Введение к работе
Актуальность работы.
Напряженно-деформированное состояние (НДС) металла сплошной заготовки при поперечно-винтовой прокатке (ПВП) всегда привлекало особое внимание работников науки и производства, т. к. оно существенно влияет на структуру металла и на качество готового продукта.
В настоящее время, благодаря активному развитию электронно-вычислительной техники, в исследованиях процессов ОМД интенсивное развитие получили численные методы, позволяющие значительно расширить класс и постановку решаемых задач за счет более полного учета реального состояния исследуемого объекта и взаимного влияния, входящих в него параметров, учета реальных нагружений и свойств используемых материалов. Среди таких методов наибольшее распространение получил метод конечных элементов (МКЭ). Поэтому разработка динамической модели НДС металла при ПВП на основе программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D и их анализ, а также исследование влияния процесса ПВП на структуру и свойства малопластичных сплавов представляют большой научный и практический интерес и являются актуальными.
Цель работы
Разработать динамическую модель напряженно-деформированного состояния металла при поперечно-винтовой прокатке с минимизированным числом ограничений и с учетом скручивания заготовки для определения оптимальных режимов прокатки.
Проанализировать распределение напряжений в объеме заготовки, а также влияние степени деформации на напряженно-деформированное состояние металла при ПВП.
Дать сопоставительный анализ результатов полученных на основе программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D.
Исследовать влияние ПВП на структуру и свойства малопластичных заэвтектичесих силуминовых сплавов и разработать технологию для повышения их пластичности.
Методы исследования.
Для исследования НДС при ПВП использован метод конечных
элементов и прикладные пакеты программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D.
Экспериментальные исследования силовых параметров проводили с
использованием мездоз с проволочными датчиками и разработанного
программно-аппаратного комплекса мездоза- аналого-цифровой
преобразователь - компьютер.
Научная новизна
На основе метода конечных элементов с использованием программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D впервые с учетом скручивания выполнено динамическое моделирование напряженно-деформированного состояния металла при горячей поперечно-винтовой прокатке круглой заготовки из заэвтектического силумина, обладающего низкой пластичностью. Впервые с учетом скручивания заготовки получены картины распределения и величины напряжений (радиальных, осевых, тангенциальных) по сечениям вдоль очага деформации.
Впервые с учетом скручивания заготовки установлена зависимость радиальных, осевых и тангенциальных напряжений от степени деформации при ПВП, что позволяет научно обосновать режимы деформации для получения мелкозернистой структуры металла без осевого или кольцевого разрушения заготовки.
Установлено впервые, 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.
Выявлено влияние степени деформации на размер кристаллов кремния, минимальная величина которых достигает 10 - 15 мкм, и на пластические свойства заэвтектических силуминовых сплавов, которые увеличиваются в 3 - 3,5 раза.
При поперечно-винтовой прокатке заэвтектических силуминов выявлен эффект «насыщения», выражающийся в том, что после двух прокаток с общей вытяжкой больше 2,56 не происходит дальнейшего измельчения содержащихся в сплаве кристаллов кремния, средний размер которых остается равным 10-15 мкм.
Практическая ценность работы
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 заэвтектического силумина поучены гильзы-трубы размером 80x15±0,4 мм и 80х8±0,4 мм
Разработаны технологические и конструктивные параметры трехвалкового стана ПВП для прокатки заготовок из заэвтектических силуминов диаметром 100... 170 мм.
Достоверность 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 модели напряженно - деформированного состояния заготовки при поперечно-винтовой прокатке, разработанные на основе программ ANSYS/LS-DYNA и DEFORM 3D, и результаты их анализа.
Разработка методики и результаты измерения силовых параметров поперечно-винтовой прокатки.
Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и пластичность тру дно деформируемых сплавов.
Апробация работы
