Введение к работе
Актуальность работы. В металлообработке постоянно повышаются требования к качеству выпускаемой продукции, в связи с этим прогнозирование появления дефектов и минимизация вредных последствий от них остается актуальной задачей. Для исследования дефектообразования и его влияния на последующую технологию используются различные методы: оптической металлографии, рентгеновской микротомографии, физического моделирования с последующими расчетами и применением численных методов, или специально разработанными конечно-разностными способами.
Одним из видов дефектности в металле является наличие полостей. Они могут быть как рассредоточенными по объему металла, так и локализованными. Наличие рассредоточенных полостей переводит деформируемую среду в разряд некомпактных материалов, что позволяет для анализа деформации применить теорию пластичности пластически сжимаемых сред. Вместе с тем, в заготовках могут оказаться одиночно расположенные полости, для которых необходимо выявить закономерности их формоизменения или ликвидации.
Из теории и практики обработки металлов давлением известно, что применение процессов с преобладанием сжимающих напряжений позволяет уменьшать пористость. Однако обычно за пределами исследования оказывается вопрос, какую форму приобретают полости после воздействия обрабатывающим инструментом.
Представленные исследования направлены на изучение формоизменения полости в объеме деформируемого металла в различных процессах, таких как осадка заготовки с полостью в закрытом штампе, прокатка, волочение, прессование. Определение параметров, влияющих на формоизменение полости, приводящих к ее уменьшению и ликвидации, а также выявление условий, способствующих зарождению дефекта в виде полости и его росту в процессе деформации, позволяют в дальнейшем совершенствовать технологию производства с целью минимизации влияния дефекта сплошности на потребительские качества готового изделия.
Работа выполнялась в рамках плана фундаментальных научных исследований, проводимых по заданию Федерального агентства по науке и инновациям министерства образования и науки РФ, по теме №1.2224.07 "Развитие механики обработки металлов давлением с целью создания научных основ прогнозирования физико-механического состояния металла и новых технологических процессов ковки, прокатки, прессования и волочения".
Цель работы. Целью данной работы является выявление причин присутствия в металлических средах локализованной по объему пористости, и отслеживание пути формоизменения дефектов на примерах процессов осадки в закрытом штампе, прокатки, прессования и волочения.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математического и физического моделирования, статистической обработки результатов производственных испытаний.
Научная новизна. Выявлено, что изменение формы и размера полости, расположенной в объеме деформируемого металла, зависит от схемы напряженно-деформированного состояния, величины дефекта и места его расположения относительно инструмента. Определено, что интенсивность деформации полости при однопроходной прокатке оказывается выше интенсивности деформации заготовки. Выявлено, что при многопроходной прокатке более интенсивно формоизменение полости происходит в направлении высоты и длины проката, при этом знаки деформации полости и заготовки в этих направлениях, в отличие от третьего ортогонального направления, совпадают. Показано, что при прессовании интенсивность закрытия полостей зависит от места их расположения относительно переднего конца заготовки. Определено, что при волочении формоизменение полостей зависит от угла наклона образующей волоки и величины коэффициента вытяжки.
Достоверность работы обусловлена наличием хорошей сходимости между результатами математического моделирования формоизменения полости в различных процессах обработки металлов давлением и опытными данными. Для решения вариационных задач применяли пакеты РАПИД-20 и ПЛАСТ, хорошо себя зарекомендовавшие при выполнении прикладных расчетов в исследовательских организациях и на предприятиях.
Практическая значимость. Результаты работы нашли практическое применение при совершенствовании технологии производства медной катанки и проволоки в условиях предприятия ЗАО СП «Катур-Инвест». Работа осуществлялась на протяжении 2007-2008гг. в соответствии с хоздоговором № 0403 на тему «Исследование влияния режимов деформации на процессы дефектообразования катанки и проволоки из меди» (заказчик - предприятие, исполнитель - УГТУ-УПИ). Исследована промышленная технология производства медной проволоки электротехнического назначения и определены причины возникновения дефектов, определяющие качество продукции.
Реализация результатов работы. В настоящее время в соответствии с изложенными рекомендациями предприятие ЗАО СП «Катур-Инвест» пошло на изменение размеров проволоки-подтяжки на стадии грубого волочения с целью избежать малых обжатий, приводящих к макропористости. Предприятием закуплен новый алмазный волочильный инструмент с уменьшенными углами рабочей зоны.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные результаты доложены на следующих конференциях: международная научно-техническая конференция «Теория и практика производства листового проката», (Липецк, 2008); пятая российская научно-техническая конференция «Математическое моделирование и компьютерный инженерный анализ» (Екатеринбург, 2008г.); международная научно-практическая конференция «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов», (Санкт-Петербург, 2009г.); доклады на четырех конференциях молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ (Екатеринбург,
2007-2008п\), доклад на XVT международной научной конференции молодых ученых (Екатеринбург, 2009г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ в виде статей и тезисов докладов, опубликованных в российских изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 87 наименований, 1 приложения, содержит 146 страниц машинописного текста, 69 рисунков и 9 таблиц.
