Сборник материалов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых



Pdf просмотр
страница1/2
Дата14.02.2017
Размер8.29 Mb.
Просмотров583
Скачиваний0
ТипСборник
  1   2
Министерство образования и науки Российской федерации
ФГАОУ ВПО Сибирский федеральный университет Сборник материалов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Проспект Свободный, посвященной 70-летию Великой Победы Красноярск, Сибирский федеральный университет, 15-25 апреля 2015 г. Красноярск, 2015.

«Цветные металлы компьютерное и физическое
моделирование процессов обработки
металлов давлением

УДК 621.777

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ Al-Zr
С ПРИМЕНЕНИЕМ СПОСОБОВ СОВМЕЩЕННОЙ ОБРАБОТКИ
И ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ПРОГРАММНОМ
КОМПЛЕКСЕ DEFORM
®
3D
Беспалов В.М.
научный руководитель – др техн. наук, профессор Сидельников С. Б.
Сибирский федеральный университет Процессы интенсивной пластической деформации (ИПД) в настоящее время являются предметом изучения широкого круга современных ученых, что обусловлено наличием сдвиговых деформаций при обработке металлов и сплавов данными способами, обеспечивающих повышенный уровень механических характеристики формирование ультрамелкозернистой структуры полуфабрикатов. Обзор научно-технической литературы показал, что довольно часто в качестве такого способа используется равноканальное угловое прессование (РКУП), которое достаточно просто реализуется на практике и приводит к повышению не только прочностных, но и пластических характеристик деформированных полуфабрикатов. Целью настоящей работы являлось исследование возможности объединения процессов совмещенной обработки и РКУП водном технологическом цикле, для чего проводили компьютерное моделирование такого способа в программном комплексе
DEFORM
®
3D, широко используемом для приближенной оценки энергосиловых параметров и условий реализации процессов обработки металлов. В качестве допущений при моделировании принимали следующие
– валки и матрица несжимаемые
– материал заготовки изотропный
– показатель трения по Зибелю на валках В = 0,9
, а на матрице Мот 0,4 до 0,7;
– количество элементов составило для валка с выступом - 22533; валка с канавкой - 23615; заготовки - 23139; матрицы - 14715;
– реологические характеристики получены на установке горячего скручивания для сплава Моделирование процессов совмещенной обработки и РКУП проводили с использованием геометрических параметров лабораторной установки СЛиПП-2,5: радиус валка с выступом составлял 241 мм, валка с канавкой – 197 мм и следующих технологических параметрах обработки число оборотов валков n = 4 об/мин; степень деформации при прокатке ε = 20%; коэффициент вытяжки при прессовании μ = 3. Размеры заготовки составляли 14х14х250 мм, диаметр получаемого прутка – 9 мм. В первом случае моделировали процесс с применением матрицы, имеющей продольный канал, во втором – матрицы с пересекающимися каналами. Компьютерные модели обоих процессов представлены на рис. 1. Значительное измельчение структуры и рост механических характеристик в процессе обработки способом РКУП, исходя из анализа научно-технической литературы, достигаются при холодной деформации и углах пересечения каналов 110-135 º, поэтому температуру заготовки и рабочего инструмента (валков и матрицы) при моделировании принимали равной С, а угол пересечения каналов 125 º. В связи с симметричностью процесса проводили моделирование половины очага деформации для сокращения времени расчета. Результаты моделирования представлены на риса

б
Рисунок 1. Компьютерная модель инструментальной оснастки установки СЛИПП

(разрез): а – матрица с продольным каналом б – матрица с пересекающимися кана-
лами



а
б
Рисунок 2. Изменение температурных полей в процессе совмещенной обработки и
РКУП при значениях показателя трения ψ
В
= 0,
9 и ψ
М
= 0,5;
а – матрица с продольным каналом, б – матрица с пересекающимися каналами



а
б
Рисунок 3. Изменение крутящих моментов на валках при обработке способом
совмещенной обработки и РКУП от времени обработки при ψ
В

= 0,9, ψ
М
= 0,5
и n = 4 об/мин

На рис. 2 показано распределение температуры при обработке исследуемым способом, а на рис. 3 – изменение крутящих моментов М, возникающих на валках, в зависимости от времени обработки заготовки и формы канала матрицы. Анализ результатов представленных на рис. 2 показал, что в процессе обработки происходит разогрев
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
М, кН
м
Время t, с
Валок с канавкой 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
М, кН
м
Время t, с
Валок с выступом
5
деформируемого металла, однако его температура не превышает 200 Сна выходе из матрицы с продольным каналом и С для матрицы с пересекающимися каналами. Из графиков на рис. 3 видно, что стечением времени максимальные значения моментов, при использовании матрицы с продольным каналом составляют навалке с выступом МВ
= 2,4 кНм, навалке с канавкой М
К
= 6,2 кНм. Момент М
К
в среднем в 2,5 раза больше, чем М
В
Использование матрицы с пересекающимися каналами приводит к увеличению значений моментов на валках до значений 6,0 кНм навалке с выступом и до 8,8 кНм навалке с канавкой. С учетом того, что моделировали половину очага деформации, суммарные моменты на валках при прессовании через обычную матрицу с продольным каналом составят МВ
=
4,8 кНм и М
К
=
12,4 кНм, а при прессовании через матрицу с пересекающимися каналами МВ
=
12,0 кНм и М
К
=
17,6 кНм. Изменение значений моментов в зависимости от показателя трения ψ
М
на матрице для процесса совмещенной обработки и РКУП, отражено на рис. 4. Повышение показателя трения на матрице приводит к увеличению моментов, а их максимальные значения достигаются при значении Ми составляют МВ
=
12,6 кНм и М
К
= 18,0 кНм.

Рисунок 4. График зависимости моментов на валках от показателя трения
на матрице ψ
М

при совмещенной обработке и РКУП
Максимальное усилие, действующее на матрицу, по результатам расчета составило кН при значении показателя трения М
= 0,7. По полученным в результате моделирования данным был установлен характер течения метала (риса также построен график изменения скорости течения металла при различных условиях трения на матрице, представленный на рис. 6.


Рисунок 5. Характер течения металла при обработке способом совмещенной
обработки и РКУП
0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
М, кНм
Коэффициент трения, ψ
М
валок с канавкой валок с выступом
6



Рисунок 6. Изменение скорости истечения прутка V
И

при различных
значениях показателя трения на матрице ψ
М
:
V
СР

средняя линейная скорость вращения валков
Анализ рисунка показал, что для обеспечения стабильного осуществления процесса совмещенной обработки и РКУП необходимо стремиться к достижению максимального показателя трения на контакте деформируемого металла свалками (В = 0,9) и минимального на матрице (М 0,4), при этом скорость истечения прутка составит
И
= 90 мм/с. Таким образом, проведенное компьютерное моделирование процесса совмещенной обработки и равноканального углового прессования слитков из сплавов системы
Al-Zr показало принципиальную возможность объединения указанных способов обработки водном технологическом цикле и позволило определить геометрические и технологические параметры обработки данного процесса необходимые для проведения последующих экспериментальных исследований.
Список литературы
1. Сидельников, С.Б. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов монография / С.Б. Сидельников, Н.Н. Довженко,
Н.Н. Загиров – М.:МАКС Пресс, 2005. – 344 с.
2. Segal, V.M. Severe plastic deformation: simple shear versus pure shear / Materials
Science and Engineering, 2002. – P. 331-344.
3. Рааб, Г.И. Разработка и исследование метода СЛиПП-ИПД для получения алюминиевых полуфабрикатов высокого качества / Г.И. Рааб, Э.И. Фахретдинова,
Р.З. Валиев – Журнал Сибирского Федерального университета. Серия техника и технологии. Красноярск, 2014. – Т. – №3. – СИ, мм/с

Показатель трения ψ
М
V
ср = 90 мм/с
7

УДК 735.29
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПИЛЬГЕРНОЙ
ПРОКАТКИ ТРУБ ИЗ СПЛАВА Д
Высотина А. А,
научный руководитель – канд. техн. наук, доцент Соколов РЕ.
консультант – канд. техн. наук, доцент Курмачев Ю.Ф.
Сибирский федеральный универсситет

На сегодняшний день на российском рынкеалюминия и продукции на его основе сложилась неоднозначная ситуация в результате политических и экономических событий в мире. Этосоздает дополнительные условия для развития экономики в виде импортозамещения недостающей продукции. Так, последние данные показывают, что ежегодно в России производится 41000 тыс. тонн первичного алюминия, из которого,на территории России, перерабатывается 800 тыс. тонн/год. Однако потребность российской промышленности в алюминиевой продукции составляет 2600 тыс. тон/год. Соответственно объем неудовлетворенного внутреннего спроса составляет около 1800 тыс. тонн алюминиевых полуфабрикатов в год. По различным экспертным оценкам в
2012 году суммарный объем Российского производства полуфабрикатов из алюминиевых сплавов составил около 900 тыс. тонн алюминия [1, 2]. Правительство России поставило задачу максимально заместить импорт комплектующих и оборудования собственным производством, особенно в областях авиа-, судостроения, военной и нефтяной промышленности [3]. Следует отметить, что особое место в структуре производства полуфабрикатов ответственного назначенияиз алюминиевых сплавов занимают холоднокатаные трубы из сплава Д, применяемые как в авиационной и космической, таки в нефтеперерабатывающей промышленности, энергетике и других отраслях.Сложная геометрия инструментальной оснастки станов
ХПТ [4,5] и применение методов физического моделирования приводит к высокой трудоемкости процессов проектирования и внедрения калибровок для производства новых типоразмеров бесшовных труб. В последнее время, широкое распространение в промышленности получили системы компьютерного моделирования процессов литья и обработки металлов давлением такие как Q-Form, ANSYS и DEFORM – 3D, позволяющие провести виртуальный эксперимент. Их применение помогает провести проверку расчетов и избежать необходимости изготовления дорогостоящих прототипов инструментальной оснастки на начальных стадиях разработки новых режимов обработки металлов и сплавов. В связи с этим, актуальной является задача по разработке компьютерной модели и моделированию процесса ХПТ из сплава Д с применением программного комплекса DEFORM – 3D. Моделирование проводилось для процесса получения трубы х мм.из заготовки х мм.в программном комплексе Deform Был смоделирован один проходпрямого хода клети. Подача трубной заготовки установлена 12 мм.Скорость вращения валков составляет 7,4467 рад/сек и не изменяется в процессе деформации. Заготовку разбили наконечных элементов. В процессе моделирования приняли, что температура окружающей среды постоянна и составляет 20 °С.Общаясхема процесса показана на рисунке 1. Конструкции валков идентичны и зеркально отражены относительно заготовки.
8



Рисунок 1. модель процесса ХПТ х
В качестве материала заготовки был выбран сплав Д. Модель материала заготовки выбрана упруго-пластической, характеризующейся билинейной изотропной характеристикой.Модели валков и оправкизаданы жесткими телами.Условия контактного трения между валками-заготовкой и заготовкой-оправкой выбраны исходя из рекомендаций производителя программного обеспечения для условий контакта стали и алюминиевых сплавов. Помимо распределения напряжений и температур по очагу деформации, программный комплекс Deform 3D позволяет также проанализировать течение металла в процессе деформации. На графике изменения усилий по очагу деформации на рисунке видно, что максимальные усилия на инструменте возникают в обжимной зоне. Анализ течения металла в обжимной зоне (рисунок 3) показал, что неравномерности между скоростью движения контактной поверхности валков и скоростью движения поверхности оправкине наблюдается. В результате прокатки данного типоразмера максимальные напряжения и температура возникают в обжимной зоне, составляют соответственно 320 МПа, и С (рисунок 3 и 4). На рисунке 3 представлены значения напряжений в обжимной зоне, на рисунке
4 – значения температур. Моделирование различных типоразмеров ХПТ имеет важное практическое применение. Благодаря этому можно оценить течение металла и механические свойства алюминиевых сплавов в процессе холодной прокатки, а также в дальнейшем разработать алгоритм проектирования новых технологических режимов обработки сплавов с целью получения труб различных сечений.
9



Рисунок 2. График изменения усилия на инструменте




а)
б)
в)

Рисунок 3. Координатная сетка на трубной заготовке а) вначале обжимной зоны б)
в середине обжимной зоны в) в конце обжимной зоны



Рисунок 3. Распределение напряжений в очаге деформации в обжимной зоне
10



Рисунок 4. Распределениетемператур в очаге деформации в обжимной зоне
Таким образом, входе исследований было сделано следующее. Проведено моделирование процесса ХПТ диаметром 24 мм.и толщиной стенки 1 мм. из сплава Д, входе которого получена картина распределения напряжений вдоль очага деформации, данные о температурно-скоростных и энергосиловых параметрах на различных стадиях процесса. Результаты моделирования могут быть использованы при проектировании и производстве оснастки и новых конструкций станов периодической холодной прокатки бесшовных труб из алюминиевых сплавов.

Список использованных источников
1. Каким будет рынок алюминия в России Электронный ресурс // ИИС
“Металлоснабжение и сбыт [Интернет-портал]. 02 марта 2015 г. URL: http://www.metalinfo.ru/ru/news/77439 дата обращения 15.03.2015)
2. Горбунов Ю.А. Развитие производства проката и кабельно-проводниковой продукции из алюминиевых сплавов на заводах РФ // Цветные металлы – 2013: Сб. науч. статей. – Красноярск :Версо, 2013 г. С 573-577.
3
. Импортозамещение в производстве обещает стать новым двигателем российской экономики[Электронный ресурс на русском [Интернет-портал].
15.03.2015 г. дата обращения 15.03.2015)
4
. Орлов ГА. Пути совершенствования калибровок инструмента станов холодной прокатки труб // Сталь. № 12, 2004. С. 83-85.
5
. Курмачев Ю. Ф, Соколов РЕ, Высотина А. А. Расчет продольного профиля зоны обжатия при холодной периодической прокатке труб из алюминиевых сплавов // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. № 2, 2014. С 36-39.
11

УДК 004.942: 621.771.2: 669.226.9
3D-
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ ПРУТКОВ
ИЗ НОВЫХ СПЛАВОВ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ
Дитковская Ю. Д.
научный руководитель др. техн. наук Сидельников С. Б.
Сибирский федеральный университет
Внедрению новых материалов и технологий их обработки в производство предшествуют этапы экспериментальных исследований и моделирования технологических процессов для определения целесообразности их применения. Использование современных систем компьютерного моделирования процессов обработки металлов давлением, в основе которых заложены методы конечно- элементного анализа, включая программный пакет DEFORM-3D, позволяет снизить затраты при разработке технологии, учесть конструкционные особенности инструмента, применяемого в заводских условиях, и получить адекватную модель сортовой прокатки деформированных длинномерных полуфабрикатов для изготовления ювелирных цепей из новых сплавов драгоценных металлов. С целью повышения эффективности производства с помощью системы автоматизированного проектирования“PROVOL”[1]был разработан рациональный маршрут сортовой прокатки прутков из нового сплава белого цвета на основе серебра
925 пробы [2], учитывая применяемую в условиях ОАО Красноярский завод цветных металлов им. В.Н.Гулидова» (ОАО «Красцветмет») систему восьмигранных калибров рисунок Разработанные режимы в сравнении с существующими позволяют сократить количество переходов, энергосиловые затраты и обеспечивают получение качественной длинномерной продукции для ювелирных цепей. а б Рисунок 1. Схема восьмигранных калибров, применяющаяся наОАО «Красцветмет»: а
– квадратный б – ромбический В соответствии с технологией прокатка литой заготовки диаметром 8 мм осуществляется в три этапа на станах типа “Famor” и “BILER” до стороны проката 1 мм. Новый сплав на основе серебра обладает необходимым уровнем механических свойств и не требует проведения операций промежуточного отжига.
12



Рисунок 2. Моделирование процесса сортовой прокатки
в программном комплексе DEFORM-3D
Базируясь на разработанном маршруте, была смоделирована прокатка прутка из нового серебряного сплавав программном комплексе DEFORM-3D (рисунок 2). Модель позволила проанализировать деформационные и энергосиловые параметры процесса, оценить течение металла в продольном направлении ив поперечном сечении заготовки.
Список литературы
1.
Сидельников, С.Б. Разработка подсистемы САПР технологических процессов производства ювелирных изделий /С.Б. Сидельников, Н.Н. Довженко, Ю.Д. Гайлис, ОС. Лебедева // Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. Серия 2. Технология машиностроения и материалы. – М, МГТУ «МАМИ», 2013. – №2(16), Т.
– С. 216-220. Пат. 2513502 Российская Федерация. Сплав белого цвета на основе серебра
925 пробы, модифицированный кремнием / С.Б. Сидельников, СВ. Беляев, А.В. Столяров, ИВ. Усков, В.И. Аникина, Д.И. Усков, АИ. Аникин, Д.В. Богданов, Ю.Д.
Гайлис, Е.В. Феськов; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет. – № 2013117667/02; заявл. 16.04.2013; опубл
20.04.2014, Бюл. №11.
13

УДК: 621.771:669.716
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВКИ
ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
Клеменкова Д. В.
научные руководители доц, к.т.н. Константинов ИЛ, к.т.н. Губанов И. Ю.
Сибирский федеральный университет
Компьютерное моделирование позволяет применять современные мощные методы математического анализа, вычислительной математики и программирования при исследовании и оптимизации технологических процессов и поэтому находит широкое применение в процессах обработки металлов давлением (ОМД). Основными причинами создания и активного использования в ОМД этих компьютерных программ являются
- необходимость сокращения сроков разработки технологических процессов, времени проектирования рациональной конфигурации заготовок, полуфабрикатов и инструмента, а также проведения опытных работ при внедрении процессов в производство
- снижение стоимости затратна ошибочные или нерациональные технические, проектные и технологические решения еще до начала промышленных экспериментов
- повышение надежности разрабатываемых технических мероприятий, в том числе для технологических процессов ОМД, связанных с изготовлением заготовок для уникальных деталей, не имеющих технологических процессов-аналогов. В данной работе была поставлена цель, провести компьютерное моделирование с помощью программы DEFORM-3D технологического процесса горячей объемной штамповки поковки колесного диска из алюминиевого сплава АВ из номенклатуры продукции действующего предприятия. Штамповка поковок дисков улучшает относительное удлинение материала без заметного влияния на прочностные свойства, кроме того, уменьшается анизотропия свойств, выражающаяся в разнице механических свойств между поперечными и продольными образцами. Прочностные свойства у таких дисков в 1,5 раза превышают уровень, требуемый нормативными материалами, а пластические свойства – в 2 раза. Штампованные алюминиевые колесные диски отличает высокая коррозионная стойкость, и как следствие, – быстрое реагирование колес на изменение направления движения автомобиля, лучший контакт с дорожным покрытием, снижение вибраций и повышение плавности хода, улучшение разгонной и тормозной динамики, снижение мощности на вращение более легких колес, снижение расхода топлива. Масса алюминиевых колес (по сравнению с массой стальных колес таких же размеров) зависит от способа их получения и снижается литых — от 0 до 25 %; штампованных — до 40 % [2]. Однако, несмотря на хорошее качество штампованных колёс, их применение ограничено из-за значительных затрат производства, выражающихся высокой энергоемкостью и материалоемкостью. Соответственно, целью штамповочных производств является снижение себестоимости получаемых изделий за счет оптимизации технологического процесса штамповки.
14
Интерфейс программы Deform позволяет смоделировать непосредственно процесс штамповки поковки, однако для построения необходимых элементов штампа были использованы еще и такие программы как AutoCAD и SolidWorks. На рисунке 1 показаны основные результаты моделирования штамповки поковки колесного диска из сплава АВ в программе DEFORM-3D.



а
б
в



г
д
е
Рис. 1. Моделирование формоизменения заготовки в программе DEFORM-3D при
объемной штамповке поковки колесного диска
1 –
штамп; 2 – заготовка в штампе 3 – облой.
Программа позволила также показывать в динамике картину изменения таких параметров процесса, как интенсивность скоростей и деформаций, распределение скоростей деформации и температуры по объему поковки и т.д., что также очень важно для своевременной корректировки технологического процесса штамповки. На рисунке 2 приведены поковка в текущий момент штамповки с распределением температуры по объему заготовки и графиком изменения усилия от времени штамповки.


1
2
3
15

Рис.2. Форма поковки колесного диска в момент штамповки с распределением
температуры по объему заготовки и графиком изменения усилия от времени
штамповки

Таким образом, можно заключить, что компьютерное моделирование при разработке технологического процесса горячей объемной штамповки позволяет следующее.
1. Рассчитать объем заготовки, а, следовательно, оптимизировать расход металла.
2. Определять энергосиловые затраты на штамповку, что важно для рационального выбора деформирующего оборудования и штампового инструмента.
3. Выявлять зоны заготовки, в которых может возникнуть нежелательное повышение температуры, те. прогнозировать перегрев или пережог металла при штамповке.
4. Варьировать исходные данные (в данном случае коэффициент трения) с целью снижения энергосиловых параметров.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал