Некоторые направления и подходы к развитию процессов обработки металлов давлением

Язык труда и переводы:
УДК:
621.7
Дата публикации:
17 мая 2022, 17:43
Категория:
Высокоэнергетические методы изготовления заготовок
Авторы
Юсупов Владимир Сабитович
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Андреев Владимир Александрович
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Карелин Роман Дмитриевич
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Аннотация:
Рассмотрены некоторые направления развития процессов обработки металлов давлением на примере прокатки, прессования, ковки, волочения, горячей объемной штамповки и холодной листовой штамповки. Представлены некоторые подходы к созданию новых процессов на основе принципов совмещения, комбинирования и использования дополнительного воздействия силовых полей на очаг деформации. Показано пространство инновационных процессов обработки металлов давлением.
Ключевые слова:
обработка металлов давлением, совмещенные процессы, ковка, прокатка, волочение, прессование, штамповка
Основной текст труда

Введение

Обработка металлов давлением (ОМД) является завершающим переделом в металлургической промышленности, через который в настоящее время проходит более 90 % всех металлических материалов. Металлургия выпускает металл в качестве изделий, таких как арматура, рельсы, балки, трубы, лист, а также в виде полуфабрикатов для дальнейшего передела в виде прутков, деформированных заготовок, трубных заготовок, полосы, листа, проволоки. Наиболее массовое производство относится к продукции черной металлургии, которая в свою очередь на 90 % проходит через прокатку, как наиболее производительный и эффективный процесс ОМД. Значительная часть проката, кованых заготовок подвергается повторной пластической деформации методами ОМД, как правило, в машиностроительных отраслях для получения деталей машин и других изделий. Таким образом, ОМД как отрасль техники и науки является весьма масштабной, разветвленной и широко используемой в металлургии и машиностроении, глубоко проработанной в научном и техническом отношении, с широким многообразием процессов и технологий. Тем не менее, основными процессами ОМД являются всего шесть процессов: ковка, прокатка, волочение, прессование, объемная штамповка и листовая холодная штамповка. Они характеризуются существенными различиями в механике нагружения заготовки и течении металла, а также сортаменте готового изделия

Основные тенденции развития процессов ОМД

Разработано значительное количество разновидностей основных процессов ОМД в зависимости от сортамента и характеристик деформируемых материалов. Классификация процессов ОМД имеет самостоятельное научное значение для установления закономерностей их развития как технических систем.  Несмотря на многообразие  процессов ОМД, развитие и создание новых процессов продолжается. Это одна из основных тенденций развития ОМД. Основными причинами создания новых процессов являются потребности человечества в новых изделиях и полуфабрикатах в различных отраслях промышленности из новых материалов с повышенными механическими и функциональными свойствами. Некоторые тенденции в создании инновационных процессов ОМД на основе существующих основных процессов можно сформулировать следующим образом:

  1. Совмещение основных процессов;
  2. Комбинирование основных процессов;
  3. Наложение дополнительных воздействий на деформируемый металл электромагнитным полем, ультразвуком, электрическим током;
  4. Применение мягкого инструмента (твердого, жидкого, газообразного);
  5. Создание необходимого напряженного или деформированного состояния (всестороннее сжатие, сдвиги).
  6. В работе каждая из тенденций рассмотрена на конкретных примерах инновационных процессов ОМД.

Примеры создания инновационных процессов ОМД

Создание новых процессов ОМД является изобретательской задачей, но будучи решенной, она открывает поле научных задач по изучению новых процессов теоретически и экспериментально, конструкторских — по разработке новых видов оборудования, технологических – по оптимизации новых процессов. Одним из примеров нового процесса, направленного на создание схемы мягкого напряженного состояния всестороннего сжатия при сортовой прокатке, является процесс высотно-поперечного обжатия в четырех валковом калибре [1]. Примером новых процессов ОМД, направленных на создание специальных схем деформированного состояния в виде простого сдвига, называемых сейчас процессами интенсивной пластической деформации, можно считать равноканальное угловое прессование (РКУП) [2], продольную прокатку в геликоидальных валках [3], радиально-сдвиговую поперечную прокатку (РСПП) [4] и др. После разработки процесса РКУП открылось широкое поле для исследования воздействия пластической деформации в новом процессе на свойства и структуру деформируемого материала [2], вплоть до создания наноструктурного состояния. Новый процесс РКУП породил невероятный интерес к нему со стороны исследователей деформированного металла, а также стремление использовать РКУП в различных комбинированных процессах [5]. Для осуществления РСПП сначала использовалась двухвалковая схема деформирования заготовки с применением определенных углов подачи и других технологических параметров, обеспечивающих отсутствие разрыхления осевой зоны при поперечной прокатке. Трехвалковая схема деформирования позволила существенно расширить условия деформирования без осевой рыхлости. Была создана линейка новых прокатных станов поперечно-винтовой прокатки, внедренных в различные технологические процессы получения полых и сплошных заготовок из самых разнообразных металлических материалов. В настоящее время ведутся работы по созданию четырехвалковой поперечно-винтовой прокатки [6]. Предполагается, что новая схема процесса позволит существенно увеличить накопленную сдвиговую деформацию в процессе прокатки и вместе с тем уменьшить частные обжатия. Возможно, такая схема поперечно-винтовой прокатки позволит деформировать непрерывно-литую заготовку. Здесь открывается поле для конструирования нового оборудования, теоретических и экспериментальных исследований НДС, а также изменения структуры и свойств деформируемого металла в предложенном процессе ОМД. Полученные результаты в дальнейшем могут быть использованы для разработки новых технологий производства металлопродукции с использованием 4-х валковой поперечно-винтовой прокатки. Наиболее широко распространенным примером создания совмещенных процессов ОМД является валковая формовка для изготовления сварных труб [7].

Процессы и технологии ОМД

Рассмотренные основные и разработанные на их основе инновационные процессы ОМД являются подсистемой для многооперационной технологии производства металлопродукции. Например, технология производства тонкого стального листа включает в себя многопроходную горячую прокатку стального сляба, травление, холодную прокатку за несколько проходов до заданной толщины, отжиг в защитной атмосфере, дрессировку, правку и резку, при этом каждая операция проводится на специальном оборудовании.  Технологии производства металлургической продукции методами ОМД (технологии ОМД) имеют свои тенденции развития [8], напрямую не связанные с рассмотренными тенденциями развития инновационных процессов ОМД.

Грант
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № 075-00715-22-00
Литература
  1. Бурханов С.Ф. Высотно-поперечная прокатка труднодеформируемых металлов и сплавов, применяемых в электронной технике. Москва, Институт «Электроника», 1968, 97 с.
  2. Сегал В.М., Резников В.И., Копылов В.И., Павлик Д.А., Малышев В.Ф. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск, Наука и техника, 1994, 232 с.
  3. Gubanova N.V., Karelin F.R., Choporov V.F., Yusupov V.S. Study of rolling in helical rolls by mathematical simulation with the DEFORM 3D software package. Russian metallurgy (Metally), 2011, vol. 2011, no. 3, pp. 188–193.
  4. Романцев Б.А., Гончарук С.В., Алещенко А.С. Винтовая прошивка в трубном производстве. Москва, Изд. дом НИТУ «МИСиС», 2017, 262 с.
  5. Чукин М.В., Полякова М.А., Гулин А.Е. Особенности влияния комбинирования различных видов пластической деформации на измельчение микроструктуры и механические свойства углеродистой проволоки. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2016, т. 59, № 8, с. 552–557.
  6. Романцев Б.А., Скрипаленко М.М., Чан Б.Х., Скрипаленко М.Н., Гладков Ю.А., Гартвиг А.А. Компьютерное моделирование прошивки заготовок в четырехвалковом стане винтовой прокатки. Металлург, 2017, № 9, с. 19–24.
  7. Самусев С.В., Фадеев В.А. Исследование процесса непрерывной формовки трубной заготовки в различных компоновках формовочного стана ТЭСА. Производство проката, 2019, № 5, с. 3–8.
  8. Юсупов В.С. Некоторые тенденции развития листопрокатного производства. Производство проката, 2005, № 2, с. 32–36.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.