Введение к работе
Актуальность работы. Подавляющее большинство пресс-изделий из цветных металлов и сплавов получают на металлургических заводах по схеме прямого прессования без смазывающих материалов. Повышение эффективности традиционных технологических процессов производства длинномерных изделий из цветных металлов и сплавов имеет ряд ограничений. Это связано с многооперационностью, повышенным расходом электроэнергии, высокими затратами труда, низким выходом годного, а также большими капиталовложениями. Наиболее эффективным путем преодоления ограничений традиционных технологических процессов производства является сокращение количества технологических переделов за счет применения высокотехнологичных процессов производства на основе совмещенных методов обработки. Поэтому для современного металлургического производства актуальной является разработка новых процессов и оборудования, с помощью которых возможно совмещение в одной технологической цепочке процессов литья и обработки металлов давлением.
Совмещение процессов прокатки-прессования с процессами литья привели к созданию высокоэффективного способа совмещенного литья и прокатки-прессования (СЛИПП), основаннрго на одновременно осуществляемой кристаллизации жидкого металла и деформации. Применение данного высокотехнологичного процесса дает возможность устранить недостатки традиционных технологий. Развитие и промышленное внедрение новых технологических процессов, в том числе и способа СЛИПП, сдерживается отсутствием оптимальных технологических режимов, методов энергосиловых расчетов и оптимальной конструкции инструмента. Поэтому для создания установки и технологии процесса СЛИПП по критериям стабильности реализации процесса и минимизации энергозатрат необходимо разработать математическую модель, позволяющую определять основные взаимосвязанные параметры: катающий диаметр валков, обжатие при прокатке и оптимальное расстояние от матрицы до общей плоскости, проходящей через оси валков.
Работа выполнялась в рамках гранта 03-01-96106-р2003 «Енисей» «Теоретические и экспериментальные исследования процесса пластической деформации за счет действия активных сил трения при непрерывном экструдировании металла» и гранта № НШ - 2212.2003.8 Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных
1 Диссертация выполнена при научной консультации доцента, к.т.н. СБ.
Сидельникона.
*ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА I
школ, по проекту научно-технической программы «Инновационная деятельность высшей школы», а также по договорам с предприятиями ОАО «Верхне-Саддинское металлургическое производственное объединение» (ВСМПО) и ОАО «Красноярский металлургический завод» (КРАМЗ).
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности производства длинномерных изделий из цветных металлов и сплавов на основе разработки комплекса технических и технологических решений для совмещенного способа непрерывного литья и прокатки-прессования. Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
разработать математическую модель процесса совмещенной обработки металла, позволяющую анализировать пластическое формоизменение заготовки при прокатке-прессовании;
разработать алгоритм выбора оптимальных значений обжатия, катающих диаметров валков и величины удаления матрицы от плоскости, проходящей через оси валков, по критерию минимума энергозатрат для различных типоразмеров изделий;
разработать и создать экспериментальную установку СЛИПП для исследования энергосиловых параметров процесса;
исследовать структуру очага кристаллизации-деформации для бесслиткового способа СЛИПП и разработать технологические рекомендации для его реализации;
исследовать влияние температурно-скоростных режимов на механические свойства пресс-изделий;
создать опьпно-промышленную установку СЛИПП и разработать технологические режимы получения длинномерных изделий.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
- разработана математическая модель процесса СЛИПП, которая
позволяет определить оптимальные геометрические параметры очага де
формации-кристаллизации при минимизации энергозатрат и силовые
характеристики;
проведены экспериментальные исследования формоизменения металла при реализации способа СЛИПП и опьпным путем установлена форма и размеры очага деформации-кристаллизации при различных параметрах процесса;
получены экспериментальные данные энергосиловых характеристик процесса СЛИПП и установлены закономерности их изменения в зависимости от безразмерных параметров очага деформации;
изучено влияние температурно-скоростных режимов процесса СЛИПП на механические оввйетва полученных пресс-изделий.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
на основании разработанной математической модели процесса СПИПП предложены рациональные технологические режимы кристаллизации-деформации металла и оптимальные конструкции инструмента, позволяющие реализовать процесс при минимальных затратах электроэнергии;
предложены новые конструкции установок для реализации способа совмещенного литья и прокатки-прессования и создана установка СЛИПП-400 для производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов, обеспечивающая увеличение выхода годной продукции на 20% и снижение затрат на электроэнергию на 93% по сравнению с традиционной схемой получения продукции;
даны практические рекомендации по использованию конструкций сортовых валков с различными формами закрытых калибров для деформации металлов с разными коэффициентами трения на контакте с инструментом.
Реализация работы в промышленности. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО ВСМПО и прошли промышленную апробацию на ОАО КРАМЗ. Реализация процесса СЛИПП в промышленных условиях позволила добиться повышения производительности за счет больших скоростей обработки, снизить энергетические затраты на тонну готовой продукции, повысить выход годного по сравнению с традиционной схемой прессования на гидравлических прессах, достичь минимальных затрат на установку и эксплуатацию оборудования, а также на изготовление инструмента, расширить технологические возможности за счет быстрой смены инструмента и получения разнообразной номенклатуры прессованных профилей небольшого сечения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на традиционных ежегодных научно-технических конференциях: на Всероссийских научно-технических конференциях Государственного университета цветных металлов и золота, 1999-2003 гг.; на Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновация» (Новосибирск, 2001г.), на Международных научно-технических конференциях: «Компьютерное моделирование и информационные технологии в науке, инженерии и образовании» (Пенза, 2003 г.), «Теория и технология процессов пластической деформации - 2004» (Москва, 2004г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 10 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы; изложена на 194 страницах, со-
