Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Все статьи: 866
Математическое моделирование процесса прессования труб переменного сечения
Статья научная
Представлена постановка задачи математического исследования процесса прессования труб переменного сечения. Разработана математическая модель определения усилия прессования при использовании специфической профилировки прессового инструмента, позволяющая прогнозировать возможность изготовления труб заданного сортамента и определять рациональную форму прессового инструмента. Представлены результаты численного исследования процесса прессования с использованием полученной модели.
Бесплатно
Математическое моделирование процессов вибрационного прессования труб
Статья научная
Разработана математическая модель динамики процесса прессования осесимметричной трубной заготовки на профильном прессе трубопрессовой линии. Согласно расчетной схеме и принятой динамической модели процесса прессования трубной заготовки получены аналитические выражения для соответствующих взаимодействующих границ пластической и упругой зон очага деформации. Получена аналитическая зависимость, характеризующая скорость распространения фронта пластической деформации в зависимости от скорости перемещения прессуемого металла. Определены динамические характеристики возникновения волновых явлений в прессуемом металле с учетом условий воздействия со стороны инструмента, что существенно дополняет ранее известные представления о напряженно-деформированном состоянии металла в очаге деформации. Установлены поля деформаций в зонах возмущенной области очага деформации с учетом воздействия технологических инструментов. Путем моделирования динамических процессов в прессуемом металле установлены особенности реализации высокоэффективной технологии управляемого вибрационного прессования труб на профильном прессе трубопрессовой линии. Выбором рациональных параметров (амплитудно-частотной характеристики) используемого активного процесса вибрационного прессования трубной заготовки достигнуто значительное повышение эффективности процесса и качества прошиваемых заготовок.
Бесплатно
Статья научная
Современные тенденции развития машиностроения подразумевают использование редких и дорогостоящих материалов во многих его отраслях. Постепенное истощение природных запасов, вызванное масштабным технологическим прорывом в ХХ веке, требует рационального использования оставшихся ресурсов и применения ресурсосберегающих технологий. Изготовление изделия полностью из дорогостоящего или нетехнологичного материала является нецелесообразным ввиду того, что площадь рабочей поверхности относительно площади всей детали зачастую не превышает 20-30 %. Соответственно, объем материала, выполняющего функцию носителя рабочей поверхности, рациональнее всего изготавливать из более дешевых и технологичных конструкционных материалов, отвечающих предъявленным требованиям по выдержке прилагаемой нагрузки. Решение данной проблемы заключается в необходимости создания деталей машин, представляющих собой по своей молекулярной структуре единую систему с отсутствием каких-либо четких границ раздела фаз и градиентным равномерным распределением укрепляющих частиц в теле металла. Математическое моделирование технологических процессов во всех отраслях промышленности необходимо для повышения эффективности производства с точки зрения снижения издержек на устранение результатов неудачных экспериментов, аварийных ситуаций и оптимизации технологических процессов. Вводимая мелкодисперсная керамика в виде карбидов титана, вольфрама, кремния и прочих элементов, придающих рабочим поверхностям стальной отливки уникальные характеристики в части сопротивления термическим и физическим нагрузкам, повышает тем самым их твердость, износостойкость и сопротивляемость повышенным температурам при эксплуатации, в то время как более вязкая и упругая железная сердцевина отливки при наличии в ней градиента упрочняющих частиц обеспечивает стойкость отливки к ударным и знакопеременным нагрузкам. Выполнен обзор существующих математических моделей процесса движения твердых дисперсных частиц в потоке жидкости. Рассмотрены системы, выступающие в качестве аналогов системы взаимодействия «сталь - карбид вольфрама - карбид титана».
Бесплатно
Математическое моделирование прочности шпилечного соединения сборных плит кристаллизатора МНЛЗ
Статья научная
Наиболее ответственным узлом при разливке стали в машине непрерывного литья заготовок является кристаллизатор. Наибольшее распространение получают удобные в эксплуатации и изготовлении составные кристаллизаторы, состоящие из медной рабочей стенки со щелевыми каналами и стального внешнего корпуса. В промышленных конструкциях составных кристаллизаторов соединение медной и стальной плит осуществляется посредством множества стальных шпилек, причем они расположены по поверхности плиты крайне неравномерно из-за наличия каналов охлаждения, шпонок и уплотнителя. Целью работы является создание математической модели для определения коэффициента неравномерности нагружения шпилек и запаса прочности соединения медной и стальной плит для заданной конструкции сборного кристаллизатора и выбранных типовых параметров шпилечного соединения. Учет возникающих неодинаковых нагрузок на шпильки осуществлялся путем расчета коэффициента неравномерности. Полагали, что максимальная растягивающая сила, приходящаяся на одну шпильку, пропорциональна этому коэффициенту и средней растягивающей силе. Для каждой шпильки выделялся кластер, включающий в себя заданное число ближайших к ней шпилек. Определялось среднее расстояние в кластере, среднее значение расстояния по всем кластерам и относительное расстояние для кластера, связанного с определенной шпилькой. Нагрузка на резьбовое соединение пропорциональна площади соединяемых плит, которые удерживает шпилька, поэтому полагали, что коэффициент неравномерности нагрузки для заданной шпильки пропорционален квадрату относительного расстояния. Показан пример расчета коэффициента неравномерности нагрузки для рассматриваемой конструкции промышленного сборного кристаллизатора. Приведена математическая модель для определения запаса прочности шпилечного соединения медной и стальной плит кристаллизатора, а также необходимого момента затяжки шпильки, обеспечивающего нераскрытие стыка. Расчеты учитывали максимальное испытательное давление воды и максимальное внешнее усилие сдвига при трении слитка о стенку кристаллизатора. Создана компьютерная программа, позволяющая анализировать надежность соединения стальной и медной стенки кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок при моделировании разных ситуаций, в том числе форс-мажорных и аварийных.
Бесплатно
Математическое моделирование совмещенного процесса разливки и бокового прессования
Статья научная
Представлена и обоснована цель математического моделирования совмещенного процесса разливки и бокового прессования с применением нового устройства, предназначенного для реализации на вертикальном прессовом оборудовании, что обеспечивает получение длинномерных полых профилей. Показаны основные параметры процесса, действия которых определяют структуру моделируемой системы, свойства ее элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования. Для упрощенного описания процесс условно разделен на две зависимые стадии, определяемые объемом металла в контейнере. Выполнен учет характерных, влияющих на условия и результаты прессования, зон, в которых металл на рассматриваемой стадии в истечении практически не участвует и образует объемы пластически не деформирующегося, находящегося в упругом состоянии металла. Разработана математическая модель определения энергосиловых параметров процесса, с учетом воздействия аккумулирующего устройства, что позволяет определять в том числе значения требуемого усилия для выпрессовки пресс-остатка. Очевидным преимуществом математической модели для определения усилия при получении труб способом совмещения процесса разливки и бокового прессования, является возможность сравнительно быстрого сопоставления результатов при разных режимах процесса. Выполнено численное исследование совмещенного процесса разливки и бокового прессования для различных марок сталей. Проведено сравнение результатов численного исследования процесса с использованием математической модели и результатов, полученных и использованием программного продукта для моделирования и оптимизации процессов ОМД QForm 2D/3D. Обоснована необходимость проведения дальнейших исследований процесса с использованием физической модели.
Бесплатно
Математическое моделирование энергосиловых параметров прямого прессования легкоплавких материалов
Статья научная
При прессовании легкоплавких материалов крайне важным является определение технологических параметров процесса. В настоящей работе разработана математическая модель прямого прессования проволоки и прутков из легкоплавких материалов, позволяющая определить энергосиловые параметры процесса. Проверку адекватности математической модели осуществляли в ходе лабораторного эксперимента на гидравлическом прессе. В лабораторных условиях измерялись и фиксировались усилие и скорость прессования с помощью установленной на нем системы сбора данных. Проверка адекватности проводилась при прессовании прутков ø8,00 и 15 мм и проволоки ø2,00 мм и показала высокую сходимость расчетов с экспериментальными замерами. Ошибка не превышала 10 %. Полученная математическая модель была использована для аналитических исследований технологических режимов прямого прессования прутков и проволоки из сплава ПОИн-52. Расчеты показали, что уменьшение диаметра готового прутка (проволоки) с 16,00 до 2,00 мм при сохранении размера заготовки ø30,00 мм приводит к увеличению усилия прессования с 86 кН до 131 кН в начальный момент прессования, так как существенно с 4 до 256 возрастает коэффициент вытяжки. Усилие при прессовании прутка ø8,00 мм с увеличением диаметра заготовки с 12,0 до 40,0 мм возрастает с 25 до 171 кН. Проведение аналитических исследований на модели показало, что возможно не только изучать процесс прессования с целью понимания механизмов формирования механических и эксплуатационных свойств готового прутка (проволоки), но и проектировать ресурсосберегающие режимы прессования для различного сортамента продукции, осуществлять обоснованный выбор требуемого оборудования и оснастки.
Бесплатно
Статья научная
Для учета нагрузки на прессовое оборудование и оснастку необходимо знать усилия обработки, применяемые к заготовке. На основании лабораторных исследований изучены силовые прессования заготовок абразивных кругов на керамической связке. Полученная математическая модель может быть полезна при совершенствовании существующих и разработке новых технологий производства абразивного инструмента.
Бесплатно
Металлургическое производство в условиях действующих машиностроительных предприятий
Статья
Бесплатно
Метод измерения температур в исследовании характера затвердевания отливки
Краткое сообщение
Рассмотрен один из методов исследования механизма и скоростей затвердевания отливок - метод измерения температур (МИТ), проведен сравнительный анализ МИТ с другими методами, представлены результаты экспериментов термометрирования затвердевающих отливок.
Бесплатно
Методика определения радиуса подгибки кромок при производстве труб большого диаметра
Статья научная
Системы трубопроводного транспорта, включающие трубы большого диаметра как неотъемлемую часть, относятся к опасным техногенным объектам. Их аварии или отказы в работе приводят к возникновению серьезных угроз населению, инженерным сооружениям и природным массивам. Поэтому к ним предъявляются высокие требования по обеспечению надежности и безопасности. Текущее развитие производства электросварных труб большого диаметра напрямую зависит от требований, предъявляемых компаниями топливно-энергетического комплекса. Из-за истощения традиционных месторождений и стремления к расширению рынков сбыта компании топливно-энергетического комплекса вынуждены переходить к добыче и транспортировке углеводородов в новых условиях. Развитие новых проектов таких, как «Сила Сибири», предполагает прокладку трубопроводов в зонах тектонической активности, что также повышает требования к надежности труб. Одним из направлений развития производства электросварных труб большого диаметра является повышение группы прочности. Увеличение надежности и экономичности электросварных труб большого диаметра достигается не только повышением механических свойств трубных сталей путем их легирования, но и повышением геометрических требований к сварным трубам. При производстве труб большого диаметра основными геометрическими требованиями являются: отклонение наружного диаметра труб, овальность и отклонение от теоретической окружности. Нарушение в технологии производства влечет появление дефектов на трубах. Геометрические дефекты в трубах закладываются в заготовках. Одним из основных геометрических дефектов при производстве труб является отклонение от теоретической окружности. Исправление данного дефекта осуществляется операцией калибрования на механическом экспандере. Отклонение от теоретической окружности происходит из-за неправильного выбора радиуса прикромочной зоны при подгибке кромок на прессе. Предложен способ расчета и определения радиуса подгибки кромки после распружинения.
Бесплатно
Методика параметрической идентификации диаграммы пластичности при монотонной деформации
Статья научная
Затрагивается актуальная тема деформируемости металлов при обработке давлением. Для оценки величины накопленной поврежденности при пластической обработке в данной работе использовалась известная модель накопления поврежденности. Для того чтобы воспользоваться моделью, необходимо экспериментальное определение предельной степени деформации материала в зависимости от параметров, характеризующих напряженное состояние процесса. С применением экспериментов по деформированию образцов в условиях гидр остатического давления среды и процедуры параметрической идентификации процесса накопления поврежденности разработана методика получения такой зависимости на примере стали 20.
Бесплатно
Методология исследования совмещенного процесса непрерывного литья и прессования металлов
Статья научная
Рассмотрены схемы совмещения непрерывного литья с прессованием алюминиевых сплавов: Конформ, Экстроллинг, Линекс, совмещенная прокатка-прессование. Показано, что методология расчета основных технологических параметров совмещенного процесса литья-прессования алюминиевых сплавов с использованием карусельного кристаллизатора должна включать нахождение рациональных размеров поперечного сечения контейнера, определение величины входного угла матрицы, расчет значения угла между каналом матрицы и продольной осью контейнера, определение длины контейнера, определение места заливки расплава в канавку колеса кристаллизатора в зависимости от заданных значений температуры, скорости прессования, интенсивности охлаждения рабочего инструмента при стабильном процессе деформирования. Для нахождения зависимости времени остывания от перечисленных факторов применялось планирование экспериментов типа 24 и получено уравнение регрессии. По результатам теоретических расчетов была спроектирована и изготовлена опытная установка совмещенного литья и прессования цветных металлов, на которой были проведены эксперименты по установлению влияния на процесс кристаллизации остывания и последующего прессования заготовок из алюминиевых сплавов, температуры поверхности канавки колеса-кристаллизатора, площади ее поперечного сечения, температуры заливаемого металла, величины заходного угла матрицы и ее расположение относительно дна канавки колеса, скорости подачи металла к матрице, температуры прессования и коэффициента вытяжки. Было установлено, что совмещение процессов непрерывного литья и прессования в одном инструменте должно обеспечивать создание и соблюдение постоянного градиента температуры металла на участке его заливки в кристаллизатор и в зоне матрицы, где происходит деформирование кристаллизованной заготовки. При этом уровень градиента зависит от характера распределения температуры вдоль переходной зоны твердо-жидкого состояния металла в кристаллизаторе и определяет как энергосиловые параметры процесса деформирования, так и качество получаемого пресс-изделия.
Бесплатно
Механизм гидратации кристаллогидратных формовочных смесей на основе силикатов кальция
Статья научная
Рассмотрены процессы гидратации и формирования прочности наливных самотвердеющих формовочных смесей на основе портландцемента для производства точных отливок.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена определению структуры потерь металла при выплавке нержавеющей стали, легированной титаном, и разливки данной стали на машине непрерывной разливки криволинейного типа. Описана гипотеза о механизме образования дефекта на поверхности непрерывнолитых слябов и приведены рекомендации по снижению объёма зачистки дефектов. Рассмотрены работы других авторов, в которых выдвигались предположения, что данный дефект вызывается заворотом корки, аналогично разливке нержавеющей стали в изложницы; что он образуется из-за опускания в жидкий металл, находящийся в кристаллизаторе, грубых шлако-металлических корок, которые образуются при взаимодействии растворенного титана с кислородом и шамотной футеровки промковша; что существует связь между прокатной пленой и качеством разливочной шлаковой смеси для кристаллизатора и характером потоков металла в кристаллизаторе. Также приведена аргументированная критика версий о том, что для получения слябов с минимальным количеством поверхностных дефектов необходимо снижать количество растворенного в металле азота. Показано влияние растворенного азота и титана на уровень зачистки непрерывнолитых слябов, предложены способы снижения данного дефекта, а также описаны факторы, оказывающие влияние на его развитие.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы процессы компактирования и механического сплавления порошков Cu 1-x-Ag x (х=0,1; 0,2;...; 0,9) и Cu 1-x-C x (х = 0,05; 0,10; 0,15; 0,50) при обработке мегапластической деформацией под давлением. Установлено образование сильно неравновесных нанокристаллических твердых растворов системы Cu-Ag, испытывающих частичный распад при комнатной температуре и нагреве. Установлена зависимость параметра решетки от концентрации с положительным отклонением от закона Вегарда. Твердость сплавов в 7,0-7,5 раз превышает твердость деформированных компонент. Для системы Сu 1-х-С х (графит, х = 0,05; 0,10; 0,20; 0,50) механосинтезом из порошков меди и графита получены неравновесные композиты, распадающиеся при вылеживании и нагревах на участки, обогащенные медью или аморфным углеродом в виде сажи.
Бесплатно
Микромеханическая модель представительного объема порошковых материалов
Статья научная
В статье представлены результаты компьютерного моделирования поведения представительного объема порошкового материала на начальных стадиях уплотнения при одноосном сжатии и результаты натурных экспериментов по прессованию порошковых материалов. Модель представительного объема - это 640 сферических частиц двух разных диаметров (2 мм - 427 шт.; 1,4 мм - 213 шт.), разбитых на конечные элементы и вброшенных под действием силы тяжести в кубический объем с жесткими стенками. Подвижная верхняя стенка оказывает давление на начальную укладку частиц. Компьютерное моделирование выполнялось с применением параллельного пакета LS-DYNA. Натурные эксперименты проведены на башенном копре Instron CEAST 9350 в пресс-форме одностороннего прессования диаметром 10 мм. Для экспериментальных исследований использовался порошок на основе искусственного графита ГИИ-А ТУ 1916-109-071-2009, частицы менее 315 мкм, с добавлением фенолформальдегидной смолы марки СФП-011А, а также порошок медный электролитический марки ПМС-1 ГОСТ 4960-2009 размером частиц менее 80 мкм. Скорость нагружения в компьютерном моделировании и натурном эксперименте принята - 2 м/с. Компьютерная модель представительного объема показала высокую повторяемость результатов при случайных изменениях в начальной укладке частиц, что позволяет в дальнейшем использовать одну случайную укладку для моделирования различных условий нагружения. Влияние внешнего и внутреннего трения при уплотнении порошкового материала имеет качественное совпадение с известными из литературы данными. Построенная модель позволяет получать однородное деформированное состояние представительного объема путем исключения внешнего трения. При сравнении результатов моделирования с экспериментом получено качественное совпадение, а количественные расхождения хорошо объясняются принятыми при моделировании допущениями и упрощениями, а также отличием в начальных условиях. Построенная модель представительного объема может быть использована при исследовании механического поведения порошковых материалов на начальных стадиях уплотнения.
Бесплатно
Моделирование горячей деформации стали 08Х18Н10Т (AISI 321) одноосным сжатием
Статья научная
Изучено деформационное поведение стали 08Х18Н10Т в интервале температур 1000-1280 °C и скоростей деформации в диапазоне 0,01-1 с-1, характерных для операций прошивки литых заготовок в производстве бесшовных труб. Горячая деформация осуществлялась одноосным сжатием цилиндрических образцов на симуляторе термомеханических процессов Gleeble 3800. Показано, что напряжения течения падают с повышением температуры и уменьшением скорости деформации в соответствии с изменением параметра Зинера - Холломона (Z) температурно-скоростного режима деформации. Вид кривых напряжение - деформация указывает на то, что при низких значениях параметра Z горячая деформация стали 08Х18Н10Т сопровождается динамической рекристаллизацией, а при его высоких значениях - динамическим возвратом. Вывод о смене основного механизма динамического разупрочнения с изменением параметра Z подтвержден микроструктурными исследованиями. Из анализа пиковых и установившихся напряжений течения определена величина эффективной энергии активации горячей деформации, требуемая для расчета параметра Зинера - Холломона. Установлено, что переход от полностью динамически рекристаллизованной структуры к структуре, содержащей в основном вытянутые нерекристаллизованные зерна, происходит в узком интервале значений Z. Определено критическое значение параметра Зинера - Холломона, выше которого в исследуемой стали происходит резкое подавление динамической рекристаллизации. Получен набор выражений, позволяющих по заданному температурно-скоростному режиму горячей деформации рассчитать пиковые напряжения течения; критические деформации, требуемые для начала и полного завершения динамической рекристаллизации, а также размер формирующихся рекристаллизованных зерен. Полученные выражения могут быть положены в основу компьютерного моделирования процессов горячей деформации исследуемой стали.
Бесплатно
Моделирование и идентификация процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябовых заготовок
Статья научная
Введение. Рассматривается задача параметрической идентификации математической модели процесса охлаждения и затвердевания непрерывнолитых слябов в зоне вторичного охлаждения (ЗВО) машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Актуальность работы обуславливается прежде всего тем, что качество получаемого таким образом изделия в существенной мере зависит от режима работы ЗВО. Технологический процесс достаточно сложный, не полностью изученный и, как следствие, пока еще плохо управляемый. Цель исследования: разработать процедуру параметрической идентификации модели процесса охлаждения и затвердевания металла по данным доступных для непосредственного измерения величин.
Бесплатно
Статья научная
Для моделирования процесса комбинированной высадки концов труб с использованием метода линий скольжения решена задача по определению нормального контактного напряжения и формоизменения при осадке высокой полосы с двухсторонним течением металла. Показано, что длина переходной зоны высадки определяется толщиной стенки трубы, диаметром матрицы и коэффициентом трения на контакте торца трубы с фланцем пуансона.
Бесплатно
