Прокатка, прессование, выдавливание, волочение и другие виды обработки давлением (кроме ковки и штамповки)

Методические указания содержат требования к выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся по программе подготовки специалистов среднего звена по специальности 22.02.05 «Обработка металлов давлением», и соответствуют стандарту Липецкого государственного технического университета СТО-13-2016 «Студенческие работы. Общие требования к оформлению» (версия 2).

В настоящей работе показано, как посредством управления структурой и свойствами жаропрочных никелевых сплавов, используя ротационные методы формообразования осесимметричных деталей можно изготавливать крупногабаритные диски газотурбинных двигателей (ГТД) с высокими эксплуатационными свойствами. Рассмотрено, какие термомеханические условия деформации должно обеспечивать оборудование для раскатки – дискораскатные станы.

Настоящие методические указания предназначены для студентов ЛГТУ направления 22.03.02 «Металлургия» профиля подготовки «Обработка металлов давлением», обучающихся по программе дополнительного профессионального обучения (ДПО) в ПАО «НЛМК». Работа соответствует учебной дисциплине «Система менеджмента качества ПАО «НЛМК». Методические указания могут быть рекомендованы студентам других направлений для самостоятельного изучения требований стандартов, предъявляемых к холоднокатаному листу из углеродистой стали.

В монографии рассматриваются вопросы развития технологий и методов расчета параметров непрерывной разливки стали и прокатки стальных полос на непрерывных широкополосных станах горячей прокатки (НШСГП); отдельно рассматриваются вопросы разработки литейно-прокатных агрегатов (ЛПА) различных типов, их достоинства и недостатки. В части 1 монографии подробно описаны классические и вновь разработанные методики расчета энергосиловых и деформационных параметров непрерывной разливки стальных слябов и их горячей прокатки в широкие и тонкие полосы, включая параметры затвердевания и деформации слябов, силовых, кинематических и деформационных параметров прокатки полос на гладкой бочке и упругих деформаций четырехвалковой системы.

Дано определение специальным видам листовой штамповки, приведены конкретные примеры, предложен классификатор. Изложены основы штамповки эластичной средой. Рассмотрены разделительные, формообразующие процессы при получении деталей из листовых и полых заготовок, прессованных профилей, применяемое технологическое оснащение и оборудование. Даны примеры расчета и проектирования. Данные материалы являются частью лекционного курса по специальным видам листовой штамповки, читаемого автором студентам инженерно-технологического факультета. Используемые программы: Adobe Acrobat. Труды сотрудников СГАУ (электрон. версия)

Методические указания определяют содержание и последовательность проведения лабораторных занятий, предназначенных для закрепления и углубления знаний, полученных на теоретических занятиях, а также практического ознакомления с деформацией металла на прокатных станах.

В учебном пособии изложены основные понятия теории строения и нагрева металлов и их сплавов для различных процессов обработки металлов давлением и термической обработки. Приведены рекомендации по выбору режимов нагрева, учету возможных дефектов сплавов при нарушении технологии и параметров нагрева.

Моделирование объектов в металлургии и обработке металлов давлением. Используемые программы: Adobe Acrobat. Труды сотрудников СГАУ (электрон. версия)

Приведена методика использования метода конечных элементов при разработке технологических процессов ковки и объемной штамповки. Значительное место уделено особенностям реализации метода конечных элементов в программе QForm — одном из наиболее востребованных программных продуктов для моделирования технологических процессов обработки давлением объемных заготовок. Показаны источники возможных ошибок при моделировании. Рассмотрены средства анализа результатов моделирования и интерпретации результатов расчета, настройки параметров расчета, примеры моделирования с использованием программы QForm. Приведены базовые материалы по основам физики и механики пластической деформации, технологии ковки и объемной штамповки, технологическим особенностям кузнечно-штамповочного оборудования. В конце каждого раздела пособия даны вопросы и задания для самоконтроля.

Приведены методики экспериментального определения параметров напряженно-деформированного состояния с использованием методов координатной делительной сетки и линий тока в условиях плоской и осесимметричной деформации при прокатке, прессовании и волочении.

Пособие предназначено для студентов инженерно-технологического факультета, обучающихся по магистерской программе «Инновационные технологии получения и обработки материалов с заданными свойствами» по направлению 150400.68 «Металлургия».

Рассматриваются в популярной форме история и состояние металлургии металлов и сплавов, а также процессов обработки металлов давлением: ковки, волочения, прокатки, прессования, штамповки. Описана роль инженера в современном производстве.

Методические указания содержат характеристику конечной продукции металлургического производства – холоднокатаной листовой стали различного назначения, а также описание показателей качества и требований, предъявляемых к ней соответствующими стандартами.

Теория ОМД развивается в трех направлениях: механико-математическом, физическом и физико-химическом. Эти направления тесно связаны между собой и взаимно дополняют друг друга и рассмотрены в данном учебном пособии. Пособие предназначено для бакалавров инженерно-технологического факультета, обучающихся по направлению 150700.62 «Машиностроение» по дисциплине «Основы теории обработки металлов давлением» и по направлению 150400.62 «Металлургия» для «Теория обработки металлов давлением» для 6 семестра.

Рассматриваются в популярной форме история и состояние металлургии металлов и сплавов, а также процессов обработки металлов давлением: ковки, волочения, прокатки, прессования, штамповки. Описана роль инженера в современном производстве. Используемые программы: Adobe Acrobat. Труды сотрудников СГАУ (электрон. версия)

Развитие и совершенствование оборудования и технологии обработки металлов давлением обуславливает необходимость изучения и анализа протекающих при этом процессов и изучения усилий, требуемых для горячей и холодной деформации. В представленных методических указаниях рассмотрены расчётные приёмы и методы определения энергосиловых параметров при прокатке листа на непрерывном широкополосном стане горячей прокатки (НШС ГП) и в условиях непрерывной холодной прокатки. Приведенные примеры подробно иллюстрируют процесс расчета, что позволяет достаточно точно вычислять энергосиловые параметры для каждого конкретного случая без существенной предварительной подготовки.

Приведено описание лабораторных работ по теме «Обработка материалов давлением». Рассмотрены технологические процессы получения поковок и заготовок для горячей объёмной штамповки деталей, а также способы изготовления изделий из пластмасс прессованием и методы порошковой металлургии для получения материалов для твёрдых сплавов. Большое внимание уделено изучению технологии холодной листовой штамповки, методам получения объёмных наноматериалов, высокопроизводительным импульсным способам обработки металлов и использованию в обработке сверхвысоких давлений.

Рассмотрены общие сведения о процессе прессования металлов, характер напряженно-деформированного состояния, температурно-скоростной режим. Описаны элементы технологического процесса прессования, конструкции прессового инструмента и особенности структуры и свойств профилей. Даны методики расчета параметров прессования и инструмента. Пособие является дополнением к лекционному курсу «Основы технологических процессов ОМД: раздел прессование».

В монографии рассмотрены современные представления о теоретических и технологических основах расчета и моделирования температурно-скоростных и энергосиловых условий непрерывного прессования методом Конформ и режимов совмещенного процесса литья-прессования алюминиевых и медных сплавов. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических параметров исследуемых процессов, а также информация о разработке технологии прессования методом Конформ, методике его проектирования и расчета с использованием ЭВМ. Представлены новые конструкции устройств для непрерывного прессования цветных металлов из прутковой заготовки, металлических гранул и порошков.

В монографии дан анализ имеющихся в научно-технической литературе результатов исследований механических свойств алюминиевых сплавов и рассмотрены подходы различных авторов к вопросам по определению сопротивления деформации металла в зависимости от температурно-скоростных и деформационных условий обработки. Описано оборудование и методики исследования механических свойств металла с помощью кручения и растяжения. Приведены результаты исследований сопротивления деформации прессованных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов различных систем методом кручения и прямого прессования. Дана оценка механических свойств и описание структуры литых и деформированных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов с переходными и редкоземельными металлами.

Соответствует содержанию федеральной дисциплины для подготовки магистров по направлению «Металлургия, машиностроение и материалообработка». Содержит сведения для чтения лекций и проведения лабораторных работ по изучению технологий получения ультрамелкозернистых металлических материалов (в том числе наноструктурных), основанных на применении методов пластического деформирования, термической и термомеханической обработки, порошковой металлургии и др., а также на использовании специального оборудования, в том числе для физического моделирования вышеупомянутых технологических процессов.

В первой части приведены результаты фундаментальных опытов, приведших к открытию электропластического эффекта (ЭПЭ) и сотставляющих основу электропластической деформации металлов. Показано, что ЭПЭ - это новое физическое явление нетеплового происхождения, нетеплового действия тока высокой плотности (порядка 10*5-10*6 А/см*2) на пластическую деформацию металлов. Дано определение и содержание критических интенсивных технологий обработки металлов давлением (ОМД) с использованием ЭПЭ в качестве фактора интенсификации процесса. Определены сферы технологического применения ЭПЭ при прокате, волочении, плющении и штамповке металлов, а также при других видах тонкого и среднетонкого металлургического передела, в которых экономически оправдано и целесообразно использовать токи высокой плотности в импульсном режиме для стимулирования без большого нагрева материала процессов ОМД. Показано, что при этом достигается выигрыш в повышении пластичности материала (включая остаточную пластичность) и в снижении усилий деформации при ОМД, а также в улучшении физико-механических свойств и фазового состава материала заготовок после ОМД. Детально исследованы структурные аспекты электропластической деформации металлов и сплавов. Описаны методы залечивания дефектов в металлических материалах импульсным током. Исследован процесс упрочнения быстрорежущих инструментальных сталей при действии импульсами электрического тока. Изучено действие электростатических полей на процесс деформации и механические свойства металлов и сплавов.

Рассмотрены вопросы расчета и конструирования нажимных механизмов, уравновешивающих и предохранительных устройств рабочих клетей прокатных станов.

Одним из технологических факторов, влияющих на долговечность стальных канатов, является качество канатной проволоки. Основным критерием качества и однородности металла канатной проволоки служат механические испытания (на разрыв по ГОСТ 10446, на перегиб по ГОСТ 1579 и скручивание по ГОСТ 1545). Однако традиционные испытания на перегиб и скручивание, когда материал образца проволок подвергается периодическому растяжению и сжатию в зоне пластических деформаций, не могут полностью характеризовать качество металла. Основными критериями браковки канатов считаются браковочные показатели по обрывам проволок, которые являются следствием усталостного разрушения, представляющего собой процесс, состоящий из двух фаз – образования макротрещины, а затем ее развития до полного разрушения образца. Для оценки качества материала канатной проволоки достаточно фиксировать момент образования макротрещины. Одним из способов, реализующих этот принцип, является испытание образца в условиях резонансного режима. Для совершенствования контроля качества канатной проволоки предлагается стандартные механические испытания по ГОСТ 3241 дополнить проведением ускоренных усталостных испытаний канатной проволоки, предложена конструкция установки, основанная на резонансном режиме, и методика проведения этих испытаний.

Приведены теоретические сведения, расчетные формулы, методики расчета фрикционных муфт и цилиндров гидравлических прессов, а также начальные сведения о программном комплексе Ansys ED9.0 в объеме, достаточном для выполнения заданий без привлечения других источников. Даны условия по вариантам заданий.

В пособии рассмотрены вопросы классификации процессов обработки металлов давлением, типы заготовок деталей снарядов, а также виды деформации: горячая, полугорячая, полухолодная и холодная. Приведены теория внешнего трения при пластической деформации, методы термической обработки материалов, классификация конструкций печей. Представлен расчетный аппарат для подготовки технологических процессов получения заготовок.

Соответствует содержанию учебной программы по курсу «Волочение и прессование» вариативной части комплексной программы подготовки магистров по направлениям 150400 «Металлургия» и 150100 «Материаловедение и технология металлов». Даны основные теоретические и технологические понятия, методы расчетов, достижения и перспективы развития волочильного производства на крупных предприятиях и минизаводах. В духе традиций высшей политехнической школы основное внимание уделено разъяснению физической сущности технологических процессов. Приведены новые практические материалы по использованию волочения на современных минизаводах при производстве мелкосерийных партий проволоки из материалов со специальными свойствами. Может быть использовано студентами других специальностей, а также инженерами-технологами, работающими в области обработки металлов давлением.

Показано, что при определенного вида намеренно создаваемом неоднородном охлаждении можно не только количественно, но и качественно изменять эпюру остаточных радиальных напряжений. Предложено использовать неоднородное температурное поле как управляющий фактор, регулирующий величину и кинетику остаточных напряжений.

Приведены сведения по конструктивным схемам и материалам цельных ненапряженных и предварительно напряженных валков, а также составных предварительно напряженных калиброванных валков. Рассмотрены методы расчета валков на прочность по максимальным нагрузкам и на усталостную прочность.

Рассмотрены физические принципы построения рентгеновских толщиномеров для металлов с произвольным значением эффективного атомного номера. Приведены расчетные и экспериментальные зависимости измерительного сигнала от энергии излучения, толщины контролируемого объекта с учетом поправки на химический состав материала. Даны блок-схема и алгоритм работы рентгеновского толщиномера РИТ10-6. Подробно описаны процесс калибровки приборов, система диагностики и сбора статистики о сбоях и отказах интегрированная в состав РТ. Приведен паспорт рулона, содержащий информацию о разнотолщинности, дате и времени выпуска, длине рулона, номере цеха и бригады, изготовившей данный прокат, формируемый по окончанию процесса проката

Рассмотрены методы деформационно-термической обработки, позволяющие формировать в жаропрочных никелевых сплавах ультрамелкозернистую структуру типа «микродуплекс», оптимальную для сверхпластической деформации. Продемонстрировано, что сверхпластическая раскатка является высокоэффективным методом изготовления дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов.

Настоящие методические указания являются важной составной частью математической подготовки студентов. Разумное применение и квалифицированное использование методов приближенного численного анализа в курсовых работах, ВКР и научной деятельности позволит обучающимся глубже вникать в суть процессов и явлений обработки металлов давлением.

Существующие технологические процессы изготовления тонкостенных подшипников скольжения характеризуются низкой эффективностью. Решение проблемы видится в применении прогрессивных, металлосберегающих способов обработки. На примере изготовления самосмазывающихся тонкостенных подшипников скольжения предлагается методика моделирования технологических операций формирования их рабочих поверхностей в системах автоматизированного инженерного анализа SolidWorks и ANSYS, а также новый технологический процесс.

В книге приведены результаты исследований возможности получения субмикронных и наноструктурированных металлических материалов с использованием жидкофазных технологий, а также с использованием методов термомеханической обработки. Приведены результаты исследований физических свойств некоторых нанопорошковых материалов, особенностей их компактирования и спекания. Рассмотрены проблемы и технологические решения при реализации процесса равноканального углового (РКУ) прессования, условия получения субмелкозернистых и наноструктурных материалов на основе алюминия.

Исследовано механическое деформирование высокотемпературной сверхпроводящей иттриевой керамики (ВТСП), а также впервые выполненное детектирование сверхпроводящего перехода в ВТСП с помощью импульсного тока и установленные доземитрические свойства ВТСП. Рассмотрены новые композитные материалы на основе несмешивающихся компонент и способы их производства и обработки, в частности методом прокатки с использованием ЭПЭ. Рассмотрено контактное легирование как альтернативный метод производства сплавов из несмешивающихся компонент, новые технологические возможности метода контактного легирования, и свойства новых материалов. В заключительной главе дополнительно рассмотрены технологические проложения ЭПЭ, особенности электропластической прокатки стальной полосы, а также повышение электропластичности металла в скрещенных электромагнитных полях. Дан ответ на критические замечания в статьях в отношении ЭПЭ.

В методических указаниях рассмотрены вопросы определения энергосиловых параметров и температуры в непрерывной группе мелкосортного стана. Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Теория непрерывных процессов обработки металлов давлением».

В пособии рассмотрены особенности одного из наиболее распространенных способов производства холоднодеформированных труб – холодной периодической прокатки на станах холодной прокатки труб (ХПТ); представлены основные зависимости для расчета технологических параметров холодной периодической прокатки на станах ХПТ; описана технология прокатки труб на них и даны рекомендации по расчету технологического инструмента; охарактеризованы наиболее интересные конструкции рабочих клетей этих станов.

Рассмотрены конструкции подшипниковых опор прокатных валков с подшипниками скольжения открытого типа, подшипниками жидкостного трения и подшипниками качения различного типа, а также конструкции подушек для указанных типов подшипников в сочетании с устройством для самоустановки валков и фиксации подушек в осевом направлении. Дан анализ работоспособности подшипниковых опор рабочих валков клетей-кварто и изложены способы повышения их работоспособности.

Приведены основные положения технологии продольной прокатки металлов и сплавов, примеры расчетов режимов обжатий при горячей и холодной листовой и сортовой прокатке, алгоритмы программ, использование которых облегчает многовариантные расчеты, а также методики расчета технологических параметров процессов прокатки, совмещенной с операцией прессования.

В учебном пособии изложены вопросы, касающиеся теории и технологии процессов прокатки, прессования и волочения металлов. Рассмотрен порядок технологических расчетов и приведены примеры расчетов получения длинномерных изделий методами прокатки, прессования и волочения.