CC BY
26
U-shaped part, get using the bending process. Typical defects that may appear during the operation: weighting at the site of bending, cracks, folds, inaccuracies in size and shape. It is proposed to carry out this process using a stamp for flexible parts. This method will allow to obtain parts with more accurate angles and without deviations.
Key words: workpiece, two-angle flexibility, angle of springback, neutral layer, radius of flexibility, elastic springback, stamping, increasedflexibility, workpiece, part, technological process.
Rikhter Petr Evgenievich, student, petek14@,mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after academician S.P. Korolev,
Nesterenko Elena Sergeevna, candidate of technical sciences, docent, Nesteren-ko77@mail.ru, Russia, Samara, Samara National Research University named after academician S.P. Korolev
УДК 621.77.019
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ГИПОТЕЗЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАЛИПАНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
А.С. Калинин, М.А. Сережкин
Изложена гипотеза возникновения налипания алюминиевых сплавов на валки и проведена экспериментальная проверка изложенной гипотезы. Представлен экспериментальный способ определения налипшего металла на валки.
Ключевые слова: прокатка, налипание, гипотеза, покрытие, измерение.
Введение. В современной металлургической промышленности до 90 % всей выплавляемой стали и большую часть цветных металлов подвергают прокатке. Продукцией прокатного производства является сортамент - совокупность профилей различной формы и размеров. Основным прокатным инструментом являются валки, от их стойкости и работоспособности зависят производительность и технико-экономические показатели прокатных станов.
В производственных условиях возникают различные факторы, влияющие на долговечность валков и качество выпускаемой продукции. Важным аспектом является состояние поверхности валков. При прокатке цветных металлов, в том числе, алюминиевых сплавов возникает явление налипания металла на инструмент, из-за чего контактная поверхность валков ухудшается, параллельно протекают процессы износа, в результате валки приходится регулярно заменять на новые или восстанавливать.
287
Процесс налипания представляет собой местное соединение (сваривание) материала детали с поверхностью инструмента под действием молекулярных сил [1]. В результате, за счёт взаимного перемещения заготовки и инструмента, происходит вырыв частицы металла с поверхности заготовки. Процесс имеет нелинейный характер, за счёт чего объём налипших частиц постоянно увеличивается.
Налипание при прокатке приводит к следующим негативным явлениям.
1. На поверхности изготавливаемого профиля образуются риски и отпечатки, что ухудшает их эксплуатационные свойства и внешний вид, а также может привести к выбраковке.
2. Изменяются геометрические размеры изготавливаемого профиля;
3. Налипание способствует уменьшению стойкости инструмента и выходу его из строя.
Основными недостатками существующих методов борьбы с налипанием в процессах обработки металлов давлением и, в частности прокатке, являются недостаточная изученность особенностей процесса налипания различных материалов, отсутствие учёта состояния поверхности заготовки и инструмента, а также условий деформирования заготовки.
Была выдвинута гипотеза, согласно которой предлагается рассматривать процесс налипания как следствие взаимодействия микронеровностей заготовки и инструмента. Под действием внешних сил при прокатке микронеровности заготовки деформируются. Часть работы, совершаемой силами при пластической деформации, переходит в теплоту, что вызывает, нагрев микронеровностей заготовки. При определённых условиях температура нагрева микронеровностей заготовки может достигать температуры плавления, что может привести к возникновению налипания.
Зная параметры шероховатости поверхности и давление в месте контакта, можно рассчитать величину относительной пластической деформации микронеровности заготовки, а затем с учётом того, что практически вся энергия пластической деформации переходит в тепло, можно определить температуру нагрева микронеровности заготовки, которая является основной причиной сплавления микронеровностей [2, 3].
Таким образом при одинаковых условиях, чем больше будет мощность теплоотдачи с поверхности микронеровности, тем меньше будет температура ее нагрева и, следовательно, уменьшится налипание.
Согласно сформулированной гипотезе теплота, выделившаяся в процессе пластической деформации микронеровности заготовки:
1) передаётся через боковую поверхность в пространство между микронеровностями заготовки;
2) передаётся через основание микронеровности металлу заготовки;
3) передаётся через вершину микронеровности заготовки металлу
валка.
Поскольку изменить теплоотдачу с основания микронеровности сложно, можно, например, достичь увеличения мощности теплоотдачи, повысив теплопроводность технологической среды, в которой происходит
деформирование микронеровностей. Технологической средой при прокатке может являться воздух, в случае, если прокатка осуществляется без использования смазочного материала или смазочный материал. Но поскольку теплопроводность большинства известных смазочных материалов находится в диапазоне от 0,1 до 0,15 Вт/мК, изменение смазочного материала не сможет оказать какое-либо существенное влияние на увеличение теплоотдачи.
Сравнительно легко можно повлиять на теплоотдачу с вершины деформирующейся микронеровности заготовки, например, нанося покрытие из вещества с высоким коэффициентом теплопроводности на поверхность валка. При этом температура плавления наносимого вещества должна быть выше температуры плавления материала заготовки. В случае прокатки заготовки из сплава АД1 такими материалами могут являться медь и её сплавы. Для меди коэффициент теплопроводности равен 401 Вт/мК, а температура плавления 1083 °С [4]. Покрытие на валок прокатного стана можно нанести методом ФАБО [5].
В рамках предложенной гипотезы была разработана математическая модель процесса налипания, которая позволяет дать рекомендации по подбору оптимальных режимов прокатки для уменьшения налипания.
Для проверки гипотезы и полученной математической модели были проведены эксперименты по прокатке алюминиевой проволоки на прокатном стане в лаборатории обработки давлением кафедры МТ13.
В ходе проведения экспериментов были использованы:
1) валки прокатные (материал - сталь 9ХС; твердость - 62 ИЯС) 3 пары, имеющие различную шероховатость: Яа 0,16; Яа 0,63; Яа 1,25;
2) алюминиевая проволока АД1 2,3 ГОСТ 14838-78 в еврокассете БШ00 массой 6 кг.
Алюминий марки АД1 используется в промышленности для изготовления полуфабрикатов (листов, лент, полос, плит, профилей, панелей, прутков, труб, проволоки, штамповок и поковок) методом горячей или холодной деформации, а также слитков и слябов [4]. Как видно из описания, данная марка алюминия используется для производства полуфабрикатов, получаемых методом прокатки. Таким образом, используя в экспериментах проволоку АД1, можно максимально приблизиться к реальным условиям.
В ходе проведения экспериментов варьировались следующие параметры:
1) скорость прокатки: а) 3,6 м/с; б)18 м/с; в) 36 м/с;
2) покрытие поверхности валка: а) без покрытия; б) латунь ЛС59-1, нанесенная методом ФАБО.
Покрытие наносилось на валки полосами шириной, равной 1/6 ширине валка. В результате на валках получилось шесть дорожек: 3 без покрытия и 3 с покрытием, для прокатки проволоки с разной скоростью (рис. 1).
Так как объем налипшего материала очень маленький, довольно затруднительно измерить его количественно. Для определения наличия налипания при прокатке предлагается измерять электрическое сопротивление на
участке валок-проволока до и после прокатки. Если электрическое сопротивление не изменится - налипания не было, если изменится (увеличится) -налипание произошло. Увеличение сопротивления при налипании вызвано тем, что слой налипшего металла создаёт дополнительные сопротивления:
до прокатки ~~ сопротивление на участке «валок - проволока» до прокатки
Д° прокатки ^гайки "I" ^валка "I" ^проволоки? (1)
^гайки ~~ сопротивление гайки, прижимающей валок к валу - величина по-
стоянная; И
валка
сопротивление валка - величина постоянная; И
проволоки
сопротивление участка проволоки - величина постоянная; осле пр0катки ~~ сопротивление на участке «валок - проволока» после прокатки, в случае возникновения налипания на валке рассчитывается по формуле
^^после прокатки ^гайки ^валка ^налипа ^проволоки? (2)
^налипа ~~ сопротивление налипшего металла- величина переменная.
Если до прокатки < ^£после прокатки ^ ^налипа > НЭЛИПаНИе еСТЬ. Если д0 прокатки = ^£после прокатки ^ ^налипа = налипание ОТСуТствует.
Для измерения сопротивления был использован миллиомметр СЕМ ВТ-5302. Соспротивление измерялось между двумя точками, обозначенными на рис. 1.
измерения сопротиЬления
Рис. 1. Измерение сопротивления проволоки до (слева) и после (справа) прокатки
Значения сопротивлений, записанные в ходе проведения экспериментов, свидетельствует о том, что налипание наблюдается при прокатке валками без покрытия в 61 % случаев, в то время как на валках с покрытием налипание отмечено в 11 % случаев. При этом следует отметить, что положительный эффект от нанесения покрытия ФАБО не достигнут только при сочетании низкой скорости прокатки (15 мм/с) и низкой шероховатости поверхности валка (ЯаОДб). Этот момент в дальнейшем следует исследовать отдельно.
В процессе проведения экспериментов налипание материала заготовки на поверхность валка было также зафиксировано визуально (рис. 2).
290
Три участка балка с покрытием ФАБО
Три участка балка дез покрытия
Слой налипшего алюминия
Рис. 2. Прокатный валок с налипшим на него материалом заготовки
Выводы
Для уменьшения налипания алюминиевого сплава на валки при прокатке следует наносить на поверхность валков латунное покрытие методом ФАБО.
На данный момент режимы нанесения покрытия ФАБО на поверхность валков не определены и должны подбираться экспериментально на основе рекомендаций по нанесению покрытий методом ФАБО.
Экспериментально подтверждено, что гипотеза возникновения налипания при обработке давлением верна и может быть использована для корректировки режимов технологического процесса не только для операции вытяжка листового металла, но и при прокатке профиля.
Список литературы
1. Гаркунов Д.Н., Корник П.И. Виды трения и износа. Экспуатацион-ные повреждения машин. М.: Изд-во МСХА, 2003. 344 с.
2. Сережкин М.А. Совершенствование технологического процесса вытяжки деталей из алюминиевого сплава АД1: дис. ... канд. техн. наук. М., 2018. 137 с.
3. Сережкин М.А. Совершенствование технологического процесса вытяжки деталей из алюминиевого сплава АД1: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2018. 18 с.
4. Марочник сталей и сплавов / под ред. Ю.Г. Драгунова, А. С. Зуб-ченко. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2015. 1215 с.
5. Гаркунов Д.Н. Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО) поверхностей трения деталей // Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2009. № 2. С. 10 - 17
Калинин Арсений Станиславович, студент, mt13@bmstu.ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана,
Сережкин Михаил Александрович, студент, serezhkin@bmstu. ru, Россия, Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана
EXPERIMENTAL TESTING OF THE STICKING HYPOTHESIS FOR ROLLING
AL UMINUM ALLOYS
A.S. Kalinin, M.A. Serezhkin 291
The article presents the hypothesis of the occurrence of sticking of aluminum alloys on the rolls and carried out an experimental test of the stated hypothesis. An experimental method for determining the adhered metal on the rolls is presented.
Key words: rolling, sticking, hypothesis, coating, measurement.
Kalinin Arseniy Stanislavovich, student, mt13@bmstu.ru, Russia, Moscow, MGTUim. N.E. Baumana
Serezhkin Mikhail Aleksandrovich, student, serezhkin@bmstu. ru, Russia, Moscow, MGTU im. N.E. Baumana
УДК 621.7.043
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ШТАМПОВКИ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПАНЕЛЕЙ
М.С. Зародов
Рассмотрены современные методы получения теплообменных панелей. Проанализированы условия их применения на производстве при различной серийности.
Ключевые слова: теплообменная панель, листовая штамповка, формовка, гидроформовка.
Теплообменные панели представляют собой детали теплообменника с плоской поверхностью теплопередачи. Они могут использоваться по отдельности или быть объединенными в батареи в таких установках, как рекуператоры, газоохладители, пленочные испарители, льдоаккумуляторы, установки для сушки, гальванические ванны, батареи отопления и др.
Пластинчатая конструкция теплообменника более технологична по сравнению с трубчатой из-за возможности создания каналов различной конфигурации и выгоднее в экономическом плане, поскольку стоимость листового материала на единицу поверхности ниже стоимости труб. Поэтому область применения теплообменных панелей очень обширна.
Теплообменная панель состоит из соединенных между собой профилированных листов, образующих каналы (рис. 1). По ним может циркулировать теплоноситель в виде жидкости или газа, снаружи панель может также окружать жидкостная или газовая среда. Теплообмен между средами происходит через стенки панели.
Теплообменные панели производятся из различных материалов: стали, коррозионно-стойкой стали, алюминиевых, никелевых, титановых и других сплавов. Используемая толщина листов от 1 до 3 мм зависит от материала и рабочего давления.
К теплообменным панелям предъявляют следующие требования: высокая интенсивность теплопередачи, низкая металлоемкость, простота и компактность конструкции, безопасность и удобство эксплуатации, легкость очистки от загрязнений, удобство перевозки и монтажа, низкая стоимость.
