Введение к работе
Актуальность работы. Материалы со строго определенными функциональными свойствами занимают значительное место в развитии науки и техники. Причем, требования к этим свойствам становятся все более жесткими по глубине их проявления. Металлические композиты, в частности волокнистого и слоистого строения, относят к числу перспективных для создания продукции машиностроения, отличающейся малой материалоемкостью, качественно новыми характеристиками, повышенной надежностью и ресурсом работы. Изучение деформируемости, анализ и моделирование процессов обработки давлением металлических композитов, а также разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов их производства, позволяют улучшить в качественном и количественном отношении основные характеристики композитных материалов, а также снизить стоимость готовых изделий, повысить надежность и конкурентноспособность.
Диссертационная работа, посвященная комплекснолгу исследованию выдавливания и шаговой прокатки методом прокатки-ковки (ПК) металлических композитов, выполнена в соответствии с "Комплексной программой фундаментальных исследований проблем машиностроения механики и процессов управления" Российской Академии Наук.
Тема работы была включена в план НИР (основные задания) Института машиноведения УрО РАН на 1996-97г.г. № 1.11.6.3 "Моделирование процессов совместной пластической деформации разнородных металлических материалов для разработки экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий изготовления проволоки и композитов" номер государственной регистрации № 01.960.0094120.
Цель работы и задачи исследования. На основе анализа накопленного опыта и применения методологии механики композитов, а также методов математического и натурного моделирования выполнить совершенствование технологии изготовления низкотемепературных сверхпроводников вида Nb-Ti+Cu путем введения в нее высокоэффективных способов обработки металлов давлением.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать существующую технологию производства НТСП и эффективность применения шаговой прокатки для пластической деформации металлических композитов волокнистого строения.
-
Создать научно-обоснованные предпосылки совершенствования этапа обработки давлением в технологии производства низкотемпературных сверхпроводников вида Nb-Ti+Cu.
-
Решить задачу оптимального управления параметрами матрицы для выдавливания волокнистого композита в соответствии с критерием минимума поврежденное сверхпроводящих волокон.
-
Разработать методику проведения натурного эксперимента для шаговой прокатки металлических композитных заготовок на стане ПК.
-
Разработать и реализовать математическую модель для расчета параметров шаговой прокатки методом ПК волокнистого композита.
-
Разработать технологическую схелгу производственного участка для обработки давлением металлических композитных заготовок с использованием прессового оборудования и стана ПК-120.
Научная новизна отражена в следующих результатах:
решена задача оптимального управления параметрами образующей двух-заходной матрицы при выдавливании осесимметричной композитной заготовки волокнистого строения, что позволяет определять форму инструмента для различных значений вытяжки;
построена математическая модель для решения нестационарной задачи механики шаговой прокатки металлического композита волокнистого строения, что дает возможность оценить основные параметры процесса и определить оптимальные диапазоны режимов деформации осесимметричной композитной заготовки на стане ПК;
на основе исследований зависимости степени использования ресурса пластичности волокон от технологических параметров процесса, предложен метод прогнозирования условий формоизменения волокнистого композита без разрушения его компонентов при выдавливании и шаговой прокатке, в результате чего возможен расчет предполагаемой поврежденности волокна в зависимости от его расположения в заготовке;
осуществлены расчет и построение средствами ЭВМ свободной боковой поверхности, сформированной при первом шаге ПК круглой заготовки в че-тырехвалковом калибре;
сформулирована концепция совместного использования процессов выдавливания и шаговой прокатки в технологии получения металлических композитов.
Практическая ценность работы:
- определены оптимальные параметры образующей для двухконусной мат
рицы, которые позволяют снизить поврежденность компонентов композитной
волокнистой заготовки после ее выдавливания на 10-15%, по сравнению с
одноконусной матрицей;
- определены рациональные диапазоны параметров процесса шаговой про
катки методом ПК при его использовании в производстве металлических ком
позитов электротехнического назначения - низкотемпературных сверхпровод
ников вида Nb-Ti+Cu;
.- разработаны "Способ получения многослойных заготовок прокаткой" (патент России №2006354) и "Способ изготовления ленточного сверхпроводящего кабеля " (патент России №2101792);
разработана схема производственного участка для пластической деформации малотоннажных партий композитных заготовок с использованием процессов выдавливания и шаговой прокатки методом ПК;
разработана технологическая схема получения биметаллической круглой заготовки для АО "ЮМЗ" (акционерное общество "Юрюзаньский механический завод");
разработана программа расчета параметров двухзаходной конической матрицы для выдавливания металлического композита волокнистого строения при различных значениях вытяжки с учетом критерия минимума поврежден-ности волокон.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: . научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Челябинского политехнического института, г.Челябинск, 1989-92г.г.; Международном конгрессе прокатчиков, г.Магнитогорск, 1996г.; научно-техническом семинаре отдела Прикладной механики Имаш УрО РАН, г.Екатеринбург, 1997г.; научно-техническом семинаре отдела № 5 ИФМ УрО РАН г. Екатеринбург, 1999г.; научно-техническом семинаре отдела Прикладной механики Имаш УрО РАН, г.Екатеринбург, 2000 г.; Ученом совете Имаш УрО РАН, г.Екатеринбург, 2000 г.; Объединенном научном семинаре МГТУ по специальности 05.16.05, г.Магнитогорск.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 работах, две из которых - патенты России на изобретения.
Структура диссертации. Работа включает введение, 5 глав, заключение, список литературы и приложение. Объем работы - 196 страниц, из них; машинописный текст - 109 страниц, 45 рисунков, список литературы из 102 наименований, приложения на 42 страницах.