CC BY
11ТЕХНОЛОГИЯ УДК 621.771: 539.3
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ^Vl
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ СОВМЕЩЕННЫМ МЕТОДОМ ЛИТЬЯ И ШТАМПОВКИ
В.В. ЧЕРНОМАС, доктор техн. наук, доцент (ИМиМДВО РАН, г Комсомольск-на-Амуре)
Статья поступила 1 июня 2011 г.
Черномас В.В. - 681005, г. Комсомольск-на-Амуре, ул. Металлургов, 1, Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН, e-mail: userman10@mail.ru
Рассматривается принципиальная схема установки горизонтального литья и деформации металла (УГЛДМ) для реализации совмещенного процесса производства металлоизделий из цветных сплавов. Проведен анализ теплового режима работы кристаллизатора УГЛДМ и определены критерии устойчивости процесса получения полосы из технического алюминия марки АД0.
Ключевые слова: непрерывно-литое деформированное металлоизделие, установка непрерывного литья и деформации металлов, распределение температур.
Введение
Технологический процесс получения металлоизделий на установке горизонтального литья и деформации металла (УГЛДМ) относится к совмещенным технологическим процессам, т. е. процессам, совмещающим в едином технологическом потоке или в едином устройстве несколько традиционных технологий. Примером совмещенных технологий является использование литейно-прокатных агрегатов для совмещения в едином технологическом потоке двух традиционных процессов - непрерывного литья и прокатки [1-3]. Их компоновка построена на последовательном совмещении машин непрерывного литья заготовок и прокатных клетей или прокатных станов. Одним из новых решений для производства непрерывных металлоизделий небольшого сечения из алюминиевых сплавов является схема совмещенного непрерывного литья и прессования («Conform and Castex») [4], а также разработанные в России совмещенные процессы литья и прессования на базе метода непрерывного прессования «Conform» [5, 6]. Данное оборудование предназначено для производства профилей мелких сечений из расплавленного металла путем его непрерывной кристаллизации и прессования через калибрующее отверстие матрицы. Оборудование компонуется в виде линии, в состав которой входят: установка непрерывного литья заготовок (обычно роторного типа), правильно-задающее устройство, валки прокатного стана, матрица, через
которую осуществляется экструдирование, охлаждающее устройство и накопитель. При всех своих преимуществах эти способы обладают рядом недостатков , которые связаны с большими производственными площадями под размещение технологического оборудования, а также дополнительными производственными площадями для размещения ветвей конвейеров с целью накопления заготовок. Кроме того, в составе накопительных ветвей конвейеров зачастую используются нагревательные устройства, которые служат для поддержания температуры заготовок в заданных температурных пределах, отвечающих требованиям технологического процесса прокатки (прессования). Это приводит к дополнительным энергетическим и материальным затратам и, как следствие, увеличивает себестоимость производимой продукции.
УГЛДМ является компактным устройством для изготовления непрерывно-литых деформированных металлоизделий (НЛДМ), в подвижном кристаллизаторе которого одновременно реализуются три традиционных технологических процесса: непрерывное литье, жидкая штамповка и горячая объемная штамповка [7-10].
При разработке технологического процесса изготовления металлоизделий на УГЛДМ нельзя напрямую руководствоваться технологическими критериями отдельных процессов, входящих в состав совмещенного процесса. Для анализа устойчивости совмещенного процесса получения качественных металлоизделий
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
необходима разработка специфических критериев, учитывающих особенности данного процесса.
На рис. 1 представлена 3Б-модель УГЛДМ. Установка включает водоохлаждаемый кристаллизатор, который состоит из четырех частей: двух боковых стенок 1, верхней 2 и нижней 3 стенок. Каждая из боковых стенок 1 приводится в движение двумя приводными эксцентриковыми валами 4, вращение которых направлено навстречу друг другу. Верхняя и нижняя стенки приводятся в движение от одной из пар приводных эксцентриковых валов 4 и плотно прижимаются к боковым стенкам 1 нажимными устройствами 5, установленными в стенках 6 станины через устройство 7, представляющее собой плоский подшипник с шариками. Боковые стенки 1 имеют наклонные и прямые участки. Верхняя стенка 2 имеет окно для установки разливочного стакана. Такое же окно имеет и верхняя стенка станины 6.
Рис. 1. 3Б-модель УГЛДМ
При установившейся работе жидкий металл через разливочный стакан, установленный в окнах стенки станины 6 и верхней стенки 2, заливается в сборный кристаллизатор, образующий бункер, где происходит кристаллизация и деформация металла в твердожидком и твердом состояниях. При вращении приводных эксцентриковых валов боковые стенки через подшипники 8 совершают навстречу друг другу сложное движение в горизонтальной плоскости по замкнутой траектории, которое характеризуется величиной эксцентриков 9 и их ориентацией относительно друг друга. При этом эксцентрики 10 приводных валов через подшипники 11 приводят к возвратно-поступательному движению верхней и нижней стенок в горизонтальной плоскости. Такое взаимное движение стенок кристаллизатора способствует деформации металла и попеременную выдачу (самоподачу) НЛДМ.
К числу особенностей, характеризующих данный процесс, относятся тепловой режим кристаллизатора и деформационные условия, при которых протекает формирование металлоизделия.
ТЕХНОЛОГИЯ 1. Методика проведения исследований
Исходными данными для исследования распределения температур на рабочих поверхностях кристаллизатора установки УГЛДМ является распределение температур на продольной плоскости симметрии кристаллизатора вблизи поверхности нижней стенки при установившемся прогреве кристаллизатора. Наличие продольной и поперечной плоскостей симметрии кристаллизатора УГЛДМ позволяет определить распределение температур на рабочих поверхностях боковых стенок, верхней и нижней стенок одной четвертой части составного кристаллизатора.
На рис. 2 представлен вид одной четвертой части составного кристаллизатора, где схематично показаны точки, в которых установлены датчики измерения температуры (верхняя стенка кристаллизатора не показана). В качестве датчиков измерения температуры использованы термоэлектрические преобразователи (термопары) градуировки ХА(К) по ГОСТ Р8.585-2001 с диаметром проволоки 0,5 мм. Показания термопар фиксировали с помощью многоканального измерителя температуры марки «Термодат-29М1» (ТУ 4218-004-120232132004, государственный реестр средств измерения России № 17602-04).
Установившийся режим прогрева кристаллизатора, который соответствует распределению температур по областям кристаллизатора при установившемся режиме разливки металла заданной температуры и заданном цикле работы УГЛДМ, является заключительной стадией технологической операции общего прогрева кристаллизатора. Этой стадии предшествуют стадии предварительного и рабочего прогревов кристаллизатора УГЛДМ. Этап предварительного прогрева соответствует распределению температур по областям кристаллизатора перед заполнением его металлом. Этап рабочего прогрева соответствует распределению температур по областям кристаллизатора с момента его заполнения металлом и до момента выхода кристаллизатора на установившийся режим при непрерывной разливке металла заданной температуры.
Исходя из конструктивно-технологических особенностей составного кристаллизатора условно разделяли его на три основные области, отличающиеся различными условиями теплообмена затвердевающего металла со стенками кристаллизатора. Каждая из областей (зон) характеризуется определенными условиями теплообмена и месторасположения (рис. 2).
Область I располагается в центральной части кристаллизатора. Она ограничена участками рабочих поверхностей боковых стенок и нижней стенки кристаллизатора, а также поперечной плоскостью
симметрии кристаллизатора и плоскостью, перпендикулярной продольной плоскости симметрии кристаллизатора, проходящей через границу горизонтального участка боковых стенок. В этой зоне затвердевающий металл контактирует с участками боковых стенок и нижней горизонтальной стенкой, следовательно, условия теплообмена определяются начальной температурой и теплофизическими характеристиками материалов стенок кристаллизатора, а также температурой и теплофизическими характеристиками заливаемого расплава.
Область II располагается в средней части кристаллизатора. Она ограничена участками рабочих поверхностей боковых стенок, верхней и нижней стенок кристаллизатора, левой границей области I, а также плоскостью, перпендикулярной продольной плоскости симметрии кристаллизатора, проходящей через середину наклонных участков боковых стенок. В этой зоне затвердевающий металл контактирует с участками боковых стенок и участками верхней и нижней горизонтальных стенок. Условия теплообмена определяются температурой и теплофизическими характеристиками материалов стенок кристаллизатора, температурой и теплофизическими характеристиками заливаемого расплава, а также характеристиками системы охлаждения боковых стенок кристаллизатора (рис. 2, б).
б
Рис. 2. Вид одной четвертой части составного кристаллизатора со схемой расположения точек установки термопар и областей кристаллизатора (а) и конструкцией системы охлаждения (б)
Область III располагается в калибровочной зоне кристаллизатора. Она ограничена участками рабочих поверхностей боковых стенок, верхней и нижней стенок кристаллизатора, левой границей области II, а также плоскостью, перпендикулярной продольной плоскости симметрии кристаллизатора, проходящей через торец боковой стенки. В этой зоне затвердевающий металл контактирует с калибрующими бойками парных боковых стенок и участками верхней и нижней горизонтальных стенок. Условия теплообмена определяются температурой и теплофизическими характеристиками материалов стенок кристаллизатора, температурой и теплофизическими характеристиками заливаемого расплава, а также характеристиками системы охлаждения боковых стенок кристаллизатора (рис. 2, б).
Охлаждение боковых стенок кристаллизатора (рис. 2, б) осуществляется через ступенчатые каналы с диаметрами отверстий ё1 и а?2 и длиной участков соответственно 11 и ¡2, расположенными на расстоянии ¡3 от рабочих поверхностей боковых стенок. Используется система водяного циркуляционного охлаждения с применением перфорированных глуходонных стаканов, через которые вода подается в ступенчатые каналы системы охлаждения боковых стенок. Регулирование эффективности системы охлаждения осуществляется изменением параметров номинального давления в системе охлаждения, расхода и начальной температуры воды. Боковые, верхняя и нижняя стенки изготовлены из стали 45 ГОСТ 1050-88.
Основной особенностью технологического процесса изготовления металлоизделий является то, что использование УГЛДМ позволяет в непрерывном режиме получать деформированные металлоизделия непосредственно из расплавленного металла. Совмещенный технологический процесс условно можно представить в виде совокупности трех традиционных технологических процессов, которые протекают в кристаллизаторе УГЛДМ. В области I протекают процессы, характерные для технологии непрерывного литья, в области II - процессы, присущие жидкой штамповке или тиксоштамповке (деформация металла в твердожидком состоянии), и в области III -процессы, характерные для горячей или холодной обработки металлов давлением (деформация металла при заданной температуре в твердом состоянии). Исходя из принятых допущений технологические параметры совмещенного процесса должны отвечать требованиям, предъявляемым к каждому из процессов в отдельности. Для каждого протекающего в кристаллизаторе УГЛДМ процесса, одним из основных параметров является температура в центральной части каждой из областей, которая характеризует требуемые для каждого процесса технологические
и физико-механические свойства обрабатываемого материала заготовки. Эти температуры выражены через температуры характерных точек диаграмм состояния заливаемого в кристаллизатор УГЛДМ сплава (материала заготовки). Интервалы данных температур удобно представить в виде неравенств. Для области I:
Т5 + Ть Т < тI < Ть + АТ ,
(1)
где Т$ - температура солидуса, °С; Т1 - температура ликвидуса, °С; ДГ - величина перегрева заливаемого сплава над температурой ликвидуса, °С. При выполнении этого условия обеспечивается заполняе-мость кристаллизатора расплавом (условие жидкоте-кучести расплава и непрерывности процесса).
Для области II:
Ть - Ts
тт < Тп < ^
2
(2)
где ТЩах - максимальная технологическая температура, при которой исследуемый сплав деформируют в горячем состоянии при обработке металлов давлением. При выполнении этого условия обеспечивается деформирование заливаемого металла при наименьших нагрузках на приводные валы стенок кристаллизатора.
Для области III:
т-гшт ^ гр , т-гшах
ТТ < ТШ < ТТ
Т
(3)
где ТЩ111 - минимальная технологическая температура, при которой исследуемый сплав деформируют в горячем состоянии при обработке металлов давлением. При выполнении этого условия обеспечивается деформирование заливаемого металла в калибровочных частях кристаллизатора с гарантированным получением соответствующего профиля поперечного сечения металлоизделия при наименьших нагрузках на приводные валы стенок кристаллизатора.
Стадия предварительного прогрева необходима для создания такого распределения температур в центре соответствующих областей кристаллизатора, которое наиболее близко отвечает условиям (1)-(3) с учетом параметров и конструкции системы нагрева кристаллизатора.
Экспериментальный стенд, на котором осуществляется физическое моделирование работы УГЛДМ, оснащен системой нагрева кристаллизатора, где в качестве источника тепла использовано пламя универсальной ацетилено-кислородной горелки марки Г3 (ГОСТ1077-79), установленной в районе I области кристаллизатора под нижней стенкой на расстоянии 100 мм от ее внешней поверхности. Тем-
пература пламени горелки регулируется в пределах 2200 °С (восстановительное пламя) ... 2800°С (окислительное пламя). Выбор данной системы нагрева кристаллизатора обусловлен конструкцией рабочей клети экспериментального стенда, которая не позволяет осуществлять одновременный нагрев верхней и нижней стенок кристаллизатора. Для снижения неравномерности температур рабочих поверхностей верхней и нижней стенок кристаллизатора перед его рабочим прогревом они дополнительно разогреваются пламенем однофакельной воздушно-пропановой нагревательной горелкой марки ГВПН (ТУ СД .0569) через заливочное отверстие, расположенное в верхней стенке кристаллизатора.
Длительность рабочего прогрева кристаллизатора УГЛДМ определяется продолжительностью выравнивания температур (между точками 2 и 3, 4 и 5, 7 и 8, 9 и 10, 12 и 13, 14 и 15, 17 и 18, рис. 2, а) вблизи рабочих поверхностей кристаллизатора по высоте боковой стенки Ну Значения температур на линии пересечения продольной плоскости симметрии с рабочей поверхностью нижней стенки кристаллизатора (точки 1, 6, 11 и 16, рис. 2, а) характеризуют изменение температуры по длине кристаллизатора и являются контролируемым параметром процесса предварительного разогрева кристаллизатора. Очевидно, что общая продолжительность рабочего прогрева кристаллизатора УГЛДМ определяется максимальной продолжительностью выравнивания температур по высоте боковой стенки в сечениях, параллельных поперечной плоскости симметрии кристаллизатора, вблизи рабочей поверхности боковой стенки (точки 4 и 5, 7 и 8, 9 и 10, 12 и 13, 14 и 15, 17 и 18, рис. 2, а).
Определение продолжительности рабочего прогрева кристаллизатора проводили на экспериментальном стенде УГЛДМ при следующих начальных условиях и параметрах:
- сортамент металлоизделия: полоса поперечного сечения 40^12 мм;
- материал заготовки: технический алюминий АД0 ГОСТ 4784-97;
- температура заливки расплава: 750 °С;
- степень обжатия заготовки: 0,25;
- производительность: 1,5 м/мин;
- геометрические параметры кристаллизатора: кх = 40 мм; Н2 = 25 мм; 14 = 30 мм; 15 = 170 мм; ¡6 = 50 мм; ¡7 = 239 мм; Ь2 = 6 мм; Ьх = 22,5 мм;
- геометрические параметры системы охлаждения кристаллизатора:
= 16 мм; а?2 = 12 мм; ¡х = 60 мм; ¡2 = 30 мм; ¡3 = 12 мм;
- номинальное давление в системе охлаждения: регулируемое (0,005.0,02 МПа);
- температура воды на входе в систему охлаждения: 5 °С;
- объемный расход воды в системе охлаждения: регулируемый (30...50 см /с);
- начальная температура центральной области кристаллизатора (значение температуры в точке 1, рис. 2, а): регулируемая (630.710 °С).
Регулируемыми (управляемыми) параметрами физического моделирования процесса получения металлоизделия на УГЛДМ являются номинальное давление в системе охлаждения кристаллизатора, связанное с объемным расходом воды в системе охлаждения, и начальная температура центральной области кристаллизатора, которые отражают основные тепловые параметры процесса. Для определения взаимного влияния указанных технологических параметров на продолжительность рабочего прогрева кристаллизатора был реализован полный факторный эксперимент типа 2 для двух независимых переменных, в качестве которых были выбраны начальная температура центральной области кристаллизатора (Тц = 630.710 °С) и номинальное давление в системе охлаждения (Р = 0,005.0,02 МПа). Откликом являлась максимальная продолжительность выравнивания температур по высоте боковой стенки в сечениях, параллельных поперечной плоскости симметрии кристаллизатора, вблизи рабочей поверхности боковой стенки (точки 2 и 3, 4 и 5, 7 и 8, 9 и 10, 12 и 13, 14 и 15, 17 и 18, рис. 2, а). Границы варьирования независимыми факторами (максимальные и минимальные значения), а также значения фиксированных факторов принимали исходя из условий устойчивости технологического процесса. Режимы технологического процесса представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1 Режимы технологического процесса
Номер режима Начальная температура центральной области кристаллизатора Т), °С Номинальное давление в системе охлаждения (Р), МПа
1 630 0,005
2 710 0,005
3 630 0,02
4 710 0,02
меньших квадратов получены уравнение регрессии и поверхность отклика (рис. 3), описывающие продолжительность рабочего прогрева кристаллизатора:
т = 28,3 -495,3 хР + 0,735 хР хТц
(4)
Таблица 2
Продолжительность выравнивания температур по сечениям вблизи рабочей поверхности боковой стенки
Режим Продолжительность выравнивания температур по сечениям, с
2-3 4-5 7-8 9-10 12-13 14-15 17-18
1 10 10 15 20 25 25 25
2 15 20 25 35 35 35 35
3 10 15 25 25 30 30 30
4 20 30 35 35 40 40 40
Полученное уравнение регрессии адекватно описывает процесс продолжительности рабочего прогрева кристаллизатора, поскольку гипотеза об адекватности уравнения регрессии экспериментальным данным подтвердилась (^расч < ^табл 1,86 < 18,5), все коэффициенты уравнений регрессии статистически значимы ( < г , ; 1,54 < 12,71 и 1,64 < 12,71).
4 расч табл' ' ' ' ' '
Относительная ошибка аппроксимации составляет 5 = 7,34 %, множественный коэффициент корреляции Я = 0,89 при доверительной вероятности 0,95.
Рис. 3. Поверхность отклика, описывающая продолжительность рабочего прогрева кристаллизатора
2. Результаты исследований
Значения отклика получали из анализа данных изменения температур в соответствующих точках после этапа предварительного прогрева и заполнения кристаллизатора расплавом (табл. 2). После обработки результатов эксперимента методом наи-
На рис. 4 представлены кривые изменения температуры в области I (в точках 2 и 3). Точкой отсчета процесса является момент заполнения кристаллизатора УГЛДМ расплавом. На начальном этапе (первые пять секунд) происходит заполнение кристаллизатора расплавом и начинается процесс выравнивания температур по высоте боковой стенки вблизи ее рабочей поверхности. На десятой секунде происходит стабилизация температур в нижней и верхней точках боковой
стенки с последующим выходом на установившийся режим. Изменение температуры 2 и 3 точек боковой стенки на протяжении последующих 50 секунд незначительно и составляет 1,3 °С (в точке 2) и 1,1 °С (в точке 3) при максимальных и минимальных значениях температур соответственно 699,4 °С и 698,1 °С (в точке 2) и 692,6 °С и 691,5 °С (в точке 3). За начало установившегося режима принимаем десятую секунду с момента заливки кристаллизатора расплавом. В этот момент времени температуры в нижней и верхней точках боковой стенки соответственно составляют 699,4 °С и 692,6 °С, средняя температура - 696 °С.
всех режимов удовлетворяют условию (2). Значения температур для области II (сечения 12-13, 14-15 и 1718) для всех режимов удовлетворяют условию (3).
Таблица 3
Значения средних температур в сечениях по высоте боковой стенки Их вблизи ее рабочей поверхности
Режим Значения средних температур в сечениях по высоте боковой стенки Н1, °С
2-3 4-5 7-8 9-10 12-13 14-15 17-18
1 696 570 521 440 380 330 320
2 718 587 580 520 417 370 362
3 667 540 514 417 327 318 312
4 706 575 535 465 392 345 337
Рис. 4. Кривые изменения температур в области I:
1 - точка 2; 2 - точка 3
Аналогичный анализ кривых распределения температур по соответствующим сечениям по высоте боковой стенки кх вблизи ее рабочей поверхности кристаллизатора проводили для остальных сечений и режимов технологического процесса. В табл. 3 представлены сводные данные значений средних температур в сечениях по высоте боковой стенки кх вблизи ее рабочей поверхности для всех исследованных режимов при установившемся режиме прогрева.
Учитывая, что для технического алюминия АД0: Ть = Т3 = 658,7 °С, Т11 = 270 °С и Т^ = 420 °С,
условия (1)—(3) для этого сплава можно записать в следующем виде:
• область I: 658,7 < Т} < 750 (Т1 = Т1 где Т1 - температура в точке 1 кристаллизатора);
• область II: 420 < Тп < 658,7 (Тп = Т6, где Т6 -температура в точке 6 кристаллизатора);
• область III: 270 < Тш < 420 (Тш = Т11, где Т11 -температура в точке 11 кристаллизатора).
Из табл. 3 видно, что значения температур для области I (сечение 2-3) для всех режимов удовлетворяют условию (1). Значения температур для области II (сечения 4-5 (граница области I и II), 7-8 и 9-10) для
Для определения взаимного влияния технологических параметров на среднюю температуру в сечениях по высоте боковой стенки кх вблизи ее рабочей поверхности был реализован полный факторный эксперимент типа 2 для двух независимых переменных, в качестве которых были выбраны начальная температура центральной области кристаллизатора (Тц = 630.710 °С) и номинальное давление в системе охлаждения (Р = 0,005.0,02 МПа). Откликом являлась средняя температура в сечениях по высоте боковой стенки кх вблизи ее рабочей поверхности при установившемся режиме прогрева кристаллизатора. Границы варьирования независимыми факторами (максимальные и минимальные значения), а также значения фиксированных факторов принимали исходя из условий устойчивости технологического процесса (табл. 1). После обработки результатов эксперимента методом наименьших квадратов получены уравнения регрессии, распределение температур по сечениям кристаллизатора:
Сечение 2-3: Т2-3 = 458 + 0,38хТц - 136,7хР (5) Сечение 4-5: Т4-5 = 368 + 0,33хТц - 140хР (6)
Сечение 7-8: Т7 8 = 224 + 0,5хТц - 173,3хР (7)
Сечение 9-10: Т910 = 43 + 0,8хТц - 260хР (8)
Сечение 12-13: Т„ „ = 15,6 + 0,64хТ - 260хР (9)
12-13 ц
Сечение 14-15: Т.
14-15
= 75.6 + 0,42хТц - 123,3хР (10)
Сечение 17-18: Т
17-18 = 65,9 + 0,42хТц - 110хР (11)
Область определения функций (5)—(11) описываются неравенствами
630 < Тц < 710 °С ; 0,005 < Р < 0,02 МПа.
Полученные уравнения регрессии (5)-(11) с большой достоверностью описывают процесс рас-
лась (F < F ,
v расч табл
регрессии статистически значимы (расч < ^табл
пределения температур по сечениям кристаллизатора, поскольку гипотеза об адекватности уравнений регрессии экспериментальным данным подтверди), все коэффициенты уравнений
),
относительная ошибка аппроксимации не превышает 1,86 %, множественный коэффициент корреляции не менее 0,929 при доверительной вероятности, равной 0,95.
3. Обсуждение результатов
Уравнения регрессии (5)—(11), отвечающие условиям (1)—(3), позволяют определить такое сочетание основных технологических параметров процесса, при которых можно обеспечить устойчивость технологического процесса получения металлоизделий на УГЛДМ. На основе полученных результатов распределения температур по сечениям кристаллизатора можно сформулировать группу технологических критериев, которые связаны с надежностью УГЛДМ и качеством получаемых металлоизделий. Их удобно записать через ограничения, накладываемые на параметры напряженно-деформированного состояния в системе «инструмент (составные части кристаллизатора) - формирующееся металлоизделие».
Поскольку максимальные напряжения и деформации в рассматриваемой системе развиваются в калибрующей области кристаллизатора (область III), а также учитывая то, что касательные напряжения значительно меньше нормальных напряжений для каждого из рассматриваемых сечений формирующегося в этой области металлоизделия, условие для калибрующей области можно записать в следующем виде:
Т =Т
От
III
Т=Т
а В
III
i = 1, 2, 3,
где аи
где в^ - максимальная степень деформации, возникающая в металлоизделии при его обжатии в калибрующей области кристаллизатора, %; вКр Т 111 -
критическая степень деформации материала металлоизделия на сжатие (растяжение, сдвиг) при соответствующей температуре калибрующей области кристаллизатора, %.
Условия (12)-(13) описывают предельное состояние материала металлоизделия в калибрующей области и определяют критерий ограничения номенклатуры материалов для получения металлоизделия.
Одним из основных показателей качества получаемых металлоизделий является их размерно-геометрическая точность. Технологический критерий, с помощью которого можно оценить размерно-геометрическую точность (критерий качества), удобно записать через величину перемещения инструмента в калибрующей области кристаллизатора УГЛДМ:
max „max где u2 - u
u* <Td2(TD2) ; x <Td3(TD3) ,
(14)
(15)
максимальное значение переме-
(12)
максимальные нормальные напряжения в
направлении соответствующей координаты, возникающие в металлоизделии при его обжатии в калибрую-
Т=Т
щей области кристаллизатора, МПа; 111 - предел
прочности материала металлоизделия на сжатие (растяжение) при соответствующей температуре калибрующей области кристаллизатора, МПа; оТ Тш - предел текучести материала металлоизделия на сжатие (растяжение) при соответствующей температуре калибрующей области кристаллизатора, МПа. Условие для степеней деформаций:
max < FT=TIII ^ кр ,
s III
(13)
щения в направлении соответствующей координаты, возникающее в инструменте при обжатии металлоизделия в калибрующей области кристаллизатора, мкм; Тйг^ТВ^) - максимальное значение величины допуска по ширине металлоизделия для соответствующего квалитета точности, мкм; Та?3(Т_03) - максимальное значение величины допуска по высоте металлоизделия для соответству-
*
ющего квалитета точности, мкм; щ - максимальное значение перемещения в направлении соответствующей координаты, возникающее в системе «подшипник - эксцентрик - приводной вал» при обжатии металлоизделия в калибрующей области кристаллизатора, мкм.
Выводы
Проведен анализ распределения температур по областям кристаллизатора УГЛДМ при получении полосы сечением 40*12 мм из технического алюминия марки АД0. На основе этого анализа предложены технологические критерии в виде ограничений, накладываемых на параметры напряженно-деформированного состояния в системе «инструмент (составные части кристаллизатора) - формирующееся металлоизделие» и размерно-геометрическую точность получаемых металлоизделий.
max
Список литературы
1. МинаевА.А. Совмещенные металлургические процессы. - Донецк: Технопарк ДонГТУ УНИТЕХ, 2008. - 552 с.
2. Сапожников А.Я. Мелкосортные станы конструкции ВНИИМЕТМАШ для мини заводов // Сталь. - 1999. -№ 6. - С. 61-62.
3. Салганик В.М. Тонко слябовые литейно-прокатные агрегаты для производства стальных полос / В.М. Сал-ганик, И.Г. Гун, А.С. Карандаев, А. А. Радионов. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 506 с.
4. Johann F., Langerweger J., Maddock B. Recent Developments in Conform and Castex//Continuous Extrusion Technology. Light Metal Age. - Aug 1988. - РР. 23-28.
5. Сергеев В.М. Непрерывное литье-прессование цветных металлов / В.М. Сергеев, Ю.В. Горохов, В.В. Соболев, Н.А. Нестеров. - М.: Металлургия, 1990. - 85 с.
6. Сидельников С.Б., Довженко H.H., Ворошилов С.Ф. Применение совмещенных методов прокатки-прессования
для получения пресс-изделий из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. - 1999. - № 1-2. - С. 131 - 136.
7. Одиноков В.И., Черномас В.В., Ловизин Н.С. Литейно-ковочный модуль горизонтального типа для производства непрерывнолитых деформированных заготовок из цветных сплавов // Обработка металлов. -2008. - № 1. - С. 12-14.
8. Одиноков В.И., Черномас В.В., Ловизин Н.С., Сту-лов В.В., Скляр С.Ю.Технология получения металлоизделий на установке горизонтального литья и деформации металла // Металлург. - 2009. - № 7. - С. 47-49.
9. Черномас В.В., Одиноков В.И., Скляр С.Ю. Устройство для непрерывного горизонтального литья и деформации металла //Патент России № 2401175. 2010. Бюл. № 28.
10. Черномас В.В., Одиноков В.И., Скляр С.Ю. Устройство для непрерывного горизонтального литья и деформации металла //Патент России № 2401176. 2010. Бюл. № 28.
Investigation of thermal processes occurring during manufacture of metal combined method casting and forging
V.V. Chernomas
We consider a schematic diagram of the aggregate of horizontal casting and deformation of metal to implement a combined process of metal production from non-ferrous alloys. Has been analysis of the thermal regime of the crystallizer of the aggregate of horizontal casting and deformation of metal and been generated criteria for stability of the process of obtaining strips of technical aluminum grade AD0.
Key words: continuously deformed metal products, aggregate of horizontal castings and deformation of metal, temperature distribution.
