автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Совершенствование процесса непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов

На правах рукописи

СИДОРИН АНТОН АЛЕКСАНДРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ

СПЛАВОВ

Специальность 05.16.05 «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА-2006

Работа выполнена в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чиченев Николай Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Нагайцев Александр Александрович

кандидат технических наук, доцент Щербель Рафаил Давидович

Ведущая организация: ОАО Ступинский металлургический комбинат

Защита состоится "Ц " октября 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.132.09 при Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) по адресу:

119049, Москва, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "У" сентября 2006 г. Справки по телефону: (095) 955-01-27.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Процесс непрерывного прессования со сваркой металла в очаге деформации (способ Конформ) относится к весьма перспективным способам получения тонкостенных полых профилей из алюминиевых сплавов, используемых в автомобильной, аэрокосмической, кабельной, холодильной и других отраслях промышленности. В отличие от других способов непрерывного прессования, основанных на использовании активных сил трения, способ Конформ имеет наиболее простую кинематическую схему, достаточно высокую технологическую гибкость за счет быстрой смены инструмента, обеспечивает более высокие скорости прессования, не требует предварительного нагрева заготовки.

Непрерывное прессование на установке Конформ обеспечивает высокое качество и точность геометрических размеров готовых изделий без дальнейшей их обработки, практически полное использование материала заготовки благодаря отсутствию ггресс-остатка, существенное снижение капитальных вложений и расхода электроэнергии. Однако практическая реализация способа Конформ сдерживается недостаточной технологической разработкой процесса, обусловленной малой изученностью характера течения металла в очаге деформации, отсутствием обоснованных рекомендаций по силовым и температурным условиям прессования, точной настройке инструмента, выбору конструктивных параметров установок.

Поэтому исследование и разработка эффективной технологии непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов является актуальной задачей, которая имеет важное народнохозяйственное значение.

Исследования выполнялись в соответствии с конкурсами грантов в области фундаментальных проблем металлургии и машиностроения Министерства образования Российской Федерации.

Цель и задачи работы.

Цель работы — исследование процесса непрерывного прессования способом Конформ н на этой основе разработка эффективной технологии прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов со сваркой металла в очаге деформации.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи: — разработка математической модели напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом Конформ, учитывающей последовательность деформации заготовки по дуге рабочего колеса;

— разработка методики выбора и регулировки зазоров в составном контейнере, образованным рабочим колесом и держателем матрицы, с целью снижения потерь металла в заусенец;

— исследование теплового состояния основных элементов инструментальной оснастки для уточнения технологических режимов нагрева заготовки в процессе непрерывного прессования;

— обоснование рекомендаций по выбору соотношений между основными технологическими параметрами установок непрерывного прессования способом Конформ;

— проведение опытно-промышленных испытаний с целью проверки предложенных технологических и технических решений.

Научная новизна работы.

1. Предложена математическая модель напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом Конформ, учитывающая наличие участков захвата, сцепления, осадки и прессования в зоне деформации заготовки, расположенной по дуге рабочего колеса.

2. Установлены соотношения между основными технологическими параметрами составного контейнера в зависимости от давления, необходимого для получения тонкостенного профиля.

3. Разработана методика выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере, обеспечивающая минимальные потери металла в заусенец и учитывающая силовые и температурные условия прессования.

4. Исследованы тепловые состояния инструмента и заготовки в процессе непрерывного прессования тонкостенных труб со сваркой металла в очаге деформации.

5. Разработан экспериментально-аналитический метод выбора соотношений между радиусом рабочего колеса, площадью поперечного сечения составного контейнера и диаметром прутковой заготовки.

Практическая значимость работы.

1. На основе исследования теплового состояния основных элементов инструментальной оснастки при непрерывном прессовании тонкостенных труб, даны рекомендации по выбору режимов нагрева заготовки на всех стадиях процесса деформации.

2. С использованием разработанной методики выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере предложена система точной настройки радиальных зазоров между рабочим колесом и держателем матрицы; промышленными испытаниями

установлено, что система обеспечивает получение толщины алюминиевого покрытия на колесе 0,3...0,5 мм и снижение потерь металла в заусенец на 10%.

3. Установлен диапазон рациональных соотношений между диаметром прутковой заготовки и параметрами рабочего колеса, позволяющий оптимизировать выбор установок непрерывного прессования Конформ для получения заданного сортамента изделий.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований использованы в ОАО «ВИЛС» при разработке технологии непрерывного прессования тонкостенных алюминиевых труб 8x0,5мм из сплава АД1 из прутковой заготовки диаметром 9,5 мм на двухручьевой установке непрерывного прессования способом Конформ с диаметром рабочего колеса 340 мм; выпущена опытная партия труб с высокими показателями качества по геометрии, структуре и механическим свойствам.

Апробация работы.

Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургических предприятий и научно-исследовательской лаборатории процессов пластической деформации и упрочнения МИСиС (Москва, 2006 г.); на 1-ой Международной конференции молодых специалистов „Металлургия XXI века" (Москва, 2005 г.). на VI Международной научно-технической конференции „Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах" (Череповец, 2004 г.); на международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (Старый Оскол, 2004).

Публикации.

По основному содержанию диссертации опубликовано б работ.

Объем работы.

Диссертация изложена на 161 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 31 рисунок, 7 таблиц, список использованных источников из 109 наименований, 6 приложений.

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Тонкостенные трубы и профили относительно небольших размеров из алюминиевых сплавов находят широкое применение в автомобильной, аэрокосмической, кабельной, холодильной и других отраслях промышленности. Они изготавливаются из алюминиевых сплавов, обычно из термически не упрочняемых сплавов системы Al-Mg-Mn, которые отличаются хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью.

Приведен обзор технологических схем получения труб относительно малого диаметра и толщины стенки из алюминиевых сплавов и оборудования для их реализации. На основе сравнительного анализа наиболее распространенных способов производства подобной продукции показана перспективность процессов непрерывного прессования с активным действием сил трения, в частности процесса Конформ. Он характеризуется высокими показателями выхода годного, высокой производительностью, меньшей энергоемкостью, возможностью полной автоматизации, меньшими капитальными затратами по сравнению со способами прессования на гидропрессах.

В работах Перлина И.Л., Гильденгорпа М.С., Корнилова В.Н., Щербы В.Н., Бережного BJ1., Довженко H.H. и др. рассмотрены классификация процессов прессования с использованием активных сил трения и сваркой металла в очаге деформации, методы и подходы к решению технологических задач. Авторами предложены математические модели напряженно-деформированного состояния металла в очаге деформации, исследования теплового состояния заготовки и инструмента при установившихся условиях прессования. Однако практическая реализация преимуществ данного способа непрерывного прессования сдерживается недостаточной технологической разработкой процесса, обусловленная малой изученностью характера течения металла, его силовых и температурных параметров при деформации, сложностью настройки инструмента.

На основе анализа научно-технической и патентной литературы сформулированы цели и задачи работы.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАГОТОВКИ В ЗОНЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ПРЕССОВАНИИ

При разработке математической модели напряженного состояния заготовки будем считать, что для установившейся стадии процесса непрерывного прессования по способу Конформ очаг деформации, расположенный по дуге рабочего колеса от прижимного ролика до упора держателя матрицы, состоит из четырех участков: захвата, сцепления, осадки и прессования (рисунок 1).

Каждому из указанных участков соответствует своя стадия процесса, которая характеризуется степенью деформации прутковой заготовки, величиной ее контакта с поверхностью рабочего колеса, скоростью перемещения металла и его температурой.

1 - ограничитель поворота башмака, 2 - прижимной ролик, 3 - заготовка, 4 - рабочее колесо, 5 - ручей рабочего колеса, б - упор держателя матрицы, 7 - входная проводка, 8 - матрица, 9 - пресс-изделие, 10 - держатель матрицы, 11 - ось поворота башмака, 12 - башмак, 13 - полость составного контейнера, 14 - нагреватели.

Рисунок 1 - Схема установки непрерывного прессования способом Конформ.

1

На начальной стадии (на участке захвата) происходит захват холодной заготовки рабочим колесом посредством ей вдавливания в ручей прижимным роликом с образованием контактных площадок на боковых гранях. Профиль ручья имеет форму скругленной трапеции с углом наклона боковых граней около 15°. Процесс захвата заготовки аналогичен прокатке с защемлением в калибре, в котором благодаря клиновому расположению боковых граней улучшается сцепление заготовки с рабочим колесом и создается толкающее усилие, необходимое для последующей осадки заготовки.

На второй стадии (на участке сцепления) только часть периметра ручья рабочего колеса соприкасается с заготовкой, т.е. имеет место неполный контакт между ними. При этом скорость движения заготовки и боковых граней ручья практически совпадают, а теплообмен между ними осуществляется за счет теплопередачи. В конце участка сцепления температура заготовки не должна быть выше 90-100°С, чтобы пруток, зажатый в ручье, сохранил достаточную жесткость для последующей продольной осадки заготовки и полного заполнения ручья рабочего колеса.

По мере перемещения заготовки к упору держателя матрицы, в ней за счет сил сцепления растут напряжения сжатия, которые по достижении предела текучести, приводят к осадке заготовки и заполнению металлом ручья рабочего колеса. Когда поперечное сечение составного контейнера, образованного ручьем рабочего колеса и поверхностью держателя матрицы, будет полностью заполнено металлом, стадия осадки переходит в стадию прессования. В зоне полного контакта скорость движения заготовки отстает от линейной скорости рабочего колеса, и поэтому за счет активного действия сил трения в ней растут напряжения сжатия. Граница, отделяющая зоны полного и неполного контактов заготовки с ручьем рабочего колеса, устанавливается автоматически в зависимости от давления прессования, необходимого для выдавливания металла по радиальным каналам через камеру сварки и матрицу.

Стадии осадки и прессования осуществляются в пределах рабочей длины составного контейнера, которая соответствует расстоянию от передней кромки держателя матрицы до его упора. Поэтому в установках Конформ при определении длины зоны полного контакта необходимо исходить из наибольшего давления прессования в области упора держателя матрицы, требуемого для получения изделий заданного сортамента.

Для установления зависимости напряжения в поперечном сечении составного контейнера на участке прессования от его протяженности рассмотрим условия равновесия элементарного объёма заготовки в очаге деформации при следующих допущениях:

— поперечное сечение профилированного ручья рабочего колеса заменяется эквивалентным прямоугольным сечением той же площади и ширины на наружном радиусе;

— коэффициент трения между заготовкой и контейнером вычисляется по закону Зибеля, при этом его значения считаются одинаковыми для подвижных и неподвижных элементов контейнера;

— сопротивление деформации металла в контейнере принимается постоянным,, соответствующим его средней температуре.

В результате решения уравнений равновесия выделенного элемента (рисунок 2) зависимость напряжения в поперечном сечении заготовки по длине составного контейнера получит вид:

<*<р =0,5-<Ху

-1-Р+2

О)

где <Тф - напряжение в поперечном сечении заготовки;

- сопротивление деформации металла при средней температуре по длине составного контейнера;

^Н' КВ " наРУжный и внутренний радиусы ручья рабочего колеса;

^ — ширина ручья на наружном радиусе рабочего колеса; Ф—текущее значение угла дуги составного контейнера.

Если поперечное сечение ручья рабочего колеса представить в виде квадрата такой же площади, то после преобразований уравнение (1) получит вид:

--1

ен

(2)

где А - расчетная площадь ручья рабочего колеса;

— относительный радиус рабочего колеса.

А—А

Рисунок 2 - Схема для расчета силовых параметров непрерывного прессования.

Подставив в выражение (2) значение напряжения перед упорами держателя

матрицы, равное давлению выдавливания металла по радиальным каналам через камеру сварки и матрицу, можно получить формулу для определения угловой длины составного контейнера <рк в зависимости от относительного радиуса рабочего колеса. На рисунке 3 представлены соответствующие зависимости для прессования тонкостенных труб из

алюминиевого сплава АД1 наружным диаметром 8 мм с вытяжками X. = 80 и А. = 320. Из графиков следует, что с увеличением площади поперечного сечения ручья рабочего колеса необходимо увеличивать длину составного контейнера, чтобы с помощью сил трения обеспечить заданные давления перед упорами матрице держателя.

(рк,рад

Рисунок 3 - Зависимость угловой длив» составного контейнера фк от относительного радиуса рабочего колеса при вытяжке X. = 80 (О) и А.=320 (□)

Выполнение этого условия возможно либо путем увеличения радиуса рабочего колеса, либо за счет увеличения угловой длины контейнера. В последнем случае необходимо учитывать, что увеличение длины составного контейнера существенно усложняет настройку зазоров между рабочим колесом и держателем матрицы, которая необходима для предотвращения истечения металла в заусенец. Поэтому в действующих установках Конформ угол дугообразного контейнера, как правило, не превышает 0,5 радиан, что соответствует значениям относительного радиуса рабочего колеса в интервале

К.н/л/А =9...13.

Поскольку увеличение радиуса рабочего колеса приводит к росту требуемого крутящего момента и соответственно мощности привода и габаритов установки, то полученное соотношение для данных условий прессования можно считать более рациональным.

МЕТОДИКА ВЫБОРА И РЕГУЛИРОВКИ ЗАЗОРОВ В СОСТАВНОМ КОНТЕЙНЕРЕ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ

Разработка методики выбора и регулировки зазоров основана на допущении о том, что давление, создаваемое контактными силами трения рабочего колеса, достигает наибольшей величины у выступов башмака и определяется величиной давления, необходимого для выдавливания металла по радиальным каналам через матрицу. Чтобы свести к минимуму образование заусенцев, это давление должно быть существенно меньше давления, требуемого для выдавливания прессуемого металла в зазоры между подвижными и неподвижными элементами контейнера, расположенными в зоне выступов башмака (рисунок 4). Это означает, что сопротивление течению металла в заусенец должно превышать сопротивление течению металла через матрицу.

Рисунок 4 - Профиль ручья рабочего колеса и упора башмака.

Процесс выдавливания металла в зазоры составного контейнера можно рассматривать как процесс обратного прессования, в котором роль пресс штемпеля с матрицей выполняет выступ башмака. При этом в качестве канала матрицы следует в

10

дополнение к контуру выступа учесть также зазор между ободом рабочего колеса и дугообразной поверхностью башмака в зоне выступа, где давление достигает наибольшей величины, равной давлению прессования. Тогда периметр канала матрицы будет состоять из периметра выступа и примыкающих к нему боковых дуг башмака, длина которых соответствует диаметру питающего канала. Давление рзсц, необходимое для выдавливания металла в заусенец, может быть определено по методике ИЛ. Перлина, в соответствии с которой можно записать:

Рзсц=рда»+р;'+1Ч о)

где Рдаф—усилие для осуществления основной деформации при выдавливании без учета трения;

р.^ —усилие для преодоления трения на участке контейнера, соответствующем

высоте пластической зоны;

РТр2 — усилие для преодоления трения по поверхностям выступа и примыкающих

к нему боковых дуг башмака;

А — площадь сечения ручья рабочего колеса. Усилия определяются по следующим формулам:

А зсц

Рдеф =2^-0,, -1п--; (4)

Азсц

д

ртр2 = пзсц ' ' ---гп ' '

"зсц

где А ЗСц —-площадь зазоров в зоне выступа башмака;

ПЗСц—периметр зазоров в зоне выступа башмака;

а^—сопротивление деформации металла в зоне выступа башмака;

Ьп —высота пластической зоны;

Ьп—длина выступа башмака;

^к и Гп—коэффициенты контактного трения на поверхности контейнера и выступе башмака соответственно;

Поскольку потери металла в отходы при непрерывном прессовании должны быть минимальны, то при определении Рзсц будем рассматривать начальный этап выдавливания металла в заусенец при следующих допущениях:

— зазоры между подвижными и неподвижными элементами составного контейнера в зоне выступа башмака имеют постоянную величину и, следовательно, площадь зазоров в зоне выступа башмака АЗСц = ПЗСц х ^;

— величина заусенца не должна превышать величины зазора, т.е. 1л=

— коэффициенты трения между деформируемым металлом и поверхностями контейнера и выступа башмака определяются по формуле Зибеля, при этом коэффициенты трения будем считать одинаковыми и равными ^ = Гп = 0,5;

— вследствие небольшой протяженности заусенца сопротивление деформации металла при его выдавливании приравниваем среднему значению <т3(,р;

— высоту пластической зоны принимаем по приведенному (эквивалентному) диаметру сечения ручья рабочего колеса, т.е. Ь„ = л/А.

С учетом принятых допущений выражение (3) для момента начала выдавливания прессуемого металла в заусенец получит вид:

Зависимость давления в зоне выступа башмака, соответствующего началу образования заусенца, от зазора между подвижными и неподвижными элементами составного контейнера при температуре 300°С и 350"С соответственно показана на рисунке 5 (графики построены для сплава АД1 применительно к профилю ручья рабочего колеса, показанному на рис. 4).

Сравнение этих данных показывает, что для предотвращения выдавливания прессуемого металла в заусенец необходимо, чтобы зазор в составном контейнере с

стя2—сопротивление деформации металла при выдавливании в заусенец.

(7)

учетом теплового расширения инструмента находился в диапазоне t^ = 0,3...0,4 мм, поскольку меньшее значение зазора с учетом допусков на изготовление профиля рабочего колеса и выступа башмака может привести к образованию задиров. Разработанные рекомендации по выбору зазоров в составном контейнере были использованы при настройке инструментальной оснастки для прессования труб диаметром 8 мм и толщиной стенки 0,5 мм из сплава АД1 на машине непрерывного прессования с диаметром рабочего колеса 340 мм.

еоо

700

600

ü £00

¿

• 400

X

I300

200

100 о

0 0.05 0.1 0,15 0,2 0.25 0,3 0,35 0,4 0,45 0.5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0.В5 0,9

зазор, мм

1-а-ЗОСГ —♦—350'' —А—Ртах I

Рисунок 5 - Зависимость давления рзец начала образования заусенца от зазора в составном контейнере при температуре 300°С и 350°С.

1 1 -

ч

\ ■

< 4j

N s

-Í i— -1 i—

Регулировка зазоров осуществлялась с помощью прокладок I, II в держателе матрицы и прокладок Ш в башмаке (рисунок 6).

1 - рабочее колесо, 2 - канавка рабочего колеса, 3 - башмак, 4 — держатель матрицы, 5 - упоры, 6 - входная проводка; I, II, III - места установки прокладок.

Прокладки I позволяют перемещать держатель матрицы в выемке башмака в радиальном направлении и тем самым регулировать зазор между рабочим колесом и держателем матрицы. Прокладки II позволяют регулировать положение держателя матрицы по вертикали. С помощью прокладок I и II осуществляется грубая настройка держателя матрицы относительно рабочего колеса.

Прокладками III в башмаке производится точная настройка инструмента, т.к. они одновременно оказывают влияние, как на горизонтальное, так и вертикальное положение держателя матрицы. Практика показывает, что при нагреве держателя матрицы происходит его тепловое расширение и радиальное перемещение в выемке башмака на величину 0,7...0,8 мм. Данный факт следует учитывать при первоначальной установке зазоров в калибре.

Данная методика расчета позволила определить минимальную величину зазора в калибре, при этом с целью предотвращения механических повреждений инструмента в процессе работы эта величина должна быть не менее 0,3 мм.

Рисунок 6 — Схема расположения регулировочных прокладок.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

На основе проведенных исследований предложена технологическая схема получения труб 8x0,5 мм из сплава АД1 на двухручьевой установке непрерывного прессования „Конформ-350" на ОАО „13 ИЛ С".

В качестве заготовки используется катанка 9,5±0,3 мм, полученная методом непрерывного литья и прокатки. Прессование труб 8x0,5 мм ведется через камерные матрицы с вытяжкой Х=326.

При разработке технологии приняты рекомендации Гкльденгорна М.С., на основании которых в качестве исходных параметров процесса непрерывного прессования полых профилей и труб из сплава АД1 через камерные матрицы принята температура прессования в диапазоне 450-500 °С, а минимальная длительность деформации в камере сварки, обеспечивающая получение сварных изделий с удовлетворительным качеством сварного шва — 0,25 с.

Пользуясь формулой для расчета длительности деформации в камере сварки, учитывающей ее конструктивные параметры, установлена максимальная скорость истечения трубы из матрицы - Уи = 72 м/мин. Затем из равенства расходов металла заготовки и трубы определена скорость поступления прутковых заготовок в два ручья рабочего колеса - У3 = 6 м/мин. Так как в зоне захвата линейные скорости рабочего

колеса и заготовок совпадают, то частота вращения рабочего колеса равна п « 6 об/мин.

На начальном этапе прессования частоту вращения рабочего колеса 6 об/мин ограничивают из-за необходимости протягивания трубы через лоток охлаждения и заправки ее переднего конца в устройство намотки. Температура на упорах держателя матрицы должна быть достаточной для нагрева заготовки в зоне прессования и в то же время не создавать условий для избыточного образования заусенца. По формуле Корнилова В.Н. определен прирост температуры в камере сварки от работы пластической деформации. Учитывая также прирост температуры от трения заготовки в каналах держателя матрицы, суммарное увеличение температуры на пути заготовки от упоров держателя матрицы до матрицы принято равным 30-40°С. Таким образом, для установившегося режима работы температура металла в зоне прессования, а следовательно и упоров держателя матрицы принята равной Туд = 420 - 430 °С.

При прессовании происходит разогрев заготовки в составном контейнере в результате теплообмена с горячей инструментальной оснасткой и диссипации работы сил

трения. На входе в зону осаживания заготовка уже имеет прирост температуры в результате теплопередачи от рабочего колеса и трения о входную проводку. Максимальная температура Хкол рабочего колеса ограничена 250-300 °С, что обусловлено вероятностью изменения его механических свойств при более высокой температуре. Измерения температуры на входе в зону осаживания, проведенные с помощью контактных хромель-алюмелевых термопар типа ТП0198ХА, показали, что температуру заготовки Твх.пр с помощью охлаждаемой проводки удается поддерживать на уровне 90-100 СС. Поддержание такой относительно низкой температуры заготовки на входе в зону осаживания обусловлено необходимостью сохранения жесткости заготовки, которая в зоне сцепления играет роль пресс штемпеля.

Предполагая, что работа на преодоление сил контактного трения на поверхности ручья рабочего колеса и держателя матрицы полностью преобразуется в тепло, то выражение для определения количества тепла, выделяющегося за счет трения на установившейся стадии процесса, получит вид:

где (I—коэффициент контактного трения между металлом и инструментом, принимаемый по закону Зибеля;

Количество тепла, необходимое для на1рева мег&тла в контейнере, определяется выражением:

(12)

—среднее радиальное напряжение по длине контейнера; Ут = Ур•83/А —скорость заготовки в контейнере;

\г

' —окружная скорость ручья рабочего колеса; 3 —площадь поперечного сечения исходной заготовки.

(?т =С-ДТ-Ар-У,

ш>

(13)

где С—удельная теплоемкость материала заготовки; р—плотность материала;

ДТ—изменение температуры металла вследствие работы сил трения в контейнере.

Считая, что количество тепла, полученное заготовкой за счет сил контактного трения, и потери тепла, отдаваемые через инструмент, равны, получим формулу для определения прироста температуры:

Полученные зависимости использованы для предварительной оценки температуры заготовки. Расчеты показали, что количества тепла, выделяемого в результате диссипации работы сил трения, достаточно для увеличения температуры заготовки до уровня

Дня проверки представленных выше расчетных зависимостей проведена серия экспериментов по прессованию труб 8x0,5 мм из сплава АД1. Сначала проводили предварительный нагрев камеры сварки до температуры 440-450 °С с помощью ТЭЦ в „башмаке" общей мощностью около 4 кВт. При этом температура упоров держателя матрицы достигала 350-370 °С. Затем включали вращение рабочего колеса и прижимали к нему „башмак" с инструментальной оснасткой давлением порядка 30% от номинального. Трением упоров о поверхность рабочего колеса увеличивали их температуры до 420-430 °С и 240-260 °С соответственно. Во время разогрева трением, с целью снижения истирания покрытия на рабочем колесе, в его канавки время от времени задавались короткие отрезки заготовки. После разогрева рабочего колеса и упоров трением до требуемых температур, увеличивали давление прижима „башмака" до номинального, снижали частоту вращения рабочего колеса до 6 об/мин и задавали в ручьи рабочего колеса заготовки (рис 7). Труба появлялась из матрицы через 10-15 с после начала прессования. Прессование при данной частоте вращения рабочего колеса осуществлялось в течение 2-3 мин до момента заправки трубы в барабан устройства намотки.. При этом нагрузка на привод рабочего колеса была на уровне номинальной и не превышала предельно допустимого значения. Для подтверждения расчетной максимальной скорости истечения трубы осуществляли прессование в рабочем режиме с постепенным увеличением частоты вращения рабочего колеса до момента начала расхождения сварного шва. При этом первые 20-30 мин прессование проводили при частоте вращения рабочего колеса на уровне 30% от номинальной с целью достижения установившегося режима работы установки. Заданные температуры упоров держателя матрицы, рабочего колеса,

дт =

(14)

С • А • р • Уга

400-450°С.

камеры сварки и входной проводки поддерживались автоматически регулируемой подачей воды в каналы охлаждения.

вдами,м«

—•—УГЛЫ —•—КАЬЖРАСЕЙГКИ

-*-ВЗВДИЯ1КВ0даА -*-ТЕМВ»АГУРАТИ

—•—РАКИЕЕКОЛВОО ббмш-ннревиистдовггатрамЕМ

75 мин- генало цюоосвання

Рисунок 7 - Изменение температуры нагрева инструмента при запуске установки непрерывного прессования.

Для дополнительного увеличения скорости истечения трубы использовали гомогенизированные заготовки, которые непосредственно перед подачей в установку прессования проходили очистку поверхности от оксидов в растворе ЫаОН с применением эффекта барботиро вания в ультразвуковой системе очистки. В результате максимальная скорость прессования трубы составила 90-100 м/мин, при этом частота вращения рабочего колеса бала равна 8-10 об/мин, а длительность деформации составила 0,18 с.

Были проведены исследования микроструктуры, испытания на растяжение, раздачу конусом и замеры геометрических размеров образцов трубы, взятых из середины и на заднем конце трубы.

Исследования микроструктуры образцов методом секущих показали наличие полностью рекристаллизованной равноосной зеренной структуры трубы. Средний размер зерна в поперечном и продольном шлифах составил 40-45 мкм. Сварной шов не обнаруживался. Испытания на раздачу проводили на оправке с углом конусности 30° при скорости 20 мм/мин. Ни на одном из образцов трещина по сварному шву не была обнаружена. Измерения геометрических размеров трубы показало их соответствие многим используемым стандартам (Таблица 1).

Таблица 1 — Сравнение геометрических размеров тонкостенных труб из алюминиевых сплавов с Требованиями стандартов

Наименование стандарта или фирмы производителя Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм

номинальный Предельное отклонение номинальный Предельное отклонение

Вв 1474, 1987 12... 18 ±0,25 >,0 ±0,15

ЕЫ 755-8, 1988 8...18 ±0,25 1,0 ±0,07

ТУ-1-3-041-91, КМПО 8...10 +0,1...-0,15 1,0 ±0,1

ТУ-1-3-118-77, КМПО (хоподнопрессованные) 5.-20 -0,15 1,0 ±0,1

Ф. Бабхок Уайр 5...10 ±0,06 1.0 ±0,05

Экспериме нтальяы е средние значения 8,0 ±0,05 0,5 ±0,05

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена математическая модель напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом Конформ, основанная на представлении очага деформации, расположенного по дуге рабочего колеса, в виде участков захвата, сцепления, осадки и прессования. Выведены зависимости напряжения Сф в поперечном сечении составного контейнера на участке прессования от его угловой длины (рк и относительного радиуса рабочего колеса, учитывающие влияние сил трения и изменение средней температуры металла в очаге деформации.

2. Разработана методика выбора н регулирования зазоров между подвижными и неподвижными элементами составного дугообразного контейнера, образованного профилированными ручьями приводного рабочего колеса и поверхностями неподвижного держателя матрицы. Полученные зависимости учитывают размеры контейнера, силовые и температурные условия непрерывного прессования.

3. Предложена промышленная система точной настройки радиальных зазоров в составном контейнере между рабочим колесом и держателем матрицы для создания алюминиевого покрытия на колесе толщиной 0,3...0,4 мм, обеспечивающего снижение потерь металла в заусенец н исключающего повреждения поверхности инструмента.

4. Изучено распределение температуры в основных элементах инструментальной оснастки при непрерывном прессовании тонкостенной трубы 8x0,5 мм из сплава АД1 и разработан экспериментально-аналитический метод расчета температуры, которая должна составлять: на рабочем колесе 240...260°С, на входной проводке 90...100°С, на упоре держателя матрицы 420...430°С и в камере сварки 440..450°С.

5. Установлены оптимальные соотношения между основными параметрами установок для непрерывного прессования способом Конформ: радиусом рабочего колеса, площадью поперечного сечения составного контейнера и диаметром прутковой заготовки, которые подтверждены характеристиками существующих установок.

6. Разработана и прошла опытно-промышленные испытания в ОАО „ВИЛС" технология непрерывного прессования тонкостенных алюминиевых труб 8x0,5 мм сплава АД1 из прутковой заготовки диаметром 9,5 мм на двухручьевой установке непрерывного прессования с диаметром рабочего колеса 340 мм. Установлено, что характеристики полученных труб удовлетворяют требованиям отечественных и зарубежных стандартов.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Сидорин А А., Чиченев H.A., Шур И.Л. Методика расчета зазоров в составном контейнере процесса непрерывного прессования И Образование, наука, производство и управление в XXI веке: Сборник трудов международной научной конференции. В 4-х томах. Том 2. Металлургия XXI века. — Старый Оскол: ООО «ТНТ», 2004.-С. 172-175.

2. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А. Определение усилий выдавливания металла в процессе «Конформ» // Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах (ИНФОТЕХ - 2004): Материалы IV международной научно-технической конференции,— Череповец, ЧГУ, 2005. — С. 79-83

3. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А. Силовые параметры процесса непрерывного прессования // Цветные металлы. 2005. №2. С. 76-78.

4. Сидорин A.A. Анализ процесса непрерывного прессования полых изделий // Металлургия XXI века. Сборник трудов 1-й Международной конференции молодых специалистов. - М.: ВНИИМЕТМАШ, 2005. - с. 306.

5. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А. Регулирование положения инструмента для процесса непрерывного прессования // Электроэнергетика, автоматизация производства, технологические машины: Сборник научных трудов. — Норильск, Норильский индустриальный институт, 2005. - С. 79-81.

6. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А. Экспериментальное исследование температуры инструмента и заготовки при непрерывном прессовании // Металлургические машины и оборудование: Сборник научных трудов МИСиС. — М.: МИСиС, 2005. - С. 44-49.

Отпечатано с готовых оригинал-макетов в типографии ООО «Копировальный МИР», Г. Москва, Ленинский проспект, дом бд, кафедра ОМД МИСиС Тираж: 115 экз. Заказ № 23

Введение

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

1.1 Анализ современного состояния и тенденций развития металлургической промышленности России

1.2. Анализ технологий прессования

1.3 Анализ процессов с использованием активных сил трения для прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов

1.4 Обоснование цели и задач исследования

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

2.1 Постановка задачи исследования

2.2 Математическое моделирование процесса непрерывного прессования тонкостенных труб

2.3 Уточненная математическая модель определения длины составного контейнера

2.4 Экспериментальное исследование непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА И РЕГУЛИРОВКИ ЗАЗОРОВ В СОСТАВНОМ КОНТЕЙНЕРЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

3.1 Теоретические положения выбора и регулировки зазоров в составном контейнере непрерывного прессования тонкостенных труб

3.2 Методологическая схема выбора и регулировки зазоров в составном контейнере 91 3.3. Практическая реализация методики выбора и регулировки зазоров в составном контейнере

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

4.1 Обоснование требований к исходным заготовкам, оборудованию и режимам прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов

4.2 Разработка технологической инструкции по настройке и эксплуатации автоматизированной линии непрерывного прессования "Конформ-350"

4.3 Технико-экономическое обоснование эффективности метода непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов Заключение Приложения Список литературы

Разработка теоретических и технологических задач, направленных на создание экологически чистых новых и совершенствование существующих способов, процессов и технологий обработки металлов давлением, в части непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов, обеспечивающих экономию материальных и энергетических ресурсов, повышение качественных показателей металлопродукции является одним из направлений повышения эффективности производств, определяемых государственной промышленной политикой.

В соответствии с «Комплекс мер по развитию металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2010 года» основными приоритетами развития технологий в области металлообработки являются энерго-, ресурсоэффективность и экологическая безопасность. В соответствии с чем, актуальность внедрения существующих и разработки новых технологий определяется именно этими обстоятельствами.

Процесс непрерывного прессования со сваркой металла в очаге деформации (способ «конформ») тонкостенных полых профилей из алюминиевых сплавов, используемых в автомобильной, аэрокосмической, кабельной, холодильной и других отраслях промышленности получил обоснование в результате исследований российских и зарубежных ученых Перлина И.Л., Гильденгорна М.С., Корнилова В.Н., Щербы В.Н., Бережного В.Л., Довженко H.H., Said, Akeret, Green, Taschy, и др.

Непрерывное прессование на установке «конформ» обеспечивает высокое качество и точность геометрических размеров готовых изделий без дальнейшей их обработки, практически полное использование материала заготовки благодаря отсутствию прессостатка, существенное снижение капитальных вложений и расхода электроэнергии.

В тоже время в настоящий момент в технологических разработках отечественных учёных в области данной технологии возникло отставание, обусловленное, как недооценкой роли энергетической и экологической эффективности, имевшей место в недавнем прошлом, так и экономическими проблемами последнего десятилетия прошлого века, определявшими недостаточное финансирование развития перспективных разработок. При этом в последнее время наблюдается прекращение публикаций по вопросам развития технологии «конформ» в зарубежных научно-технических журналах.

Т.е. практическая реализация способа «конформ» в нашей стране сдерживается недостаточной технологической проработкой процесса, обусловленной малой изученностью характера течения металла в очаге деформации, отсутствием обоснованных рекомендаций по силовым и температурным условиям прессования, точной настройке инструмента, выбору конструктивных параметров установок.

Соответственно, исследование и разработка эффективной технологии непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов является актуальной научно-технической задачей. При этом наряду с чисто техническими задачами необходимо рассмотреть технологические аспекты эффективного внедрения технологии «конформ» в производство в сравнении с другими технологиями.

В основе исследований лежит научно-техническая гипотеза, состоящая в возможности повышения эффективности технологии прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов со сваркой металла в очаге деформации на основе совершенствования технологии «конформ» путём технологических обоснований процессов течения металла, температурных условий, настроек инструмента, конструктивных параметров установок.

Цель работы. Исследование процесса непрерывного прессования способом «конформ» и на этой основе разработка эффективной технологии прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов со сваркой металла в очаге деформации.

Объект исследований. Непрерывное прессование тонкостенных труб из алюминиевых сплавов.

Предмет исследований. Эффективность технологии прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов со сваркой металла в очаге деформации.

Поставленная цель определяет задачи исследования:

1. Анализ состояния и перспектив развития технологий прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов.

2. Разработка математической модели напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом «конформ», учитывающая наличие в зоне деформации заготовки, расположенной по дуге рабочего колеса, участков захвата, сцепления, осадки и прессования.

3. Разработка методики выбора и регулировки зазоров в составном контейнере, образованным рабочим колесом и держателем матрицы, с целью снижения потерь металла в заусенец.

4. Разработка рекомендаций по выбору соотношений между основными конструктивными параметрами установок непрерывного прессования способом «конформ».

5. Проведение опытно-промышленных испытаний с целью проверки предложенных технологических и технических решений.

6. Исследование теплового состояния основных элементов инструментальной оснастки для уточнения технологических режимов нагрева заготовки в процессе непрерывного прессования.

7. Обоснование технико-экономической эффективности технологии «конформ», перспектив и вариантов её внедрения в производство.

Теоретические и методологические основы исследований определяются проблемной областью решаемых задач и включают в себя теорию обработки металлов давлением, теорию сопротивления материалов, технологический, системотехнический, информационный подходы, методы декомпозиции, синтеза, теорию эффективности.

Основные результаты

1. На основе исследования теплового состояния основных элементов инструментальной оснастки при непрерывном прессовании тонкостенных труб, даны рекомендации по выбору режимов нагрева заготовки на всех стадиях процесса деформации.

2. С использованием разработанной методики выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере предложена система точной настройки радиальных зазоров между рабочим колесом и держателем матрицы; промышленными испытаниями установлено, что система обеспечивает получение толщины алюминиевого покрытия на колесе 0,3.0,4 мм и снижение потерь металла в заусенец на 10%.

3. Установлен диапазон рациональных соотношений между диаметром прутковой заготовки и параметрами рабочего колеса, позволяющий оптимизировать выбор установок непрерывного прессования «конформ» для получения заданного сортамента изделий.

4. Обоснован технико-экономический показатель эффективности внедрения технологии «конформ» с учетом экологической составляющей.

Научная новизна работы

1. Предложена математическая модель напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом «конформ», учитывающая наличие в зоне деформации заготовки, расположенной по дуге рабочего колеса, участков захвата, сцепления, осадки и прессования.

2. Установлены соотношения между основными конструктивными параметрами составного контейнера в зависимости от давления, необходимого для получения тонкостенного профиля.

3. Разработана методика выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере, обеспечивающая минимальные потери металла в заусенец и учитывающая силовые и температурные условия прессования.

4. Получены данные об изменении температуры инструмента и заготовки в процессе непрерывного прессования тонкостенных труб со сваркой металла в очаге деформации.

5. Разработан экспериментально-аналитический метод выбора соотношений между радиусом рабочего колеса, площадью поперечного сечения составного контейнера и диаметром прутковой заготовки.

Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом «конформ», учитывающая наличие в зоне деформации заготовки, расположенной по дуге рабочего колеса, участков захвата, сцепления, осадки и прессования.

2. Методика выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере, обеспечивающая минимальные потери металла в заусенец и учитывающая силовые и температурные условия прессования.

3. Экспериментально-аналитический метод выбора соотношений между радиусом рабочего колеса, площадью поперечного сечения составного контейнера и диаметром прутковой заготовки.

Практическая значимость работы

1. На основе исследования теплового состояния основных элементов инструментальной оснастки при непрерывном прессовании тонкостенных труб, даны рекомендации по выбору режимов нагрева заготовки на всех стадиях процесса деформации.

2. С использованием разработанной методики выбора и регулировки зазоров в составном дугообразном контейнере предложена система точной настройки радиальных зазоров между рабочим колесом и держателем матрицы; промышленными испытаниями установлено, что система обеспечивает получение толщины алюминиевого покрытия на колесе 0,3.0,4 мм и снижение потерь металла в заусенец на 10%.

3. Установлен диапазон рациональных соотношений между диаметром прутковой заготовки и параметрами рабочего колеса, позволяющий оптимизировать выбор установок непрерывного прессования «конформ» для получения заданного сортамента изделий.

Работа состоит из Введения, четырёх глав основного текста и заключения, приложений и списка литературы.

Введение посвящено предварительному обоснованию актуальности работы, выбору объекта и предмета исследования, формулировке цели, задач, методологических основ, научной новизны и практической значимости работы. Кроме того, во введении сформированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведён анализ современного состояния и тенденций развития металлургической промышленности Российской Федерации, рассмотрены конкретные направления и меры научно-технического характера, направленные на внедрение новых технологий, обладающих, наряду с высоким качеством выпускаемой продукции, существенными преимуществами по ресурсо-, энергоёмкости.

Показано, что такими характеристиками обладает технология непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов «конформ». Вместе с тем, на сегодняшний день существует необходимость развития этой технологии для её внедрения в производство. В главе эти направления конкретно определены, обстоятельно рассмотрены и сделан вывод об актуальности их реализации.

Вторая глава посвящена разработке методологических подходов, математическому моделированию и оптимизации процесса непрерывного прессования «конформ». В основе разработанной математической модели лежат понятные инженерные соображения, основанные на учёте характерных особенностей процесса, выявленных как в работах, посвящённых исследованию процесса, так и непосредственно автором (учитывать наибольшие давления прессования в зоне упора держателя матрицы; пределы, в которых необходимо поддерживать температуру различных участков установки прессования; выделение тепла за счет сил трения; уравнения для распределения давления в составном контейнере; уравнения теплового баланса процесса; уравнение зависимости относительной площади заготовки от относительного радиуса рабочего колеса для прессования; рекомендации по соотношениям различных параметров установки; уравнения для более точного расчета распределения давления в составном контейнере на основе сложнонапряженного пластического состояния металла). Представлены результаты экспериментальных исследований прессования, выполненные в ОАО «ВИЛС».

В третьей главе изложена методика выбора и регулировки зазоров в составном контейнере непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов

Целью данной методики является минимизация отходов за счет оптимизации соотношения давлений прессования и образования заусенца путём согласования теоретического соотношения и технологических процедур тонкой настройки инструментария.

Разработана методическая схема, предназначенная для использования в различных модификациях данной технологии, испытанная в процессе эксперимента на двухручьевой установке непрерывного прессования „Конформ-350".

В четвёртой главе проведён анализ эффективности непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов с учётом возможных вариантов внедрения и особенностей организации производства. Рассмотрены требования и вариант технологической инструкции по внедрению технологии «конформ» в производство. С учётом необходимости обоснования инвестиционной привлекательности рассматриваемой технологии предложен вариант оценки её эффективности с учетом технико-экономических и экологических преимуществ.

В заключении приведены основные результаты работы, сделаны выводы в пользу обоснованности первоначальной научно-технической гипотезы и необходимости внедрения технологии «конформ» в промышленное производство тонкостенных труб из алюминиевых сплавов.

Реализация результатов работы

Результаты исследований использованы в ОАО «ВИЛС» при разработке технологии непрерывного прессования тонкостенных алюминиевых труб 8x0,5мм из сплава АД1 из прутковой заготовки диаметром 9,5 мм на двухручьевой установке непрерывного прессования способом «конформ» с диаметром рабочего колеса 340 мм; выпущена опытная партия труб с высокими показателями качества по геометрии, структуре и механическим свойствам.

Апробация работы

Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

• на научном семинаре кафедры машин и агрегатов металлургических предприятий и научно-исследовательской лаборатории процессов пластической деформации и упрочнения МИСиС (Москва, 2006 г.);

• на 1-ой Международной конференции молодых специалистов „Металлургия XXI века" (Москва, 2005 г.);

• на VI Международной научно-технической конференции „Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах" (Череповец, 2004 г.);

• на международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в XXI веке» (Старый Оскол, 2004).

Общие выводы

1. Предложена математическая модель напряженного состояния металла при непрерывном прессовании способом «Конформ», основанная на представлении очага деформации, расположенного по дуге рабочего колеса, в виде участков захвата, сцепления, осадки и прессования. Выведенные зависимости учитывают влияние сил трения и изменение температуры металла в очаге деформации.

2. Разработана методика выбора и регулирования зазоров между подвижными и неподвижными элементами составного дугообразного контейнера, образованного профилированными ручьями приводного рабочего колеса и поверхностями неподвижного держателя матрицы. Полученные зависимости учитывают размеры контейнера, силовые и температурные условия непрерывного прессования.

3. Предложена промышленная система точной настройки радиальных зазоров в составном контейнере между рабочим колесом и держателем матрицы для создания алюминиевого покрытия на колесе толщиной 0,3.0,4 мм, обеспечивающего снижение потерь металла в заусенец на 10 % и исключающего повреждения поверхности инструмента.

4. Изучено распределение температуры в основных элементах инструментальной оснастки при непрерывном прессовании тонкостенной трубы 8x0,5 мм из сплава АД1 и разработан экспериментально-аналитический метод расчета температуры, которая должна составлять: на рабочем колесе 240.260°С, на входной проводке 90.100°С, на упоре держателя матрицы 420.430°С и в камере сварки 440.450°С.

5. Разработана и прошла опытно-промышленные испытания в ОАО „ВИЛС" технология непрерывного прессования тонкостенных алюминиевых труб 8x0,5 мм сплава АД1 из прутковой заготовки диаметром 9,5 мм на двухручьевой установке непрерывного прессования с диаметром рабочего колеса 340 мм. Установлено, что характеристики полученных труб удовлетворяют требованиям отечественных и зарубежных стандартов.

Таким образом, в работе предложено теоретически обоснованное и практически исследованное решение задачи совершенствования непрерывного прессование тонкостенных труб из алюминиевых сплавов на базе технологии «конформ».

Следует отметить, что полученная математическая модель и методология исследований может быть адаптирована и к прессованию других изделий из алюминиевых сплавов (проволока, сплошные профили, др. прессизделия).

И» № под*.

Подл, к дата

Вшш юпА

Ин». № дубл.

Подл и дата Г Г

Заключение

В работе предложено решение задачи совершенствования процесса непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов, имеющей существенное значение в области обработки металлов давлением, изложены научно обоснованные технологические разработки, обеспечивающие эффективное решение рассматриваемой задачи.

В процессе работы над диссертацией выполнено:

• исследование и расчет деформационных, скоростных, температурных и других параметров процессов обработки алюминиевых сплавов давлением;

• исследование процессов пластической деформации в процессе прессования тонкостенных алюминиевых сплавов с помощью методов математического моделирования;

• исследование структуры, механических, других свойств тонкостенных труб, полученных в процессе прессования;

• оптимизация процессов прессования для производства тонкостенных труб с высокими характеристиками качества;

• математическое описание процессов пластической деформации в технологии «конформ» и создание математической модели данной технологии;

• обоснование особенностей технологии, обеспечивающих экологическую безопасность, экономию материальных и энергетических ресурсов, повышающих качество и расширяющих сортамент изделий;

• исследование контактного взаимодействия материала и рабочего инструмента с целью повышения его долговечности и надежности эксплуатации.

В процессе проведения исследований было установлено.

1. Развитие производства тонкостенных труб из алюминиевых сплавов путём прессования должно осуществляться на основе внедрения в производство прогрессивных технологий; разработки программ обновления производственных мощностей; формирование условий развития производств высокого технологического уровня; создание условий для развития науки и высоких технологий. При этом решающее значение приобретают, наряду с высоким качеством выпускаемой продукции, ресурсо-, энергоёмкость и экологическая безопасность.

2. Способ непрерывного прессования «конформ» наилучшем образом сориентирован на производство тонкостенных труб из алюминиевых сплавов. Вместе с тем, уровень теоретической проработки и экспериментов в настоящее время не соответствует требованиям и задачам производства.

3. Развитие и совершенствование технологии «конформ» должно реализовываться в направлениях снижения энергоёмкости процесса; температурного режима процесса прессования с целью увеличения срока службы инструментальной оснастки и снижение потерь металла на основе регулировки зазоров в составном контейнере, выбора соотношений между основными технологическими параметрами установок для обеспечения потребностей массового производства.

4. Для получения изделий заданного сортамента необходимо учитывать, в т.ч., обоснованные в работе результаты: наибольшие давления прессования в зоне упора держателя матрицы, требуемые при определении длины контейнера; пределы, в которых необходимо поддерживать температуру различных участков установки прессования; уравнения для распределения давления в составном контейнере; уравнения теплового баланса установки; уравнение зависимости относительной площади заготовки от относительного радиуса рабочего колеса для прессования.

5. Полученные уравнения для более точного расчета распределения давления в составном контейнере на основе учёта сложнонапряженного пластического состояние металла, расширяют теоретическую обоснованность и задают направления дальнейшего совершенствования технологии «конформ» за счёт более точного расчета распределения давления в составном контейнере.

6. Эффективность технологии «конформ» в значительной степени определяется возможностью минимизация отходов за счет оптимизации соотношения давления прессования и давления, требуемого для выдавливания прессуемого металла в матрицу, на основе теоретического соотношения между давлением начала образования заусенца и зазором в составном контейнере, на основе тонкой настройки инструментария, в первую очередь, в части регулировки зазоров между рабочим колесом и держателем матрицы. Формализация процедур тонкой инструментальной настройки может осуществляться на основе разработаной методики выбора и регулировки зазоров в составном контейнере непрерывного прессования, которая была успешно опробована на двухручьевой установке непрерывного прессования „Конформ-350" на ОАО «ВИЛС».

7. Разработанная в математическая модель технологии «конформ» и полученные на её основе рекомендации по выбору температурных режимов процесса, точной настройке инструментальной оснастки и оптимизации параметров заготовок и установки обеспечивают устойчивость производства и должны учитываться при обосновании варианта оборудования как для массового производства, так для единичного и партионного производства.

8. Предложенные положения технологической инструкции настройки и эксплуатации автоматизированной линии непрерывного прессования "Конформ-350", полученные на основе полученных в работе результатов, прошли экспериментальное испытание в ОАО «ВИЛС» при разработке технологии непрерывного прессования тонкостенных алюминиевых труб 8x0.5мм из сплава АД1 и могут быть использованы в практике непрерывного прессования тонкостенных труб из алюминиевых сплавов.

9. В результате технико-экономических расчетов с учётом экологической составляющей установлено, что полезность рассматриваемого метода существенно превосходит издержки производства и имеет перспективу существенного увеличения в связи с вступлением в силу обязательств Киотского протокола в 2008г.

1. Комплекс мер по развитию металлургической промышленности Российской Федерации на период до 2010 года. Минпромэнерго России, 01.09.2004, http://www.minprom.gov.rU/activity/metal/strateg/0.

2. Минпромэнерго России. Официальный сайт. http://www.minprom.gov.ru/activity/metal.

3. Доклад заместителя директора Департамента промышленности РФ В.Лаврищева «Тенденции развития российской металлургии. Основные рынки сбыта продукции в стране и за рубежом». 14 ноября 2005г.http://www.minprom.gov.rU/activity/metal/appearance/5.

4. Конференция «Ратификация Киотского протокола: экономические последствия для России» Электронный журнал «Экологические системы» №8, август, 2005г.

5. Бондарев Б.И, Канаева Т.И., Лытнева Г.В. и др., Профили специального применения из алюминиевых и магниевых сплавов, М., «Металлургия», 1980г.

6. Ерманок М.З., Производство полых профилей из алюминиевых сплавов прессованием со сваркой, «Цветметинформация»,М., 1972г.

7. Перлин И.Л., Теория прессования металлов, «Металлургия», М., 1964г.

8. Прозоров Л.В., Прессование стали и тугоплавких сплавов, 2 изд., М., 1969.

9. Жолобов В.В., Зверев Г.И., Прессование металлов, 2 изд., М., 1971;

10. Колпашников А.И., Вялов В.А., Гидропрессование металлов, М., 1973.

11. Чиченев H.A., Кудрин А.Б., Полухин П.И., Методы исследования процессов обработки металлов давлением (экспериментальная механика), М, «Металлургия», 1977.

12. Щерба В.Н., Райтбарг Л.Х. Технология прессования металлов, М., «Металлургия», 1995.

13. Ерманок М.З. Прессование труб и профилей специальной формы, М., «Металлургия», 1992.

14. Гильденгорн М.С., Керов В.Г., Кривонос Г.А., Прессование со сваркой полых изделий из алюминиевых сплавов, М , «Металлургия», 1975.

15. Ерманок М.З., Фейгин В.И., Сухорукое H.A., Прессование профилей из алюминиевых сплавов, М., «Металлургия», 1977.

16. Ерманок М.З., Каган Л С, Головинов М.Ф., Прессование труб из алюминиевых сплавов М., «Металлургия», 1976.

17. Райтбарг Л.Х., Производство прессованных профилей, М., «Металлургия», 1984.

18. Кузьменко В.А. Прессование алюминиевых сплавов, М., «Металлургия», 1986.

19. Зиновьев A.B., Колпашников А.И., и др Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов, М., «Металлургия», 1992.

20. Ерманок М.З., Скоблов Л.С., Прогрессивные способы производства полых профилей из легких сплавов, М., «Цветметинформация», 1969.

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

22. Черняк С.Н., Коваленко П.А., Симонов В.Н. Бесслитковая прокатка алюминиевой ленты, М, «Металлургия», 1976.

23. Тарновский И.Я., Вайсбурд P.A., Еремеев Г.А. Автоматизация проектирования технологии горячей объемной штамповки, М., «Машиностроение», 1969.

24. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В., Калибровка прокатных валков, М., Металлургия, 1987.

25. Довженко Н.Н, Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, М., МИСиС 2002.

26. 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.

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

28. Колмогоров В.Л., Механика обработки металлов давлением. Учебник для вузов, 2-е изд., пераб. и доп., Екатеринбург, Изд-во Уральского государственного технического университета УПИ, 2001.

29. Грищенко H.A., Ромашов Р.К., Суяров Д.И., Способ определения истинного сопротивления деформации при скручивании сплошных образцов,//Технология легких сплавов, 1975, №4.

30. Полухин П.И., Николаев В.П., Полухин В.П., Зиновьев A.B., Косаримов E.H., Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке, М., «Металлургия », 1974.

31. Степанский Л.Г., Расчеты процессов обработки металлов давлением. М., «Машиностроение», 1979.

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

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

34. Гилевич Ф.С., Довженко H.H., 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.

35. Довженко H.H., Сидельников С.Б., Загиров H.H., Устройство для непрерывного прессования металлов, // Патент Р.Ф. №1785459, 1992, опубл. Б.И., 1992, №48. 3 с.

36. 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.

37. Охрименко Я, М., Щерба Д.Н., Ефремов Д.Б., Управление свойствами прессизделий, // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, 1978, №9, с. 98-102.

38. Павлов И.М., К вопросу о взаимодействии обрабатывающего инструмента и пластически деформируемого тела, // Изв. АН СССР. Отделение технических наук, 1949, №1, с. 85-98.

39. Павлов И.М., Физические условия пластической деформации в аспекте некоторых общих соотношений движения и течения, // Изв. АН СССР. Металлы, 1965, №3, с. 73-88.

40. Охрименко Я.М., Бережной В.Л. Прессование с активным действием сил трения, // Кузнечно-штамповочное производство, 1968, №1, стр. 10-14.

41. Охрименко Я.М., Бережной В.Л., Прессование металла с независимым движением контейнера, // Цветные металлы, 1967, №5, с. 76-79.

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

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

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

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

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

47. Бережной В.Л., Щерба В.Н., Батурин А.И., Прессование с активным действием сил трения.,. М., «Металлургия», 1988.

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

49. Корнилов В. Н. Непрерывное прессование со сваркой алюминиевых сплавов, Красноярск, Изд-во пед. ин-та, 1993.

50. Локшин М.З. и др., Современные способы непрерывного прессования труб, профилей и проволоки, Технология легких сплавов, 1992.-№№ 10.-С. 60-65.

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

52. Сидельников С.Б., Довженко H.H., Ворошилов С.Ф., Ешкин A.B. Исследование процесса совмещенной прокатки-прессования, // Технология легких сплавов. 1993. С.41- 44.

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

54. Сидельников С.Б., Довженко H.H., Ешкин A.B., Установка для непрерывного литья и прессования., Патент РФ №2100136, опубл. Бюл., 1997, №36.

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

56. Кузнецов А.Н., Щерба В.Н., Производство прутков, профилей и труб в условиях активного действия сил трения, // В кн. Технология обработки лёгких и специальных сплавов, М., «Металлургия», 1994, с. 378-387.

57. Бережной В.Л., Совершенствование процесса обратного прессования, // Цветные металлы, 1989, №10, с. 97-101.

58. Бережной В.Л., Опорная модель и закономерности интенсификации деформирования и течения при активно обратном прессовании, //Технология лёгких сплавов, 1991, №5, с. 25-27.

59. Бережной В.Л., Мороз Б.С., Характеристика прессования с активным действием сил трения из подвижного и неподвижного контейнеров, // Цветные металлы, 1982, №8, с. 87-90.

60. Пасхалов А.С., Бережной В.Л., Мороз Б.С., Сухоруков Н.А. и др. Апробирование многоканального прессования с использованием активного действия сил трения, II Цветные металлы, 1980, №11, с.79-82.

61. Fuchs F.J., Continuos Hydrostatic Extrusion Makes Condacter Wires, // Wire J, 1973, nov. P. 53-57.

62. Green D. The continuos Extrusions forming of Wire sections // J Inst. Metals, 1972, v. 100, p. 195.

63. Goodes J.M., bu the Conform-process, // Wire Ind., 1975, v. 42, №501, p. 677-679.

64. Molineux R.H., An update on the development of Conform, // Wire J, 1982, v. 15, № 9, p. 168-171.

65. Akeret R., Lite Metal Age, 1983, № 3, p. 6-11.

66. Pardoe J.A., Wire Journal, 1978,11, №7, p.82-87.

67. Pardoe J.A., Lite Metal Age, 1984, v.2, № 3-4, p. 6, 8-13.

68. Cartwrightl.S., Wire Journal, 1977, 10, № 11, p. 53-56.

69. Aneret R., Semicontinuos Inderect Extrusion of Rod and Shapes, II Lite Metal Age, 1983, v.41, № 1-2, p. 6-10.

70. Пат. № 1371356, 1467089, 1506845, 2028206, 2032824, 2078584, 2081153, 2088765, 2089703, 2103527, 2124529, Англия.

71. Пат. №3765216, 4055979, 4277978, 4378686, 4598567, 4633699, США.

72. А.с. 550194 / Охрименко Я.М., Бережной В.Л., Устройство для поперечно-углового прессования, опубл. в БИ, 1977, №10, с.17.

73. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А., Силовые параметры процесса непрерывного прессования, // Цветные металлы, 2005. №2. С. 76-78.

74. Сидорин A.A. Анализ процесса непрерывного прессования полых изделий, II Металлургия XXI века. Сборник трудов 1-й Международной конференции молодых специалистов, М., ВНИИМЕТМАШ, 2005. с. 306.

75. Сидорин A.A., Чиченев H.A., Шур И.А., Экспериментальное исследование температуры инструмента и заготовки при непрерывном прессовании, II Металлургические машины и оборудование: Сборник научных трудов МИСиС, М., МИСиС, 2005. С. 44-49.

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

77. Avitzur В., Extrolling Combined Extrusion and Rolling, // Wire Techn 1975, v.3, №2, p. 55-58.

78. Hamzah H., Weld Integrity on a Die. // Proceeding of the Seventh International Aluminum Extrusion Technology Seminar. Vol.2.-Chicago: Editiors Express, -2000.-P.273-275.

79. Бережной В.Л. Реализация процессов прессования с активным действием сил трения II Технология легких сплавов, 1995г, №4

80. Локшин М.З., Шамраев В.И., Авдеев В.В., Богатов В.Ю. современные способы непрерывного прессования труб, профилей и проволоки //Технология легких сплавов, 1992, №10

81. Биргер И.А., Мавлютов P.P., Сопротивление материалов: Учебное пособие, М., «Наука», 1986.

82. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений., 3-е изд., перераб. и доп., М., «Машиностроение», 1990.

83. Сквайерс Дж., Практическая физика, М., «Мир», 1971.

84. Инструктивные указания по эксплуатации и ремонту вагонных букс с роликовыми подшипникамиhttp: //rail. ctm. ru/getdoc. ph р? name=В U KS A5.

85. Тихонов A.H., Самарский A.A., Уравнения математической физики, М., «Наука», 1966.

86. Хейнман С.А., Экономические проблемы организации промышленного производства, М., 1961.

87. Организация и планирование производства на машиностроительном предприятии, под. ред.В.А. Летенко, М., 1972.

88. Практическое пособие по энергосбережению «Технико-экономическая эффективность и практические аспекты частотных преобразователей для электроприводов», Екатеринбург, 2002г.

89. Непомнящий Е.Г., Экономика и управление предприятием, Таганрог., ТРТУ, 1997.

90. Новая технология и организационные структуры, Под ред. Й. Пиннинга, A.M. Бьюитандама, М., «Экономика», 1990.

91. Твисс Б., Управление научно-техническими нововведениями, М., «Экономика», 1989.

92. Уткин Э.А. и др., Инновационный менеджмент, М., «Акалис», 1996.

93. Cleaner production and Eco-efficiency. Complementary approaches to sustainable development. WBCSD, UNEP; Dr. Marcus Lehni. ISO Round Table Stockholm, 2000.

94. Eco-efficiency Indicators project. A first set of eco-efficiency indicators for industry: Pilot study, Anite.1999.

95. Eco-efficient Leadership for Improved Economic and Environmental Performance, WBCSD, 2000.

96. Hendrik A. Verfaillie, Robin Bidwell. Measuring eco-efficiency. A guide to reporting company performance, June 2000.

97. Kaspar Mueller and Dr. Andreas Sturm Standardized Eco-Efficiency Indicators. Report 1: Concept Paper. Revision: 1.0.5. Ellipson, 2001.

98. Королёва Т.И., Экономическое обоснование теплового режима зданий. Издательство Ассоциации строительных вузов. М., 2001.

99. Экологический менеджмент, http://www.ecobez.narod.ru/ecomanagement.html.

100. Лугин В.Г. К вопросу использования критерия эффективности энергосберегающих технологий, // Экономика и производство», №4, 2005.

101. Алюминиевый прокат Украины, http://www.aluminium.com.ua.

102. С.А. Салтыков «Стереометрическая металлография», // Металлургия, М., 1970г.

103. П.Г.Микляев «Механические свойства легких сплавов при температурах и скоростях обработки давлением. Справочник», // Металлургия, М., 1994г.