Разработка нового комбинированного процесса получения алюминиевых деформированных полуфабрикатов электротехнического назначения

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………. 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………….. 10

1.1 Современное состояние производства алюминиевых полуфабрикатов
для электротехнической промышленности……………

1.2 Оборудование для получения алюминиевой катанки……………….. 15

1.3 Анализ совмещенно – комбинированных методов получения
алюминиевой катанки………………………………………………………

1.4 Анализ комбинированных методов получения алюминиевой
катанки………………………………………………………………………

1.5 Выводы по главе…………………………………………………………… 34

2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА МУЛЬТИ-РКУП-КОНФОРМ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО 35
МОДЕЛИРОВАНИЯ……………………………………………………….

2.1 Описание метода Мульти-РКУП-Конформ…………………………… 35

2.2 Условия и допущения, принятые при моделировании………………. 36

2.3 Структура исследования……………………………………………….. 39

2.3.1 Критерии выбора углов пересечения каналов…………………….. 40

2.3.2 Критерии выбора радиусов сопряжения………………………………. 43

2.3.3 Результаты исследований углов пересечения каналов на стадии
обработки по схеме РКУП-ПК……………………………………………..

2.3.4 Результаты исследований влияния величины радиусов
сопряжений в выходной части канала оснастки на напряженно- 50
деформированное состояние……………………………………………….

2.4 Анализ напряженно-деформированного состояния заготовки при
деформации методом Мульти-РКУП-Конформ с рациональными 58
геометрическими параметрами…………………………………………….
2.4.1 Исследование схемы деформации……………………………………… 59

2.4.2 Исследование главных напряжений и деформаций…………………… 61

2.4.3 Расчет и выбор материала штамповой оснастки…………………… 65

2.4.4 Исследование температурного поля………………………………… 66

Выводы по 2 главе.…………………………………………………………. 67

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА МУЛЬТИ-РКУП-
КОНФОРМ……………………………………………………………………..

3.1. Разработка модели расчета силовых параметров нового метода
интенсивной пластической деформации Мульти РКУП- 69
Конформ………………………………………………………………………

3.2 Расчет длины дуги и угла захвата при деформации………………….. 75

3.3 Анализ деформированного состояния методом сеток……………….. 81

Выводы по главе………………………………………………….………… 85

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА МУЛЬТИ-РКУП-
КОНФОРМ………………………………………………………………………..

4.1.Методика проведения экспериментов………………………………… 86

4.1.1 Материалы исследования…………………………………………….. 86

4.1.2 Метод получения экспериментальных образцов катанки методом
Мульти-РКУП-Конформ……………………………………………………

4.1.3 Методика регистрации и записи технологических
параметров………………………………………………………………………

4.1.4 Методы исследования структуры алюминиевых образцов………… 89

4.1.5 Режимы термической обработки экспериментальных
образцов…………………………………………………………………………

4.1.6 Методы определения механических характеристик
экспериментальных образцов………………………………………………….

4.1.7 Методы определения физических свойств экспериментальных
образцов……………………………………………………………………… 92

4.2 Получение образцов обработкой Мульти-РКУП-Конформ на
лабораторном оборудовании……………………………………………….

4.2.1 Исследование влияния технологических параметров на
прочностные характеристики алюминиевых полуфабрикатов………….

4.2.2 Cтруктура и свойства полученных алюминиевых образцов
полуфабрикатов……………………………………………………………….

4.3 Апробация метода Мульти-РКУП-Конформ на опытно-
промышленном оборудовании………………………………………………

4.3.1 Исследование геометрических параметров матрицы при
реализации метода Мульти-РКУП-Конформ на опытно-промышленном 103
оборудовании…………………………………………………………………

4.3.2 Влияние скорости обработки на силовые и температурные
параметры…………………………………………………………………………

4.3.3 Получение образцов алюминиевой катанки на опытно-
промышленном оборудовании………………………………………………

4.3.4 Механические и функциональные свойства полученных образцов… 117

4.4 Рекомендации по созданию технологической линии с
использованием Мульти-РКУП-Конформ………………………………….

Выводы по главе……………………………………………………………… 123

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………. 125

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………..………………. 128

ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………..………………………….. 142

ПРИЛОЖЕНИЕ Б……………………………………………………………. 143

1. Проведено компьютерное моделирование разработанного процесса Мульти-
РКУП-К в программном комплексе Deform-3D и установлено, что геометрические
параметры формообразующей оснастки оказывают большое влияние на
напряженное и деформированное состояние заготовки, силовые и контактные
условия. В процессе исследований выявлены следующие закономерности:
увеличение углов пересечения каналов приводит к снижению однородности
деформированного состояния, увеличению напряжений и силовых условий
обработки, обратная закономерность наблюдается при увеличении радиусов
сопряжения ступенчатого канала прессования.
2. Разработана наиболее рациональная конструкция канала для прессования
алюминиевого сплава Al 6101, включающая следующее сочетание углов – Ф1 =
= 90 °, Ф2 = 120 ° и Ф3 = 120 ° при R1=R2=0,5·h.
При этом по сравнению с вариантом Ф1 = 90 °, Ф2 = 120 ° и Ф3 = 120 ° при R1 = R2
= 0,2·h наблюдается:
– снижение неоднородности накопленной деформации в три раза;
– снижение крутящего момента на рабочем колесе почти в два раза;
– снижение уровня растягивающих напряжений в очаге деформации до 10-20
МПа;
– снижение разности скоростей деформации в очаге деформации в 1,5 раза.
3. В результате исследования напряженно-деформированного состояния при
Мульти-РКУП-К выявлено, что:
– в очагах деформации преобладает схема сдвига;
– накопленная степень деформации достигает е = 3,5…4 единиц, что
прогнозирует получение образцов с высокими механическими свойствами.
– максимальные контактные напряжения локализованы в первом очаге
деформации и составляют 930 МПа.
4. Установлено, что максимальный деформационный разогрев составляет около
260 °С и при практической реализации процесса следует проводить охлаждение
матрицы и заготовки на выходе из канала матрицы.
5. Дополнительная редукционная обработка заготовки на выходе из канала
прессования увеличивает контактные напряжения на оснастке ~ в 2 раза, прирост
температуры и силу деформирования ~ в 1,5 раза, поэтому редукцию заготовки
рекомендуется проводить как отдельную операцию после обработки Мульти-
РКУП-К.
6. Разработана методика расчета силовых параметров с учетом силы
противодавления в выходной части канала для метода Мульти-РКУП-К в
зависимости от геометрических параметров каналов и трибологических условий.
7. Рассчитана зависимость длины дуги и угла захвата от коэффициента трения и
показано, что с увеличением коэффициента трения длина дуги и угол дуги захвата
снижаются.
8. С помощью метода делительных сеток показаны характер накопления и
достигнутый уровень деформации сдвига в процессе экспериментальной
обработки, при этом средняя величина деформации сдвига центральной области
заготовки составляет 4,8 единиц.
9. Проведены экспериментальные исследования для определения рациональных
технологических режимов для реализации метода Мульти-РКУП-К на
лабораторном оборудовании и выбран образец № 6, полученный при температуре
обработки 170 °С и применении смазочного покрытия, состоящего из
быстросохнущей смазки, MoS2 и BN, в котором наблюдалось сочетание качества
поверхности (без дефектов) и достаточно высокого значения временного
сопротивления разрыву 250 МПа.
10. Установлено, что метод Мульти-РКУП-К на лабораторном оборудовании
позволяет сформировать в алюминиевом сплаве системы Al-Mg-Si смешанную
структуру и обеспечивающую одновременное повышение прочности и
электропроводимости материала на 43 % и 5,1 %, соответственно по сравнению с
состоянием поставки (Т1).
11. Разработаны и исследованы компьютерным и экспериментальным
моделированием три варианта геометрического исполнения оснастки при
получении катанки на опытно-промышленном оборудовании Д 400.
Рациональным вариантом конструкции матрицы является вариант №3,
обеспечивающий получение длинномерных полуфабрикатов с
удовлетворительным качеством поверхности.
12. Установлено, что обработка алюминиевых образцов марки Al 6101 методом
Мульти-РКУП-К на опытно-промышленном оборудовании приводит к
повышению прочности материала со 170±4 до 268±10 МПа, электропроводимости
с 49,2 до 54,1 % IACS по сравнению с состоянием поставки (Т1).
13. Использование виртуальных методик и расчетной модели для исследования
процесса, в частности, максимального крутящего момента на колесе,
обеспечивающего силовые характеристики, показывает сходимость с реальным
физическим экспериментом, а именно: погрешность между расчетом и
моделированием составляет ~ 8%, моделированием и экспериментом ~ 4%,
расчетом и экспериментом ~ 4%.
14. Разработан комплекс технологических и технический решений,
обеспечивающих повышение качества длинномерных полуфабрикатов из
алюминиевых сплавов системы Al-Mg-Si в условиях сверхбольших разовых
деформаций.