автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и исследование процесса совмещенной прокатки-прессования с целью повышения эффективности производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ

ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВАДЛИННОМЕРНЫХ ПРЕСС-ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины обработки давлением. Технические науки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ГАЛИЕВ Роман Илсурович

Магнитогорск - 2004

Работа выполнена на кафедре академия цветных металлов и зол>

Научный руководитель

ОМД ГОУ ВПО «Государственная а» (г.Красноярск)

кандидат технических наук,

доцент

Сидельников

Сергей Борисович

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор

Смирнов Виталий Кузьмич кандидат технических наук, доцент

Белан Анатолий Кириллович

ОАО «Красноярский металлургический завод»

Защита состоится 17 июня 2004 г. в 15-00 на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова

Автореферат разослан 14 мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жиркин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*

Актуальность работы. Увеличение объема и снижение себестоимости производства длинномерных пресс-изделий небольшого поперечного сечения из алюминиевых сплавов, находящих все более широкое применение в строительной индустрии, промышленности и в быту, является актуальной задачей, как для производителей, так и потребителей данного вида продукции.

Регламентированные стандартом качественные показатели продукции определяются технологическими операциями приготовления сплава заданного химического состава, получения литой заготовки, и окончательно формируются при термической обработке. Однако доминирующим технологическим звеном является процесс обработки металлов давлением, в ходе которого закладываются геометрические, механические и специальные свойства готовой продукции.

При получении пресс-изделий в виде сплошных профилей мелкого сечения, электротехнической и сварной проволоки, труб небольшого диаметра из цветных металлов и сплавов на большинстве заводов России и за рубежом используются традиционные технологии прямого прессования с повторяющимся циклом обработки. Вместе с тем в последние десятилетия бурно развиваются методы непрерывного прессования, позволяющие существенно повысить эффективность производства прессованной продукции. Однако, несмотря на их быстрое развитие, в настоящее время отсутствуют комплекс научно-обоснованных технических и технологических решений, позволяющих управлять параметрами состояния деформируемого металла, а также конструировать технологический инструмент и оборудование, определяющие стабильность производства длинномерных пресс-изделий с требуемым комплексом и уровнем эксплутационных свойств.

Представленная работа выполнялась в рамках программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (раздел «Производственные технологии»), научно-технической программы 202 "Инновационная деятельность высшей школы" по проекту «Разработка и создание опытно-промышленного образца модульного агрегата прокатки-прессования интегрированной литейно-прессовой линии для производства длинномерных изделий из цветных металлов и сплавов», гранта № НШ-2212.2003.8 Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ,

* Диссертация выполнена при научной консультации профессора, д. т. н. Н.Н.Довженко

БИБЛИОТЕКА

гранта № 03-01-96106 Российского фонда фундаментальных исследований, краевых научно-технических программ комитета по науке и высшему образованию администрации Красноярского края «Создание мини-завода по производству длинномерных изделий (катанка и профильная продукция) из алюминиевых и медных сплавов», а также по договорам с предприятиями ОАО «Верхне-Салдинское металлургическое производственное объединение» (ВСМПО) и ООО «ТК СЕГАЛ».

Таким образом, задача создания технологии и оборудования для совмещенной прокатки-прессования с целью обеспечения высокой производительности и низкой себестоимости при производстве длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов, является актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности производства длинномерных пресс-изделий из алюминия и его сплавов путем применения способа совмещенной прокатки-прессования (СПП). Для достижения этой цели сформулированы следующие задачи:

- сконструировать экспериментальную установку СПП, которая обеспечит изучение геометрического очага деформации и проведение экспериментальных исследований энергосиловых параметров процесса;

- создать математические модели для расчета температурных условий и энергосиловых характеристик изучаемого процесса;

- разработать проектные параметры технологии и оборудования для совмещенной прокатки-прессования, технические и технологические решения для их реализации;

- провести исследование свойств алюминиевых полуфабрикатов, полученных способом СПП;

- создать опытно-промышленную установку для производства длинномерных пресс-изделий и отработать на ней технологические режимы получения прутков из алюминиевых сплавов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- экспериментально изучена структура очага деформации и формоизменение металла при реализации нового процесса совмещенной прокатки-прессования;

- установлены закономерности изменения энергосиловых характеристик процесса совмещенной прокатки-прессования от комплекса безразмерных параметров, однозначно описывающих очаг деформации, и температурно-скоростных режимов обработки алюминиевых сплавов;

- получены экспериментальные данные по сопротивлению сдвигу для малоизученных лигатурных сплавов системы Al-Ti-B, которые были использованы для теоретического анализа процесса СПП;

- установлены оптимальные значения деформационных и температурно-скоростных параметров, обеспечивающих получение алюминиевых полуфабрикатов с требуемой структурой и уровнем механических свойств;

- разработаны математические модели для расчета напряжений, температуры обрабатываемого металла и инструмента, а также энергосиловых характеристик изучаемого процесса.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- создана новая конструкция узлов модульного оборудования для производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов способом СПП, обеспечивающая увеличение выхода годной продукции на 18% и повышение производительности на 67% по сравнению с традиционной схемой производства;

- разработаны технологические режимы совмещенной прокатки-прессования, обеспечивающие при заданных температурно-скоростных и деформационных параметрах процесса регламентированную структуру и свойства пресс-изделий;

- на ОАО «Верхне-Салдинское металлургическое производственное объединение» (г. Верхняя Салда) и ООО «ТК «Сегал» (г. Красноярск) внедрены в производство установки по совмещенной обработке алюминиевых сплавов, что подтверждено соответствующими актами, при этом экономия по сравнению с традиционными методами прессования составила в зависимости от марки алюминия или сплава от 1749 до 46 000 рублей на 1 тонну продукции;

- получены опытные партии пресс-изделий из алюминия марки АД1 и сплава АМгб, уровень механических свойств которых соответствует ГОСТ 21488-97.

Реализация работы в промышленности. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «ВСМПО» (г. Верхняя Салда) и ООО «ТК Сегал» (г.Красноярск). Использование разработанного оборудования позволило заменить прессование длинномерных пресс -изделий с использованием горизонтальных гидравлических прессов на технологию совмещенной прокатки-прессования, что обеспечило снижение себестоимости и капитальных вложений и увеличение выхода годного при производстве данного вида продукции.

Апробация работы; Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на ежегодных традиционных Всероссийской научно-технических конференциях Красноярской

государственной академии цветных металлов и золота с 2000-2004 гг.; на Всероссийской научно-практической конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Пенза, 2004 г.).

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 16 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Содержит 193 страницы машинописного текста, 15 рисунков, 36 таблиц, библиографический список из 72 наименований и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описаны цель и задачи исследования, показаны актуальность и практическая значимость работы.

В первой главе проанализированы литературные данные об основных тенденциях развития промышленного производства прессованной продукции из алюминиевых сплавов. Одной из них является применение комбинированных и совмещенных процессов обработки металла, позволяющих получить технические и экономические преимущества за счет снижения циклов технологии изготовления.

Существующие технологии производства пресс-изделий на горизонтальных гидравлических прессах имеют ряд недостатков, основные из которых связанны с дискретностью (прерывностью) процесса, что вызвало появление новых способов полунепрерывного и непрерывного прессования, в том числе и с использованием активных сил трения. Основными способами непрерывного прессования являются Конформ, Лайнекс и Экстроллинг. Они характеризуются высоким выходом годного и возможностью деформации непрерывно-литой заготовки за один цикл обработки.

Анализ патентной источников показал, что впервые метод выдавливания металла валками Экстроллинг был предложен Б. Авитцуром в 1976 г. Однако в то время он не нашел широкого применения вследствие невозможности создания больших давлений при заявленном способе деформации.

В работах зарубежных и российских ученых, Б. Авитцура, Р. Гржиба, В.Л. Бережного, М.С. Гильденгорна, В.Н. Корнилова, Н.Н. Довженко и др. были предложены технические решения, позволяющие реализовать различные варианты процесса Экстроллинг. Один из таких вариантов, названный авторами совмещенной прокаткой-прессованием (СПП), позволяет расширить технологические

возможности процесса при получении длинномерных пресс-изделии из цветных металлов и сплавов. Вместе с тем для проектирования промышленного агрегата СПП, обеспечивающего выпуск заданной продукции с требуемыми механическими свойствами и структурой, необходимо провести более глубокие экспериментальные и теоретические исследования.

На основе рассмотренных вопросов и сделанных выводов сформулированы задачи работы.

Во второй главе приведены, результаты экспериментальных исследований формоизменения, энергосиловых параметров и металлографических исследований-структуры и свойств при прокатке-прессовании прутков из алюминия марки АД1, а также сплавов системы А1-ТьВиАД31.

Для проведения экспериментальных исследований была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка СПП-200 на базе прокатного стана Дуо 200 (рис.1) с возможностью регулирования скорости вращения валков, температуры нагрева валков и металла и оснащенная тензометрической аппаратурой. Данная установка обеспечила проведение ряда экспериментов по изучению влияния размеров поперечного сечения калибра на силовые условия процесса при варьировании безразмерных параметров, однозначно описывающих очаг деформации. В качестве таковых были выбраны пять безразмерных параметров, три из которых характеризуют форму калибра и матрицы, а остальные - форму заготовки и пресс-изделия:

Величины, необходимые для расчета безразмерных параметров очага деформации, показаны на рис.2.

На первом этапе проведены исследования характера формоизменения металла в процессе совмещенной прокатки-прессования. С этой целью на лабораторной установке путем остановки валков в момент выдавливания прутка получали недокаты.

А д.д

Рис: 2. Схема процесса совмещенной прокатки-прессования

На недокатах из алюминиевых сплавов изучали изменение по длине очага деформации основных геометрических параметров процесса и стадий течения металла. Было установлено, что при входе в очаг деформации заготовка оковывает валок меньшего диаметра, что вызвано разностью скоростей течения металла в различных частях заготовки. Уширение при прокатке стесненное, причем в момент максимального обжатия при прокатке боковые стенки калибра имеют полный контакт с боковыми гранями заготовки. Перед матрицей металл осаживается и распрессовывается по высоте калибра до размера, равного высоте матрицы. Течение металла со стороны зеркала матрицы имеет радиальный характер, что соответствует известным закономерностям прессования. В месте перехода от распрессованной части заготовки к прутку имеется пережим, что свидетельствует об упругой деформации матрицы. Характер течения металла в области обжимающей части пластической зоны очага деформации соответствует характеру деформации с активными силами трения, способствующих

осуществлению процесса и повышению механических свойств готового пресс-изделия, что подтверждает течение металла практически по зеркалу матрицы. Из проведенного анализа формоизменения металла следует, что геометрический очаг деформации состоит из трех зон (см. рис. 2): 1 - зоны захвата заготовки и прокатки; 2 - распрессовки; 3 - прессования.

Исследования энергосиловых параметров процесса СПП (определение сил, действующих на матрицу Рма1р и валки Рвал) осуществлены для алюминия марки АД1, а также сплава АД31 и сплавов системы Al-Ti-B с различным содержанием титана и бора.

С целью планирования экспериментальных исследований по определению энергосиловых параметров процесса СПП для сплавов на основе системы была разработана матрица полного факторного

эксперимента. Изменяемыми факторами для данных сплавов являлись следующие: температура нагрева заготовки Т = 550 И 575°С; скорость деформации коэффициент вытяжки

Для алюминия марки АД1 и сплава АД31 изменяемыми параметрами являлись следующие: Т = 480 и 580°С; степень деформации при прокатке

приведенный диаметр

валков (А) принимал значения 19 и 32,3. Результаты исследований и типичные зависимости исследуемых параметров приведены на рис. 3 для алюминия марки АД1. Среди общих закономерностей изменения этих зависимостей, как показал анализ экспериментальных данных, можно выделить следующие. Силы деформации на валках и матрице (см. рис. 3) закономерно увеличиваются с ростом коэффициента вытяжки. Это можно объяснить тем, что с повышением степени деформации при выдавливании при прочих равных параметрах увеличивается объем деформируемого металла, что требует дополнительных затрат энергии. Кроме того, с увеличением коэффициента вытяжки JI при прессовании повышаются давление в зоне распрессовки и требуемая мощность, подводимая валками. Характер зависимостей энергосиловых параметров для остальных сплавов имеет аналогичный характер.

С увеличением температуры нагрева заготовки (см. рис. 3) снижаются силы на матрице и валках, что соответствует общепринятым представлениям теории ОМД и связано с падением сопротивления деформации металла.

При проведении опытов было установлено также, что силы на матрице и валках снижаются с увеличением скорости деформации. Это можно объяснить тем, что процессы разупрочнения, протекающие при увеличении температуры разогрева, для исследуемых сплавов являются преобладающими по сравнению со скоростным деформационным упрочнением. Для алгоритмизации процессов расчета энергосиловых

параметров были построены регрессионные зависимости на основе полученных экспериментальных данных. С этой целью провели построение регрессионных моделей для различных сплавов алюминия.

200 „кН 100

100

матр*

кН 100

100

а 4 = 0,54с 5 = 054с

в 232 с" 14 4-Z32c"'

0 f S^* "" T-J23 , £ = 054с /1-19 4 = 0,54С

иг i= 2.32 с" * ' * " //-19 1 5-=2.T2iJ

ю

20

200

, кН

100

100

А матр» 100

100

кН

Рис. 3. Зависимость сил, действующих на валки и матрицу, от вытяжки и температуры нагрева заготовки для АД 1: 1 - Т = 480 0С; 2 - Т = 580 0С

Так как данные по механическим свойства для малоизученных сплавов системы Al-Ti-B отсутствуют, провели экспериментальные исследования по их определению. При исследовании сопротивление сдвигу для сплавов системы А1-Т1-В, применяли усовершенствованный метод испытаний на горячее скручивание образцов разного диаметра. С применением разработанной методики исследованы сопротивления сдвигу и пластичность лигатурных сплавов А1-ТП-В с содержанием 5,4% титана и 0,87% бора (АТБ1), а также 3,2% титана и 0,4% бора (АТБ2) при температурах 350, 450 и 550°С в диапазоне скоростей деформации 0,034, 0,340 и 3,403 с*1. Сопоставляя результаты испытаний отметили, что незначительно повышенной пластичностью обладает сплав АТБ2 при одинаковых температурах и скоростях деформации. При этом химический состав исследуемых сплавов не оказал существенного влияния на уровень сопротивления сдвигу. Так, сопротивление сдвигу для всех сплавов при трех скоростях и температуре испытаний 350 °С

находилось в интервале 22-34 МПа, при 450 °С - 11-22 МПа и при 550 °С -3-11 МПа.

При проведении металлографических исследований структуры и свойств прутков из сплава АД31 и алюминия марки АД1 в зависимости от изменения температурно-скоростных и деформационных параметров, варьируемых в данных исследованиях, были выявлены следующие закономерности. Повышение температуры, степени деформации и уменьшение скорости деформации способствует развитию диффузионных процессов, обеспечивающих преобразование структуры деформируемой заготовки. Существует такое сочетание параметров, при которых реализуются наилучшие характеристики структуры с позиций однородности и дисперсности частиц выделяемой фазы. Таким сочетанием для алюминия АД1 и сплава АД31 являются следующие: температура - 580 °С, вытяжка -3,5 и скорость деформации -0,54 с"1.

В третьей главе представлены аналитические расчеты устойчивости (осуществимости) процесса СПП, приведен вывод формул для расчета напряжений и температуры пресс-изделия, а также получены зависимости для расчета сил, действующих на матрицу и валки.

Для оценки возможности осуществления процесса совмещенной

прокатки-прессования рассчитан параметр -

сила, подводимая валками; Рз - сила, затрачиваемая на выдавливание пресс-изделия, Проведенный анализ результатов расчета по приведенной методике для различных безразмерных параметров очага деформации показал, что основными величинами, влияющими на устойчивость процесса, помимо степени деформации при прокатке (е) и условий трения на контакте металла заготовки с валками (показатель трения являются приведенный диаметр валков (А) и удаление матрицы от общей оси валков. Установлено, что при увеличении приведенного диаметра, например, за счет увеличения радиуса валков И., устойчивость процесса прокатки-прессования растет. При этом, чем больше величина степени деформации при прокатке, тем выше устойчивость процесса.

Для нахождения угла у, делящего в зоне распрессовки объем металла на области с действием активных сил трения и реактивных, составили уравнение равновесия проекции всех действующих на металл сил на продольную ось расположенную по направлению его перемещения (см. рис.2). Полученное уравнение имеет следующий вид:

2Ь Ь Ь уг +—у + Ссова-ссиЭМ--1)+—(эта-БтО)-

2Ь

При решении задачи по определению контактных напряжений использовалась методика, приведенная в работах А. И. Целикова. Для проведения расчетов весь очаг деформации разбили на характерные зоны, основными из которых являются зоны прокатки (зона 1), распрессовки (зоны 2 и 3) и прессования (зона 4). При этом зону распрессовки дополнительно разделили на две зоны: зону 2, где на контакте действуют активные силы трения, и зону 3, где действуют реактивные силы трения.

Для этих зон путем совместного решения дифференциального уравнения равновесия и условия пластичности получили формулы для расчета напряжений, действующих в продольном направлении стх. Они имеют следующий вид:

где А, = —, 1 - номер зоны ДЬ, - разность высот металла по зонам

очага деформации, - протяженность зоны, - высота металла на

границе первой и второй зон и второй и третьей зон соответственно,

сопротивление деформации, - напряжение прессования, угол

конуса течения металла при прессовании.

По данным формулам проведены расчеты и построены эпюры напряжений для различных условий процесса СПП. При этом в первой зоне наблюдается рост напряжений , в зоне распрессовки они сначала снижаются, а затем увеличиваются, а в области прессования - достигают своего максимального значения, превышающего значение Спр> и далее падают до значений

Для определения температуры в контактирующих телах была решена одномерная краевая задачи теплопроводности при граничных условиях второго и четвертого рода. Анализ результатов расчета показал, что температура металла в зонах прокатки и распрессовки падает, так как идет отбор тепла заготовки валками. Достаточно резкое увеличение

каг«вСх^-^х + с.,; О)

¿агс1ё(х +СТх2; (4)

1, V Ь, Ь

(5)

температуры и достижение ее максимальной величины на выходе из матрицы наблюдается в зоне прессования, что обусловлено разогревом металла за счет работы деформации при значительном увеличении степени деформации. При этом характер изменения расчетной температуры металла остается постоянным при уменьшении начальной температуры валков, а отбор тепла валками увеличивается. Установлено, что на изменение температуры металла и инструмента значительное влияние оказывают начальные условия процесса деформации, такие как подогрев инструмента перед прокаткой-прессованием; начальная температура заготовки, а также скорость вращения валков, степень деформации и удаление матрицы от общей оси валков. Поэтому, при обработке сплавов, имеющих узкий температурный интервал нагрева заготовок перед деформацией и высокое сопротивление деформации (АМгб, АТБ и др.), неверно выбранные параметры процесса могут привести к превышению температуры пресс-изделия над критической и появлению температурных трещин. Для алюминия и мягких сплавов (АД1, АД31) выбор температуры нагрева заготовки не так существенен, однако, при непрерывной обработке металла, через некоторое время после нагрева инструмента от деформируемого металла, также возможен перегрев пресс-изделия. Поэтому, для реализации устойчивого процесса деформации в непрерывном режиме можно рекомендовать перед прокаткой-прессованием подогрев валков до температур 100-250 °С, а затем их принудительное охлаждение.

Проведенные теоретические исследования позволили получить массив данных по величине сил, действующей на матрицу Рматр и валки Рвал в зависимости от безразмерных параметров процесса прокатки-прессования. В результате обработки данных расчетов на ЭВМ получены аппроксимирующие формулы, которые имеют следующий вид:

,ш? 1 4 1 1 (А+1) ' 1 2Ь(А+1) 1 1

(6)

12(2Ь(А + 1)) Р„ =(1,7-0,38 А)о,

1пц

■§[<Т

30(2Ь(А+1))

Т(Ц .1Д)];

— 1X1-, 1п(2Ь'(А +1) + Ь,') + и 1п(2Ь'(А + 1) + и')) - (7)

12Ь(А

12Ь(А + 1)

. 3!пцз-г. (Ь.'+Ь,') 2ЬЬ + 1) 2ЬЬ 1 12(2Ь(А + ])) 7Г

•Л Ж3(А + 1)

ЬЬ

Анализ результатов расчета показал, что формулы (6), (7) можно рекомендовать для определения сил действующих на матрицу и на валки,

так как расхождение с экспериментальными данными не превышает 7 -10%, при этом известные формулы В.Н. Корнилова и И.Л. Перлина дают заниженные значения этих параметров.

В четвертой главе на основе теоретических и экспериментальных данных, представленных в предыдущих главах, были получены новые технические и технологические решения, позволившие создать опытно-промышленные установки совмещенной прокатки-прессования для производства пресс-изделий небольшого сечения из алюминиевых сплавов на существующих производственных площадях ОАО «ВСМПО» (г.Верхняя Салда) и ООО «ТК СЕГАЛ» (г. Красноярск).

В качестве принципиальной схемы для производства данных пресс-изделий была принята схема совмещенного литья и прокатки-прессования. В состав линии входят установка непрерывного литья заготовок, правильно-задающее устройство, установка СПП, охлаждающее устройство, накопитель, стол обрезки с ручными ножницами, моталка, механические ножницы. Проектирование и внедрение опытно-промышленной установки СПП-260 (табл. 1) проводилось на Верхне-Салдинском металлургическом

производственном объединении.

Таблица 1

Параметры установок СПП___

Параметры Единицы измерения установка СПП-260 ОАО «ВСМПО» установка СПП-400 ООО «ТК СЕГАЛ»

Диаметр валка мм 260 400

Диаметр шейки валка мм 190 140

Длина бочки валка мм 350 240

Минимальное сечение калибра мм 41x20 30x15

Скорость вращения валков м/мин 25,2 6,3

Мощность электродвигателя КВт 50 75

Для поджатая прессового инструмента к валкам был разработан новый узел, основными элементами которого были станина, гидроцилиндр с рабочим давлением жидкости 18,4 МПа и матрицедержатель с матрицей.

В процессе экспериментальных исследований на установке СПП-260 отрабатывались различные технологические режимы получения прутков диаметром 15 мм из алюминия АД1 (табл.2). При этом варьировались размеры калибра, температура нагрева заготовок перед

деформацией, температура инструмента, длина полученного пресс-изделия, для чего изменялось количество заготовок, задаваемых последовательно в валки. В процессе опытов фиксировались температурные и силовые параметры процесса.

Таблица 2

Данные экспериментальных исследований на установках СПП

Сечение заготовки, мм2 Длина заготовки, мм Длина одного прутка, мм Температура валков, "С Температура матрицы," С Температура заготовки," С Скорость истечения прутка, м/мин Сила на матрице, КН

АД1 на СПП-260

1 40x40 500 4500 200 260 470 75 260

2 40x40 1500 13500 200 400 470 65 260

3 40x30 1500 13500 200 400 470 86 230

АД1 на СПП-400

4 30x30 600 8400 100 280 480 16,5 260

5 30x30 600 8400 190 300 490 16,0 250

6 30x30 600 8400 190 300 490 16,8 240

АМгб на СПП-400

7 30x30 600 5000 380 200 480 15,2 335

8 30x30 600 8400 370 260 430 17,0 370

9 30x30 600 8400 380 260 430 16,8 377

Для отработки промышленной технологии при получении прутков

из алюминиевых сплавов на базе предприятия ООО «ТК СЕГАЛ» была спроектирована опытно-промышленная установка СПП-400 (рис. 5).

Рис.5. Общий вид установки СПП-400

На установке СПП-400 обработке подвергались прессованные заготовки из алюминия АД1 и сплава АМгб с площадью поперечного сечения до 900 мм2 и длиной до 1,5 м (см. табл. 2).

Таким образом, в результате проведенных исследований найдены оптимальные размеры заготовки и установлены технологические режимы обработки алюминия АД1 и сплава АМгб методом совмещенной прокатки-прессования для промышленных условий. При этом, усовершенствованы конструкции различных узлов модульного оборудования, замерены энергосиловые параметры процесса деформации, определены основные механические характеристики, исследована структура и свойства получаемых пресс-изделий, а также проведено освоение и внедрение опытно-промышленных установок СПП в производство на ОАО «ВСМПО» и ООО «ТК СЕГАЛ». При этом максимальная экономия по сравнению с традиционными методами прессования составила в зависимости от марки алюминия или сплава от 1749 до 46 000 рублей на 1 тонну готовой продукции.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

1. Проведены комплексные экспериментальные исследования процесса СПП в широком диапазоне изменения безразмерных параметров и получены опытные данные по энергосиловым характеристикам для алюминия и его сплавов при различных температурно-скоростных и деформационных условиях.

2. Получены экспериментальные данные по сопротивлению сдвигу для малоизученных лигатурных сплавов системы А1-И-В, которые были использованы в дальнейшем для расчета силовых характеристик процесса деформации.

3. Выполнены металлографические исследования структуры и свойств прутков из алюминиевых сплавов, полученных методом СПП, и установлены закономерности их формирования в зависимости от температурно-скоростных и деформационных параметров процесса.

4. Установлена структура пластической области, включающая зоны прокатки, распрессовки и прессования и проведена аналитическая оценка устойчивости процесса СПП, в результате которой выявлено, что на возможность гарантированного осуществления процесса деформации, главным образом, влияют условия трения, степень деформации при прокатке, удаление матрицы от общей оси валков и приведенный диаметр валков.

5. Путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия и условия пластичности для различных зон очага деформации получены аналитические зависимости для расчета напряжений,

действующих в продольном и поперечном сечениях деформируемого металла.

6. Разработаны математические модели для расчета температуры обрабатываемого металла и инструмента, анализ которых показал, что валки перед деформацией должны быть нагреты в диапазоне температур 100-250°С, а в процессе обработки, во избежание появления температурных трещин, охлаждаться таким образом, чтобы обеспечить температуру металла на выходе из матрицы меньше критической.

7. Получены математические модели для расчета сил, действующих на матрицу и валки процесса СПП, проведена их экспериментальная проверка и сравнение результатов расчета с данными других авторов.

8. Разработаны конструкции основных узлов двух опытно-промышленных установок и технологии для получения длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов методом совмещенной прокатки-прессования, применение которых снизит себестоимость прутков из различных сплавов алюминия на 30-80%, при этом производительность увеличивается в 2-3 раза, а свойства пресс-изделий соответствуют требованиям ГОСТ 21488-97.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Какуркин П.Ф., Сырямкина Е.Ю., Галиев Р.И. Исследование реологических свойств алюминиевого сплава лигатурного назначения // Экологические проблемы горно-металлургического комплекса. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, . аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 2000. - с. 223224.

2. Грищенко Н.А., Сырямкина Е.Ю, Сидельников СБ., Галиев Р.И. Исследование поведения при пластической деформации лигатурных сплавов системы А1-И-В // Технология легких сплавов. - 2001. - №1. - с. 26-29.

3. Галиев Р.И., Гирев А.А. Применение схемы совмещенной прокатки-прессования для получения лигатурных прутков // Совершенствование технологий производства цветных металлов. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 2002. - с. 51-53.

4. Галиев Р.И., Гирев А.А, Ешкин А.В. Технология получения прутков методом совмещенной прокатки-прессования // Совершенствование технологий поиска и разведки, добычи и переработки полезных ископаемых. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Красноярск: КГАЦМиЗ, 2003. - с. 230-231.

5. Сидельникова Е.С., Галиев Р.И. Экспериментальные исследования модифицирующей способности алюминиевых прутков, полученных методом совмещенного литья и прокатки-прессования // Совершенствование технологий поиска и разведки, добычи и переработки полезных ископаемых. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Красноярск: КГАЦМиЗ, 2003. - с. 233-234.

6. Гирев А.А., Галиев Р.И. Экспериментальные исследования процесса совмещенной прокатки-прессования алюминиевых сплавов // Совершенствование технологий поиска и разведки, добычи и переработки полезных ископаемых. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Красноярск: КГАЦМиЗ, 2003. - с. 237-239.

7. Сидельников СБ., Довженко Н.Н., Галиев Р.И., Гирев А.А. Разработка новых энергосберегающих технологий совмещенной обработки цветных металлов и сплавов и ее внедрение на предприятиях Красноярского края // Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск: КГТУ, 2003. - с. 83-84.

• 8. Галиев Р.И., Сидельников СБ., Довженко Н.Н., Беляев СВ. Оценка экономической эффективности внедрения технологии совмещенной прокатки-прессования // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика. Сборник материалов 9-ой Всероссийской научно-практической конференции (часть 1). Красноярск: КГАЦМиЗ, 2003. - с. 73-76.

9. Сидельников СБ., Довженко Н.Н., Галиев Р.И., Гирев А.А. Сравнительный анализ экспериментальных данных и теоретических формул для расчета энергосиловых параметров процесса совмещенной прокатки-прессования // Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. междунар. сб. науч. тр. / Под ред. Г. С Гуна. - Магнитогорск: МГТУ,2003.-с. 101-107.

10. Сидельников СБ., Галиев Р.И., Довженко Н.Н. Экспериментальные исследования формоизменения и энергосиловых параметров процесса совмещенной прокатки-прессования прутков из алюминиевых сплавов // Изв. Вузов. Цветная металлургия. 2003. №4 - с. 49-54.

11. Галиев Р.И., Сидельников СБ., Биронт B.C. Макро- и микроскопический анализ прутков из алюминиевых сплавов, полученных совмещенной прокаткой-прессованием // Материалы и технология. Международный сборник научных трудов / Под. ред. Ю.А Баландина - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - с. 52-57.

12. Галиев Р.И., Сидельников СБ., Довженко Н.Н., Беляев СВ. Разработка конструкции и внедрение в производство установки совмещенной обработки металлов // Технологическое обеспечение качества машин и приборов. Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Приволжский дом знаний. - Пенза, 2004. - с.

12-15.

13. Галиев Р.И., Чайникова Е.В. Определение контактных напряжений при прокатке-прессовании // Перспективные материалы: получение и технологии обработки. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 2004. - с. 51-53.

14. Галиев Р.И., Чайникова Е.В. Описание и исследование геометрической формы очага деформации при прокатке-прессовании // Перспективные материалы: получение и технологии обработки. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 2004. - с. 54-56..

15. Галиев Р.И., Довженко И.Н., Лопатина Е.С Разработка конструкции опытно-промышленной установки СПП-400 и ее промышленное освоение // Перспективные материалы: получение и технологии обработки. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Красноярск: КГАЦМиЗ, 2004. - с. 59-61.

16. Галиев Р.И., Малина А.Г. Расчет температурных условий процесса прокатки-прессования алюминиевых сплавов // Перспективные материалы: получение и технологии обработки. Сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: КГАЦМиЗ, 2004. - с. 40-42.

>-968 5

Подписано в печать 13.05.04. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 380.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок МГТУ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1.1 РЕАЛИЗАЦИЯ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ

1.1.1 ПОЛУНЕПРЕРЫВНОЕ ПРЕССОВАНИЕ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

1.1.2 ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ

1.1.3 НЕПРЕРЫВНОЕ ПРЕССОВАНИЕ ПО СХЕМЕ ПРОКАТКА-ПРЕССОВАНИЕ

1.2 ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗ ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

1.3 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ

СОВМЕЩЕНИИ ПРОЦЕССОВ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ

1.4 ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 33 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

2.1 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ

2.2 АНАЛИЗ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКЕ-ПРЕССОВАНИИ

2.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ

ДЕФОРМАЦИИ ПО НЕДОКАТАМ

2.4 МЕТОДИКА ПЛАНИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.5 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.6 ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Ti-B

2.7 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.8 ПОСТРОЕНИЕ РЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

2.9 МАКРО- И МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРУТКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ СПП ИЗ СПЛАВА АД

И АЛЮМИНИЯ МАРКИ АД

2.10 ВЫВОДЫ 97 3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ

3.1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОСУЩЕСТВИМОСТИ ПРОЦЕССА СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ

3.2 ОПИСАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ-ПРЕССОВАНИИ

3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПРОКАТКЕ-ПРЕССОВАНИИ

3.4 РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА И ВАЛКОВ ПРИ СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКЕ-ПРЕССОВАНИИ

3.5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СПП

3.6 ВЫВОДЫ 151 4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕЩЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

4.1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И ОПИСАНИЕ ЛИНИИ ДЛЯ

СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ

4.2 ОПИСАНИЕ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ ПРОКАТНОГО СТАНА ДУО

4.3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКЕ СПП

4.4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ СПП-400 И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕЩЕННОЙ ПРОКАТКИ-ПРЕССОВАНИЯ

Важной задачей развития производства является увеличение объема и снижение себестоимости длинномерных пресс-изделий небольшого поперечного сечения из алюминиевых сплавов, находящих широкое применение в строительной индустрии, различных отраслях промышленности и в быту.

Существующие технологии производства данных пресс-изделий на горизонтальных гидравлических прессах имеют ряд недостатков, основные из которых связанны с дискретностью (прерывностью) процесса и реализацией схемы прессования с наличием реактивных сил трения на контакте металла с контейнером. Это приводит к ограничению длины прессуемых изделий, снижению их качества из-за неравномерности деформации и высокой энергоемкости процесса прессования. Устранить эти недостатки можно путем применения схем непрерывного прессования.

Основными способами непрерывного прессования являются Конформ, Лайнекс и Экстроллинг. Они характеризуются высоким выходом годного и возможностью деформации непрерывно-литой заготовки за один цикл обработки. Так, например, установки Конформ фирмы «Холтон Машинери» обладают высокой мобильностью, гибкостью перехода от одного типоразмера к другому, а также сравнительно высокой производительностью. Однако, при диаметре колеса 500 мм и минимальной мощности электродвигателя 300 КВт максимальный диаметр прутковой заготовки не превышает 20 мм, что ограничивает возможности этого процесса и делает его энергоемким.

В работах зарубежных и российских ученых, таких как Б.Авитцур, Р.Гржиб, В.Л.Бережной, М.С.Гильденгорн, В.Н.Корнилов, Н.Н.Довженко и др., были предложены технические решения, позволяющие реализовать различные варианты процесса Экстроллинг. Один из таких вариантов, названный авторами совмещенной прокаткой-прессованием (СПП), позволяет исключить перечисленные выше недостатки и расширить технологические возможности получения длинномерных пресс-изделий. Однако, для проектирования промышленного агрегата СПП, обеспечивающего выпуск заданной продукции с требуемыми механическими свойствами и структурой, необходимо провести более глубокие экспериментальные и теоретические исследования.

Целью работы, таким образом, является повышение эффективности производства длинномерных пресс-изделий из алюминия и его сплавов на базе способа совмещенной прокатки-прессования. Для достижения этой цели сформулированы следующие задачи:

- создать экспериментальную установку СПП, которая обеспечит изучение геометрического очага деформации и проведение экспериментальных исследований энергосиловых параметров процесса;

- установить аналитические зависимости для расчета температурных условий и энергосиловых характеристик изучаемого процесса;

- разработать технические и технологические условия для проектирования технологии и оборудования;

- провести исследование свойств алюминиевых полуфабрикатов, полученных методом СПП;

- создать опытно-промышленную установку для производства длинномерных пресс-изделий и отработать на ней технологические режимы получения прутков из алюминиевых сплавов.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе выполнен обзор существующих методов полунепрерывного и непрерывного прессования пресс-изделий, а также оборудования и технологий для их реализации. Дан анализ области применения и характеристика свойств алюминия и его сплавов, которые целесообразно использовать при совмещенной обработке. Проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований различных авторов, работы которых посвящены изучаемым вопросам. На основании проведенного литературного обзора сделаны выводы и сформулированы цели и задачи диссертационной работы. Вторая глава содержит результаты экспериментальных исследований процесса совмещенной прокатки-прессования. Приведены опытные данные по энергосиловым параметрам процесса таким, как сила, действующая на

4.5 ВЫВОДЫ

Таким образом, в результате проведенного промышленного внедрения оборудования и технологии совмещенных процессов обработки алюминия и его сплавов, можно сделать следующие выводы:

1. Предложена принципиальная схема для производства пресс-изделий небольшого поперечного сечения из алюминиевых сплавов, базовым элементом которой является установка совмещенной прокатки-прессования.

2. На основе полученных результатов, проведенных исследований спроектирована и внедрена в производство опытно-промышленная установка CI И1-260 и отработана технология получения прутка диаметром 15 мм из алюминия марки АД1.

С учетом опыта освоения установки СПП-260, создана новая конструкция узлов модульного оборудования для производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов и внедрена в производство опытно-промышленная установка С1111-400, на которой отработана технология получения прутков диаметром 9 мм из алюминия марки АД1 и сплава АМгб. Проведенные в промышленных условиях исследования позволили утверждать, что предложенные технологические режимы обеспечивают при заданных температурно-скоростных и деформационных параметрах процесса регламентированную структуру и свойства пресс-изделий в соответствии с ГОСТ 21488-97.

Экономические расчеты показали, что максимальная экономия при производстве прутков на установках совмещенной прокатки-прессования из алюминия марки АД1 составит 1749 руб за тонну, а для прутков из сплава АМгб себестоимость продукции снижается практически в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задача дальнейшего увеличения объема и снижения себестоимости длинномерных изделий, находящих все более широкое применение в строительной, электротехнической промышленности, а также в отрасли производства товаров широкого потребления, требует поиска новых высокопроизводительных методов их получения, разработки новых энергосберегающих технологий и создания модульного оборудования для их реализации. Повышение эффективности производства длинномерных изделий небольшого поперечного сечения из алюминиевых сплавов возможно за счет внедрения методов непрерывного прессования, при этом наименее энергоемким и универсальным из них является процесс совмещенной прокатки и прессования. Применение этого непрерывного процесса дает возможность повысить выход годного до 95-98%, достичь скоростей прессования до 2 м/сек при сравнительно высоких степенях деформации за один цикл обработки. Однако, внедрение таких технологий непрерывного прессования сдерживается в настоящее время из-за отсутствия комплексных экспериментальных и теоретических исследований, результаты которых дают возможность определить проектные параметры оборудования и гарантировать необходимый уровень механических свойств пресс-изделий.

В связи с этим, проведены экспериментальные исследования по изучению структуры очага деформации, формоизменения металла и энергосиловых параметров при реализации нового процесса совмещенной прокатки-прессования. При этом, установлены закономерности изменения энергосиловых характеристик процесса от комплекса безразмерных параметров, однозначно описывающих очаг деформации, и температурно-скоростных режимов обработки алюминиевых сплавов. Установлено, что на величину сил, действующих на матрицу и валки, существенным образом влияют температура нагрева заготовки, вытяжка при прессовании, скорость вращения и приведенный диаметр валков. Для определения энергосиловых параметров при прессовании прутков из малоизученных лигатурных сплавов системы Al-Ti-B методом горячего кручения получены экспериментальные данные по сопротивлению сдвигу. Проведены металлографические исследования, которые позволили установить оптимальные значения деформационных и температурно-скоростных параметров. При этом было выявлено сочетание параметров, при которых обеспечиваются наилучшие характеристики структуры с точки зрения однородности и дисперсности частиц выделяемой фазы. Такими параметрами для алюминия марки АД1, например, являются следующие: температура - 580 °С, вытяжка - 3,5 и скорость деформации - 0,54 с"1.

Выполнена аналитическая оценка устойчивости процесса СПП, и установлено, что определяющими параметрами являются удаление матрицы от плоскости, проходящей через оси валков и степень деформации при прокатке, которая для гарантированного осуществления процесса СПП должна быть не менее 50%. Путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия и условия пластичности для различных зон очага деформации получены аналитические зависимости для расчета напряжений, действующих в продольном и поперечном сечениях. Решена температурная задача и получены формулы для расчета температуры обрабатываемого металла и инструмента, анализ которых показал, что валки перед деформацией должны быть нагреты в диапазоне температур 100-250°С, а в процессе обработки, во избежание появления температурных трещин, охлаждаться таким образом, чтобы обеспечить температуру металла на выходе из матрицы меньше критической. В результате обработки численного массива экспериментальных данных получены аппроксимирующие формулы для расчета сил, действующих на матрицу и валки. В результате экспериментальной проверки этих формул установлено, что они обладают более высокой точностью по сравнению с известными формулами других авторов, что позволяет рекомендовать их для использования в инженерных расчетах технологических режимов прокатки-прессования.

На основе полученных результатов проведенных исследований создана новая конструкция узлов модульного оборудования для производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов методом СПП, обеспечивающая увеличение выхода годной продукции на 18% и повышение производительности на 67% по сравнению с традиционной схемой производства.

Практическая реализация технологических режимов получения прутков из алюминия и его сплавов проведена на ОАО «ВСМПО» (г. Верхняя Салда) и ООО «ТК «Сегал» (г. Красноярск). Проведенные в промышленных условиях исследования показали, что предложенные технологические режимы обеспечивают при заданных температурно-скоростных и деформационных параметрах процесса регламентированную структуру и свойства пресс-изделий в соответствии с ГОСТ 21488-97. При этом, разработаны и внедрены в производство установки по совмещенной обработке алюминиевых сплавов. Экономические расчеты показали, что предлагаемая технология эффективна, как в сравнении с получением катанки на литейно-прокатном агрегате, так и сравнении с технологией прессования прутков из слитков на горизонтальных гидравлических прессах. При этом, экономический эффект при производстве прутков на установках совмещенной прокатки-прессования из алюминия марки АД1 составит 1749 руб. на тонну, а для прутков из сплава АМгб себестоимость продукции снижается практически в 2 раза.

1. Бережной В.Л., Щерба В.Н., Батурин А.И. Прессование с активным действием сил трения. - М.: Металлургия, 1988. 296 с.

2. Щерба В. Н., Райтбарг Л. X. Технология прессования металлов. М.: Металлургия, 1995.336 с.

3. Бережной В.Л. Реализация технологически активного трения в экструзионных процессах// Технология легких сплавов. № 7-8 , 1993. С. 104-110.

4. Локшин М.З., Шамраев В.Н., Авдеев В.В., Богатов В.Ю. Современные способы непрерывного прессования труб, профилей и проволоки// Технология легких сплавов. № 10, 1992. С. 60-65.

5. Гильденгорн М.С., Селиванов В.В. Непрерывное прессование труб, профилей и проволоки способом Конформ// Технология легких сплавов. № 4, 1987. С. 67-83.

6. Avitzur В.- Extrolling: Combining Extrusion and Rolling. Wire journal, 1975, Juli, p. 73-80.

7. Германн Э. Непрерывное литье.- M.: Металлургиздат, 1961. 814 с.

8. Непрерывное литье-прессование цветных металлов/В .М. Сергеев, Ю.В. Горохов, В.В. Соболев, Н.А. Нестеров М.: Металлургия, 1990. 85 с.

9. Канцельсон М.П. Литейно-прокатные агрегаты для производства катанки из цветных металлов: Обзор. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. Металлургическое оборудование. Сер.1., вып.1.

10. Черняк С.Н., Коваленко П.А., Симонов В.Н. Бесслитковая прокатка алюминиевой ленты, —М.: Металлургия, 1976. 134 с.

11. П.Корнилов В.Н. Непрерывное прессование со сваркой алюминиевых сплавов. — Красноярск: Изд-во педагогического института, 1993. 216 с.

12. Тарновский И.Я., Вайсбурд Р.А., Еремеев Г.А. Автоматизация проектирования технологии горячей объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1969. 240 с.

13. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. М.: Металлургия, 1987. 368 с.

14. Гун Г.Я., Прудковский Б.А. Автоматизированное проектирование матриц для прессования профилей//Автоматизация процессов и обработки металлов давлением. М.: Наука, 1979, с.128-133.

15. Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Васина Г.И. Система автоматизированного проектирования технологии прессования металлов. Научно-методическое обеспечение: Монография. ГАЦМиЗ, Красноярск, 2000, 196 с.

16. Алиев Ч.А., Тетерин Г.П., Система автоматизированного проектирования технологии горячей объемной штамповки. — М.: Машиностроение, 1987. 224 с.

17. Зиновьев А.В., Колпашников А.И. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1992.

18. Проектирование матриц с форкамерами для прессования профилей из алюминиевых сплавов/В.Н. Алферов, Н.Н. Довженко, М.З. Ерманок, С.Б. Сидельников //Цветные металлы. -1991. -№1.- с. 48 50.

19. Green D.- The continuous extrusion forming of wire sections. TRG Report 2364 (S), Juli 1972.

20. Методы непрерывного прессования /Потапов И.Н., Ефремов Д.Б., Финагин П.П., Прудковский Б.А., Романцев Б.А. //Цветные металлы.-1987. №3.- с.85-88.

21. Силовые параметры непрерывного прессования металла способом Конформ/ Горохов Ю.В., Сергеев В.М., Гилевич Ф.С., Корнилов В.Н.//Цветные металлы. -1987. -№7- с.73-75.

22. Сергеев В.М., Шеркунов В.Г., Горохов Ю.В., Гилевич Ф.С., Довженко Н.Н. Расчет оптимальной геометрии инструмента при непрерывном прессовании металла // Металлы. Изв. академии наук СССР. 1990. - № 4. - с. 183 - 187.

23. Разработка устройств для непрерывного прессования цветных металлов и сплавов способом Конформ на основе морфологического анализа/ Корнилов В.Н., Горохов Ю.В., Сергеев В.М. //Цветные металлы. -1995. -№11.- с.58-62

24. Скотт К. Экструзионная установка Conform , алюминиевые отходы и космические технологии Сидельников // «Обогащение руд» «Цветные металлы». 2001. Июнь. Специальный выпуск. С. 91-93.

25. Патент (США) № 3934446,1976.

26. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Ворошилов С.Ф., Ешкин А.В. Исследование процесса совмещенной прокатки-прессования//Технология легких сплавов. 1993. С.41-44.

27. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Ворошилов С.Ф. Применение совмещенных методов прокатки-прессования для получения пресс-изделий из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. 1999. - № 1-2. — с. 131 - 136.

28. Сидельников С.Б.,, Сырямкина: Е.Ю., Кульбанова Е.А. Изучение деформированного состояния пластической области при прокатке-прессовании // Технология легких сплавов. 2001. -№ 1. — с. 32 — 36

29. Сидельников С.Б., Гришечкин А.И., Довженко Н.Н. Проектирование и освоение опытно-промышленной установки совмещенной прокатки-прессования // Технология легких сплавов. 2002. - № 5-6. - с. 41 - 44.

30. Ryszard Grzyb, Joachim Jonca, Stanislav Kajzer. At attemp to compare a new process of "Rolling through the die" with the multipass rolling as exemplified by rolling of flat. Wire journal, June 1982, p. 370-379.

31. Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Сырямкина Е.Ю. Анализ сил и моментов при прокатке-прессовании. // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч.тр./Под общ. ред. В.В. Стацуры; ГАЦМиЗ, Красноярск:, 2002. Вып.8. с. 163-166.

32. Довженко Н.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М: МИСиС 2002.

33. Федоров М. Алюминий и алюминиевые полуфабрикаты на внутреннем рынке//Металлоснабжение и сбыт, июнь 2002, с.86-91.

34. Алюминиевые сплавы: тенденции рынка // Металлоснабжение и сбыт, ноябрь 2002, с.128-132.

35. Выбор и обоснование применения алюминиевых сплавов для производства электротехнической проволоки/В.В.Захаров, М,З.Локшин, М.С.Сиротинский //Цветные металлы. 2002. №1, с. 104-110.

36. Жолобов В. В., Зверев Г. И. Прессование металлов. М: Металлургия, 1971.

37. Ерманок М. 3., Фейгин В. И. Производство профилей из алюминиевых сплавов. М: Металлургия, 1972.

38. Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы. М: Металургиздат, 1956.

39. Воронов С. М. Деформируемые алюминиевые сплавы. М: Машгиз, 1951

40. Фридляндер И.Н. Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы. М., Металлургия 1979, 208 с.

41. Напалков В.И., Бондарев Б.И., Тарарышкин В.Ч., Чухров М.В. Лигатуры для производства алюминиевых и магниевых сплавов./ М.: Металлургия — 1983, 160с.

42. Патент (Англия) № 1268812, 1969; № 1413848, 1975.

43. Патент (Япония) № 49-17133, 1974.

44. Патент (США) № 3854935, 1974.

45. Авторское свидетельство СССР №1271908. Способ получения лигатуры для модифицирования алюминия и алюминиевых сплавов. По кл. С22С 1/02 от 29.12.84.

46. Перлин И.Л., Райтбарг Л.Х. Теория прессования металлов. М.: Металлургия, 1975.

47. Целиков А.Н., Никитин Т.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия. - 1980. - 320 с.

48. Корнилов В.Н., Загаров Н.Н. Влияние типа калибра при прокатке-прессовании на характер течения металла // Цветные металлы, 1995, №12, с. 52-54.

49. Корнилов В.Н., Гильденгорн М.С. Влияние формы поперечного сечения калибра экстролинг-процесса на давление прессования // Технология легких сплавов, 1991, №12, с.67-71.

50. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Гавритенко В.В., Новиков Ю.М. Экспериментальные исследования процесса совмещенной прокатки-прессования // Сб. науч. ст. в 2-х частях. 4.2 Красноярск: КГАЦМиЗ, 1999, с.292-299.

51. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Галиев Р.И., Гирев А.А. Экспериментальные исследования процесса СПП алюминиевых сплавов // Сб. науч. ст. Красноярск, КГАЦМиЗ. - 2003 - с.237-239

52. Гилевич Ф.С., Довженко Н.Н., Сидельников С.Б. Получение проволоки, прутков и труб из алюминиевых сплавов совмещенным методом литья и непрерывного прессования Технология легких сплавов,1990, №11, с.54-56.

53. Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Загаров Н.Н. Устройство для непрерывного прессования металлов // Патент Р.Ф. №1785459, 1992, опубл. Б.И., 1992, №48. 3 с.

54. Смирнов B.C., Григорьев А.К. Применение ЭЦВМ для расчета параметров прокатки.-М. :Металлургия, 1970

55. Корнилов В.Н., Сергеев В.М., Антич В.А. Опробование процесса непрерывного прессования цветных металлов на прокатном стане Дуо // Цветные металлы, 1991, №5, с. 59-60.

56. Чиченев Н.А., Кудрин А.Б., Полухин П.И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением . М.: Металлургия, 1977.- 311 с.

57. Протодьянов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. — М.: наука, 1970. — 42 с.

58. Довженко Н.Н., Осипова С.Н. Практикум по организации эксперимента в обработке металлов давлением: Учеб. пособие. Красноярск: КИЦМ, 1998. 104 с.

59. Гилевич Ф.С., Сидельников С.Б. Теория и технология прокатки. Задачи, алгоритмы, программы, решения: Учеб. пособие / ГАЦМиЗ. Красноярск, 1996. -40 с.

60. Механика обработки металлов давлением. Учебник для вузов. 2-е изд., пераб. и доп. Колмогоров B.JI. Екатеринбург.: Изд-во Уральского государственного технического университета УПИ, 2001. - 836 с.

61. Грищенко Н.А., Ромашов Р.К., Суяров Д.И. Способ определения истинного сопротивления деформации при скручивании сплошных образцов // технология легких сплавов, 1975, №4, с.29-31.

62. Оводенко М.Б., Пономарев Ю.И., Герасимова Л.И. и др. Машина для изучения сопротивления деформации и пластичности металлов и сплавов методом горячего скручивания // Красноярский межотраслевой центр научно-технической информации, 1978, №1 с.59-78.

63. Полухин П.И., Николаев В.П., Полухин В.П., Зиновьев А.В., Косаримов Е.Н. Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке. — М., «Металлургия », 1974.200 с.

64. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М. «Высшая школа», 1967, 599 с.

65. Смирнов B.C. Теория прокатки. М.,« Металлургия », 1967,460 с.

66. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М., «Машиностроение», 1979.215 с.

67. Беляев Н.М., Рядно А.А., Методы теории теплопроводимости (в 2-х частях). -М.,« Высшая школа », 1982. ч. 1. - 327 с.

68. Вывод уравнений связи свойств алюминиевых сплавов с параметрами горячего деформирования. Охрименко Я.М., Щерба В.Н., Недугов А.В. и др. - Цветные металлы, - 1983 - №2 с.66-69

69. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Ешкин А.В. Установка для непрерывного литья и прессования. Патент РФ №2100136 опубл. Бюл., 1997, №36.

70. Межгосударственный стандарт ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе.