Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 6
1.1 .Станы поперечно-винтовой прокатки 7
1.2.Условия захвата 12
1.3.Скоростные условия в станах ПВП 17
1.4. Напряженно-деформированное состояние метла при ПВП 20
Выводы по разделу 34
2. Разработка динамической модели напряженно- деформированного состояния металла при прокатке в станах ПВП 35
2.1. Основные принципы метода конечных элементов 35
2.2.Построение модели НДС на базе программы ANSYS/LS-DYNA 39
2.2.1. Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП полученного с применением программы ANSYS/LS-DYNA 44
2.2.2. Анализ скоростных и энергосиловых параметров процесса. 56
2.2.3. Адекватность математической модели 58
2.2.4. Анализ распределения деформации в объеме заготовки... 60
2.3 .Построение модели НДС на базе программы Deform3D 63
2.3.1. Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП, полученного с применением программы DEFORM 68
2.3.2. Анализ распределения напряжений в прутке при прокатке заготовки с диаметра 100 на 80 миллиметров 79
2.3.3. Адекватность математической модели 90
2.3.4. Определение силовых параметров прокатки 90
Выводы по разделу 91
3. Экспериментальное исследование силовых параметров поперечно-винтовой прокатки на стане ПВП 20-60 93
3.1.Введение 93
3.2.Аппаратная часть 97
3.3.Программное обеспечение 106
3.4.Измерение усилий при прокатке 115
Выводы по разделу 116
4. Совершенствование технологии производства сплошных заготовок и труб 117
4.1. Разработка технологии ПВП и изменение структуры силуминовых сплавов после прокатки 119
4.2.Влияние ПВП на структуру заэвтектических силуминов 122
4.3.Прошивка трубной заготовки из силуминовых сплавов 126
Выводы по разделу 129
Общие выводы 131
Литература 133
- Напряженно-деформированное состояние метла при ПВП
- Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП полученного с применением программы ANSYS/LS-DYNA
- Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП, полученного с применением программы DEFORM
- Разработка технологии ПВП и изменение структуры силуминовых сплавов после прокатки
Введение к работе
Актуальность работы.
Повышение пластических свойств металлов за счет обработки давлением всегда являлось важной задачей науки и производства. Известно, что заэвтектические силумины с содержанием кремния 18 - 24% обладают рядом очень важных и полезных свойств (высокой удельной прочностью, хорошей износостойкостью в трущихся парах, малой плотностью, низким коэффициентом линейного расширения, а также высокими антикоррозионными свойствами) и используются в авиа- и автомобилестроении. Однако до последнего времени, заэвтектические силумины считались литейными сплавами, не способными к пластическому деформированию. Эти сплавы в литом состоянии из-за крупного размера зерен кремния почти не обладают пластическим свойствами, т.е. имеют низкие механические показатели. Поэтому разработка технологических параметров деформации исходных слитков этих сплавов на примере сплава 01390 в трехвалковом стане поперечно-винтовой прокатки (ПВП) на основе предварительного исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) металла с целью повышения их пластических свойств представляет большой научный и практический интерес и является актуальной.
Цель работы
Повышение пластических свойств сплава 01390 путем разработки технологии прокатки слитков металла в прутки с целью дальнейшего использования их в качестве заготовки в последующих операциях обработки металлов давлением (ОМД).
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
определить и исследовать зависимость напряженно-деформированного состояния заготовки сплава 01390 от условий ПВП;
разработать програмно-аппаратный комплекс для измерения силовых параметров ПВП и сравнить данные полученные с помощью математического моделирования с экспериментальными данными;
исследовать влияние ПВП на структуру и свойства малопластичного заэвтектического силумина 01390;
получить изделия из сплава 01390 методом пластического деформирования.
Методы исследования.
Теоретические исследования выполнены на основе математического моделирования методом конечных элементов с использованием пакетов прикладных программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D.
Экспериментальное исследование силовых параметров ПВП проводили с использованием мездоз с наклеенными на внутреннюю поверхность тензорезисторами и разработанного программно-аппаратного комплекса мездоза- аналого-цифровой преобразователь - компьютер.
Научная новизна
На основе метода конечных элементов (МКЭ) разработана и исследована динамическая модель НДС цилиндрической заготовки сплава 01390 при поперечно-винтовой прокатке с учетом скручивания металла при ПВП и при отсутствии ограничений степеней свободы деформируемой цилиндрической заготовки. Определены радиальные, осевые, тангенциальные и эквивалентные напряжения в заготовке, что позволило разработать режимы деформации для получения мелкозернистой структуры металла без осевого или кольцевого разрушения заготовки.
Определено влияние степени деформации на размер кристаллов кремния, минимальная величина которых достигает 10-20 мкм, а также на пластические свойства сплава 01390, которые увеличиваются в 3 - 3,5 раза.
Установлена зависимость измельчения кристаллов кремния от степени деформации по радиусу деформируемой при ПВП заготовки сплава 01390.
Определено, что при поперечно-винтовой прокатке сплава 01390 после двух и более прокаток с общим коэффициентом вытяжки больше 2,5 не происходит дальнейшего измельчения содержащихся в сплаве кристаллов кремния, средний размер которых остается равным 10-20 мкм, т.е. наблюдается эффект "насыщения".
Практическая ценность работы
Установлено, что при моделировании ПВП, программы ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D дают одинаковую качественную картину распределения по сечению заготовки радиальных, осевых и тангенциальных напряжений. Абсолютные значения напряжений, полученные на основе программы ANSYS/LS-DYNA, больше на 20-25% чем при моделировании процесса ПВП в программе DEFORM 3D.
Определена возможность произведения расчётов с помощью более производительного пакета программ DEFORM 3D, значительно сокращающего время моделирования.
На основе анализа полученных моделей напряженно-деформированного состояния заготовки разработана технология получения цилиндрических заготовок из заэвтектических силуминов с содержанием кремния 18 - 24 %, обладающих достаточной пластичностью для последующей деформации.
Из катанной цилиндрической заготовки сплава 01390 диаметром 80 мм методом поперечно-винтовой прошивки получены гильзы-трубы размером 80х15±0,4 мм и 80х8±0,4 мм, а также отштампована упорная чашка амортизатора.
Разработаны технологические и конструктивные параметры трехвалкового стана ПВП для прокатки заготовок из заэвтектических силуминов диаметром 100... 170 мм.
Достоверность полученных результатов
Достоверность результатов исследования напряженно-деформированного состояния металла, а также силовых параметров при поперечно-винтовой
прокатке цилиндрических заготовок обеспечивается применением разработанного современного программно-аппаратного комплекса на основе тензометрических датчиков, высокоразрядного аналого-цифрового преобразователя и ЭВМ, а также удовлетворительной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Динамические математические модели напряженно деформированного состояния заготовки из сплава 01390 при поперечно-винтовой прокатке, разработанные на основе программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D, и результаты их анализа.
Методика и результаты измерения силовых параметров поперечно-винтовой прокатки сплава 01390 на стане ПВП 20-60.
Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и пластичность труднодеформируемого сплава 01390.
Технология получения заготовок из сплава 01390 с пластическими свойствами, позволяющими провести дальнейшую пластическую деформацию.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции МГУПИ «Технологические процессы в машино- и приборостроении» (2004г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2005г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2006г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2007г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2008г.), на второй международной научно-технической конференции «Павловские чтения» (г. Москва, ИМЕТ РАН, 2010г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, одна из которых в журналах, признанных ВАК научными изданиями по профилю защищаемой диссертации («Заготовительные производства в машиностроении»). Список опубликованных работ приведен в автореферате.
Структура и объем диссертации
Напряженно-деформированное состояние метла при ПВП
Из рисунка видно, что условия захвата улучшаются при уменьшении угла а.], что широко используется в промышленности. Для прошивных станов оптимальными углами входного конуса валков можно считать углы 2-3 градуса, а для обкатных 1 - 2. С увеличением угла подачи Р условия захвата улучшаются. Оптимальным углом подачи считается р = 10-16.
Условия захвата резко улучшаются с увеличением угла р, характеризующего отклонение вектора силы трения от направления вектора окружной скорости валка. Уменьшение величины требуемого коэффициента трения особенно, значительно при увеличении (р до 30 и далее затухает.
С уменьшением угла раствора входного участка улучшаются условия начального и вторичного захватов. Применение меньших углов позволяет облегчить захват, уменьшается необходимое по условием захвата обжатие перед носком- оправки. В этом случае при, постоянном суммарном обжатии удлиняется очаг деформации, снижаются частные обжатия, увеличивается число циклов деформирования, а это по данным Чекмарева А.П. [9] и Глейберга А.З. [10] способствует уменьшению критического обжатия. В тоже время по данным Орлова СИ. и Швейкина В.В. [11], Данилова Ф.А. [12], Церетели П.А. [13], Ваткина В.Я. [14] с уменьшением угла раствора участка прошивки качество внутренней поверхности гильз улучшается.
Тетерин П.К. [15] объясняет это тем, что с уменьшением угла входного конуса обжатие перед носком оправки, необходимое по условиям захвата, снижается более значительно по сравнению с критическим обжатием. При этом автор заключает, что при одинаковом числе циклов обжатия заготовки склонность ее к осевому разрушению снижается с уменьшением частных обжатий.
Согласно работе Смирнова B.C. [16], а также Чекмарева А.П. [17] существует зависимость критического обжатия от величины единичного обжатия; когда разрушение заготовки происходит при: минимальном суммарном обжатии; При; прокатке в докритическош области с уменьшением единичного обжатия суммарное обжатие, необходимое для разрушения, возрастает. В? закритического области наблюдается обратная; зависимость - с уменьшением единичных обжатии потребное суммарное: обжатие уменьшается.
По данным Данилова ФА. [18] практически оптимальное значение входного конуса находится в пределах aj= 245 - 330 и такие углы чаще всего используютсяшапрактике.
Шевченко .А.А. т Иищиковым F.A. [19] была предложена так называемая ступенчатая калибровка? валкаг На? первом участке; где. происходит захват заготовки применены малые углы (a j- 1 - 2,5 ), а второйіучасток выполнен с большим углом (а "у = 3,5 - 7,5 ); Авторы данной калибровки стремились улучшить условия захвата; укоротить очаг деформации; сократить число; циклов; деформирования, и повысить величину единичных обжатиш Однако подобная калибровка, не получила промышленного примененияш как показалишсследования; выполненные ІШейкиньїм ВФ1 шКарпенко JEH [20] она не .имеет преимуществ перед обычной калибровкош К. тому же: прш широком- сортаменте заготовок, прошиваемых на стане, часть заготовок при захвате может, попасть в зону действия второго участка; с повышенной конусностью, при, которой нормальных захват нарушается.
Для улучшения захвата заготовки, снижения степени вероятности разрушения? металла перед носком оправки и уменьшения- осевого скольжения, были, разработаны «пазовая», «кольцевая» и «винтовая» калибровки [21- 22]. Принцип разработки этих калибровок основан на создании оптимальных условий; перераспределения деформации схемы напряженно состояния; за счет дополнительных подпирающих сил в осевом и тангенциальном направлениях, возникающих от специально нанесенных преград на валке по пути относительного скольжения металла. Так при «кольцевой» калибровке преграда в виде кольцевого гребня на поверхности валка создает значительные, подпирающие силы в осевом направлении.
Преграда в виде гребня вдоль образующее валка при «пазовой» калибровке создает подпирающие силы в тангенциальном направлении. Наконец гребень в виде винтовой линии при «винтовой» калибровке создает подпирающие силы в промежуточном направлении и, как считает Ваткин Я.Л. [23], гребень во всех случаях способствует повышению осевой деформации, хотя в случае кольцевого и винтового гребня несколько возрастает и тангенциальная. Наличие значительных подпирающих сил и возрастание тангенциальной деформации оказывает противоположное действие. Соотношение этих факторов обуславливает снижение степени вероятности разрушения металла заготовки?
Условия захвата в значительной степени зависят от наличия осевого и тангенциального скольжения- заготовки- в валках. Благодаря -скольжению г направление силы трения не совпадает с направлением окружной скорости валка, а отклоняется на какой-то угол ц ; величина которого зависит от соотношения осевого И тангенциального скольжения. Приг встрече заготовки с оправкой условия захвата резко ухудшаются, скольжение заготовки в осевом направлении увеличивается (в тангенциальном направлении увеличивается незначительно), но благодаря этому увеличивается угол ф и увеличивается проекция силы трения на ось прокатки. Таким образом, скольжение заготовки в валках является естественным регулятором, компенсирующим недостаток или избыток сил трения [8].
Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП полученного с применением программы ANSYS/LS-DYNA
Это показывает, что разрушение материала должно начаться в центре заготовки. Другими словами, после определенного числа частичных деформаций, эффект циклических растягивающих напряжений, которые сопровождаются остаточными сдвиговыми напряжениями в центре заготовки, влияет на образование полости;
В. Лохманн попытался приближенно описать структуру напряжений возникающих Bt прокатанном материале путем уточнения решения нагружения» цилиндра внешне направленных сил. Его вычисления были основаны на предположении о распространении исключительно упругих напряжений. Он идеализировал процесс винтовой прокатки труб с двумя или тремя валками как систему, в которой силы приложены- двумя1 или тремя контактными зонами, создающими давление, без участия прошивной оправки.
В соответствии с теорией Лохманна, два сжимающих, контактных пятна генерируют максимальное растягивающее напряжение 0"і в центре заготовки. Это растягивающее напряжение проходит перпендикулярно к направлению внешней приложенной силы.
Отсюда можно сделать вывод о том, что центр заготовки подвергается постоянным растягивающим и сжимающим напряжениям, тогда как во внешних слоях изменение циклической нагрузки происходит из-за вращения заготовки.
Расчеты, сделанные Лохманном, относящиеся к приложению сил с тремя контактными зонами, показали, что в центре заготовки оба главных напряжения - сжимающие напряжения и сдвиговое (касательное) напряжение в центре равно нулю. Только во внешних слоях заготовки, и особенно в зонах приложения сил возникают растягивающие напряжения. Использование трехвалковои схемы прокатки не должно вызвать появление ощутимого эффекта поперечно-винтовой прокатки (двухвалковой).
Пейкоч и Снасель также исследовали процесс ротационной прокатки с использованием трех валков. Они рассчитали, что с более высокой степенью деформации, растягивающие напряжения могут появляться в прокатываемой заготовке во время трехвалковои прошивки. Они определили, что максимальные значения возникают в 1/3 и 2/3 радиуса гильзы. Авторы определили, что число валков и соответственно число контактных зон для приложенной силы оказывает основное влияние на величину критической деформации, которая возникает во время образования пустот. Во время проведения поперечно-винтовой прокатки, в случае применения двухвалковой схемы прокатки критической степенью деформации при образовании внутренних полостей является 8-15% уменьшения начального диаметра, в то время как применение трехвалковои схемы прокатки позволяет уменьшить начальный диаметр на 25-30%, без образования полостей и пустот.
Э.Зибель сделал вывод о том, что использование прошивной оправки уменьшает осевые растягивающие напряжения в центральной части заготовки, в зоне непосредственно перед оправкой.
В своих работах, Фомичев И.А. также принял во внимание эффект прошивной оправки, возникающий во время протекания процесса поперечно-винтовой прошивки. Напряженное состояние, вызванное прошивной оправкой накладывается на напряженное состояние, вызванное работой валков.
Выводы Фомичева И.А. были также подтверждены и на практике экспериментальными исследованиями, которые провели X. Купер и А. Ейскен. Было обнаружено, что появления критических растягивающих напряжений и образования внутренних дефектов, которые являются результатом разрывов в центре заготовки, можно избежать путем адаптации положения оправки.
В работе [65] отмечается, что при уменьшении степени единичного обжатия (є 10%) при винтовой прокатке происходит усиление осевой утяжки торцов и повышение вероятности осевого разрушения заготовки. Соотношение между деформируемой заготовкой и валком определяется масштабным или размерным фактором. От его величины зависит проникновение пластической деформации в глубь заготовки непосредственно от сдвиговых процессов, а также и проработка структуры металла под их воздействием. Между глубиной проникновения пластической деформации в заготовку и величиной масштабного фактора существует обратная зависимость. С увеличением соотношения размеров между заготовкой и валком проникновение пластической деформации в глубь металла уменьшается и происходит ее локализация вблизи поверхности раската[66]. При уменьшении этого соотношения проникновение пластической деформации в глубь металла увеличивается. По характеру приложения деформирующих усилий очаг деформации при винтовой прокатке является несимметричным. Из-за несимметричности очага деформации при винтовой прокатке между плоскостями сдвиговых траекторий возникает плечо длиной 2р. Схема очага деформации приведена на рис. 1.7. Характер нагружения заготовки при винтовой прокатке также находит свое отражение и в макроструктуре деформированной заготовки. Так при винтовой прокатке в поперечном сечении формируется спиральная макроструктура с полосчатой механической текстурой с осевой симметрией. Значительная тангенциальная составляющая напряжений при винтовой прокатке вызывает большую вероятность развития осевого разрешения металла, что объясняется условиями протекания сдвиговых процессов. При винтовой прокатке из-за несимметричности очага деформации не образуется единой поверхности сдвига. Возникают две поверхности на расстоянии 2р друг от друга, обращенные выпуклыми поверхностями в направлении боковых сторон и развернутыми одна относительно другой на 180 (рис. 1.7). Их тангенциальные составляющие сдвиговых напряжений от воздействия валков имеют разную направленность. При є 2% тангенциальная составляющая достигает своего максимального значения 4,5- 5,1, сдвиговые процессы протекают в поверхностных слоях металла. Смещаемые объемы металла из-за своего малого размера не оказывают заметного влияния на развитие тангенциальных напряжений и они могут достигать величин существенно превышающих TS И инициировать процесс разрушения металла [67]. При є 2% происходит заметное снижение тангенциальной составляющей и вероятность, осевого разрушения уменьшается.
Анализ распределения напряжений при прокатке заготовки на трехвалвовом стане ПВП, полученного с применением программы DEFORM
DEFORM - специализированный инженерный, программный комплекс, созданный специально для анализа процессов! обработки металлов давлением, термической и механической; обработки с помощью-метода конечных элементов.
Программный- комплекс DEFORM? разработан американской компанией Scientific Forming Technologies Corporation; (SFTC), которая была основана-в 199T году иена сегодняшний день являющийсялидером»в-области моделирования процессов; обработки металлов давлением. Принципиальное отличие DEFORM- от уже рассмотренного нами программного! комплекса ANSS/LS-DXNA:, заключается в «заточенности» под. .процессы ОМД, а также направленность на; пользователя- который является- прежде всего, специалистом» в; области обработки: металлов давлением: Основной; сложностью при? построении математической І модели процесса ОМД является выбор? наиболее подходящешмодели поведения.материала, выбор типа элемента и т.д., от которых напрямую зависит адекватность математической модели. Пакет, ANSYS/LS-DYNA предоставляет сделать этот выбор пользователю, предполагая, очень высокую степень подготовки инженерного состава в области теории и практики метода конечных элементов (более 128 типов моделей материалов, более 100 типов элементов). В; программном комплексе DEFORM модель поведения материала, а таюке тип элемента задаются автоматически в зависимости от выбранного из встроенной базы; данных материала заготовки. Специалистами компании SFTC в DEFORM заложен оптимизированный алгоритм расчета, значительно сокращающий время необходимое для проведения анализа. Так общее время расчета на системе с двухъядерным процессором AMD. Athlon 64x2 3800+, оперативной памятью 1 Гигабайт в среде операционной системы Windows ХР, при таком же количестве элементов, составило уже 120 часов. Программа имеет интуитивно понятный интерфейс, очень проста в освоении, а все необходимые функции логично сгруппированы.
Отличительной особенностью DEFORM от аналогичных программ является возможность моделировать практически все процессы, применяемые в обработке металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка, прессование и др.). DEFORM широко распространен, как среди крупных мировых, так и среди некоторых российских компаний [77].
Отличительной особенностью данной модели от ранее сделанных [72-74] является отсутствие каких-либо ограничений степеней свободы деформируемого прутка; что делает ее еще ближе к естественному процессу. Втягивание и деформация заготовки происходит только благодаря силам трения, возникающим при ее контакте с вращающимися валками, что позволяет также учесть и скручивание заготовки при прокатке.
В программе DEFORM нами было проведено исследование напряженно-деформированного состояния двух прутков диаметром 120 и ПО мм. Материал прутка - заэвтектический силумин 01390 с пределом текучести 50 МПа, при температуре прокатки 450 ; коэффициент Пуассона г)=0,31; плотность р=2700 кг/м3. Модель материала прутка выбиралась программным пакетом DEFORM. Скорость вращения валков -30 об./мин, максимальный диаметр валков - 300 мм, входной угол обжимной части валка принимался равным 12 (рис 2.1), а минимальное расстояние между ними равнялось 80 мм. Угол подачи принимался равным 9 , а угол раскатки 4. Валки являются абсолютно жесткими, и зафиксированными вокруг локальной оси. Так как заготовка испытывает небольшие частные деформации, то принимаются изотермические условия деформации, т. е. разогрев деформируемого материала и валков не рассматривается. В прикладном пакете DEFORM учитывается зависимость сопротивления деформации от скорости деформации. Трение на всей поверхности контакта подчиняется закону сухого трения Кулона, причем коэффициент трения принимается постоянным на всей контактной поверхности.
Для обеспечения устойчивости протекания процесса коэффициент трения в контакте «заготовка - валок» принимался относительно высоким и равным д= 0,5. Модель контакта в программном комплексе DEFORM также как и модель поведения материала задается автоматически.
На рис. 2.21 представлена конечно-элементная модель процесса прокатки в трех валках. Модель заготовки автоматически формируется из трехмерных твердотельных элементов типа тетрайдер с упруго-пластическими свойствами. Прокатные валки автоматически задаются абсолютно жесткими оболочечными элементами, расположенными на наружных поверхностях валков, контактирующих с прокатываемым металлом. Общее число конечных элементов в трехвалковой модели около 179 573.
В качестве глобальной системы координат принята правая декартова система, ось Z. которой совпадает с продольной осью заготовки и направлена в. сторону выхода металла из валков. Ось Y направлена вертикально вверх и совпадает с вертикальной осью барабана верхнего валка стана [76],
Разработка технологии ПВП и изменение структуры силуминовых сплавов после прокатки
В последнее время пристальное внимание работников науки и производства привлекают сплавы системы Al - Si с содержанием кремния значительно выше эвтектической концентрации.
Заэвтектичкские силумины обладают всеми привлекательными свойствами алюминиевых сплавов, а также малой плотностью при удовлетворительной прочности и высокой коррозионной» стойкостью. Кроме того, заэвтектичкские силумины имеют ряд специфических свойств, отличающих эти материалы от стандартных алюминиевых сплавов - высокий модуль упругости, низкий коэффициент линейного расширения, высокая износостойкость в трущихся парах и др. свойства.
На ВИЛСе были разработаны сплавы 01390 и 01391 удовлетворяющие всем этим требованиям и их характеристики в сочетании с малым, коэффициентом- термического расширения делают эти сплавы очень привлекательными для изготовления поршней? двигателей внутреннего сгорания и др. целей.
Так, например, одно из ведущих предприятий России АО «Рыбинские Моторы» планирует производство- поршней методом изотермической штамповки из прутковых заготовок с максимально измельченными кристаллами кремния из заэвтектических силуминов. Применение прессования и. штамповки практически не изменяет кристаллы кремния, оставляя их практически такими, какими они сформировались в процессе непрерывного литья.
Чтобы- дополнительно улучшить структуру заготовок из заэвтектисеких силуминов и существенно измельчить кристаллы первичного кремния мы применили технологию поперечно- винтовой прокатки (ПВП). Обычно для производства деформированных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов применяют процесс прессования [84].
Процесс горячего прессования алюминиевых сплавов и силуминов в том числен характеризуется реализацией в очаге деформации как легко - так и труднодеформируемых сплавов на основе алюминия. Однако, при прессовании малопластичных сплавов наблюдается неравномерность истечения металла из очага деформации. Характер деформации определяется многими факторами, главные из которых являются пластичность литой заготовки (сплав), температура, деформации, сложность инструмента и форма получаемого изделия, трение на контактной поверхности. Последнее влияет на неравномерность деформации по сечению и длине, так как между скоростями истечения металла у поверхности и в центре деформации возникает скоростной градиент. Следствием этого градиента может быть неравномерность структуры и свойств прессованного изделия.
Следует указать, что по данным работы [84] горячее прессование заэвтектического силумина марки 01390 позволяет достичь достаточно высоких для такого высоколегированного сплава механических свойств - предел прочности 200-210 МПа, предел текучести 120 МПа, удлинение и сужение соответственно 4 и 5 %, ударную вязкость 4,6 кДж/м2, предел выносливости 90 МПа.
Поперечно-винтовая прокатка (ПВП) является широко распространенным процессом обработки металлов давлением и отличается большим разнообразием технологии, оборудования и выпускаемой продукции [85-87].
В производстве полуфабрикатов из алюминиевых сплавов ПВП пока находит весьма ограниченное применение. По существу в России находится только один агрегат ПВП, специально предназначенный для получения труб из алюминиевых сплавов [88]. Следует отметить, что основное применение ПВП относится именно к получению стальных труб.
По результатам исследования ПВП алюминиевых сплавов можно составить ограниченное представление о технологических особенностях и параметрах прокатки. К этому следует добавить, что в литературе практически отсутствуют данные по ПВП заэвтектических силуминов, т.к. эти сплавы относятся к группе трудно деформируемых сплавов и обычно используются только в жидкофазной технологии, такой как фасонное литьё, жидкая штамповка или штамповка в твердо - жидком состоянии [89-91].
Поперечно-винтовая прокатка (рис. 4.1, 4.2) литых силуминовых заготовок проводилась на стане ПВП 20-60 ВИЛСа по оптимизированному нами режиму. На рис. 4.3 показана клеть универсального стана ПВП 20-60, который был разработан Пановым Е.И., изготовлен на ЭЗТМ под руководством Тартаковского [2], а затем установлен на ВИЛСе. При изготовлении стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 и его главного узла - рабочей клети была реализована идея -возможности совмещения поочередных схем прокатки (прошивки): двух- и трехвалковой.
Разъем рабочей клети осуществляется между крышкой рабочей, клети и корпусом станины по линии х-х в крышке рабочей клети имеется два гнезда, в одно из которых вертикально устанавливается вертикально один из трех рабочих валков вместе с гидроподушкой. Второе гнездо - выполнено под углом 90 градусов по отношению к оси вертикально установленного рабочего валка - и предназначено для установки в него механизма верхней линейки при переналадке на двухвалковую прокатку.
Конструкция универсальной рабочей клети проста в эксплуатации, а время на. переналадку из трехвалковой схемы прокатки в двухвалковую или наоборот, крайне невелико и близко к времени на перевалку рабочих валков. При переходе с трехвалковой схемы прокатки на двухвалковую направление вращения электродвигателей и двух рабочих валков должны быть противоположными.
