Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение объема и снижение себестоимости производства длинномерных пресс-изделий небольшого поперечного сечения из алюминиевых сплавов, находящих все более широкое применение в строительной индустрии, промышленности и в быту, является актуальной задачей, как для производителей, так и потребителей данного вида продукции.
Регламентированные стандартом качественные показатели продукции определяются технологическими операциями приготовления сплава заданного химического состава, получения литой заготовки, и окончательно формируются при термической обработке. Однако доминирующим технологическим звеном является процесс обработки металлов давлением, в ходе которого закладываются геометрические, механические и специальные свойства готовой продукции.
При получении пресс-изделий в виде сплошных профилей мелкого сечения, электротехнической и сварной проволоки, труб небольшого диаметра из цветных металлов и сплавов на большинстве заводов России и за рубежом используются традиционные технологии прямого прессования с повторяющимся циклом обработки. Вместе с тем в последние десятилетия бурно развиваются методы непрерывного прессования, позволяющие существенно повысить эффективность производства прессованной продукции. Однако, несмотря на их быстрое развитие, в настоящее время отсутствуют комплекс научно-обоснованных технических и технологических решений, позволяющих управлять параметрами состояния деформируемого металла, а также конструировать технологический инструмент и оборудование, определяющие стабильность производства длинномерных пресс-изделий с требуемым комплексом и уровнем эксплутационных свойств.
Представленная работа выполнялась в рамках программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (раздел «Производственные технологии»), научно-технической программы 202 "Инновационная деятельность высшей школы" по проекту «Разработка и создание опытно-промышленного образца модульного агрегата прокатки-прессования интегрированной литейно-прессовой линии для производства длинномерных изделий из цветных металлов и сплавов», гранта № НШ-2212.2003.8 Президента РФ на поддержку молодых российских ученых и ведущих научных школ,
* Диссертация выполнена при научной консультации профессора,
д. т. п. Н.Н.Довженко рос национальная
гранта № 03-01-96106 Российского фонда фундаментальных исследований, краевых научно-технических программ комитета по науке и высшему образованию администрации Красноярского края «Создание мини-завода по производству длинномерных изделий (катанка и профильная продукция) из алюминиевых и медных сплавов», а также по договорам с предприятиями ОАО «Верхне-Салдинское металлургическое производственное объединение» (ВСМПО) и ООО «ТК СЕГАЛ».
Таким образом, задача создания технологии и оборудования для совмещенной прокатки-прессования с целью обеспечения высокой производительности и низкой себестоимости при производстве длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов, является актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности производства длинномерных пресс-изделий из алюминия и его сплавов путем применения способа совмещенной прокатки-прессования (СПП). Для достижения этой цели сформулированы следующие задачи:
сконструировать экспериментальную установку СПП, которая обеспечит изучение геометрического очага деформации и проведение экспериментальных исследований энергосиловых параметров процесса;
создать математические модели для расчета температурных условий и энергосиловых характеристик изучаемого процесса; разработать проектные параметры технологии и оборудования для совмещенной прокатки-прессования, технические и технологические решения для их реализации;
провести исследование свойств алюминиевых полуфабрикатов, полученных способом СПП;
создать опытно-промышленную установку для производства
длинномерных пресс-изделий и отработать на ней технологические режимы получения прутков из алюминиевых сплавов.
Научная новизна работы заключается в следующем: экспериментально изучена структура очага деформации и формоизменение металла при реализации нового процесса совмещенной прокатки-прессования;
установлены закономерности изменения энергосиловых
характеристик процесса совмещенной прокатки-прессования от комплекса безразмерных параметров, однозначно описывающих очаг деформации, и температурно-скоростных режимов обработки алюминиевых сплавов;
получены экспериментальные данные по сопротивлению сдвигу для малоизученных лигатурных сплавов системы А1-ТІ-В, которые были использованы для теоретического анализа процесса СПП; установлены оптимальные значения деформационных и температурно-скоростных параметров, обеспечивающих получение алюминиевых полуфабрикатов с требуемой структурой и уровнем механических свойств;
разработаны математические модели для расчета напряжений, температуры обрабатываемого металла и инструмента, а также энергосиловых характеристик изучаемого процесса.
Практическая ценность работы состоит в следующем: создана новая конструкция узлов модульного оборудования для производства длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов способом СПП, обеспечивающая увеличение выхода годной продукции на 18% и повышение производительности на 67% по сравнению с традиционной схемой производства;
разработаны технологические режимы совмещенной прокатки-прессования, обеспечивающие при заданных температурно-скоростных и деформационных параметрах процесса регламентированную структуру и свойства пресс-изделий; на ОАО «Верхне-Салдинское металлургическое производственное объединение» (г. Верхняя Салда) и ООО «ТК «Сегал» (г. Красноярск) внедрены в производство установки по совмещенной обработке алюминиевых сплавов, что подтверждено соответствующими актами, при этом экономия по сравнению с традиционными методами прессования составила в зависимости от марки алюминия или сплава от 1749 до 46 000 рублей на 1 тонну продукции;
получены опытные партии пресс-изделий из алюминия марки АД1 и сплава АМгб, уровень механических свойств которых соответствует ГОСТ 21488-97.
Реализация работы в промышленности. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «ВСМПО» (г. Верхняя Салда) и ООО «ТК Сегал» (г.Красноярск). Использование разработанного оборудования позволило заменить прессование длинномерных пресс-изделий с использованием горизонтальных гидравлических прессов на технологию совмещенной прокатки-прессования, что обеспечило снижение себестоимости и капитальных вложений и увеличение выхода годного при производстве данного вида продукции.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на ежегодных традиционных Всероссийской научно-технических конференциях Красноярской
государственной академии цветных металлов и золота с 2000-2004 гг.; на Всероссийской научно-практической конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Пенза, 2004 г.).
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 16 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Содержит 193 страницы машинописного текста, 15 рисунков, 36 таблиц, библиографический список из 72 наименований и 3 приложения.
