автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Применение метода конечных элементов для математического моделирования, исследования и проектирования технологии процесса волочения биметаллических труб и прутков

7 09 9 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи УД К 621.774.32 + 621.7745.001.573 КОСТРОМЕЕВ Сергей Александрович

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ ,И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ И ПРУТКОВ

Специальность 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

"Ч/ , Москва 1990

/ . • / ;. •

Работа выполнена в Московском ордена Октябрьско! Революции и ордена Трудового Красного Знамени институт; стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ГУН Г. Я.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент БЕЛОВ М. II.

Официальные оппоненты: доктор технических паук, профессор РЫТИКОВ А. М., кандидат технических наук, доцент ГОЛУБЧИК Р. М.

Ведущее предприятие — 11ижнеднепровский трубопрокатный завод им. К. Либкнехта

Защита состоится « 199Сг. в -У час. п;

заседании специализированного совета К 053.08.02 при Мое ковском институте стали и сплавов.

Адрес института: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинскш проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инсти тута.

Автореферат разослан « »

'¡КТ5ЕМи

• .лет

.. г 3.1^51"»

¡сертаций

0Б1Щ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из широко распространив?.!« спо-

Г9ЛЯ5 получения холоднодеформированных биметаллических труб и прутков является волочэнив. При холодном волочении биметаллов не происходит сваривания слоев. Поэтому этот процесс применяют совместно с тгчмодиффузионной сваркой. При пластической деформации несваренной заготовки, как показывает практика, никаких принципиальных осложнений не возникает. Необходимо в этом случае при расчетах маршрутов и режимов волочения учесть разнув . вытяжку слоев.

При волочении сваренных биметаллических труб отсутствует относительный сдвиг слоев. Но в процессе пластической деформация может быть существенно ослаблена прочность сцепления слоев за счет разрушения сварного слоя. И при испытаниях на сплещиваняэ такая труба даст расслоение. Это является одним из существенных видов брака и из такой биметаллической трубы нельзя получить качественное изделие. Как показывает производственная статистика, расслоение- составляет 60$ от общего количества неустранимого брака или 3% от общего объема производства.

Одним из основных путей решения данной проблемы является разработка методик расчета маршрутов и режимов золочения, позво--лявщих обеспечивать сохранение сплошности биметаллического соединения при деформации.

Существенной отличительной особенность») данного процесса от волочения монометаллов является различие свойств материалов слоев. Так как в сваренной биметаллической заготовке слои подвер- ' гавтея деформации одновременно без вытеснения одного из металлов, то возникает дополнительная неравномерность распределения напряжений, характерная для данного прогэсса. Это обстоятельство существенно отражается на целостности сварного слоя. Поэтому при деформации напряжения должна распределяться таким образом, чтобы сварной слой не разрушался.

Описанные в литературе и применяемые на практике методики расчета маршрутов й режимов волочения биметаллических труб и прутков не позволяет получить полнув картину напряженнб-деформиц рованного состояния металла в очаге деформации, что приводит к существенный погрешностям, и, как следствие, повышенному расходу дорогостоящего биметалла.

В связи с этим проблема разработки эффективных методик

расчета процесса волочения, биметаллических труб и прутков, позволяющих определять наиболее оптимальные и рациональные технологические схемы, с учетом сохранения сплошности биметаллического соеди-' нения при деформации, является актуальной.

ИШиШййЯД». Разработка математической модели и на ее основе методики расчета холодного волочения биметаллических труб и прут-, ков, позволяющей определять эффективные технологические схемы дан., ного процесса, которые обеспечат наименьшие материальные затраты и выоокоо качество готового изделия с точки зрения сплошности биметаллического ■соединения.

Цауздад-ДЩЩД• Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана на основе метода конечных элементов математическая модель процесса холодного волочения биметаллических труб и прутков, позволяющая анализировать напрякенно-деформировашюе состояние металла в очаге деформации, кинематические и энергосиловые параметры процесса, геометрию очага деформации с учетом режимов процесса, реальных реологических свойств компонент биметаллической заготовки в условий трения;

- предложен критерий и способ оценки сплошности биметаллического соединения при волочении;

разработана методика технологического проектирования процес- • . ^а холодного волочения биметаллических труб и прутков, отличающаяся тем, что дает возможность яа основе качественных и количественных показателей процесса определять оптимальные технологические схемы производства с учетом сохранения сплошности биметалла;

- при экспериментальных исследованиях определены изменения свойств биметалла в очаге деформации при безолравочном волочении биметаллических труб, а такяе оценено влияние нормальных напряжений на величину напряжений среза, возникающих на контакте двух .металлов при деформации;

- в результате численного исследования волочения биметаллических труб и прутков с помощью математической модели установлены зависимости влияния технологических параметров процесса на оптимальные размеры инструмента и качество получаемых изделий с точки зрения сплошности биметаллического соединения.

Драктическэд. г.едйШЬ-Разработаиа методика, позволяющая процентировать технологические маршруты и режимы волочения биметаллических труб и прутков. Результаты экспериментальных и выполненных

на модели теоретических исследований позволили разработать технологические рекомендации для процесса холодного волочения биметаллических труб и прутков, обеспечивапдих высокое качество и выход годного изделия. Разработанная математическая модель и на ее основе методика технологического проектирования процесса холодного волочения биметаллических труб и прутков могут быть использованы при разработке маршрутов и режимов волочения, применяемых в про-, мышлением производстве, а также в качестве обучающей программы по-специальности обработка металлов давлением.

Реализация работы.-Разработанные с применением математичео-кой модели режимы волочения были опробованы на Днепропетровском трубопрокатном заводе им.Ленина в цехе биметаллических труб на трубах сталь 10 - бронза БрОФ 6,5-0,15 размером 51,5x3,6 мм и позволили увеличить выход годного на 9,6% по сравнение о существующей технологией за счет уменьления брака по расслоению. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций составит 127 тыс.руб. в год для данного типоразмера труб.

Ап 'об'ация 'работы. Материалы диссертационной работы доложены

на:

1. Всесоюзной конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов", Пермь, 1967.

2. 42 научной конференции студентов и молодых ученых М'>1СиС, Москва, 1968.

3. Научном семинаре каферды сопротивления материалов, НИСиС, Москва, 1966, 1987, 1988, 1969.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 печатных работы.

Объем работы. Диссертация изложена в 6 главах на 158 страницах, содержит 99 страниц ыаиинописного текста, 59 рисунков, 7 таблиц, список использованных источников из 77 наименований.

ЛИТЕРАТУРНОЙ ОБЗОР

В диссертационной работе приведен краткий обзор производства биметаллических труб и прутков способом холодного волочения. Анализ литературных данных показал, что основным видом брака является нарушение сплошности биметаллического соединения.

В работе проанализированы различные подходы и решения задачи

установивиегося процесса волочения биметаллических труб и прут-коп; Перспективным из известных является метод конечных элементов.

Существувщие методики технологического проектирования процесса волочения биметаллических труб и прутков не дают полной информации о напряженно-деформированном состоянии металла в очаге деформации, что не позволяет оценить сплошность биметалла, или эти оценки носят усредненный характер.

. Анализ литературных источников показал, что разработка на основе современных теоретических методов методики технологичес-когр проектирования, позволяющей определять оптимальные технологические схемы производства по количественным и качественным показателям процесса, является актуальной.

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ И ПРУТКОВ

Физическая модель процесса

Воя рассматриваемая область состоит из двух слоев. В пределах каждого слоя материал является изотропным и несжимаемым. Принимается модель жестко-вязко-пластической упрочнявшейся среды. Свойства-материалов, составляющих слоистое тело, определяется из экспериментальных реологических кривых и учитывается в виде:

где % - сопротивление деформации металла на сдвиг;

А - накопленная степень деформации;

Я - интенсивность скоростей деформации.

Анализ литературных данных показал, что допущение о' незави- . симости свойств материалов от изменений температуры для процесса холодного волочения, ве вносит существенных погрешностей в результаты решения задачи и вполне приемлемо.

Геометрические параме ры области определяется размерами заготовки и инструмента.

Га границе металла о инструментом учитывается условие непроницаемости я действие активной силы трения. Свободная поверхность характеризуется отсутствием действия внешних сил. На выходе из очага деформации задается скорость волочения. Между слоями в об-

щем случае рассматривается условие непроницаемости и равенства нормальных и касательных напряжений. "'

■ Лля того, чтобы контролировать при'расчстгх сплошность биметаллического соединения в зоне сварного слоя, был разработан критерий разрушения сварки:

€9<к%г{ел , ' . (2)

где - касательное напряжение среза;

К - коэффициент, учитывающий качество сварки;

- коэффициент, учитывавший влияние нормального напряжет ния;

- нормальное напряжение. . ' '

Математическая модель на основе метода конечнах элементов

Постановка краевой задачи сделана для установившегося изотермического вязко-пластического течения несжимаемой сплошной среды с упрочнением.

Пусть в области С? , ограниченной поверхностью 5 , напряжения (.бу ), скорости С ^ ), скорости деформаций у у ) удовлетворяют следующим уравнениям:

- уравнениям равновесия

61;=0, Ц-1.2 5 ¥Х£Я (3) •

- условии несжимаемости

VI- =0, 'ь = 1Л.з ЖЯ-СЮ

- определяющим уравнениям

6ч • 1>] = Ш (5)

- кинематическим соотношениям

к = ¿,/= из ухей

- условию пластичности Губеру-Мизеса

% Ц =/.5.з УХ6Р(7)

где

.8) С 9)

К - УЦЦ и =12,3 , Т > *

6Г =±.6-и , 1=14.3 СЮ)

А = ¡НсИ, СП)

Р'- коэффициент динамической вязкости; ,61,- среднее напряжение;

- компоненты девиатора скоростей деформации; компоненты девиатора напряжений; ± - время.

На участках границы 3 действуют мехаяическчо граничные условия (• $ = *■ 5б-+ + S/,в ): ' - кинематические на £>•»•

Мб (12)

статические на Ье-

Ие$«г (13)

смешанные на

Ж^Чм) МьЬ«- (14)

^--ГСм) (15)

где - нормальная составляющая вектора скорости;

Ос - касательная сила трения. "Звездочкой" обозначены заданные функции точкч И границы Б. - смешанныо на контакте двух слоев Б*»

; ас)

где рь - плотности материалов слоев А и В;

г£,- нормальные составляющие вектора скорости на

• контакте двух сред; (г - нормальная скорость движения раздела сред;

Выше было определено, что решение производственных задач связано д волочением сваренных биметаллических заготовок при отсутствии 'скольжения слоев относительно друг друга.-В соответствии с этим граничные условия (16), (17) приводятся к виду:

' = 6-Гд=6-г. (18) Краевая задача формулируется следующим образом: для мгновенной конфигурации тела, находящегося под воздействием внешних на-

грузок, определить в области течения Q функции к . ъ. и..

5. Я . Т С '-О -1,2,3), удовлетворяющие граничным условиям (12)...(15), (18) и обращающие уравнения чЗ).,.(8) в тож-. дестза по независимым переменным ^ .

Численная реализация данной псотановки задачи осуществлялась в соответствии с методом взвешенных невязок. '

Потребуем равенства нули невязок по области О и на границе 5, применим к уравнениям равновесия (3) формулу Грина, и с учетом определявщих уравнен;: ; (5) и кинематических соотношений (б) ■ уравнения равновесия (З), условие несжимаемости (А, и граничные условия (12)...(.15) запишем относительно VI и б» в виде:

+¡/Ш^5 = а?)

/угг^О ^ = ¡у^ , (20)

о V V где \У , V -весовне функции. ............- .....

Применение метода конечных элементов позволяет автоматически

удовлетворить граничным условиям (18) на контакте двух слоев.

Полученная система уравнений (19), (¿0) представляется в

традиционном для метода конечных элементов операторном виде:

КА=Р , ч21)

где К - матрица жесткости;

(\ - неизвестные коэффициенты; Р - вектор правых частей. Вся рассматриваемая область разбивается на криволинейные девяти-узловые четырехугольные элементы. В пределах элемента скорости ал-проксимируится квадратичными, а среднее напряжение - линейными полинонами:

гг^щ-о: , (22)

б.*^ . I = 1.4 (23)

_ • 10

где №1 , ^ - функции формы элемента;

1/1 » - значения искомой функции в узлах элемента. _ г Принимается в соответствии с методом Галеркина *\Л/, У=У.

Введение аппроксимации для скоростей (22) и среднего напряжения (23) позволяет свести численное решение краевой задачи внутри элемента к решению системы линейных алгебраических уравнений. Для получения решения по всей области необходимо провести операцию ансамблирования по элементам:

В соответствии с методикой, разработанной сотрудниками и аспирантами кафедры сопротивления материалов МИСиС, все граничные -условия (12)...(15) задаются в интегральной форме и входят в вектор правых частей.

Интегрирование выражений (19), (20) проводится по схеме Гаусса. •

Свойства материала задаются поэлеметно посредством коэффициента динамической вязкости у? , значения которого определяются в уздах элементов на каждой итерации и входят в матрицу жесткости при ое формировании.

Одновременно проводится уточнение линий тока методом установления. Для этого дифференциальное уравнение линий тока преобразуется к виду:

и проводится численное интегрирование по схеме Гаусса вдоль координатной линии при фиксированных координатах узлов X, . В качестве С, принимается координата^ предыдущего узла. '

Итерационный процесс прекращается и задача считается решенной, когда достигнута сходимость по коэффициенту и нормальной • скорости УЦ .

. Установление лийий тока позволяет выражение (II) для определения величины накопленной степени деформации А преобразовать к виду: •

(26)

и проводить численное интегрирование вдоль линий тока по соотно-"" тениям Гаусса.

Был реализован осесимметричный случай данной постановки в

цилиндрической система координат. Вышеописанная постановка задачи реализована в виде комплекса программ на языка Фортран. Весь комплекс состоит из нескольких головных модулей - программ, каждый из которых разбит на отдельные подпрограммы и выполняет определенную тасть вычислений.

Для качественного и количественного анализа результатов, получаемых с помощью математической модели, проводились тестовые расчеты, которые сравнивались с аналитическим решением задачи течения в сужающемся канале.

Был проведен детальный анатаз полученных результатов для тестовых расчетов волочения биметаллических пруткоБ и при сравнении с опубликованными в литературе данными подтвердил достоверность, получаемых результатов по разработанной математической модели.

дахегшйЗйской^швшли^с

Расчет одного варианта прохода при фиксированной геометрии очага деформации по разработанной конечноэлементной модели на ЭВМ требует 40 минут машинного времени. Поэтому проектирование технологии маршрута волочения с подбором требуемого количества проходов и оптимальных режимов обработки на кавдом проходе превращается в длительный и утомительный для оператора процесс. С целью интенсификации процесса проектирования на начальном этапе используется для предварительного расчета модель, разработанная доцентом каредры сопротивления материалов ШСиС Беловым М.И.

В результате предварительного расчета маршрута волочения получаем минимально необходимое число проходов, величины вытяяек и углов рабочих конусов волок по проходам, оптимальные с точки аре-ния минимума усилия волочения и стабильности процесса, которая характеризуется коэффициентом запаса ло напряжениям. Предварительный расчет не позволяет оценить сплошность биметалла при деформации.

При переходе к конечноэлементной модели используются посчи-

х) Белов М.'Л., Галкин А.!.',., Перевалов С.И. Теоретическое

исследование процесса волочения композиционных и биметаллических изделий // лзв.вузп. Черная металлургия.- 1987.--.'6 7.-С.169-170.

танние для каждого прохода параметры заготовки, режимов обжатий, величины углов волоки, такие же реологические зависимости и закон трения. При этом проводится уточнение величины угла волоки, проверяется сплошность биметаллического соединения, определяются геометрия области пластической деформации с учетом внеконтак-тных зон, положение границы раздела слоев, папряженно-дсформированное состояние металла, усилие волочения для каждого прохода. 3 результате уточняющих расчетов получаем величины оптимальных углов волоки по проходам, обеспечивающих помимо вышеуказанных требований при предварительном расчете, также и сохранение сплошности биметаллического соединения при пластической деформации.

Исходные данные для решения технологической задачи вводятся с терминала. Методика проектирования технологии волочения основана на диалоге между человеком и ЗВМ, что позволяет оперативно корректировать результаты расчетов на любом этапе. Все результаты счета записываются на магнитный диск и могут быть выведены для анализа в виде таблиц и картин линий равного уровня на терминал или печатающим устройством на бумагу.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Определение изменения свойств материалов по длине очага

деформации при безоправочном волочении биметаллических труб сталь 10 - бронза БрО$ 6,5-0,15

Для проверки адекватности разработанной математической модели использовались результаты экспериментальных исследований, которые проводились в промышленных условиях на Днепропетровском трубопрокатном ззводе им.Ленина в цехе биметаллических труб на биметаллических трубах сталь 10 - бронза БрО$ 6,5-0,15, бронзовый слой внутренний.

Биметаллические патрубки, заторможенные в очаге деформации, были разрезаны на образцы,из которых изготовили шли1>ы для статического испытания микротвердости вдавливанием. Замеры проводились по толщине стенки вдоль всего образца.

" Результаты проведенных экспериментальных исследований для биметаллических труб сталь 10 - бронза БрО'Ь 6,5-0,15 согласуются с данными других исследователей и показывают, что при безоправочном волочении без изменения толщины стенки твердость по сечениям в каждом слое является величиной постоянной и ее значение изменяется только по длине очага деформации, увеличиваясь от вхо-

да до выхода из нее.

Проверка адекватности математической модели

Процесс безоправочного волочения биметаллических труб, по которому проводились экспериментальные исследования, был просчитан на модели.

Сравнение расчетных границ области и линии раздела слоев и распределение накопленной степени деформации, полученные из эксперимента и по расчетам на модели показали удовлетворительную сходимость. .

Исследование влияния нормальных напряжений на......

величину касательных напряжений среза в зоне сварного слоя биметаллического соединения

Цель эксперимента заключалась в определении коэффициентов формулы (.2) оценки сплошности биметалла и величин напряжений среза ..ри которых происходит разрушение биметаллического

соединения. Исследовалось также влияние на величину нормальных напряжений Вп , действующих на контакте двух металлов.

Исследорання были проведены на образцах из биметаллических труб сталь 10 - бронза БрОЪ 6,5-0,15, изготовленных по стандартной методике. При испытаниях замеряли усилие среза и площадь среза, после чего рассчитывали напряжение среза. Экспериментальные исследования проводили в два этапа: на первом этапе ((ср определяли при выпрессовке плакирующего слоя по границе сварки; на втором этапе образец раздавали изнутри пуанйсоном на 0,3..Л-,5% и одновременно производили выпрессовку плакирующего слоя. Зна--чения 6п получали из расчетов.

Экспериментальные данные были статистически обработаны по стандартной методике, в результате чего построены гистограммы и полигоны значений . Проверка согласия опытных распределений с теоретическими по критерию Пирсона показала, что вероятность согласия для первого эксперимента с нормальным законом распре- ' деления составляет 5,'<', а с равномерным законом распределения -60$, для второго эксперимента - соответственно 30,3 и 15$.

Относительно высокий уровень согласия равномерного закона с эмпирическим распределением указывает на доминиру-лее влияние одного из определяющих факторов технологического процесса на величину Чхр . Аоминирующим фа1 гором следует признать прочность

сцепления слоев, т.е. качество сварки. Наличие на границе двух слоев сжимавших напряжений 6п позволяет значительно уменьшить . влияние этого'фактора навеличину Я1р , поскольку во втором эксперименте нормальный закон лучше согласуется с эмпирическим распределением, чем равномерный.

Таким образом, при холодном волочении биметаллических труб необходимо создавать такие режимы деформации, при которых нормальные напряжения сжатия 6л будут достаточно большими. Это позволит обеспечить при пластической деформации сохранность сварного слоя за счет увеличения критического напряжения среза на границе двух слоев, а также уменьшить влияние качества сварки на ход процесса.

На основании экспериментальных данных получены коэффициенты формулы касательных напряжений С2) для биметаллических труб сталь 10 - бронза БрОФ 6,5-0,15 34,6-1,625 6к .

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ И ПРУТКОВ

На модели бнли проведены теоретические исследования процесса волочения биметаллических труб и прутков сталь-бронза. При расчетах изменяюсь коэффициент трения, угол волоки и вытяжка. Был проведен детальный качественный и количественный анализ влияния этих факторов на различные параметры процесса.

Были также проведены расчеты с цельв определения влияния вытяжки, условий трения, расположения и толщ..ни плакирующего слоя на величину оптимального угла волоки.

Как показали результаты численных расчетов, увеличение вытяжки за проход позволяет повысить производительность, но при этом угол волоки становится больше на 20...3С#, что приводит к увеличение неравномерности деформации. Снизить угол волоки можно путем уменьшения трения в результате применения более совершенных технологических смазок, а также устройств, обеспечивающих условия гидродинамического трения. 3 случае наружного расположения мягкой составляющей биметаллического прутка оптимальный угол волоки должен быть по величине меньше на 15...20,' по сравнение с внутренним. Расположение плакирующего слоя из более мягкой составляющей для труб оказывает меньше влияния на величину оптимального угла волоки.

Для производства конкретного изделия могут быть использованы различные трубные заготовки, размеры которых обеспечивают деформацию, в основном, за счет редуцирования по наружному диаметру или за счет изменения толщины стенки.

В данной работе было проведено-исследование влияния этого фактора на технологичность процесса. Расчеты проводились за счет варьирования коэффициента Э£ соотношения вытяжек по толщине стенки и диаметру при заданной величине суммарной вытяжки

Результаты расчетов показали, что целесообразно увеличение коэффициента Эй . Это благоприятно скажется на межслойном нормальном давлении, которое повысит сопротивляемость расслоению в ходе процесса. При этом уменьшится усилие волочения и коэффициент запаса по напряжениям. Ограничением вытяжки за проход является максимально возможное значение накопленной степени деформации.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАРШРУТОВ ВОЛОЧЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ СТАЛЬ 10 - БРОНЗА БрО$ 6,5-0,15

Разработанная на основе математической модели методика проектирования технологии процесса волочения была попользована для исследования и уточнения маршрутов и режимов волочения биметаллических труб сталь 10 - бронза БрОФ 6,5-0,15, которые производят на Днепропетровском трубопрокатное заводе им. Ленина.

Расчеты на модели показали, что существующая заводская технология не является оптимальной, поскольк, не обеспечивает в полной мере сохранения сплошности сварного слоя биметаллической трубы,* в результате чего снижается качество изделия. Трубы, давшие расслоение при испытаниях на сплющивание, уходят в брак.

Были получены уточненные режимы обработки существующих маршрутов, а также новые маршруты с сокращенным числом проходов.

Все результаты расчетов по модели были переданы в цех, где проводилось опытно-промышленное опробование предложенных режимов волочения для биметаллических труб ;таль 10 - бронза БрО$ 6,5-0,15 размером 51,5x3,6 (0,9)мм.

Результаты опробования показали, что применение уточненных режимов волочения биметаллических труб позволит за счет уменьшения расслоения в ходе процесса и снижения расходного коэффициента металла увеличить выход годного на 9,8а. Ожидаемый вкономический

эффект от внедрения рассчитанных по модели режимов волочения составит 127 тыс. рублей в год для данного типоразмера труб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе метода конечных элементов разработана математическая модель процесса установившегося осесимметричного изотермического волочения биметаллических труб и прутков, позволяющая анализировать напряженно-деформированное состояние металла

в очаге деформации, кинематические и энергосиловые параметры процесса, геометрию очага деформации с учетом влияния реиимов процесса, реальных реологических свойств металлов, неравномерности деформации в поперечном сечении и условий трения.

2. Предложенный критерий оценки сплошности биметаллического соединения позволяет прогнозировать его разрушение при расчете режимов деформаций.

' 3. Разработанная на основе математической модели методика

технологического проектирования маршрутов волочения биметаллических труб и прутков дает возможность проводить расчет маршрутов и рекимов волочения по проходам с обеспечением сохранения сплошности биметалла в ходе процесса, выбирать рациональную заготовку по готовому изделию с учетом режимов обжатий и термообработки по проходам.

Ц. Устгшовлена в результате исследования необходимость создания рекимов обжатий, при которых радиальные напряжения будут всегда сжимающими и достаточно большими, что позволит обеспечить при пластической деформации сохранность сварного слоя за' счет ' увеличения критического напряжения среза на границе двух слоев, а также уменьшить влияние качества сварки на ход процесса.

5. Проведенные экспериментальные исследования по измерению микротвердости, подтверждит тот факт, что при холодном волочении происходит интенсивное упрочнение металла и изменение его механических свойств.

6. Проверка адекватности разработанной математической модели реальному процессу путем сравнения экспериментальных и расчетных' данных показала удовлетворительные результаты.

7. Определена зависимость от вытяжки и коэффициента трения диапазона оптимальных углов рабочего конуса волоки, при которых напряженно-деформированное состояние биметалла является сптималь-

ним с точки зрения устойчивости прохождения процесса и обеспечения сохранения сплошности биметаллического соединения при деформации. '

S. С помощью разработанной на основе математической модели методики технологического проектирования проведены расчеты маршрутов волочения биметаллических труб сталь 10 - бронза БрО$ 6,5-0,I5i выпускаемых на Днепропетровском трубопрокатном заводе им.Ленина, которые позволили уточнить заготовки и режимы обжатий.

9. Проведенное опытно-промышленное опробование предложенных, рекомендаций для биметаллических труб сталь 10 - бронза БрО$ 6,50,15 размером 51,5x3,6 показало, что применение новых режимов позволит за счет уменьшения расслоения в ходе процесса и снижения расходного коэффициента металла увеличить выход годного на 9,8#.

10. Ожидаемый экономический эффект от внедрения рассчитанных с помощью разработанной математической модели режимов волочения составит 127 тыс. рублей в год для указанного типоразмера труб.

Основное содержание работа опубликовано в следующих работах:

I. Лишний А.И., Костромеев С.А., Белов М.И. Математическое моделирование с использованием метода конечных элементов процессов прессования и волочения биметаллических изделий// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов" 1617 апреля 1987 г.- Пермь, I9C7.- С.77-78.

2. Белов М.И., Костромеев С.А., Чукмасов С.А. Математическое моделирование и оптимизация процесса волочения биметаллических труб и прутков// Бюллетень ин-та Черметинформация.- 1988.» 16.- C.42-W.

3. Выбор рациональных заготовок для производства биметаллических труб волочением/ Белов М.И., Костромеев С.А., Чукмасов С.А. • и др.// Бюллетень ин-та Черметинформация.- 1988,- № 19.- С.50.

Московский институт стали и сплавов Ленинский проспект, 4

Объем_In.л.'Ц** 100 экз.

Типография ЭОЗ МИСиС.ул.Оддаоникидзе 8/9