автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Моделирование формоизменения осесимметричных заготовок в совмещенных технологических процессах разливки и радиальной ковки

РГ8 ОД • О з ФЕВ Ш7

На правах рукописи

БАБАЙЛОВ Николай Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК В СОВМЕЩЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ РАЗЛИВКИ И РАДИАЛЬНОЙ КОВКИ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург- 1997

Работа выполнена в лаборатории механики интегрированных машиностроительных технологий (ЛМИМТ) Института машиноведения Уральского отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель -

Научный консультант -

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Колмогоров ВЛ.

кандидат технических наук, доцент Буркин С.П. доктор технических наук, профессор Леванов А.Н.; кандидат технических наук Потапов А.И.

Ведущее предприятие Верхнесалдинское металло-

обрабатывающее производственное объединение (ВСМПО).

Защита диссертации состоится '"/?" среЗрш 1997 г. в часов на

заседании диссертационного совета К 063.14.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Уральском государственном техническом университете, ауд. Мт-421, по адресу: г. Екатеринбург, К-2, УГТУ, Мира, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГТУ.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направить по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, УГТУ, Мира, 19, ученому секретарю совета университета, тел.44-85-74.

Автореферат разослан " ¿УссарЛ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ю.Н.Логинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в металлургическом н машиностроительном производстве перспективным является использование непре-рывнолитых заготовок, позволяющее значительно увеличить производительность процессов разливки, повысить выход годного, улучшить условия труда и экологическую ситуацию. Интенсификация процессов ОМД и увеличение эффективности литейного передела достигается совмещением МНЛЗ и деформирующих агрегатов (например, прокатных станов). Использование ковочных блоков в качестве связующего эвена между МНЛЗ и станами непрерывной прокатки связано: 1) с необходимостью предварительной ковки непрерывнолитой заготовки нз труднодеформируемых сталей и сплавов перед прокаткой; 2) из-за большой разницы скоростей разливки на МНЛЗ и прокатки.

Наиболее интересна, с точки зрения получения качественной заготовки, разливка полой заготовки вверх, разработанная в УГТУ. Качество заготовки в этом случае гарантируется использованием коркового мелкозернистого и однородного металла полого слитка и отсутствием окисления внутренней поверхности литой заготовки. Получение качественных изделий из непрерывнолитой заготовки достигается за счет применения сложных схем деформации, например, радиального обжатия со сдвигом, при котором создается благоприятная схема напряженного состояния за счет замкнутого многоугольного (от 3 до 8) очага деформации в течение всего обжатия. При этой схеме обжатия боек кроме радиального имеет тангенциальное перемещение. В отличие от традиционных РКМ и РОМ здесь используются большие обжатия, т.е. заготовка деформируется сразу до конечного размера изделия.

Таким образом, исследование процессов радиального обжатия со сдвигом непрерывнолитой заготовки многобойковьш ковочным блоком в составе литейно-деформационных модулей является актуальной задачей.

Автор выражает благодарность д.т.н. Мигачеву Б.А. за консультации и помощь в работе.

Работа выполнена в рамках ПГГП "Ресурсосберегающие экологически безопасные процессы горно-металлургического производства" (тема проекта "Разработать конструкции литейно-ковочно-прокатных модулей и технологию производства на них катанки и заготовок").

Цель работы. Основной целью работы является математическое и физическое моделирование радиального обжатия со сдвигом полой и сплошной непрерывнсшишх заготовок; разработка на их основе б-бойкового ковочного блока для проходной радиальной ковки, работающего в составе вертикального л итейно-ковочн о-прокатного модуля (ЛКПМ) и технологии проходной радиальной ковки непрерывнолитой заготовки в этом ковочном блоке.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем: получены зависимости формоизменения и энергосшгавых параметров при радиальном обжатии со сдвигом полой заготовки многобойковым ковочным блоком; получены зависимости формоизменения и энергосиловых параметров при радиальном обжатии со сдвигом сплошной заготовки многобойковым ковочным блоком при любом нажатии бойков; разработан 6-бойковый ковочный блок, использующий замыкание бойков, описанное выше.

- математические модели радиального обжатия со сдвигом полой и сплошной заготовок многобойковым ковочным блоком;

- математическую модель определения нестационарных тепловых полей при радиальном обжатии полой заготовки многобойковым ковочным блоком;

- методику расчета рациональных параметров многобойковых ковочных блоков;

- методику разработки технологического процесса радиального обжатия полой и сплошной заготовки многобойковым блоком.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обеспечивается применением вариационных методов и теории течения в приращениях перемещений, а также инженерного метода, прошедших экспериментальную

проверку; строгой математической постановкой задачи и использованием для решения численных методов, обеспечивающих высокую заданную точность; сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными.

ковочных блоков. Математические модели и результаты исследования радиального обжатия непрерывнолитой заготовки могут быть использованы при проектировании многобойковых ковочных блоков в составе лптейно-деформационных модулей, а также при разработке технологии радиальной ковки полой и сплошной заготовок многобойковыми блоками.

Реализация работы. Выполнен рабочий проект б-бойкового ковочного блока в составе вертикального ЛКПМ для получения катанки из низко- и среднеуглеродистой стали. Методика расчета параметров проходной ковки непрерывнолитой заготовки трехсекционным ковочным блоком вошла в "Технологическое задание на организацию цеха легированной сварочной проволоки на базе лнгейно-деформационного модуля ..." для опытного завода ЦНИИЧЕРМЕТ (К58.0716.00 TJI3). Реализация подтверждена актами внедрения. Ацр<?б;шия работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих конференциях; международная конференция "Advances in Materials and Processing Technologies" AMPT'93 (Dublin, Ireland, 1993 г.); 14 межреспубликанская конференция по численным методам решения задач теории упругости и пластичности (Волгоград, 1995 г.); научно-техническая конференция "Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов" (Екатеринбург, 1995 г.).

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 10 работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на

Даны рекомендации по проектированию многобойковых

203 страницах машинописного текста, содержит 84 иллюстрации, 22 таблицы, библиографию из 123 наименований и приложения на 34 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1

Вй_введении обосновывается актуальность исследования радиального

обжатия со сдвигом непрерьшнолитой полой и сплошной заготовок и разработки многобойкового ковочного блока в составе ЛКХ1М. Раскрыто краткое содержание глав диссертации.

В главе 1 выполнен литературный обзор по вопросам исследования, в котором рассмотрены вопросы деформирования непрерьшнолитой заготовки с точки зрения проработки литой структуры и устранения литейных дефектов (раздел 1.1). В разделе 1.2 рассмотрены совмещенные процессы литья и ковки, используемые в настоящее время. Представлена концепция создания литейно-деформационных комплексов для деформации иепрершнолитой заготовки. Здесь рассмотрены вопросы Интенсификации традиционных процессов ковки за счет применения дополнительных макросдвигов. В разделе 1.3 рассмотрены компоновка и работа вертикального ЛКПМ для производства катанки диаметром 6,5 мм из низко- и среднеутеродистой стали, состоящего из: вертикальной МНЛЗ для разливки полой заготовки диаметром 120 мм, с шагом вытягивания до 1 м; устройства для вытягивания слитка из кристаллизатора; б-бойкового ковочного блока; многоножевых ножниц; петлевого устройства; непрерывного прокатного стана, включающего 10 обжимных четыре хвалковьгх клетей и одну чистовую клеть; устройств смотки и приема катанки. В разделе 1.4 рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования по проблеме радиального обжатия. Исследованию радиального обжатия посвящены работы В.ИЛюбвина, Ю.С.Радюченко, В.А.Тюрина, В.АЛазоркина, Н.ТДеордиева и др. авторов. Обзор работ по определению тепловых полей в процессах радиального обжатия приведен в разделе 1.5. Сформулированы задачи исследования.

ь

Едава_2 посвящена математическому моделированию радиального обжатия полой и сплошной заготовок. В разделе 2.1 решена задача по определению формоизменения и энерпоснловых параметров при радиальном обжатии полой заготовки в условиях комбиниро-

Рис.1. Схема радиального обжатия полой заготовки

ванного нагрухения на основе принципа виртуальных перемещений и метода Ритца. Расчетная схема приведена на рис.1. Основные допущения при решении задачи - материал изотропный, несжимаемый, идеально пластичный (Г = Г$); течение медленное; деформация вдоль оси х однородная и не сопровождается искривлением поперечных сечений; боек плоский; заготовка концентрическая. Свободные концы деформируемой заготовки могут закручиваться на угол д\ (при X =Ь) и д>2 (при X = —Ь). Одновременно вытяжным устройством МНЛЗ может осуществляться подпор или натяжение.

Согласно вариационному принципу возможных изменений деформированного состояния имеет место следующее вариационное уравнение:

А!

1"

ДА

|Г(АА>/(АА)

¿V + I г5|Ди^ -1 гЛм^ - \fMdS

я,

= 0,

(1)

где 5/ - поверхность разрыва поля приращений перемещений; - поверхность скольжения; - торцевые поверхности заготовки, на которых заданы

нормальные напряжения подпора или натяжения ст0 и угловые перемещения (f\ и q>2", АЩ - разрыв приращения перемещений в плоскости S/.

Здесь используется закон трения Прандтля-Зибеля: т = Ц/Т$. Введены безразмерные параметры: Ае - A/RH - обжатие; Iq = L^/Rh - длина очага деформации; к - Rb/Rh - параметр сечения; Т] - сг0/<х5 - показатель подпора; p=r/RH - текущий радиус; Z = x/RH - текущая продольная координата.

Поле приращения перемещений принято в виде:

Да, AM^I^l + ^ + I^i-i-j+^i-^;

¿»r^ï^-RhAs),

(2)

гае а1 и а2 - варьируемые параметры, определяемые при решении задачи.

Составляющие вариационного уравнения (1): приращение работы пластической деформации в объеме заготовки, приращения работ сил трения, сил среза и подпора заготовки - соответственно равны

к 1 2

ААВН = 2ятМ1 J jMtiÊiï-ltto-çbfaÊz + r/xtpdz;

к h\ '» 'о

(3)

к 2

ААтр = 2ny/TSRh J

afz2 +

<Р\ + <Рг . ÀVx- ifr)

dz\ (4)

ДАср =

к z

ААп =j3nRf,alrsl0Tj{\-k2), (2Ае - а,)2

dp\

гае

Y = За? +

{(¡\-<Рг)

(5)

Варьируемые параметры а1 и а2 определены прямой минимизацией фигурной скобки в уравненни (1) методом Нелдера-Мида. Относительное утошцение стенки полой заготовки определяется по формуле

ЛЗ/Я = [ - 0>,0 +

(7)

Для определения энергосиловых параметров использован метод верхней оценки. Сила деформации определена из неравенства

Р ^ {ЛЛш + А4ср + Мхр + ДЛП - ДАхр1 - &АКР2}/А , (8)

где АЛ^р; и ААКр2 ' приращения работы момента кручения заготовки на левом и правом концах заготовки соответственно, определяемые по формулам

ДАкп = 2 хт3КУ1-Т]2Ф ~ : МКР2 = - 7/2 ^(1 - *3)/3 .

(9)

(10)

К

0,04:

0,05

0.07

0,06

0,03.

т

0,07

I 0,08

^ ¡0,09

Ып

0,07

0,08

0,10

здз

0,09

ЧА

•ч

0,04

_ъ

'{•Г-

к''VI шСу

В

0,05

0,04

0,09

1,01 ' 0,0

к/ >

7

0,03

N

• ' "0,03

-0,02

-0,01

0,02

-^03

>• -0,04

д-

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

Расчет формоизменения н энергоенловых параметров

выполнен при обжатии Д£=0,1 за один шаг. По результатам расчета построены графики зависимостей изменения толщины стенки полой

0 Р2'

_дд ^ заготовка До/о (рнс.2), длины контактной поверхности и

-0,2 -0,3 -0,4 г0,5

-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 О 0,1 ОД 0,3 0,4 0,5 <РХ, рад

Рис.2. Относительное изменение толщины стенки полой заготовки Д5/5

нормального напряжения на контакте бойка с заготовкой р/(Т$ (рис.3) от технологических параметров ({£*=<),5-ьО,8; /о=1т4; ^=-0,8+0,8). Значения исследуемых параметров обладают диагональной

симметрией в зависимости от (р\ и <Р2, т.е. Чъ)

и У!-?7)'^) = Автором предложено представлять расчетные

значения в виде |рафиков (рис.2 - 4), где в зоне А представлены значения параметров при к=0,8; Б - к=0,6; В - к=0,4; Г - к=0,2.

0,4 0,3 0,2 0,1

0 (р2, для

Важным параметром ковки полой непрерывнолитой

заготовки, с целью получения сплошной качественной заготовки дальнейшей обработки

M -0,5

-0,5 -0,4-0,3 -ОД-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 рад

рад—(прокатки, прессования и т.д.), является критическое обжатие

-0,3

£j3>, при котором происходит заковка полости

£КР - {Rho - RHK)/RHO . (10

„ , __ где RHO и RHK - радиусы

Рнс.З. Относительное нормальное напряжение

наружной поверхности заготовки до деформации и в момент

закрытия полости соответственно.

При расчете значений £/j> применена шаговая процедура ковки до полной заковки полости. Момент заковки определялся методом дихотомии (за счет приравнивания внутреннего Rb — 0 с точностью 0,001). На рис.4 приведена зависимость Е^р от технологических параметров. Подпор, трение и увеличение подачи способствуют увеличению &S/S ; у тонкостенной заготовки AS/S > 0, а у толстостенной - ASjS < 0. Эти же параметры способствуют заковке полости, т.е. критическое обжатие уменьшается. В работе также определено

критическое значение параметра сечения полой заготовки к&>, при котором толщина стенки поковки не изменяется при обжатии (ДS/S = 0). Влияние

параметров на p/<Js сложнее (см. рнс.З). Подпор, трение и увеличение подачи повышают p/cTs- На толстостенной заготовке (fc=0,4-r0,2) наблюдаются минимумы по усилию деформации при <pi=-<p2=0,l рад (обжатие с закручиванием заготовки в разные стороны) и q>i=<p2=0,2 рад (радиальное обжатие со сдвигом).

В разделе 2.2 решена инженерным методом задача по определению контактных

напряжений при радиальном обжатии сплошной заготовки многобойковым ковочным

блоком. При осуществлении подпора вытяжным устройством MHJI3 схема течения металла в бойках несимметрична, поэтому важно знать величину перемещения переднего и заднего концов поковки в процессе обжатия. Закон трения - Т — lffTs. При действии силы подпора на заготовку со стороны входа в очаг деформации нормальные напряжения на контактной поверхности определяются при совместном решении дифференциального уравнения равновесия и условия пластичности с учетом граничных условий р| , = <JS + CJ¡ (rae О] -

напряжение осевого подпора при действии постоянной силы подпора, 0¡ = 2яЯ]{sin а; Rj¡ - радиус сечения заготовки до деформации: R, -текущий радиус описанной окружности заготовки; а - угол при вершине бойка, а = 2к)тц\ Пд - количество бойков ковочного блока) и l\x=L _1Н = &S •

Л1

0.620

0,475

/

0,470 ,

-Y

•0,465"

0,615

V.

{-

X

0,460

А"-375

0,455 t*

У

• 0,610"

,0,605

4

0,28

-0365"

0370

В

[X

Л

^0,5 Л032 ^0,4

030

м

0,29

0,28

7

'0.32/

JtH

032/

V-

0,3 0,2 0,1 0 (pi t -0,1 рад -0,2 -0,3

71-0,4 034 Л-0,5

-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 рад

Рис.4. Критическое обжатие

Относительное напряжение на контактной поверхности на стадии полного заполнения металлом межбойкового пространства определяется по формуле

Рср С,

= 1 +

ат]

siп(а)р2

U р1к1о) + cos(a/2)\2р + р\10) •

(12)

гае А = л/3 r¡a /&у/ sin (а/2).

Зависимость в

четырехбойковом ковочном блоке (л6 = 4) при ¡о=0,5 и ^/=0,6 показана на рис.5. s

Из условия несжимаемости в работе получены дифференциальные уравнения для определения формоизменения заготовки при

Рис.5. Зависимость относительного

напряжения рс p/oj от обжатия: радиальном обжатии с подпором.

1 - 77 = 0Г2 - Т] = 0,2; 3 - TJ = 0,4; Используя итерационную процедуру А - TJ — 0,6, 5 - TJ — 0,8, б - Т] — 1 последовательного расчета получены

рекуррентные соотношения для определения относительной длины контакта и относительной величины отдачи заготовки на П -м цикле движения бойков

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 s

I - ^-+1

lKn ~ 2

ьШ

ln = kn- I"

; (13) (14)

Чп

гае - числовой ряд, определяемый по формуле д„+1 = 1 - -у (первый член ряда ф =0); р=Я^Яи - текущий радиус описанной окружности поперечного

сечения сплошной заготовки; = ^'»/^ЛГО " относительная длина зоны контакта; /„ = Ьп/Ьк 0 - относительная отдача; /д — ^Ко/^Н ' относительная подача заготовки; о - абсолютная подача заготовки; П - номер нажатия бойков.

Зависимость относительной длины зоны контакта и относительной величины отдачи (без подпора) от обжатия показаны на рис.б (линии 1+5 - номер цикла движения бойков; б - обжатие с максимальным подпором заготовки О"0 <Т0тшс, где <Т0тах - максимальное напряжение подпора). Значения 1%п и /„ в четвертом и пятом циклах движений бойков практически равны, следовательно, с пятого цикла устанавливается стационарный режим ковки заготовки.

В разделе 2.3 решена нестационарная задача по' определению поля температуры 0(гух, г) при пластической деформации полой заготовки многобойковым ковочным блоком. При анализе обжатия полой непрерывнойитой заготовки (рис.1) принято: внутренняя поверхность заготовки (Г = /?в) в течении всего обжатия находится в условиях тепловой изоляции (ГУ II рода), а на внешней поверхности (Г = /?#) происходит теплообмен при наличии теплового сопротивления (слой окалины) и выделение тепла за счет трення между контактными поверхностями (ГУ Ш рода); на боковых поверхностях очага деформации (X = О и X =Ь) действуют поверхностные тепловые источники за счет сил среза (ГУ II рода). Решение уравнения теплопроводности для случая радиального обжатия попой заготовки со сдвигом многобойковым ковочным

О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 6 Рис.б. Зависимость (ь, от обжатия

блоком выполнено методом конечных интегральных преобразований (преобразование Ханкеля) с учетом улучшения сходимости рядов.

Получено распределение температуры при различных значениях технологических параметров (Т]=О; Ае =0,1; ^=0,8; время обжатия - г=0,5 с). Начальная тейпёратура заготовки (сталь 45) ©О=1200°0 и бойка (5ХНМ) ®Я0=2°О°С. Теплофизические свойства материалов заготовки и бойков: Л=29,8 Вт/мК; С =662 Дж/кг-К; /9=7400 кг/м3; Лц=Ъ7,2 Вт/м-К; Ся=598 Дж/кг-К; ри=7800 кг/м3.

Коэффициент теплообмена между заготовкой и бойком принят а//=8000 Вт/м2 К. Распределение температуры в полой заготовке при £=0,4; /=2; ^1=0; ^>2=0 показано на рис.7, а, а при £=0,4; /=2; ^=0; <Р2=0,5 - на рис.7, б.

В главе 3 приведено описание конструкции 8-бойкового экспериментального ковочного блока (для моделирования ковки заготовок ' диаметром до 35 мм), смонтированного на универсальной испытательной машине УИМ-30. Модельный материал - свинец. При проектировании ковочного блока осуществлена оптимизация параметров конструкции блока. Составлена математическая

Рнс.7. Распределение температуры в полой заготовке

модель снл, действующих на боек и определен оптимальный угол наклона паза бойка методом Нелдера-Мида (из условия максимума работы деформации). Угол наклона газа бойка у =0,5^-0,7 рад в зависимости от конструктивных параметров

ковочного блока и обжатия. Для принятой схемы привода бойков многобойкового ковочного блока можно подобрать конструктивные параметры бойков таким образом, чтобы передаваемая энерпи была максимальна: в течение всего периода обжатия или в критический момент деформации (например, в момент заковки отверстия полой заготовки).

В разделе 3.3 с целью проверки адекватности

математических моделей

проведены экспериментальные исследования по определению законов: изменения Л5/5 и 1К (используется методология

многофакторного эксперимента), а также критического

КР 0,8 0,6 0,4

0,2 0

4

0

0,5 1,0 1,5 / о

Рис.8. Критическое обжатие £КР- 1, 3 - о6*3™* еКР (р"с.8). Уравнение

fc=0,55; 2, 4 - *=0,41 (1*2 - расчет; 3*4 - регрессии для AS/S имеет вид эксперимент)

■у = 0,031 - 0,049 0 0755 - 0,012 + 0,011 +

s -0,3645 /р -0,84 g-03645 ¿-0,48

-HJ,uuo Q Q755 • 028 + и.ииу 00755 • 007 +

¿о-0,84 k - 0,48 _ g - 0,3645 lp - 0,84 ¿-0,48 "HJ'UU4 0,28 ' 0,28 0,0755 ' 0,28 0,28 '

гае 0,289^ £ £ 0,44; 0,41:2 к ¿0,55; 0,5б£ Iq ¿1,12.

Описана методика экспериментов и рассмотрены результаты лабораторных

исследований. При обработке экспериментальных данных выполнены проверка

гипотезы о нормальном распределении исследуемых параметров и проверка на

однородность дисперсий (по критерию Кохрена); определена значимость

коэффициентов регрессии (по Г-критерию) и проверена адекватность модели (по

(15)

критерию Фишера). Полученные аналитические зависимости исследуемых параметров радиального обжатия полой заготовки со сдвигом достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Максимальное относительное отклонение результатов эксперимента от расчетных значений составляет: для AS/S <5'тах=19,4%; для 1К - £тах=11,4%: для ЕКР - 5тах=\6,6%. Значения

относительной длины контакта /je и отдачи заготовки I при обжатии 8-бойковым

Рнс.9. Длина контакта 1К на 1-м (а) и на 5-м нажатии бойков (б): 1 - расчетное значение 1К; 2 - £>о=20 мм, /О=0,5; 3 - Д>=24 мм, /0=О,5; 4 - £о=20 мм, /0=1.°: 5 - £>0=24 мм, /0=1,0; 6 - £>о=20 мм, /0=1,5; 7 - £>о=24 мм, /0=1,5

экспериментальным блоком сплошной заготовки хорошо согласуются с расчетными данными (раздел 2.2): для 1-го нажатия бойков - 6тах=9,6% (1к) и <?тах=13,5% (/); для стационарного режима ковки (5-е нажатие) - £тах=8% (¡к) и

<5тах=П% (/).

В разделе 3.5 на основе анализа полученных результатов выработаны

5

рекомендации для разработки технологического процесса и оборудования для проходного радиального обжатия со сдвигом многобойковыми ковочными

блоками. На основе этих рекомендаций выполнен рабочий проект б-бойкового ковочного блока.

D главе 4 показано практическое приложение результатов диссертационной работы. В разделе 4.1 описана конструкция разработанного б-бойкового ковочного блока для проходной ковки в составе опытного вертикального ЛКПМ, использующего в качестве заготовки полый непрерывнсшитой слиток, получаемый в литейной части модуля. Разработана технология проходного радиального обжатия полой заготовки, с целью получения сплошной заготовки для дальнейшей прокатки. В разделе 4.2 представлена методика расчета кинематических и энергосиловых параметров проходной ковки непрерывнсшитой заготовки трехсекционным ковочным блоком в составе литейно-деформационного модуля, вошедшая в 'Технологическое задание на организацию цеха легированной сварочной проволоки на базе литейно-деформационного модуля ..." для опытного завода ЦНИИЧЕРМЕТ (К58.0716.00 ТЛЗ). Определены формоизменение заготовки, энергосиловые параметры процесса (Pcp/os, усилие ковки, мощность ковочного блока); выполнен тепловой расчет ковки и расчет системы охлаждения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель радиального обжатия со сдвигом полой заготовки в условиях комбинированного нагружения на основе вариационного принципа возможных изменений деформированного состояния н метода Ритца. Составлена программа с целью расчета основных параметров процесса: изменения толщины стенки AS/S, длины контакта бойка с заготовкой ¡к - и критических параметров: обжатия Efj> (момент заковки полости) и параметра сечения полой заготовки кк (при котором AS/S = 0). Определены энергосиловые параметры методом верхней оценки силы деформации.

2. Разработана математическая модель радиального обжатия со сдвигом сплошной заготовки в условиях комбинированного нагружения. Теоретический анализ процесса выполнен инженерным методом.

3. Разработана математическая модель для определения температурного ноля полой заготовки в процессе радиального обжатия со сдвигом (методом конечных интегральных преобразований) и реализована в виде программы.

4. Создана экспериментальная установка (8-бойковый ковочный блок), позволяющая моделировать радиальное обжатие со сдвигом полых и сплошных заготовок в лабораторных условиях. На основе экспериментов по деформации полых заготовок определена возможность заковки полости с целью использования кованой заготовки в качестве загоговкюгля дальнейшей непрерывной прокатки. Результаты экспериментальных исследований достаточно точно совпадают с результатами теоретического анализа, выполненного в данной работе.

5. Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований использованы при разработке технологии проходного радиального обжатия со сдвигом и б-бойкового ковочного блока в составе вертикального ЛКПМ для производства катанки. Предложены рекомендации по проектированию многобойковых ковочных блоков для литейно-деформационных модулей и расчету основных их конструктивных параметров. Определены некоторые оптимальные параметры ковочного блока с целью уменьшения потерь на трение. Выполнен рабочий проект ковочного блока.

6. Разработана методика расчета кинематических и энергосиловых параметров проходного радиального обжатия непрерывнолитой заготовки многобойковым ковочным блоком, используемая для разработки технологии ковки и принципиальной схемы трехсекционного ковочного блока в составе литейно-деформацнонного модуля для опытного завода ЦНИИЧЕРМЕТ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Буркни С.П., Бабайлов H. А. Анализ процесса радиального обжатия многобойковым блоком / УПН им. С.М.Кирова. Свердловск, 1993. 20 с. Деп. во ВНИИТЭМР 01.06.93, N 31-мш93.

2. Kolmogorov V.L., Burkin S.P., Babailov N.A. Automated forging center as a renaissance of hammer forging in heavy industiy // Матер, межд. конф. "Advances in Materials and Processing Technologies" (AMPT'93), Dublin, Ireland, 24-27 Aug. Dublin, 1993. P. 1743 - 1754.

3. Буркин С.П., Бабайлов H.A. Формоизменение полой заготовки при радиальном обжатии в условиях комбинированного нагружения // Тез. докл. науч.-технич. конф. "Современные аспекты металлургии получения и обработки металлических материалов". Екатеринбург: УГТУ, 1995. С.85.

4. Бабайлов Н.А., Буркни С.П. Определение рациональных параметров многобойкового ковочного блока / Ин-т машиноведения УрО РАН. Екатеринбург, 1995. 17 с. Деп. в ВИНИТИ 23.08.95, N2493-B95.

5. Бабайлов Н.А., Буркин С.П. Формоизменение полой заготовки в условиях комбинированного нагружения / Ин-т машиноведения УрО РАН. Екатеринбург, 1995. 23 с. Деп. в ВИНИТИ 08.09.95, N2538-B95.

6. Бабайлов Н.А., Буркин С.П. Определение критической толщины стенки полой заготовки при радиальном обжатии / Ин-т машиноведения УрО РАН. Екатеринбург, 1996. 15 с. Деп. в ВИНИТИ 01.02.96, N371-B96.

7. Бабайлов Н.А., Буркин С.П. Определение момента заковки полости при радиальном обжатии в условиях комбинированного нагружения / Ин-т машиноведения УрО РАН. Екатеринбург, 1996. 16 с. Деп. в ВИНИТИ 01.02.96, N372-B96.

8. Минимизация потребляемой мощности при производстве стального проката на л итенно-деформационных модулях / СП.Буркин, Е.А.Коршунов, Е.Х.Шахпазов, В.К.Смирнов, Н.А. Бабайлов и др. // Сталь. 1996. N 6. С.29 - 33.

9. Kolmogorov V.L., Burkin S.P., Babailov N.A. Automated forging center as a renaissance of hammer forging in heavy industry // Journal of Materials Processing Technology. 1996. VoL 56, N 1-4. P. 631 - 642.

10. Vertical automated forging center for the deformation of the continuously-cast ingots / S.P.Burkin, E.A. Korshunov, V.L.Kolmogorov, N.A.Babailov et aL // Journal of Materials Processing Technology. 1996. VoL 58, N 2-3. P. 170 - 173.

Подписано в печать 27.12.96

Бумага типографская Плоская печать

Уч.-шдл. 0,91 Тираж 100 Заказ 414

Формат 60x84 1/16 Усл.пл. 1,16 Бесплатно

Издательство УГТУ

620002, Екатеринбург, Мира, 19

ИМАШ УрО РАН, 620219, Екатеринбург, Первомайская, 91