авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка устройств и технологии для получения проволоки из силуминов с применением методов совмещенной обработки

На правах рукописи

СОКОЛОВ Руслан Евгеньевич

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ПРОВОЛОКИ ИЗ СИЛУМИНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДОВ

СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.16.05 – Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Красноярск - 2010

Работа выполнена на кафедре ОМД института цветных металлов и ма териаловедения ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

(г. Красноярск)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Сидельников Сергей Борисович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Гун Игорь Геннадьевич.

кандидат технических наук, академический советник СО РИА Мотков Михаил Георгиевич ГОУ ВПО «Сибирский государст

Ведущая организация:

венный индустриальный универси тет»

Защита состоится «08» октября 2010 г. в 14.00 часов на заседании дис сертационного совета Д212.099.10 в ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: 660025, г. Красноярск, пр. Красноярский рабочий, 95, ауд. 212 л.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Автореферат разослан «08» сентября 2010 г.

Ученый секретарь Гильманшина Т. Р.

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

* Актуальность работы.

Алюминий и его сплавы, благодаря своим уникальным технико эксплуатационным характеристикам, занимают большое место в современ ной промышленности. Наличие таких свойств, как высокая электропровод ность и коррозионная стойкость в сочетании с небольшим весом, привели к тому, что алюминий и его сплавы нашли широкое применение в машино строении, электроэнергетике, транспорте, авиации и других отраслях про мышленности. Особое место в структуре производства полуфабрикатов из алюминия и его сплавов занимает проволока, которая применяется для изго товления линий электропередач, электротранспортных тросов, кабелей, элек тродов, присадочных прутков, сварочной проволоки и др. В последнее время возникла большая потребность в сварочной проволоке из силуминов, обу словленная высокими механическими и коррозионными свойствами этих сплавов. Данная продукция широко применяется в военной, космической и авиационной промышленности для сварки конструкций летательных аппара тов и находит широкое применение при заварке дефектов в литейном произ водстве. Высокая стоимость полуфабрикатов из силуминов, обусловленная большой трудоемкостью производства, сдерживает их широкое применение в других отраслях промышленности и делает актуальной проблему разработки новых технологий получения деформированных изделий из них.

Представленная работа выполнялась в рамках научной программы Минобразования России «Инновационная деятельность высшей школы»

(2003 г.) по проекту №03.01.30 «Разработка и создание опытно промышленного образца модульного агрегата прокатки-прессования интег рированной литейно-прессовой линии для производства длинномерных изде лий из цветных металлов и сплавов», гранта Президента РФ №НШ 2212.2003.8 (2003-2005 гг.) на поддержку молодых российских ученых и ве дущих научных школ, научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 г.), подпрограммы № 2 «Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники», проекта №52633, проекта «Разработка технологий и устройств для производства со вмещенными методами изделий из новых материалов на основе сплавов цветных металлов и исследование их свойств» по программе развития СФУ на 2007–2010 год «Поддержка на конкурсной основе разработок по научно методическому обеспечению образовательного процесса по приоритетным областям развития СФУ», молодежных грантов СФУ 2007-2009 годов, а так же грантов 2009 – 2010 годов Красноярского краевого фонда поддержки на учной и научно-технической деятельности.

* Диссертация выполнена при научной консультации доцента, д. т. н.

С.В. Беляева.

Цель и задачи исследований.

Разработка комплекса технических и технологических решений для создания новой технологии производства сварочной проволоки из силуминов на основе применения методов совмещенной обработки.

Для достижения этой цели предусматривалось решение следующих задач:

моделирование и исследование формоизменения металла и темпера турно-скоростных условий при асимметричном процессе совмещенной про катки-прессования (СПП);

изучение геометрического очага деформации и экспериментальные исследования технологических и энергосиловых параметров процесса полу чения прутков из сплавов АК5 и АК12 на установке СПП – 200;

проведение исследований структуры и свойств полуфабрикатов из алюминиево-кремниевых сплавов, полученных совмещенными методами обработки;

разработка новых технических решений и технологии производства сварочной проволоки из сплава АК12;

создание программного обеспечения для сопровождения технологии совмещенной обработки металла и проектирования валкового и прессового инструмента.

Научная новизна полученных результатов.

1. С помощью компьютерного моделирования и теоретического анали за определены условия принципиальной реализуемости асимметричного процесса СПП и получены зависимости нейтральных углов на валках разного диаметра от геометрических параметров очага деформации (соотношения радиусов, дуг захвата валков и др.) и степени высотной деформации при про катке.

2. Решена задача по определению температуры металла вдоль очага деформации с учетом разности диаметров валков, условий охлаждения рабо чего инструмента и установлены закономерности ее изменения в зависимо сти от параметров очага деформации при СПП.

3. Получены экспериментальные данные по механическим свойствам литых и деформированных полуфабрикатов, изготовленных с применением электромагнитного кристаллизатора и установки совмещенной прокатки прессования из алюминиево-кремниевых сплавов АК5 и АК12.

4. Установлены закономерности изменения энергосиловых характери стик и температурно-скоростных условий процесса асимметричной прокат ки-прессования для обработки силуминов.

Практическая ценность работы.

1. Создана методика компьютерного моделирования процесса асим метричной прокатки-прессования с применением программного комплекса DEFORM 3D.

2. Разработан комплекс технических решений, защищенных патентами № 67492, 68387, 70828, 73245, 2334574, 2335385.

3. Получены регрессионные зависимости для расчета энергосиловых параметров процесса СПП при обработке сплавов АК5 и АК12.

4. Разработаны технологические режимы, обеспечивающие при задан ных температурно-скоростных и деформационных параметрах процесса рег ламентированную структуру и свойства сварочной проволоки из силуминов.

5. Создано программное обеспечение для автоматизированного проек тирования инструмента и технологии производства деформированных полу фабрикатов с применением совмещенных методов обработки.

Реализация работы в промышленности.

Опытная партия сварочной проволоки Св. АК12, полученная по разра ботанной технологической схеме, включающей литье в электромагнитный кристаллизатор, совмещенную прокатку-прессование и волочение, прошла промышленную апробацию в ФГУП «НПО «Прикладная механика» (г. Же лезногорск). Установлено, что данная продукция пригодна для пайки волно водных трактов из алюминиевых сплавов и соответствует требованиям ТУ 1 808-274-2003.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы изложены и обсужде ны на ежегодных традиционных Всероссийских научно-технических конфе ренциях университета цветных металлов и золота с 2005-2007 гг. и СФУ – 2010 гг.;

на Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука.

Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2007 г.);

на VI Международной на учно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2008 г.);

на 67 Международной научно-технической конференции МГТУ им.

Носова (г. Магнитогорск, 2009 г.).

Публикации.

Результаты диссертационной работы отражены в 18 публикациях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Содержит страниц машинописного текста, 77 рисунков, 21 таблицу, библиографиче ский список из 121 наименования и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описаны цель и задачи исследования, показаны акту альность и прикладное значение работы.

В первой главе проанализированы литературные данные об основ ных тенденциях развития промышленного производства прессованной про дукции малого поперечного сечения и проволоки из алюминиевых сплавов.

Одной из них является применение совмещенных процессов обработки ме талла, позволяющих получить технические и экономические преимущества за счет снижения количества циклов технологии изготовления таких изделий.

Существующие технологии производства пресс-изделий малого попе речного сечения на горизонтальных гидравлических прессах имеют ряд не достатков, основные из которых связанны с дискретностью (прерывностью) и высокой энергоемкостью процесса. С другой стороны существует ряд спосо бов непрерывного прессования, таких как Конформ, Лайнекс и Экстроллинг, которые характеризуются высоким выходом годного, низкими энергозатра тами в сравнении с традиционными методами прессования, и возможностью деформации непрерывно-литой заготовки за один цикл обработки.

В работах зарубежных и российских ученых, Б. Авитцура, Р. Гржиба, В.Л. Бережного, М.С. Гильденгорна, Ф.С. Гилевича, Н.Н. Довженко, В.Н.

Корнилова В.Н. Перетятько и др. были предложены технические решения, позволяющие реализовать различные варианты процесса совмещенной про катки-прессования и расширить технологические возможности процесса при получении длинномерных изделий из различных металлов и сплавов. Вместе с тем применение СПП для получения прессованных полуфабрикатов малого поперечного сечения из труднодеформируемых алюминиево-кремниевых сплавов, таких как АК5 и АК12, изучено мало и требует проведения допол нительных теоретических и экспериментальных исследований.

В ряде работ (Д. Ю. Горбунова и др.) для получения данной продукции предлагается использовать технологию, включающую на первом этапе по вышение пластических свойств литых заготовок за счет применения ком плексного легирования алюминиево-кремниевых сплавов в сочетании с по вышенными скоростями охлаждения при литье и прессование на гидравличе ских прессах литых заготовок на втором этапе. Однако такой способ техно логически выгоден при больших объемах производства продукции и доста точно трудоемок, так как включает большое количество металлургических переделов с использованием многочисленных операций деформации и тер мообработки.

В то же время современный уровень развития технологий литья с ис пользованием электромагнитного кристаллизатора (ЭМК) позволяет полу чать заготовки небольших размеров с повышенными пластическими свойст вами, идеально подходящих для процесса совмещенной обработки трудно деформируемых сплавов.

На основе рассмотренных вопросов и сделанных выводов сформули рованы задачи исследований.

Во второй главе представлены результаты моделирования и теоре тических исследований закономерностей изменения параметров очага де формации и температурных условий процесса асимметричной прокатки прессования. Проведено компьютерное моделирование формоизменения и температурных условий процесса при помощи программного комплекса DE FORM 3D. Анализ формоизменения металла (рис.1) показал, что в зоне про катки узлы координатной сетки, располагающиеся на контактной поверхно сти с валками, опережают центральные слои металла (рис. 1 б). После верти кальной оси, проходящей через центры валков, скорости узлов сетки на пе риферии и в центре заготовки постепенно выравниваются и становятся оди наковыми (рис. 1 в, г). Далее картина течения металла соответствует тради ционному процессу прессования, то есть узлы сетки центральных слоев ме талла вследствие сравнительно большой степени деформации при прессова нии начинают значительно опережать приконтактные слои металла. Величи на мертвых зон при этом незначительна.

а б г в а – исходная сетка на недеформированной заготовке;

б – сетка при установившемся процессе;

в – стадия начала распрессовки;

г – стадия распрессовки и начала выдавливания пресс-изделия Рис. 1. Формоизменение металла на различных стадиях процесса СПП При моделировании температурных условий асимметричного процес са СПП было выявлено, что на начальной стадии процесса заготовка охлаж дается за счет контакта с валками, затем происходит ее разогрев за счет вы деления деформационного тепла на стадиях прокатки и прессования (рис. 2).

Рис. 2. Моделирование температурных условий асимметричного процесса СПП Таким образом, одним из принципиальных выводов, полученных при моделировании, является тот факт, что на контактных поверхностях валков, как в зоне прокатки, так и в зоне распрессовки действуют активные силы трения, величина которых и определяет возможность реализации процесса СПП.

Проведены теоретические исследования реализуемости асимметрич ного процесса СПП на базе применения метода баланса мощностей. В соот ветствии с ним мощность, подводимая валками за счет сил трения, должна быть больше, либо равной мощности, затрачиваемой на выдавливание метал ла через канал матрицы. В результате теоретического анализа было получено выражение для определения реализуемости процесса, названное коэффици P P ентом реализуемости К у = 1 100%, где P1 – усилие, подводимое вал P ками за счет сил трения, P2 – усилие, необходимое для выдавливания металла через отверстие матрицы, – коэффициент, характеризующий отношение текущей скорости металла к скорости валков. Установлено (рис. 3), что для гарантированного протекания процесса СПП для силуминов степень дефор мации при прокатке должна быть не менее =50% (рис.3 а), причем, чем больше вытяжка при прессовании, тем величина должна быть выше (рис.

3 б).

Рис. 3. Результаты расчета реализуемости процесса СПП для различных степеней высотной деформации = 50% (а), = 70% (б) и величине коэффициента вытяжки при прессовании Для анализа процесса СПП с учетом асимметрии путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия и условия пластичности решена задача по поиску нейтральных углов 1 и 2, определяющих протя женность зон действия активных и реактивных сил трения на валках. Полу чены следующие формулы для их расчета:

для валка с выступом R2 2 h 1 1 = 2 [1+ 1 (2 + cos + K cos )] + ( p11 p11 ) + (1 + K1 ) + 2 R11 2b 81 (1) R2 R Rh P + ( p22 p22 ) + 2 2 (2 + K2 ) + 2 1 (2 cos + K2 cos ) 2, 2 8R11 4R11 2R1b 4R11b для валка с ручьем R Rh Rh 2 = 1 ( p1 1 p1 1 ) + 2 2 1 ( 2 + K 2 ) 2 1 ( 2 cos + K 2 cos ) 2 8R1 1 2 R1 1b 2 R1b (2) b, cos + cos h(1 ) где i, i, i - центральные углы захвата, положения матрицы и по верхности реактивного трения на валках;

1, 2 – касательные напряжения на контактных поверхностях валков и деформируемого металла;

pi, pi – нормальные контактные напряжения на валках в зоне прокатки и прессова ния;

b - ширина закрытого калибра;

2 + = arctg[ (3) ], 2(1 + h1 2 R2 ) 2 + = arctg[ (4) ];

2(1 + h1 2 R2 ) Р2 – усилие для выдавливания металла через матрицу, определяемое по формуле 2tg ( ПР 2) + 1 ]Fм S ln, Р2 = [ (5) sin ПР ПР – угол наклона образующей упругой зоны при прессовании про филя диаметром d через матрицу высотой hматр ;

K = S S, (6) здесь S и S – величина сопротивления деформации металла в зо нах прокатки и прессования соответственно.

Схема к расчету параметров очага деформации при совмещенной про катке-прессовании представлена на рис. 4.

С использованием формул (1) и (2) получены массивы данных расчет ных параметров во всем диапазоне варьируемых факторов. Так для случая прокатки-прессования на установке СПП 200, геометрический очаг деформа ции которого показан на рис. 4, эти параметры составили: 1=12,55, 2=16,8, 1 =8°55, 2 =16°05. Сравнение расчетных значений и результатов экспери ментальных исследований показало, что полученную аналитическую модель можно рекомендовать для выполнения практических расчетов параметров процесса СПП.

Рис. 4. Схема к расчету размеров очага деформации при совмещенной прокатке-прессовании С использованием полученной модели путем решения одномерной краевой задачи теплопроводности при граничных условиях второго и четвер того рода, получены зависимости для расчета изменения температуры метал ла и инструмента при различных условиях прокатки-прессования сплавов АК5 и АК12 без учета и с учетом охлаждения инструмента. Результаты рас четов по длине очага деформации, определяемой отношением длины каждой характерной зоны Li к его общей протяженности L, представлены на рис. 5.

Анализ приведенных графиков подтвердил закономерности изменения температурных условий, характерных для СПП, полученных при моделиро вании, и позволил выявить оптимальный интервал температур подогрева инструмента (до 150°С) и охлаждения матрицы (на 20-50°С), при котором процесс деформации будет гарантировано реализован. При несоблюдении этих условий пресс-изделие будет иметь высокую выходную температуру, что может привести к снижению качества продукции вплоть до появления брака (температурных трещин).

В третьей главе представлены результаты экспериментальных ис следований процесса получения деформированных полуфабрикатов из силу минов с использованием метода совмещенной прокатки-прессования и воло чения.

Исследования проводились на литых заготовках, полученных в элек тромагнитном кристаллизаторе, из сплавов марок АК5 и АК12, химические составы которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав сплавов АК5 и АК Марка сплава Al Mg Mn Ti Fe Cu Si Zn АК12 Основа 0,2 0,01 0,07 0,24 0,03 12,6 0, АК5 Основа 0,01 0,02 0,10 0,33 0,03 5,3 0, Рис. 5. Результаты расчета температурных условий обработки методом СПП для сплава АК12:

а – зависимость расчетной температуры металла на выходе из матрицы от начальной температу ры нагрева валков и температуры нагрева заготовки (Тз) для сплава АК12;

б – зависимость расчетной температуры валков от относительной длины очага деформации и скорости деформа ции при температурах заготовки Тз=480 и 550 0С ;

в – зависимость расчетной температуры ме талла от относительной длины очага деформации Li L и скорости деформации при температу рах заготовки Тз=480 и 550 0С;

В ходе исследований варьируемыми факторами являлись: температура (Т), скорость деформации () и коэффициент вытяжки (), рассчитываемый как = Fзаг Fизд, где Fзаг и Fизд соответственно площадь поперечного сечения заготовки и прессованного полуфабриката. С целью получения ком плекса экспериментальных данных для регрессионного анализа результатов теоретических исследований и моделирования процесса СПП каждый из этих факторов варьировался в заданном диапазоне значений. Температура изменя лась от 480 до 550 °С, скорость деформации от 0,74 до 1,49 с-1, вытяжка от 4, до 14,3. Замеряемыми параметрами являлись усилие, действующее на мат рицу и на валки в процессе деформации металла.

Методика экспериментальных исследований заключалась в следую щем. На первом этапе исследований при помощи ЭМК получали литые заго товки из сплавов АК5 и АК12 диаметром 15 мм. Анализ их микроструктуры при различном увеличении показал, что эвтектика имеет тонкодифференци рованное строение, а частицы кремния в ней настолько дисперсные, что не различимы даже при увеличении 1500 крат (рис. 6).

а б Рис. 6. Микроструктура литого прутка из сплава АК12:

а – увеличение 500 крат, б – увеличение 1500 крат Таким образом, слитки, полученные с помощью ЭМК, обладают по вышенными пластическими свойствами и могут подвергаться обработке дав лением при достаточно больших степенях деформации. На полученных ли тых заготовках проводили замеры микротвердости и определяли механиче ские свойства, данные по которым представлены в четвертой главе.

На втором этапе для экспериментальных исследований и моделирова ния процессов совмещенной обработки использовалась установка СПП-200, в составе которой имелся электродвигатель переменного тока мощностью КВт со скоростью вращения 900 об/мин, коробка передач, двухступенчатый редуктор с передаточным числом i=40 и максимальным моментом на выход ном валу 10 кНм, шестеренная и прокатная клети. Установка была оснащена тензометрической аппаратурой и обеспечила проведение ряда экспериментов по изучению влияния варьируемых параметров на силовые условия процесса.

Результаты экспериментальных исследований по энергосиловым па раметрам процесса СПП приведены на рисунках 7 – 8.

В результате анализа опытных данных были сделаны выводы, под тверждающие общеизвестные положения теории обработки металлов давле нием и результаты исследований, выполненных ранее другими авторами, а именно:

- с увеличением температуры заготовки снижаются усилия на матрицу и валки;

- увеличение степени деформации при прессовании ведет к росту энер госиловых параметров процесса СПП;

- увеличение скорости деформации металла ведет к снижению усилия на валках и на матрице.

Рис. 7. Зависимость энергосиловых параметров процесса СПП от вытяжки (), температуры нагрева заготовки (Тз) и скорости деформации () сплава АК Рис. 8. Зависимость энергосиловых параметров процесса СПП от вытяжки (), температуры нагрева заготовки (Тз) и скорости деформации () сплава АК В результате последующей обработки массива экспериментальных данных получены регрессионные зависимости для определения энергосило вых параметров процесса СПП сплавов АК5 и АК12, имеющие вид:

1, T 515 lnµ 2, P = a0 + a1 + a2 + a3 + 35 1,18 0, lnµ 2,07 1, T 515 lnµ 2,07 (7) a12 + a23 + 35 1,18 1,18 0, T 515 1,115 T 515 lnµ 2,07 1, a31 + a123, 35 0,75 35 1,18 0, где Т температура нагрева заготовки, скорость деформации, коэффициент вытяжки, a0, a1, a2, a3, a12, a23, a31, a123 коэффициенты регрессии, значения которых представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения коэффициентов регрессии для расчета энергоси ловых параметров процесса СПП сплавов АК5 и АК Значения коэффициентов регрессии Усилие a0 a1 a2 a3 a12 a23 a31 a для сплава АК на валках 333,45 7,375 42,25 1,775 -20,85 -15,6 19,3 -19, на матрице 236,29 -13,7 51,6 21,3 -5,5 1,9 1,1 -0, для сплава АК на валках 391,79 12,463 38,44 -13,71 -7,44 -9,26 16,81 -12, на матрице 259,85 -1,9 33,2 -32,3 5,8 -7,7 -0,8 -0, Уравнения (7) прошли проверку на адекватность экспериментальным данным с использованием критерия Фишера и могут быть рекомендованы для расчета энергосиловых параметров процесса СПП для сплавов АК5 и АК12 при проектировании технологий и устройств совмещенной прокатки прессования силуминов На третьем этапе исследований полученный после СПП пруток под вергали волочению по режиму с изменением диаметров 7 – 5,5 – 4 – 3 – 2,7 – 2,4 – 2,2 – 2 (мм) без промежуточных отжигов и изготовили проволоку диа метром 2 мм. Для получения проволоки меньшего поперечного сечения (диаметром 1,4 мм) проводили отжиг по следующему режиму: температура нагрева T=400°С, время выдержки 1,5 часа. На рисунке 9 приведены микро структуры полученных полуфабрикатов, из которых видно, что структура мелкозернистая, а твердый раствор алюминия и эвтектика располагаются равномерно, при этом наблюдается ориентировка зерен вдоль оси деформа ции и отсутствуют дефекты.

а б в Рис. 9. Микроструктуры полуфабрикатов из сплава АК12 (х1500):

а – прессованный пруток (поперечное сечение) после СПП диаметром 7 мм, б – проволока (продольное сечение) после волочения диаметром 2 мм, в – проволока (продольное сечение) после отжига и волочения диаметром 1,4 мм Таким образом, проведенные экспериментальные исследования пока зали, что горячая обработка литой заготовки из ЭМК методом совмещенной прокатки-прессования и последующее волочение дало возможность получать проволоку с высоким уровнем механических свойств и мелкозернистой структурой, при реализации многократных деформаций без применения про межуточных отжигов.

В четвертой главе представлены новые технические решения по конструкции оборудования и инструмента и технологические решения по получению сварочной проволоки из силуминов на базе применения методов совмещенной обработки алюминиевых сплавов.

Установка для непрерывного литья, прокатки и прессования металла, защищенная патентом РФ №67492, является базовым техническим решением для разработки новой технологии получения проволоки из силуминов. Она (рис. 10) включает печь-миксер, электромагнитный кристаллизатор, правиль но-задающее устройство, деформирующий узел, устройство охлаждения и устройство намотки. Деформирующий узел состоит из валка с ручьем и валка с выступом, образующих рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с клиновидными полостями для охлаждения, а далее расположен деформирующий блок для калибровки пресс-изделий.

В процессе работы расплавленный металл из печи-миксера 1 поступа ет в электромагнитный кристаллизатор 2 и через питатели 3 закристаллизо вавшийся слиток с помощью правильно-задающего устройства 4 поступает в калибр, образованный валком с выступом 5 и валком с ручьем 6. Далее заго товка подвергается пластической деформации и экструдируется в виде пресс изделия через матрицу 7, поджатую гидроцилиндром 9. Матрица охлаждает ся с помощью хладогента, поступающего в клиновидные полости 8, а заго товка сматывается в бухту на устройстве намотки 12, пройдя перед этим ох лаждение в емкости узла охлаждения 10 и калибровочную обработку в бло ках 11.

Для увеличения производительности установки в электромагнитном кристаллизаторе 2 с помощью питателей 3 может быть получено одновре менно несколько заготовок по числу калибров на валках 5 и 6, при этом они экструдируются через матрицы 7, перекрывающие эти калибры, и обрабаты ваются далее с использованием необходимого количества гидроцилиндров 9, охлаждающих устройств 10, калибровочных блоков 11 и устройств для на мотки 12.

Кроме того, предложены различные варианты устройств, обеспечи вающих расширение технологических возможностей и повышение качества выпускаемой продукции. Например, для процессов, когда заготовка с тре буемым для обработки уровнем пластических свойств не может быть полу чена с помощью кристаллизатора, предлагается использовать установку для непрерывного литья, прокатки и прессования (патент РФ № 73245) которая включает печь-миксер наклонного типа с регулятором подачи расплава в ка либр валков, валок с ручьем и валок с выступом, расположенные в станине, имеющие полости для охлаждения и образующие закрытый калибр, перекры тый на выходе матрицей с клиновидными полостями для охлаждения.

а б 1 – печь-миксер, 2 – электромагнитный кристаллизатор, 3 – питатели, 4 – правильно-задающие устройства, 5 – валок с выступом, 6 – валок с ручьем, 7 – матрица, 8 – клиновидные полости, 9 – гидроцилиндры, 10 – узлы охлаждения, 11 – калибровочные блоки, 12 - моталки Рис. 10. Общий вид установки литья, прокатки и прессования (а) и ее вид сверху (б) С целью автоматизации процессов проектирования оснастки и обору дования для применяемых методов совмещенной обработки, а также техно логических расчетов параметров процесса деформации, с использованием среды объектно-ориентированного программирования Delphi 7.0 создано программное обеспечение. Оно включает имитационные модели установок совмещенной обработки, модели аналитического определения реализуемости процесса СПП и расчета энергосиловых параметров, а также блоки проекти рования прессового и валкового инструмента.

Технические решения и разработанное программное обеспечение вне дрены в учебный процесс ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный универси тет» и используются при обучении студентов специальности 150106 «Обра ботка металлов давлением».

На базе новых технических решений была разработана технология по лучения сварочной проволоки Св. АК12, которая состояла из следующих технологических переделов. На первом этапе при помощи ЭМК получали литую заготовку диаметром 15 мм с повышенными пластическими свойства ми. Далее полученные заготовки нагревались до температуры 550 °С и под вергались СПП со скоростью деформации =0,74 с-1 и вытяжкой µ=7,3. На последнем этапе полученный пруток диаметром 7 мм подвергали холодной обработке методом волочения для получения проволоки диаметром 2 мм.

Результаты механических испытаний на каждом из этапов технологической обработки представлены в табл. 3, при этом следует отметить, что пластиче ские и прочностные свойства полученных литых заготовок значительно пре вышают требования ГОСТ Р 50511-93, что позволяет получить деформируе мые полуфабрикаты заданных размеров.

На базе проведенных исследований были получены и переданы на ФГУП «НПО «Прикладная механика» (г. Железногорск) опытные партии сварочной проволоки Св. АК12, предназначенной для пайки волноводных трактов, применяемых в космической и авиационной технике. В результате испытаний было установлено, что проволока марки Св. АК12, полученная по предлагаемой технологии, соответствует требованиям ТУ 1-808-274-2003 и может быть использована в производстве, что подтверждено актом опытно промышленной апробации и актом внедрения.

Таблица 3 – Механические свойства литой заготовки, прутка и проволоки из сплавов АК5 и АК Механические свойства Марка Вид изделия в, МПа, % сплава литая заготовка диаметром 15,0 мм 270,0 15, пруток диаметром 7,0 мм 280,3 9, АК5 проволока диаметром 3,0 мм;

382,0 4, проволока диаметром 2,6 мм;

376,7 4, проволока диаметром 2,0 мм;

413,8 2, литая заготовка диаметром 15 мм 290,8 14, пруток диаметром 7,0 мм 201,1 20, АК12 проволока диаметром 3,0 мм;

402,2 4, проволока диаметром 2,5 мм;

425,1 3, проволока диаметром 2,0 мм;

445,7 1, Таким образом, в результате проведенных исследований была разра ботана и внедрена новая технология производства сварочной проволоки из силуминов на основе применения совмещенных методов обработки. Исполь зование данной технологии позволило существенно снизить себестоимость производства продукции за счет минимизации количества операций и полу чить качественные деформированные изделия малого поперечного сечения из малопластичных алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

В заключении представлены основные выводы и результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. С использованием результатов компьютерного моделирования фор моизменения металла и теоретических методов исследований определены условия реализуемости и установлены закономерности изменения основных параметров асимметричного процесса СПП, при этом получены зависимости изменения нейтральных углов на валках разного диаметра от соотношения радиусов и дуг захвата валков, а также степени высотной деформации.

2. Решена одномерная краевая задача теплопроводности по определе нию температуры металла вдоль очага деформации с учетом разности диа метров валков и испарительного охлаждения рабочего инструмента (матрицы и валков), а также установлены закономерности ее изменения от параметров очага деформации для исследуемых сплавов АК5 и AК12, при этом результа ты компьютерного моделирования подтверждают полученные закономерно сти.

3. Проведены экспериментальные исследования по реализации асим метричной прокатки-прессования с использованием литых заготовок из спла вов АК5 и АК12, изготовленных при помощи электромагнитного кристалли затора, и получены опытные данные по технологическим и энергосиловым параметрам процесса.

4. Экспериментально установлены общие закономерности влияния температуры заготовки, вытяжки и скорости деформации на энергосиловые параметры асимметричного процесса СПП при деформировании силуминов.

5. Получены регрессионные формулы для определения усилий, дейст вующих на матрицу и валки для исследуемых сплавов, и представлены гра фические зависимости этих параметров процесса от варьируемых факторов.

6. Поведены металлографические исследования структуры и определе ны механические свойства литых и деформированных полуфабрикатов из сплавов АК5 и АК12 на разных этапах совмещенной обработки.

7. Разработаны новые технические решения и технология производства сварочной проволоки из сплава AК12, а также программное обеспечение для ее сопровождения, внедренные в учебный процесс и производство.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ 1. Соколов, Р. Е. Подсистема САПР непрерывного прессования [Текст] /Р.Е. Соколов // Совершенствование технологии производства цветных ме таллов: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конферен ции студентов, аспирантов и молодых ученых / Сост.: Сувейзда В. В.;

ГУО ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2005. - с 2. Соколов, Р. Е. Исследование процесса совмещенной прокатки прессования алюминиевых сплавов [Текст] /Р. Е. Соколов, Д. В. Кравцов // Совершенствование методов поиска и разведки технологий добычи и перера ботки полезных ископаемых: Сборник материалов Межрегиональной научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Сост.:

Сувейзда В. В.;

ГУО ВПО «ГУЦМиЗ». - Красноярск, 2006. - с. 212-213.

3. Соколов, Р. Е. Проектирование технологии непрерывного прессова ния пресс-изделий малого сечения из силуминов [Текст] /Р. Е. Соколов, Ю. Г.

Востоков, Д. С. Ворошилов // Совершенствование технологий производства цветных металлов: Сборник материалов Межрегиональной научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Сост.:

Сувейзда В. В.;

ИЦМиЗ СФУ. - Красноярск, 2007. - с. 196-197.

4. Соколов, Р. Е. Разработка устройств и технологий совмещенной об работки труднодеформируемых сплавов алюминия [Текст] / Р. Е. Соколов, Е.

С. Лопатина, Д. С. Ворошилов, П. О. Широков// Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно-технической конфе ренции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 7 ч. Сост.: Сувейзда В.

В.;

МИОЦ ВПО «СФУ». - Красноярск, 2008. - с. 159-161.

5. Соколов, Р. Е. Экспериментальные исследования совмещенных процессов получения прутков из различных алюминиевых сплавов [Текст] / Д. С. Ворошилов, Р. Е. Соколов, Р. И. Галиев, С. В. Туманов Молодежь и наука: начало XXI века: Сборник материалов Всероссийской научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 7 ч.

Сост.: Сувейзда В. В.;

МИОЦ ВПО «СФУ». - Красноярск, 2008. -с. 161-164.

6. Соколов Р. Е. Разработка новой технологии комбинированной обра ботки силуминов [Текст] / С. Б. Сидельников, Н.Н. Довженко, Ю. А. Горбу нов, Д. Ю. Горбунов, Е. С. Лопатина, Р. Е. Соколов // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета. Выпуск 5(12). Красно ярск, 2006, с. 233-235. (рецензируемое издание).

7. Соколов Р. Е. Проектирование инструмента и технологии для прес сования полых профилей комбинированными методами обработки [Текст] / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, Р. Е. Соколов, А. С. Пещанский, С. А.

Плетюхин // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического уни верситета. Выпуск 5 (12). Красноярск, 2006, с. 235-238. (рецензируемое из дание).

8. Соколов Р. Е. Исследование возможности применения процесса со вмещенной прокатки-прессования для получения деформированных изделий из силуминов [Текст] / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довженко, Р. Е. Соколов, Е.

С. Лопатина, И. С. Гоголь, Р. И. Галиев, С.В. Беляев // Стратегические при оритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: Сборник материалов Международной НПК. - Красноярск, 2006, с.228 -230.

9. Соколов Р. Е. Моделирование тепловых условий процесса совме щенной прокатки-прессования [Текст] / Н. Н. Довженко, С. Б. Сидельников, И. Н. Довженко, С. В. Беляев, Р. Е. Соколов // Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: Сборник материалов Международной НПК. - Красноярск, 2006, с. 227 - 228. Довженко Н. Н., Дов женко И. Н., Беляев С. В., Соколов Р. Е.

10. Соколов Р. Е. Новые технологии и оборудование для обработки цветных металлов и сплавов [Текст] / Н. Н. Довженко, С. Б. Сидельников, В.

Н. Тимофеев, И. Н. Довженко, М. В. Первухин, Р. Е. Соколов, Е. С. Лопатина // Моделирование и развитие процессов ОМД. Межрегиональный сб. науч.

трудов. - Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГТУ», 2007.- с.259 -262.

11. Соколов Р. Е. Современные технологии и устройства для обработ ки труднодеформируемых сплавов цветных металлов [Текст] / С. Б. Сидель ников, Н. Н. Довженко, Р. Е. Соколов, И. Н. Довженко, С. В. Беляев, А. А.

Катарева // Материалы и технологии XXI века. Сборник статей VI Междуна родной научно-технической конференции.- Пенза, 2008. - с. 86 - 88.

12. Соколов, Р. Е. Разработка устройств и технологии для получения проволоки из труднодеформируемых алюминиевых сплавов с применением методов совмещенной обработки [Текст] / С. Б. Сидельников, Н. Н. Довжен ко, Р. Е. Соколов, С. В. Беляев, Е. С. Лопатина, Н. А. Барков, Д. С. Вороши лов // Вестник Магнитогорского государственного технического университе та им. Г. И. Носова. – Магнитогорск, 2009. - №4 – С. 30 – 34. (рецензируемое издание).

13. Патент РФ № 67492. Установка для непрерывного литья, прокатки и прессования [Текст] / Сидельников С. Б., Довженко Н. Н., Тимофеев В. Н., Соколов Р. Е., Первухин М. В., Беляев С. В., Пещанский А. С., Телегин А. В., Виноградов О. О. Опубл. 27.10.2007, Бюл. №30.

14. Патент РФ №68387. Устройство для непрерывного литья и прессо вания полых профилей [Текст] /Беляев С. В., Сидельников С. Б., Довженко Н.

Н., Соколов Р. Е., Плетюхин А. С., Телегин А. В., Киселев А. Л. Опубл.

27.11.2007, Бюл. №33.

15. Патент РФ №2334574. Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей [Текст] / Сидельников С. Б., Беляев С. В., Довженко Н. Н., Соколов Р. Е., Пещанский А. С., Плетюхин С. А., Рудницкий Э. А.

Опубл. 27.09.2008, Бюл. №27.

16. Патент РФ № 70828. Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей [Текст] / Беляев С. В., Довженко Н. Н., Сидельников С. Б., Довженко И. Н., Соколов Р. Е., Телегин А. В., Разумкин В. В., Пещан ский А. С, Плетюхин С. А. Опубл. 20.02.2008, Бюл. №5.

17. Патент РФ №2335376. Устройство для непрерывнго литья, прокат ки и прессования профилей [Текст] / Сидельников С. Б., Беляев С. В., Дов женко Н. Н., Соколов Р. Е., Лопатина Е. С., Усков И. В., Столяров А. В., Ви ноградов О. О. Опубл. 10.10.2008, Бюл. №28.

18. Патент РФ №73245. Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов [Текст] / Сидельников С. Б., Дов женко Н. Н., Лопатина Е. С., Соколов Р. Е., Виноградов О. О., Пещанский А.

С., Беляев С. В. Опубл. 20.05.2008, Бюл. №14.

Подписано в печать _.

Формат 60х84/16. Уч.-изд. л. 2,0.

Тираж 100 экз. Заказ № Отпечатано в типографии ИПК СФУ 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а

 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.