定熱軋軋制制度有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，保證設(shè)備安全運行。熱軋溫度熱軋溫度包括開軋溫度和終軋溫度。（1）開軋溫度合金的平衡相圖

52、、塑性圖、變形抗力圖、第二類再結(jié)晶圖是確定熱軋開軋溫度范圍的依據(jù)。合金的塑性圖在一定程度上反映了金屬的高溫塑性情況，它是確定熱軋溫度范圍的主要依據(jù)。根據(jù)塑性圖可選擇塑性最高、強度最小的熱軋溫度范圍。理論上熱軋開軋溫度取合金熔點溫度的0.850.90倍，但應(yīng)考慮低熔點相的影響。熱軋溫度過高，容易出現(xiàn)晶粒粗大，或晶間低熔點相的熔化，導致加熱時鑄錠過熱或過燒，熱軋時開裂。由于鋁的熔點低，所以開軋溫度為400。（2）終軋溫度鋁合金熱軋的終軋溫度是根據(jù)合金的第二類再結(jié)晶圖確定的，塑性圖不能反映熱軋終了金屬的組織與性能。鋁及鋁合金在熱軋開坯軋制時的終軋溫度一般都控制在再結(jié)晶溫度以上。當對熱軋產(chǎn)品組織性能有

53、一定要求時，必須根據(jù)第二類再結(jié)品圖確定終軋溫度。終軋溫度要保證產(chǎn)品所要求的性能和晶粒度。溫度過高晶粒粗大，不能滿足性能要求，而且繼續(xù)冷軋會產(chǎn)生軋件表面橘皮和麻點等缺陷，當冷軋加工率較小時，還難以消除。終軋溫度過低引起金屬加工硬化，能耗增加，再結(jié)晶不完全導致品粒大小不均及性能差。終軋溫度還取決于相變溫度，在相變溫度以下，將有第二相析出，其影響由第二相的性質(zhì)決定。一般會造成組織不均，降低介金塑性，造成裂紋甚至開裂。終軋溫度一般取相變溫度以上2030。無相變的合金，終軋溫度可取合金的熔點溫度的0.650.70倍。為保證終軋溫度，采用多機架連軋是有效的工藝手段。表4.2 鋁合金熱軋開軋溫度和終軋溫度6

54、合 金熱粗軋軋制溫度/開軋溫度終軋溫度1×××系420500350380（3）加熱爐參數(shù)選用步進式加熱爐爐子用途：板坯軋制前加熱加熱爐尺寸：14m×45m板坯規(guī)格： 鋼的規(guī)格：11.2mm×1250mm×10000mm鋁的規(guī)格：2.8mm×1250mm×10000mm板坯最大質(zhì)量/t：1.2爐子生產(chǎn)率th：180板坯裝爐溫度/：常溫板坯出爐溫度/：400加熱時間h：2.03燃料：焦爐煤氣爐子熱效率：48.79%4.3.6 變形制度的確定（1）變形程度的計算由塑性變形原理可知：當用絕對變形量表示，絕對變形量為軋制前后，軋件絕對尺寸之差表示的變形量就稱為絕對變形量，h=H-h=20-14=