Разработка и исследование непрерывного процесса прессования - волочения с целью получения изделий с ультрамелкозернистой структурой

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 12 Декабря 2013 в 20:30, автореферат

Описание работы

Актуальность работы. В связи с ростом цен на энергию и сырьевые ресурсы возрастает роль энергосберегающих технологий получения металлопродукции с относительно высокими качественными характеристиками, такие как механические и физические свойства металла. Эффект энергосбережения достигается рациональным использованием новейших методов обработки металлов как на промежуточной, так и на конечной стадии производства. Одним из главных направлений в области использования энергосберегающих технологий являются технологии интенсивной пластической деформации (ИПД).

Файлы: 1 файл

Автореферат.doc

— 1.51 Мб (Скачать файл)

На правах рукописи

 

 

 

 

АЗБАНБАЕВ ЭЛЬДАР МУРАТОВИЧ

 

 

 

РАЗРАБОТКА  И ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ – ВОЛОЧЕНИЯ С  ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ С  УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ

 

 

 

Специальность 6M0712 - Машиностроение

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание академической степени

магистра техники и  технологии

 

 

 

 

 

 

 

Темиртау 2011

Работа выполнена на кафедре «Обработка металлов давлением» Карагандинского государственного индустриального университета

 

 

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических  наук,

профессор     Найзабеков Абдрахман Батырбекович

 

 

РЕЦЕНЗЕНТ:

кандидат технических  наук,

доцент     Куликов Виталий Юрьевич

 

 

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: РГП Карагандинский государственный индустриальный университет» (г. Темиртау)

 

 

Защита диссертации  состоится 4 июля 2011 г. в 10:00 часов на заседании Государственной аттестационной комиссии Карагандинского государственного индустриального университета по адресу: 101400, г. Темиртау, пр. Республики, 1, каф. ОМД, ауд. 132

 

 

С диссертацией можно  ознакомиться на кафедре ОМД КГИУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ученый секретарь 

диссертационного совета     Иванов С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

 

Актуальность  работы. В связи с ростом цен на энергию и сырьевые ресурсы возрастает роль энергосберегающих технологий получения металлопродукции с относительно высокими качественными характеристиками, такие как механические и физические свойства металла. Эффект энергосбережения достигается рациональным использованием новейших методов обработки металлов как на промежуточной, так и на конечной стадии производства. Одним из главных направлений в области использования энергосберегающих технологий являются технологии интенсивной пластической деформации (ИПД).

За последние несколько  десятилетий, технологии (ИПД) привлекают большой интерес для производства ультрамелкозернистых (УМЗ) материалов. УМЗ материалы – поликристаллические материалы со средним размером зерна менее 10 мкм. Для объемных УМЗ материалов предъявляются требования высокой изотропности, однородности с равноосными зернами, границы разориентировки которых, преимущественно высокоугловые. При этих условиях достигается высокая прочность при высокой пластичности обрабатываемого материала.

В условиях дефицита энергетических и сырьевых ресурсов актуальна проблема энергосберегающих технологий. Проблема ресурсосберегающих способов получения материалов со свойствами, сочетающие одновременно высокую прочность и пластичность, в условиях использования относительно простых и недорогих устройств, позволяющих затрачивать минимально возможное количество времени при обработке изделий является весьма актуальной. Уже известны некоторые результаты применения методов ИПД в тяжелой промышленности, позволившие снизить затраты на энергетические ресурсы на 20-30%.

Традиционные технологии деформирования, такие как волочение и холодная прокатка также сопровождаются измельчением структуры. Однако, в основном, субструктура имеет ячеистый характер с зернами удлиненными в направлении волочения или прокатки, также, содержащая высокую долю малоугловых границ. С другой стороны, материал, полученный ИПД, содержит зернистую структуру, с относительно мелкими зернами, с высокими углами разориентировки. Данный факт также благоприятно сказывается на динамике рекристаллизации, и таким образом на термостабильности. К тому же, часто ИПД проходит при низких температурах (окружающей среды), что делает  ее более привлекательной.

Наиболее успешным методом  ИПД на сегодняшний день является метод равноканального углового прессования/экструзии (РКУП/РКУЭ), разработанный в 1970 гг. Данный процесс имеет огромный потенциал для получения УМЗ структуры с однородной равноосной структурой с границами зерен, в которых преобладает высокоугловая разориентировка. При этом методе заготовка сохраняет изначальные размеры. Также важно отметить то, что для получения заданной структуры, необходимо выбирать определенные маршруты между проходами. Однако недостаток процесса состоит в его дискретности, т.е. невозможности обработки изделий относительно большой  длины из-за потери устойчивости давящим пуансоном. Следовательно, есть возможность устранения данного недостатка и вести процесс непрерывно. До недавнего времени стали известны некоторые попытки, в рамках которых удалось решить, частично, данную проблему, посредством таких процессов, как равноканальное угловое волочение РКУВ, непрерывное рифление и правка, аккумулирующая прокатка. Эти процессы основаны на традиционном методе прокатки. В данной работе, сделаны попытки совмещения двух этих процессов: равноканального углового прессования и равноканального углового волочения. Предполагается, что этот метод позволит реализовывать сдвиговую деформацию, близкую к РКУП при этом сохраняется непрерывность процесса, как при волочении.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

    • оценка возможности совмещения способов РКУП и РКУВ;
    • сравнение характеристик предложенного процесса РКУП-В с существующими процессами РКУП и РКУВ на основе математического конечно-элементного моделирования;
    • выбор оптимальных параметров совмещенного процесса равноканального углового прессования – волочения РКУП-В;
    • исследование напряженно-деформированного состояния при РКУП-В;
    • исследование влияния количества проходов, угла пересечения каналов и закруглений на стабильность процесса РКУП-В и возможность получения требуемых свойств обрабатываемого изделия.

Научная новизна.

  1. Предложен и научно обоснован новый совмещенный способ равноканального углового волочения с традиционным волочением, также в рамках работы предложен совмещенный способ прессования – волочения, позволяющий деформировать металлические изделия различного поперечного сечения без изменения поперечного сечения;
  2. Разработана технология равноканального углового волочения;
  3. Получено регрессионное уравнение получения ультрамелкозернистой сруктуры при совмещенном процессе равноканального углового волочения и традиционного волочения;
  4. С привлечением методов статистической обработки результатов эксперимента достигнута область оптимума условий совмещенного процесса РКУВ с традиционным волочением.

Практическая значимость.

    1. Разработана и опробована технологическая схема производства алюминиевой проволоки марки А0 с ультрамелкозернистой структурой; отличающейся тем, что процесс равноканального углового волочения включается в производственный процесс на уровне волочения и обеспечивающий повышенные технологически свойства проволоки.
    2. Разработана рабочая конструкция инструмента для реализации процесса РКУВ, позволяющий формировать УМЗ структуру проволоки.
    3. Показана эффективность процесса по сравнению с обычным волочением.

Реализация  работы.

Основные идеи и результаты работы используются при разработке новых технологических схем деформации волочением на стане В – 1/550М.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международном научно-практическом семинаре «Уральская научно-педагогическая школа по обработке металлов давлением имени А.Ф. Головина. Модернизация и инновации в металлургии и машиностроении» (г. Екатеринбург, 2011 г); Ежегодных научно-технических конференциях РГП КГИУ (г. Темиртау, 209-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научных публикации.

Структура и  объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, изложена на 100 страницах машинописного текста, иллюстрирована 00 рисунком, содержит 00 таблиц, 00 литературных источников.

 

СОДЕРЖАНИЕ  РАБОТЫ

 

Во введении показана актуальность, сформулированы цели и задачи настоящей работы, отмечены ее научная новизна, практическая значимость.

В первой главе рассмотрены существующие методы ИПД, реализующие сдвиговую деформацию. Приводится анализ результатов теоретических и практических исследований процесса РКУП, как основополагающего в методах ИПД. Описывается материал, подвергающийся улучшению, его основные характеристики, достоинства и недостатки. Проводится обзор существующих методов математического описания процесса формообразования при РКУП и РКУВ.

Во второй главе приведены результаты теоретического исследования процесса РКУВ, а также результаты компьютерного моделирования процессов РКУВ, РКУП и РКП-В.

Процесс РКУВ можно сопоставить  с процессом изгиба полосы при растяжении, данный механизм подробно описан Хиллом [29] (рисунок 2.1).

 

Рис. 1 – Схема напряженно-деформированного состояния при изгибе полосы с  растяжением; σr – радиальные напряжения; σθ – тангенциальные напряжения; ε r – радиальные деформации; ε θ – тангенциальные деформации

 

Здесь выражения компонент  напряжений и деформаций определено в зависимости от зона расположения, то есть при рассмотрении задачи в  плоской постановке, рассматриваемую  область пластической деформации можно  разделить на зоны сжатия и растяжения, линия, разделяющая эти области называется нейтральной линией. Здесь компоненты напряжений выглядят следующим образом:

 

            (c ≤ r ≤ b) в зоне растяжения  (1)


 

            (a ≤ r ≤ c) в зоне сжатия   (2)


 

 В первом приближении  принимается, что нейтральная  линия совпадает с осевой линией. Но при приложении нагрузки  нейтральное сечение перемещается к внутренней стороне полосы. Это значит, что толщина полосы тем самым должна уменьшаться. Пользуясь выражением, приведенным в [29]:

 

,    (3)

,    (4)

 

в итоге

 

.    (5)

 

Таким образом, приложение нагрузки влечет утонение полосы. При  вариации нагрузки Т, и следовательно переменной р, с внутренним радиусом а, вышеприведенное выражение (5) выражает взаимосвязь параметров t/a.

Для следующих исходных параметров: t=7мм, p= 16 МПа, 2k=23,1 МПа, зависимость утонения при различных значениях переменной а (внутренний радиус) будет выглядеть следующим образом (рисунок 2).

 

 

Рисунок 2 – Зависимость относительного изменения толщины полосы от величины внутреннего радиуса

 

Как видно из графика, утонение полосы тем больше, чем  меньше радиус. Данный вывод сходится с результатами математического моделирования в первом приближении.

При исследовании процесса РКУВ проведено моделирование в  программном комплексе виртуального моделирования формообразующих процессов Deform-3D. Изначальная конфигурация модели приведена на рисунке 3. Численные значения параметров приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 - Факторы, используемые при моделировании РКУ волочения в среде Deform-2D3D

Факторы

Значение факторов

угол 

пересечения каналов,

 град

Параметр К, мм

радиус

 скруглений кромок

 каналов, мм

 Основной уровень

135

7

4

Интервал варьирования

10

3

3

Верхний уровень (+1)

145

10

7

Нижний уровень (-1)

125

4

1


 

За основные варьируемые  геометрические параметры как при  РКУВ, так и при РКУП примем углы стыка каналов θ, о. При задаче радиусов скругления стыков должно обеспечиваться следующее соотношение:  d/r=1 [20], d – диаметр заготовки. Из работы [5] известно что однородность деформированного и напряженного состояния обеспечивается при соблюдении равенства, типа К=d, где К – расстояние между осями входного и выходного канала равноканальной ступенчатой матрицы. При соблюдении данных соотношений при геометрическом построении определится длина промежуточного канала l2. Для проверки данного апостериорного утверждения возьмем каждый из параметров при определенном интервале варьирования, приведенные данные в таблице 1.

 

 

Рисунок 3 – Схема основной конфигурации матрицы для РКУП и РКУВ

 

При моделировании процесса РКУВ взята пластичная изотропная модель  материала алюминия А0 (1100 – американская система обозначений алюминиевых сплавов [43]).

Информация о работе Разработка и исследование непрерывного процесса прессования - волочения с целью получения изделий с ультрамелкозернистой структурой