Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Трофимов Виктор Николаевич
совершенствование технологии волочения
длинномерных осесимметричных
композиционных электропроводников
Специальность: 05.03.05 Ц Технологии и машины обработки
давлением
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Глазов 2007
Работа выполнена в Глазовском инженерно-экономическом институте (филиале) Ижевского государственного технического университета
Научный консультант: доктор технических наук, профессор, | Колмогоров Герман Леонидович |
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор | Михайлов Юрий Олегович |
доктор технических наук, профессор | Шеркунов Виктор Георгиевич |
доктор технических наук, профессор | Чукин Михаил Витальевич |
Ведущее предприятие: ОАО Чепецкий механический завод, г. Глазов
Защита состоится л_14_ _ноября__ 2007 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д212.065.02 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7, ИжГТУ
Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять на имя секретаря диссертационного совета
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета
Автореферат разослан л____ октября 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Беневоленский И.Е.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Значительную часть изделий машиностроения, приборостроения и энергетики составляют осесимметричные слоистые композиционные изделия, получаемые волочением. Уникальные свойства композитов компенсируют высокую стоимость их производства. Деформирование композиционных заготовок при волочении исследовалось в работах Аркулиса Г.Э., Белова М.И., Бояршинова М.И., Белалова Х.М., Залазинского А.Г., Ейльмана Л.С., Маковского В.А., Колмогорова В.Л., Щеголева Г.А., Кучеряева В.Б., Паршина В.С., Соколовского В.И., Тарнавского А.Л. и др.
Волочением получают би- и триметаллические электропроводники диаметром 0,1-1,0 мм для работы в агрессивных средах, в условиях высоких температур, переменных нагрузок и др. Технология получения конечных изделий из слоистых электропроводников, например, кабелей, предусматривает длину единичного отрезка до 20 - 30акм при обеспечении сплошности покрытия и сердечника.
В соответствии с федеральной целевой программой Реформирование и развитие оборонно-промышленного комплекса, на основании приказа Министра РФ по атомной энергии №232 от 20.05.2002г., Программы конверсии ОАО ТВЭЛ утвержденной 23.07.2002 г., приказа руководителя Федерального агентства по атомной энергии РФ №261 от 02.12.2004 г. на ОАО Чепецкий механический завод организуется производство нового класса композиционных изделий - проводов из низкотемпературных сверхпроводников (НТСП) для сверхпроводящих магнитных систем (СМС), с ежегодной программой производства до 100 тонн. Пуск производства позволит РФ выполнить обязательства в рамках работ по созданию международного термоядерного реактора ИТЭР и выйти на рынок сверхпроводящих материалов, объем которого по оценкам экспертов к 2015 г.г. превысит 200 млрд.$.
Проводники для СМС имеют диаметр 0,1-0,7 мм и должны иметь длину единичного отрезка 3-30 км при обеспечении строгой геометрии многожильного композита в сечении при отсутствии пережинмов, обрывов, инородных включений, высокой однородности сверхпроводящих волокон по длине и заданном уровне дефектности для обеспечения эффекта пиннинга. Указанные требования обеспечиваются на волочильном переделе, являющемся наиболее продолжительным этапом в технологии производства проводников для СМС.
Пластические свойства слоев композиционных заготовок могут существенно различаться, поэтому технология многопереходного волочения должна обеспечивать их деформирование без обрыва, так как после обрыва при последующей сварке заготовки структура композита и его параметры не восстанавливаются. Особенно важно выполнение условия безобрывности на последних переходах при тонком волочении, когда стоимость заготовки многократно возрастает.
Таким образом, актуальной задачей является разработка критериев и методик проектирования маршрута волочения, позволяющих получать длинномерные композиционные изделия и отвечающих заданным требованиям по длине и дефектности.
Основные результаты работы получены при выполнении НИР по темам:
- Повышение стойкости алмазного волочильного инструмента при волочении медной никелированной проволоки (договор между Пермским политехническим институтом и ПО Камкабель №86/71-13, 1986 г.).
- Разработка технологии волочения сверхпроводящих материалов (договор между ОАО Чепецкий механический завод (г. Глазов) и Пермским государственным техническим университетом (ПГТУ) № 2003/147, 2003 г.).
- Математическое моделирование процессов волочения композиционных Cu/NbTi и Cu/Nb прутков и проводов, расчет минимальных и максимальных величин разовой деформации, обусловленных неравномерностью деформации при волочении (договор между ПГТУ (г. Пермь) и ФГУП ВНИИНМ им. академика А.А. Бочвара № 2006/146/423-47, 2006 г.).
Цель и задачи исследования. Целью исследования является совершенствование технологии волочения композиционных электропроводников путем прогнозирования и управления уровнем дефектности деформируемых композиционных заготовок на основе критериев разрушения и поврежденности, учитывающих влияние технологических параметров процесса волочения и условий трения.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
- Разработка критериев, позволяющих спроектировать маршрут многопереходного волочения и обеспечить требуемую длину заготовки.
- Разработка критериев, позволяющих обеспечить требуемую дефектность структуры заготовки.
- Исследование влияния физико-химических и теплофизических свойств пары трения волока-заготовка на разрушение и стойкость алмазных волок, используемых на финишных переходах.
- Расчет параметров и разработка практических конструкций инструмента для улучшения условий трения при волочении.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Теоретическое обобщение критериев разрушения и накопления дефектов при пластической деформации и формирование обобщенного критериального подхода к проектированию процесса многопереходного волочения композиционных заготовок.
- Математические модели расчета напряженного и деформированного состояния при волочении композиционной заготовки с произвольным числом слоев и соотношением их пластических характеристик.
- Теоретические основы расчета коэффициента трения при волочении в смешанном режиме трения.
- Теоретические основы расчета параметров сборного волочильного инструмента для волочения в режиме СРТ.
Научная новизна работы заключается в:
- разработке и теоретическом обосновании условия безобрывности процесса многопереходного волочения;
- разработке и теоретическом обосновании критерия поврежденности при пластической деформации;
- разработке технологического критерия поврежденности для проектирования процесса многопереходного волочения и прогнозировании уровня дефектности готовых изделий;
- разработке математической модели процесса волочения слоистых композиционных заготовок и анализе влияния основных параметров процесса волочения на величину напряжений в слоях композиционной заготовки;
- теоретическом обосновании методики расчета коэффициента трения при волочении в режиме смешанного трения;
- разработке теоретических основ расчета напорных характеристик волочильного инструмента при волочении в режиме СРТ.
Методы исследования основаны на использовании экспериментальных и теоретических результатов физики твердого тела, теории пластичности, линейной механики разрушения и теории разрушения при обработке металлов давлением, использовании методов математической физики и математической статистики.
Практическая значимость. Результатами исследований, готовыми к практическому использованию являются:
- Методика расчета напряженного и деформированного состояния при волочении слоистых композиционных заготовок.
- Методика проектирования маршрута многопереходного волочения композиционных заготовок с использованием технологического критерия поврежденности и условия устойчивости (безобрывности).
- Методика расчета параметров сборного волочильного инструмента для деформирования заготовок в режиме смешанного трения.
- Устройства для реализации режима смешанного трения при деформировании тонких проволок, новизна технических решений которых подтверждена авторскими свидетельствами, патентами и наградами 51-й Всемирной выставки инноваций, научных исследований и современных технологий Эврика-2002 (Брюссель, ноябрь 2002г.), дипломом Урало-Сибирской научно-промышленной выставки (Екатеринбург, июнь 2003 г.).
Реализация работы. Полученные в работе результаты, разработанные способы и устройства проверены и использованы в условиях лаборатории кафедры Динамика и прочность машин Пермского государственного технического университета, ОАО Камский кабельный завод и ОАО Чепецкий механический завод. Разработанные методики используются при проектировании технологии многопереходного волочения тонких биметаллических проволок в ОАО Камкабель (г. Пермь) и композиционных заготовок для сверхпроводников в ОАО Чепецкий механический завод. Теоретические результаты работы используются в учебном процессе в форме лекций, УИРС, лабораторных работ и при выполнении дипломных и курсовых работ на кафедре Динамика и прочность машин Пермского государственного технического университета (ПГТУ) и Специальные инженерные науки Глазовского инженерно-экономического института (филиала) Ижевского государственного технического университета.
ичный вклад автора заключается в постановке, организации и проведении теоретических и экспериментальных исследований, изготовлении практических конструкций волочильного инструмента, обобщении полученных результатов.
Автор выражает благодарность заслуженному работнику высшей школы РФ, заведующему кафедрой Динамика и прочность машин Пермского государственного технического университета профессору, д.т.н. Колмогорову Герману Леонидовичу за научную и организационную помощь.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
Научно-технической конференции Современные вопросы динамики и прочности машин (Пермь, ППИ: 1986); Научно-технической конференции Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением (Пермь, 1987); Научно-технической конференции Совершенствование технологических процессов кабельного производства (Пермь, 1988); V Всесоюзной конференции Получение и обработка материалов высоким давлением. (Минск: 1987); VII Всесоюзной конференции Теплофизика обработки металлов давлением. (Тольятти, 1988); Научно-технической конференции Прогнозирование и управление качеством металлоизделий, получаемых обработкой давлением (Абакан, 1988); научно-техническом семинаре Новые технологии производства слоистых металлов, перспективы расширения их ассортимента и применения (Магнитогорск, 1989); Республиканском семинаре Технология и оборудование технологического производства (Алма-Ата, 1989); конференции Эффективные технологические смазки, улучшающие качество изделий при волочении (Киев, 1990); ХXXI научно-технической конференции ИжГТУ (Ижевск, 1998); XII Зимней школе по механике сплошных сред. (Пермь, ИМСС УрО РАН, 1999); VI Международной конференции Комплексное обеспечение качества транспортных и технологических машин (Пенза, 2000); Международной научно-технической Информационные технологии в инновационных проектах (Ижевск, ИжГТУ, 2000); Всероссийской научно-практической конференции Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении (Пенза, 2001); Международной научно-технической конференции Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин, (Пенза, 2001); VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (Пермь, 2001); Научно-технической конференции посвященной 50-летию Ижевского государственного технического университета. (Ижевск, ИжГТУ, 2002); 7-й Всероссийской научно - технической конференции Аэро- космическая техника и высокие технологии (12-14 апреля 2004, Пермь); Международном форуме Информационные технологии в инновационных проектах (Ижевск, ИжГТУ, 2004); 7-й Всероссийской научно - технической конференции Аэро- космическая техника и высокие технологии (Пермь, 2004); XIV Зимней школе по механике сплошных сред (Пермь, ИМСС УрО РАН, 2005); XVII Российской научно-технической конференции Неразрушающий контроль и диагностика (Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2005); Научно-технической конференции Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении (Ижевск, ИжГТУ, 2005); III Российской научно-технической конференции Неразрушающий контроль и диагностика (Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2007); семинаре кафедры Машины и технологии обработки металлов давлением Ижевского государственного технического университета; семинаре ЦНИЛ ОАО Чепецкий механический завод (г. Глазов).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 43 работы, получено 4 авторских свидетельства, 3 награды международных и российских выставок.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 243 наименований, приложений. Основная часть работы изложена на 267 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 40 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой научно-технической проблемы, определена цель работы, научная новизна и практическая ценность работы, приведены данные о публикациях и структуре работы.
В первой главе описаны основы теории сверхпроводимости, рассмотрены особенности конструкции и технологии изготовления слоистых композиционных длинномерных изделий для электротехники, рассмотрено современное состояние технологии волочения с использованием алмазного волочильного инструмента.
Наиболее широко применяются би- и триметаллические электропроводники круглого сечения, включающие сердечник и одну или две оболочки.
Проводники для СМС диаметром 0,1-1,0 мм являются комбинированными композитами, важнейшими характеристиками которых являются критические значения напряженности магнитного поля , температуры ТС и плотности тока , определяемые структурным состоянием используемого металла или сплава, которое зависит от термомеханической обработки композиционной заготовки.
Рис.1. Схематизация конструкций сверхпроводников в виде би- и триметалла: 1 - оболочка; 2 - промежуточный слой; 3 - сердечник; R - радиус проводника; Rc1 - наружный радиус промежуточного слоя; Rc2 - радиус сердечника | |||
Сечение композиционной заготовки для СМС может быть представлено как би- или триметалл, промежуточный слой или сердечник которого являются композитом, состоящим из сверхпроводящих волокон на основе сплавов NbTi или соединений Nb (~101-104 шт.) размещенных в медной матрице или в матрице из высокооловянистой бронзы (рис.1).
Технология изготовления проводников для СМС заключается в многократном повторении пронцессов сборки, прессования, волочения и отжига композита.
Особенности эксплуатации композиционных электропроводников определяют и требования к заготовке, получаемой волочением (рис.2).
Рис.2. Требования к заготовке для композиционных электропроводников
При волочении заготовок традиционных электропроводников и особенно проводников СМС на основе Nb3Sn, в которых в качестве матрицы используются бронзы с содержанием олова до 14%, имеющие низкую пластичность и трещиностойкость, основной задачей является обеспечение целостности сердечника, оболочек и ниобиевых волокон. При волочении заготовок для СМС на основе сплавов NbTi также нужно обеспечить дефектность структуры, обеспечивающую необходимую плотность центров пиннинга после окончательного отжига.
Традиционный метод проектирования маршрутов многопереходного волочения не учитывает различие пластических свойств и условий деформирования слоев композиционных заготовок, что ведет к различию скорости увеличения плотности линейных и планарных дефектов структуры (дислокаций, субмикро- и микротрещин), накопления латентной энергии и наступлению момента их разрушения, и не рассматривает возможность формирования структуры с заданной плотностью дефектов. Поэтому задача обеспечения целостности каждого из элементов композиционного проводника и управление уровнем дефектности структуры при пластической деформации, в частности, при тонком волочении, когда стоимость заготовки существенно возрастает, является актуальной задачей.
Прогнозирование разрушения и управление уровнем дефектности при пластической деформации и последующем упругом нагружении осуществляется на основе критериев разрушения и поврежденности.
В расчетах на трещиностойкость широкое применение получил силовой критерий линейной механики разрушения
,
где K и - коэффициент интенсивности напряжений и его критическое значение; - действующее растягивающее напряжение; Y - коэффициент.
Методологические проблемы экспериментального определения и проблема истинности определяемых значений , стимулируют работы по поиску связи этой величины со стандартными механическими характеристиками, поучаемыми из испытаний на растяжение или кручение. Однако анализ известных формул для определения , основанных на таких опытах, показал, что они имеют недостатки, затрудняющие их использование в практических расчетах.
Для описания процесса накопления поврежденности и разрушения в процессах ОМД, широко используется скалярный критерий разрушения , основанный на модели линейного накопления поврежденности (Колмогоров В.Л.). Однако, как показано в работах Колмогорова В.Л., Богатова А.А., Смирнова С.В., Мигачева Б.А., Бурдуковского В.Г., процесс накопления поврежденности является нелинейным.
Анализ известных критериев разрушения и моделей накопления поврежденности позволил сформулировать требования к критериям, которые можно использовать для прогнозирования уровня дефектности и разрушения металла.
Основным препятствием на пути повышения качества изделий при волочении является внешнее трение. Различают граничный (ГРТ), смешанный (СРТ) и гидродинамический (ГДРТ) режимы трения.
Рис.3. Сечение тонкой медной проволоки с никелевой оболочкой |
Волочение композиционных заготовок в режиме ГРТ часто малоэффективно. Так при волочении биметаллической проволоки стойкость алмазных волок резко снижается, по сравнению с волочением медной проволоки, искажается профиль калибрующей части канала волок (рис.3), наблюдается интенсивный кольцевой износ, разрушение защитной оболочки и высокая обрывность проволоки.
Радикальным способом снижения сил трения при волочении является реализация режима ГДРТ, исследованию которого посвящены работы Д. Кристоферсона, Х. Найлора, Х. Татерсола, Недовизия И.Н., Белоусова А.С., Владимирова Ю.В., Перлина И.Л., Колмогорова В.Л., Колмогорова Г.Л. и др. Однако при среднем и тонком волочении длинномерных заготовок из цветных металлов с использованием дорогостоящего алмазного волочильного инструмента, при высоких требованиях к гладкости поверхности, форме и точности размеров по-перечного сечения и наличию поверхностных и внутренних дефектов готового изде-лия, предпочтительнее волочение в режиме СРТ с использованием жидких смазок.
Анализ современного состояния теории и технологии волочения позволил сформулировать цель диссертационного исследования: совершенствование технологии волочения композиционных электропроводников путем прогнозирования и управления уровнем дефектности на основе критериев разрушения и поврежденности, учитывающих влияние технологических параметров процесса волочения и условий трения (рис.4).
Рис.4. Критерии, условия и технологические параметры прогнозирования
и управления при волочении композиционных электропроводников
Во второй главе предложены условие безобрывности и технологический критерий поврежденности для проектирования маршрута многопереходного волочения композиционной заготовки.
Условие безобрывности
При волочении планарные дефекты, образующиеся в очаге пластической деформации, ведут к разрушению (обрыву) переднего конца заготовки, который находится в условиях одноосной упругой деформации растяжения.
Процесс образования и роста трещины обусловлен пластической деформацией в локальном объёме V, имеющем форму дислокационного скопления, например, сферы, в котором латентная энергия достигает критического значения.
Упрочнение металла при пластической деформации является функцией необратимого приращения энтропии вследствие образования диссипативных (дислокационных) структур (Григорьев А.К., Колбасников В.Г.). Можно показать, что при нагружении-разгрузке идеально-упругого тела и идеального упруго-пластического тела его латентная энергия не изменяется. Тогда при пластическом деформировании упрочняемого металла часть латентной энергии, связанная с энергией остаточных макронапряжений , может быть определена
.
Принимая гипотезу о том, что на образование единицы поверхности трещины в локальном объёме V идет энергия равная величине в момент достижения максимальной скалярной плотности дислокаций, получим критерий разрушения в виде
, (1)
где - энергетический эквивалент ; - коэффициент, зависящий от принятой формы объема V; - коэффициент Пуассона.
Сравнение значений и расчетных значений показало, что: величина имеет порядок экспериментальных значений ; с ростом величина изменяется аналогично изменению ; между величиной и отношением , входящем в выражение для , наблюдается сильная или весьма тесная корреляционная связь. Следовательно, величина может использоваться для расчетов на трещиностойкость в качестве эквивалента .
Обработка экспериментальных данных и анализ известных теоретических зависимостей показали, что функциональная связь и для расчета величины может быть представлена в виде
.
Используя понятие структурной ячейки, применяемое в механике разрушения композиционных материалов, и принимая, что её размер изменяется пропорционально изменению диаметра заготовки, с учетом критерия (1) получим условие безобрывности переднего конца заготовки при многопереходном волочении композиционных заготовок
, (2)
где и - функция параметров процесса волочения на n-ом и первом переходах, определяемая из выражения . Нахождение значение сводится к поиску минимума квадратичной функции
.
Величина определяется для i-го слоя заготовки, который определяет основные функциональные свойства композиционного изделия ( - коэффициент пластической неоднородности; и - сопротивление деформации i-го и наружного слоя заготовки).
Критерий поврежденности
Вследствие автомодельности процесса пластической деформации (Рыбин В.В.) процесс накопления планарных дефектов является нелинейным. Скалярная плотность планарных дефектов D возрастает на несколько порядков и в момент достижения критического значения степени деформации происходит увеличение плотности микротрещин до значений , их лавинообразное, объединение в макротрещину и разрушение. Подобный процесс описывается кинетическим уравнением нелинейной динамики для систем с сильной положительной связью - , где t - кинетический параметр; - коэффициент.
Учитывая, что процесс пластической деформации сопровождается изменением деформированного и энергетического состояния металла, в качестве кинетического параметра используем нормированную величину
где ; m и n - коэффициенты кривой упрочнения ; - степень деформации сдвига.
Запишем кинетическое уравнение для i-го этапа деформирования
. (3)
Решение уравнения (3), с учетом начального условия , имеет вид
. (4)
где - значение в момент разрушения.
Обозначая поврежденность , из (4) получим условие (критерий) деформирования без разрушения
. (5)
Условие (5) проверяется на каждом этапе деформирования.
Обработка диаграмм пластичности (Колмогоров В.Л., Богатов А.А.) показала, что коэффициент может быть определен
,
где Е1, Е2, Е3 - коэффициенты, k- показатель напряженного состояния.
Проверка применимости критерия показала, что он может быть использован для решения практических задач обработки металлов давлением.
Учитывая, что плотность планарных дефектов при пластической деформации изменяется на несколько порядков, для прогнозирования уровня дефектности при проектировании процесса многопереходного волочения используем технологический критерий поврежденности
, . (6)
где - критическое значение D. Величина D определяется из (4). При заготовка не удовлетворяет требованиям к дефектности.
Анализ экспериментальных данных, полученных Колмогоровым В.Л. и Богатовым А.А. с сотрудниками, показал, что для разных металлов дефекты неустраняемые последующим отжигом образуются при =107 1010 м-3.
В третьей главе получены соотношения, позволяющие определить напряженно-деформированное состояние при волочении осесимметричных слоистых композиционных изделий
Для практического использования условия (2) и критериев (5) и (6) необходима информация о напряженно-деформированном состоянии заготовки.
Принимая, что металл заготовки жестко-пластический и используя кинематически возможное поле скоростей, построенное с использованием экспериментальных результатов Перлина И.Л. (рис.5), определим суммарную степень деформации частиц металла
, (7)
| Рис.5. Схема волочения заготовки
|
где - угол наклона линий тока; ; ; - угол трения; - коэффициент трения. При и , характерных для процесса волочения, степень деформации можно определить
. (8)
В практических расчетах среднюю степень деформации слоя ограниченного волокнами с координатами и () определить
. (9)
Анализ показывает, что формулы (8) и (9) соответствуют очагу деформации с плоскими границами.
Рис.6. Схема напряженного состояния элемента слоя заготовки |
В решении теоретических и практических задач пластического деформирования композиционных материалов существенные результаты получены Павловым И.М., Астровым Е.И., Аркулисом Г.Э., Тарнавским А.Л., Маковским В.А., Ейльманом Л.С., Ольшаком В., Рыхлевским Я., Урбановским В., Полухиным П.И., Колмогоровым В.Л., Поздеевым А.А., Няшиным Ю.И., Трусовым П.В., Кучеряевым Б.В., Залазинским А.Г., Стеблянко В.Л. и др.
Для определения напряжений в слоях композиционной заготовки примем ряд допущений, из которых главными являются следующие:
- металл идеальный жестко-пластический;
- касательные напряжения на границе слоев равны -, где - коэффициент трения на поверхности контакта волоки и заготовки; , где и - наружный радиус i Цго слоя и радиус заготовки в очаге деформации;
- условие пластичности имеет вид - , где и - продольные и нормальные напряжения в i-ом слое заготовки; - сопротивление деформированию металла i-го слоя заготовки.
- на границах слоев действуют нормальные напряжения
; | , |
где , , - нормальные напряжения в соседних слоях.
Дифференциальное уравнение равновесия элемента слоя (рис.6) имеет вид
, | (10) |
где ; ; - коэффициент пластической неоднородности; , - сопротивление деформации металла наружного и i-го слоя, соответственно; ; ; ; ; ; ; ; . | |
Определение продольных напряжений в слоях n-слойной композиционной заготовки сводится к решению системы n неоднородных дифференциальных уравнений первого порядка с переменными коэффициентами, полученных из уравнения (10). В частности, для биметаллической заготовки получено
для оболочки | для сердечника |
; | ; (11) |
; ;
; | ; |
; ; и - относительные напряжения противонатяжения. Нормальные напряжения определяются из условий пластичности.
Сравнение расчетных значений напряжения волочения с экспериментальными данными Аркулиса Г.Э., полученными при волочении биметаллического сталемедного прутка показало, что уравнения (10) и (11) могут быть использованы для решения практических задач волочения слоистых композиционных заготовок.
Для триметаллических заготовок из уравнения (10) с учетом граничных условий , , получено
; ; . | (12) |
Постоянные интегрирования определяются из решения системы уравнений
, |
где ,, - сопротивление деформации наружной оболочки, промежуточной оболочки и сердечника, соответственно; ; ; ; - радиус заготовки; - радиус промежуточной оболочки; - радиус сердечника; ; , где и - угол наклона границы между наружной и промежуточной оболочкой и сердечником, соответственно; ; ; (); ; ; ; L - длина очага деформации; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; |
Анализ результатов расчета продольных напряжений в слоях би- и триметаллической заготовки позволяет рекомендовать следующие меры, для снижения напряжений в слоях заготовок: уменьшение коэффициента трения ; увеличение угла ; уменьшение вытяжки .
В четвертой главе с использованием условия (1) и критерия (4) проведена оценка существующих маршрутов многопереходного волочения медной никелированной проволоки и композиционной заготовки для СМС на основе сплава NbTi. Рассмотрена возможность сокращения маршрутов волочения.
Медная никелированная проволока
По штатной технологии проволока протягивается за 10 переходов по маршруту: 0,260 - 0,246 - 0,227 - 0,210 - 0,194 - 0,179 - 0,165 - 0,150 - 0,140 - 0,129 - 0,120. Толщина никелевой оболочки на исходной заготовке равна 0,008 мм.
Результаты расчета (табл.1) показывают, что при волочении в режиме ГРТ (=0,05) для оболочки (индекс - 1) и сердечника (индекс - 2) ( м-3). Снижение дробности деформации, за счет уменьшения числа переходов, и реализации режима СРТ обеспечивает выполнение условия (4).
Таблица 1
Волочение проволоки в режиме ГРТ и СРТ ()
=0,05 | |||||||||||||||
Переход | , МПа | , МПа | , МПа | ||||||||||||
0,260-0,243 | 0,370 | 0,322 | 98,6 | 212,4 | 83,3 | 0,104 | 0,093 | ||||||||
0,243-0,227 | 0,742 | 0,645 | 137,5 | 291,8 | 116,8 | 0,210 | 0,191 | ||||||||
0,227-0,210 | 1,147 | 1,003 | 169,1 | 357,1 | 143,8 | 0,327 | 0,299 | ||||||||
0,210-0,194 | 1,557 | 1,365 | 185,6 | 390,9 | 158,1 | 0,446 | 0,411 | ||||||||
0,194-0,179 | 1,972 | 1,731 | 199,3 | 418,7 | 169,8 | 0,569 | 0,526 | ||||||||
0,179-0,165 | 2,389 | 2,101 | 211,0 | 442,4 | 179,9 | 0,695 | 0,644 | ||||||||
0,165-0,150 | 2,855 | 2,519 | 243,7 | 509,3 | 208,0 | 0,836 | 0,778 | ||||||||
0,150-0,140 | 3,230 | 2,846 | 205,0 | 428,7 | 174,9 | 0,952 | 0,887 | ||||||||
0,140-0,129 | 3,649 | 3,217 | 235,6 | 491,9 | 201,2 | 1,083 | 1,013 | ||||||||
0,129-0,120 | 4,035 | 3,555 | 223,3 | 466,2 | 190,7 | 1,208 | 1,130 | ||||||||
Переход | / | , МПа | , МПа | , МПа | / | ||||||||||
0,260-0,205 | 1,61 | 0,959/0,911 | 527,2 | 193,1 | 232,8 | 0,215 | 0,194 | 0,787/0,629 | |||||||
0,205-0,170 | 1,45 | 1,743/1,647 | 596,2 | 222,6 | 266,8 | 0,409 | 0,370 | 0,780/0,631 | |||||||
0,170-0,143 | 1,41 | 2,478/2,334 | 630,3 | 235,0 | 281,7 | 0,600 | 0,544 | 0,762/0,613 | |||||||
0,143-0,120 | 1,42 | 3,221/3,029 | 679,2 | 254,7 | 304,9 | 0,797 | 0,726 | 0,773/0,624 | |||||||
Композиционная заготовка для СМС на основе сплава NbTi ()
Оболочка заготовки выполняется из меди. Сердечник является двухкомпонентным композитом. Используя правило механического смешивания для процессов деформирования структурно-неоднородных сред (В. Фойгт, Э. Рейсс), определим пластические характеристики сердечника композиционной заготовки
,
где ; ; - коэффици-ент заполнения сечения сердечника компонентом 1 (сплав NbTi); ; ; ; ; ; F1 - площадь сечения компонента 1; F2 - площадь сечения компонента 2 (медь).
Волочение осуществляется по маршруту 68,0-61,5-56,0-51,0-46,0-42,0-38,0-34,5-31,5-28,5-26-23,5-21,5-19,5-17,7-16,0-14,5-13,1-11,9-10,8-10,8-9,9-9,1-8,5-8,0-7,3-6,6-6,0-5,3-4,9-4,5-4,1-3,8-3,5-3,2-2,95-2,7-2,5-2,3-2,1-1,95-1,8-1,65-1,5-1,4-1,3-1,2-1.12-1,04-0,96-0.89-0,82-0,76-0,7.
Расчет показывает, что при заданном уровне дефектности (м-3) для деформирования заготовки необходимо не менее 4 отжигов. Расчетные значения усилия волочения показывают, что оборудование между отжигами может быть однотипным, что позволяет скомплектовать парк волочильного оборудования.
Таблица 1
Волочения заготовок для СМС в режиме ГРТ и СРТ
Переход | / | /, МПа | , Т | |||||||||
1,3-1,2 | 1,174 | 0,531/0,427 | 81,7/88,7 | 0,010 | 0,0803 | 0,0662 | ||||||
1,2-1,12 | 1,148 | 1,024/0,816 | 102,5/111,3 | 0,011 | 0,1573 | 0,1274 | ||||||
1,12-1,04 | 1,160 | 1,535/1,223 | 125,0/135,2 | 0,012 | 0,2411 | 0,1939 | ||||||
1,04-0,96 | 1,174 | 2,066/1,650 | 147,2/158,9 | 0,012 | 0,3328 | 0,2667 | ||||||
0,96-0,89 | 1,164 | 2,583/2,062 | 155,4/167,6 | 0,011 | 0,4234 | 0,3374 | ||||||
0,89-0,82 | 1,178 | 3,121/2,496 | 176,3/189,9 | 0,010 | 0,5227 | 0,4149 | ||||||
0,82-0,76 | 1,164 | 3,638/2,909 | 179,1/192,7 | 0,009 | 0,6205 | 0,4885 | ||||||
0,76-0,70 | 1,179 | 4,177/3,344 | 199,5/214,5 | 0,008 | 0,7260 | 0,5695 | ||||||
Переход | / | /, МПа |
(расчет) | |||||||||
1,30-1,12 | 1,347 | 0,770/0,666 | 123,4/137,6 | 0,013 | 0,1346 | 0,1206 | ||||||
1,12-0,96 | 1,361 | 1,558/1,350 | 181,5/201,6 | 0,014 | 0,2910 | 0,2583 | ||||||
0,96-0,82 | 1,371 | 2,359/2,046 | 220,0/244,1 | 0,013 | 0,4626 | 0,4076 | ||||||
0,82-0,70 | 1,372 | 3,161/2,744 | 249,9/277,0 | 0,010 | 0,6456 | 0,5648 | ||||||
В таблице 1 приведены результаты расчета для финишных переходов. Увеличение вытяжки до 1,35-1,37 и реализация режима СРТ позволяют сократить число финишных переходов без увеличения дефектности заготовки. Расчеты показывают, что подобный результат может быть получен и при среднем волочении от диаметра 10,0 мм.
Анализ разных вариантов волочения показывает, что существует реальный резерв уменьшения необходимого числа переходов и промежуточных отжигов при заданных требованиях к дефектности компонентов заготовки за счет снижения дробности деформации и реализация улучшенных условий трения.
В пятой главе рассмотрены вопросы прочности и стойкости алмазных волок используемых на финишных переходах волочения и определяющих качество готового изделия.
Для определения напряженно-деформированного состояния алмазного волочильного инструмента использован решена осесиммтричная задача теории упругости с использованием метода конечных элементов.
Контактное давление определялось из условия пластичности
Температура на контакте волоки и заготовки определялась по методике, предложенной в работах Колмогорова В.Л. и Колмогорова Г.Л.:
,
где - температура проволоки на входе в очаг деформации, - деформационный разогрев поверхностных слоев проволоки, - разогрев поверхностных слоев проволоки за счет действия сил трения.
Рис.7. Распределение относительных эквивалентных напряжений по сечению кристалла алмаза: --------- (никель); -- -- -- -- (медь) |
Оценка прочности по критерию Мора показывает, что уровень относительных эквивалентных напряжений растет с повышением прочностных свойств заготовки и контактной температуры и в исследованном диапазоне контактных давлений и температур кристалл алмаза сохраняет высокую прочность (рис.7).
Анализ особенностей трения металлов по алмазу показал, что инициировать разрушение и износ калибрующей части канала алмазных волок могут температуры выше 1000 0С, при которых активируется процесс фазового перехода алмаза в графит.
Учитывая, что действительный контакт твердых тел является дискретным, был проведен расчет температур в точках фактического контакта (Крагельский И.В., Чичинадзе А.В.)
,
где - температура вспышки, обусловленная концентрацией тепловых потоков в вершине микронеровности.
Результаты расчета показывают, что в очаге деформации величина при =0,05 не пренвышает 1500С при волочении меди и 4000С при волочении никеля. С ростом до 0,2 величина достигает 1400 0С для никелевой проволоки и 1750 0С для молибденовой проволоки.
Из анализа полученных результатов следует, что снижения можно добиться за счет улучшения условий трения путем перехода от режима трения ГРТ к режиму СРТ или ГДРТ.
В шестой главе предложена методика расчета коэффициента трения при волочении в режиме СРТ, проведен анализ влияние охлаждения на нагнетающую способность напорных элементов волочильного инструмента, рассмотрены практические конструкции для реализации режимов трения СРТ или ГДРТ и опыт волочения тонких проволок с применением с использованием вязкой смазки и напорных элементов.
Оценка коэффициента трения с использованием понятия опорной кривой профиля поверхности и модели контакта шероховатой поверхности деформируемого металла с идеально гладкой поверхностью инструмента, показывает, что коэффициент трения в режиме СРТ можно определить по формуле
, (13)
где - коэффициент трения в режиме ГРТ; - толщина слоя смазки на входе в очаг деформации зависящая от геометрии канала волочильного инструмента и реологических свойств смазки; - высота микронеровностей поверхности заготовки.
Рис.8. Схема течения смазки в канале произвольной формы |
Решение уравнений стационарного осесимметричного течения вязкой несжимаемой жидкости в канале произвольной формы (рис.8) с учетом условия начала пластической деформации заготовки на входе в очаг деформации - , позволяет получить уравнения для вычисления при использовании сборного волочильного инструмента:
для смазок с постоянной вязкостью
; (14)
для смазок с вязкостью, зависящей от давления
, (15)
где ; ; ; (); ; ; , ; - длина напорной трубки; ; - внутренний радиус канала напорной трубки; - радиус заготовки на входе в очаг деформации.
Решение интегрального уравнения (15) можно получить, используя процедуру поиска минимума квадратичной функции ()
.
Интеграл в этом уравнении определяется численно. Аналогично получается решение уравнения (13).
Оценку эффективности мероприятий по улучшению условий трения проводим по показателю
, =01. (16)
Уравнение (16) совместно с (14) и (15) позволяет решить две задачи:
1. Определить геометрию канала сборного волочильного инструмента для обеспечения режима СРТ, когда ;
2. Оценить степень улучшения условий трения при заданных параметрах процесса волочения, характеристиках смазки и геометрических параметрах сборного волочильного инструмента.
При проектировании сборного волочильного инструмента необходимо учитывать диссипативный разогрев смазки в канале напорных элементов. Общее количество выделившегося тепла определяется ; - осевая составляющая скорости течения смазки.
| Рис.9. Расчетная схема двухслойного течения смазки в канале напорной трубки: 1 - входящий слой смазки; 2 - отходящий слой смазки; 3 - проволока |
Давление, развиваемое напорной трубкой равно (рис.9)
(17) |
где ; ; ; .
; , , , , , - температура, вязкость и расход входящего и возвратного потоков смазки.
При охлаждении напорной трубки радиус границы потоков изменяется так, чтобы выполнялось условие , и может быть определен из условия минимума энергии диссипации .
Расчеты показывают, что с повышение вязкости смазки в возвратном потоке, то есть при уменьшении отношения , давление, развиваемое трубкой-насадкой, возрастает. Следовательно, охлаждение напорных элементов является эффективной мерой повышения их напорных характеристик.
Практика волочения композиционной проволоки в режиме СРТ
Работа по оценке эффективности применения режима СРТ проводилась при волочении биметаллической медной никелированной проволоки по маршруту 0,26-0,227-0,210-0,194-0,165-0,150 и осуществлялась в несколько этапов:
- Волочение без напорных элементов для выявления эффективности замены граничной смазки на вязкую смазку.
- Волочение с использованием вязкой смазки и напорной волоки.
- Волочение с использованием вязкой смазки и напорных трубок-насадок.
Эффективность изменения режима трения определялась следующими критериями:
а). Возможностью изготовления единичного отрезка максимальной длины.
б). Скоростью выхода диаметра готовой проволоки из поля допуска (+0,008 мм).
в). Сплошностью и отслоением покрытия.
г). Уровнем пластических свойств готовой проволоки.
д). Дефектностью канала волок.
е). Величиной показателя .
Волочение в режиме ГРТ с использованием мыльной эмульсии
Более 10% образцов не выдерживали испытаний на отслоение и сплошность покрытия. Осмотр канала волок маршрута показал наличие заметного кольцевого износа и выкрашивание поверхности, ромбовидность огранки калибрующих отнверстий волок, вызванная анизотропией свойств кристалла природного алмаза.
Зависимость изменения диаметра выходной волоки от протянутой массы проволоки m выходной волоки имеет вид , мм.
Результаты механических испытаний образцов проволоки приведены на рисунке 10а.
а | б | в |
Рис. 10 Механическая прочность образцов: а - волочение на мыльной эмульсии; б - волочение на минеральном масле без напорных элементов; в - волочение с трубками-насадками | ||
| Рис. 11. Общий вид (а) и схема приспособления (б) для волочения: 1 - стакан; 2 - крышка; 3 - твердосплавный вкладыш; 4 - обойма; 5 - волока; 6 - прокладка; 7 - выходное отверстие; 8 - проволока; 9 - фланец; 10- крепежный винт; 11 - фланец волокодержателя; 12 - трубка подачи смазки; 13 - заправочная емкость; 14 - заглушка |
Волочение с использованием минерального масла И-20А
Использовалось приспособление, показанное на рисунке 11.
Все образцы выдержали испытание на сплошность и отслоение покрытия. Осмотр канала волок показал, что кольцевой износ волок существенно уменьшился. Профиль калибрующего отверстия имеет более округлый вид, что свидетельствует о снижении анизотропии коэффициента трения.
Зависимость имеет вид: , мм. Пластические свойства проволоки выше, чем при волочении в режиме ГРТ (рис.10б).
Оценка величины коэффициента трения
Оценка коэффициента трения проводилась для следующих условий смазки:
- Сухое трение: волочение без смазки.
- Смазка мыльной эмульсией.
- Смазка минеральным маслом.
Усилие волочения , необходимое для расчета , измерялось с помощью силоизмерителя, устанавливаемого на стенке штатного волокодержателя (рис.12).
| Рис.12. Общий вид и схема прибора: 1 - консоль; 2 -стрелочный индикатор; 3 - опорная чашка; 4 - шток; 5 - чашка; 6 - волока; 7 - пружина; 8 - ось; 9 - скоба; 10 - винты; 11 - волкодержатель |
Результаты расчета по формулам для напряжения волочения, полученным в главе 3, с учетом упрочнения металла и формы канала волоки, показывают, что при использовании минерального масла И-20А коэффициент трения имеет значение в 0,034, при волочении на мыльной эмульсии - 0,0680,087, а при сухом трении величина в момент обрыва проволоки достигала значений более 0,30,4.
Волочение с использованием напорных элементов
Для пондачи смазки были разработаны конструкции сборной волоки (рис.13) и волокодержателя, устанавливаемого на волочильную машину вместо штатного.
| Рис.13. Схема волочения и конструкция сборной волоки: 1- корпус; 2 - напорная волока; 3,4 - прокладки; 5 - крышка |
Все образцы выдержали испытание на сплошность и отслоение покрытия. Визуальный осмотр шлифы проволоки и канала волок показали, что износ волок в радиальном направлении более равномерный, а кольцевой износ отсутствует.
Зависимость имеет вид: , мм, то есть скорость износа уменьшилась в 3,45 раза по сравнению с волочением на эмульнсии.
Расчет показателя показал, что реализуется режим СРТ и коэффициент трения снижается на 10-50%, по сравнению с режимом ГРТ.
Волочение с напорными трубками
Для волочения была разработана конструкция напорных трубок и изготовлены напорные трубки с диаметром канала 0,5 мм, 0,3 мм, 0,2 мм, длиной 40 мм, 35 мм и 30 мм, соответственно (рис.14).
Рис. 14. Конструкция напорных трубок: а - 1 - корпус; 2 - твердосплавный вкладыш; 3 - капиллярная трубка; 4 Цуплотнение; б - 1- корпус; 2 - винт; 3 - прокладка; 4 - муфта |
Все образцы выдержали испытание на сплошность и отслоение покрытия.
Интенсивность износа на первом этапе и описывается зависимостью , мм, что ~50 раз меньше по сравнению с волочением на мыльной эмульсии. Однако опыт волочения с напорной трубкой показал, что необходима тщательная герметизация стыка между рабочей волокой и напорной трубкой при перезаправках машины.
Изучение шлифов проволоки свидетельствуют о равномерном износе волок в радиальном направлении. Пластические свойства проволоки выше, чем при волочении на мыльной эмульсии и волочении на минеральном масле через одинарную волоку (рис.10в).
Расчет показал, что реализуется режим СРТ, а на последнем переходе при использовании напорной трубки с диаметром канала 0,2 мм реализуется режим трения близкий к ГДРТ.
Заключение
Совокупность положений, вынесенных на защиту, и результатов, полученных в диссертационной работе, позволяют квалифицировать их как научно обоснованные технические и технологические решения, вносящие значительный вклад в экономику страны, заключающиеся в совершенствовании технологии волочения длинномерных осесимметричных композиционных электропроводников.
Исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, позволили получить следующие результаты и выводы:
1. Для проектирования маршрута многопереходного волочения длинномерных осесимметричных композиционных (слоистых) заготовок предложен критериальный подход, позволяющий управлять уровнем дефектности и исключающий разрушение деформируемых изделий. Анализ существующих критериев разрушения и поврежденности позволил сформулировать требования к упруго и пластически деформируемому тела, основным из которых является возможность их определения путем использования стандартных механических характеристик и .
Критериальный подход базируется на условии (критерии) безобрывности переднего конца заготовки и технологическом критерии поврежденности, учитывающих влияние напряженного состояния заготовки в канале волоки очаге и на выходе из него и изменение пластических и прочностных свойств металла заготовки при пластической деформации.
2. Для получения определяющих соотношений условия безобрывности, в отличие от традиционных условий, основанных на понятии коэффициента запаса, определяемого опытным путем, использованы положения линейной механики разрушения и энергетический эквивалент силового критерия трещиностойкости , учитывающий изменение структурного и энергетического состояния металла при пластической деформации. Величина определяется с помощью стандартных механических характеристик прочности и пластичности - и . Упрочнение металла при пластической деформации ведет к уменьшению и снижению трещиностойкости металла.
При проектировании маршрута волочения слоистой композиционной заготовки условие безобрывности позволяет определить функцию параметров процесса волочения для слоя, определяющего важнейшие эксплуатационные характеристики готового изделия, и назначить технологические или конструктивные мероприятия для исключения разрушения этого слоя или заготовки в целом.
3. Для исключения возможности образования макротрещины при пластической деформации получен критерий разрушения , а для прогнозирования уровня дефектности металла - технологический критерий поврежденности , которые зависят от величины скалярной плотности D планарных дефектов (микротрещин).
Для определения текущего значения D использовано кинетическое уравнение нелинейной динамики. В отличие от кинетических уравнений, применяемых ранее для построения моделей накопления поврежденности, левая и правая части данного уравнения взаимозависимы и правая часть имеет вид степенной функции, что позволяет описать автомодельность и нелинейный характер процесса накопления планарных дефектов при пластической деформации. Решение кинетического уравнения показывает, что величина D зависит от параметров кривой упрочнения металла и показателя напряженного состояния k.
Проверка с использованием экспериментальных диаграмм пластичности показала возможность практического применения критерия для проектирования процессов обработки металлов давлением.
Применение технологического критерия поврежденности при проектировании маршрута волочения позволяет исключить образование дефектов структуры, неустраняемых последующими отжигами. Величина зависит от отношения текущего D и критического Dcr значений плотности планарных дефектов. Расчеты показали, что величина Dcr находится в диапазоне 107109 м-3 и зависит от пластических свойств металла.
4. Разработана математическая модель процесса волочения слоистой композиционной заготовки с произвольным числом слоев.
Деформированное состояние заготовки определялось в предположении об отсутствии относительного скольжения слоев с использованием условия несжимаемости и кинематически возможного поля скоростей, определенного для очага деформации ограниченного сферическими границами, кривизна которых определяется геометрией канала волоки и величиной коэффициента трения. Из полученных соотношений следует, что степень деформации частиц металла возрастает с увеличением угла наклона образующей , коэффициента трения и расстояния от оси заготовки. Анализ результатов расчета показал возможность применения гипотезы о плоских границах очага деформации, позволил упростить определяющие соотношения и получить формулы для определения средней степени деформации каждого слоя
Определение напряжений в слоях n-слойной композиционной заготовки сводится к решению системы n неоднородных дифференциальных уравнений первого порядка с переменными коэффициентами, полученных из дифференциального уравнения равновесия элемента произвольного слоя заготовки. Получены соотношения для определения напряжений для частных случаев - волочения би- и триметаллической заготовки.
Анализ результатов расчета показал, что величина напряжений в слоях заготовки существенно и неоднозначно зависит от геометрии очага деформации, условий трения и конструкции заготовки, в частности, от соотношения пластических характеристик металла слоёв и их толщины. Для снижения продольных напряжений в слоях заготовок можно рекомендовать следующие меры: уменьшение , увеличение угла , уменьшение вытяжки .
5. Проведена оценка прочности кристалла алмаза с использованием метода конечных элементов получено решение осесимметричной задачи теории упругости в предположении изотропии свойств кристалла алмаза с учетом влияния контактных напряжений и температур на прочность поверхностных слоев кристалла алмаза. Результатов расчета по критерию прочности Мора показали, что в практическом интервале контактных напряжений и температур (tк=150600 0С, рк=400900 МПа) кристалл алмаза сохраняет высокую прочность.
Из анализ особенностей взаимодействия пары трения металл-алмаз следует, что разрушение и износ алмаза могут быть обусловлены процессом графитизации алмаза, который активируется при температурах выше 900 0С в присутствии карбидообразующих металлов (Ni, Fe, Cr и др.).
Расчет контактных температур с учетом дискретности реального контакта показал, что при волочении пластичных металлов (медь) температура в точках фактического контакта tф не превышает 300 0С, а при волочении труднодеформируемых цветных металлов (никель, молибден) - tф = 14002000 0С.
Уменьшению величины tф способствует снижение коэффициента трения за счёт перехода от граничного режима трения к смешанному или гидродинамическому.
6. Получено и теоретически обосновано соотношение для определения величины коэффициента трения при смешанном режиме трения и предложен показатель, позволяющий оценить эффективность мероприятий по улучшению условий трения. Определено, что при волочении в режиме СРТ коэффициент трения зависит от напорных характеристик волочильного инструмента, которые могут быть определены из решения интегральных уравнений, описывающих осесимметричное течение вязкой несжимаемой смазки с постоянной и переменной вязкостью в канале напорных элементов и рабочих волок. Анализ решений интегральных уравнений показал, что уменьшение зазора между поверхностями заготовки и канала напорного элемента, увеличение длины напорных элементов и вязкости смазки способствует снижению коэффициента трения.
7. Предложены практические конструкции сборного волочильного инструмента, позволяющие реализовать режим СРТ при тонком волочении. Практические результаты волочения биметаллической медной никелированной проволоки в условиях цеха спецпроводов ОАО Камкабель показали, что использование напорных элементов совместно с вязкими жидкими смазками (минеральное масло) позволяет увеличить стойкость алмазного волочильного инструмента и уменьшить расход алмазных волок маршрута в 3,69 раза, а выходных волок в 8-10 раз, полностью исключить обрывность проволоки и разрушение защитной оболочки. Экспериментальная оценка значения коэффициента трения показала, что замена граничной смазки (мыльная эмульсия) на минеральное масло позволяет снизить коэффицент трения в 152 раза и реализовать режим СРТ.
Основные результаты работы получены в рамках договорных работ с ОАО Камкабель (г. Пермь), ОАО Чепецкий механический завод (г. Глазов) и ФГУП ВНИИНМ им. акад. А.А. Бочвара (г. Москва) и использованы для совершенствования и проектирования технологии многократного волочения слоистых осесимметричных композиционных электропроводников. При непосредственном участии автора разработаны практические конструкции устройств для тонкого волочения, новизна технических решений которых защищена 4 авторскими свидетельствами. Практическая значимость разработок подтверждена двумя серебряными медалями и дипломами 51-й Всемирной выставки изобретений, научных исследований и промышленных инноваций Эврика 2002 (Брюссель, 17.11.2002) и дипломом Урало-Сибирской научно-промышленной выставки (Екатеринбург, 18-25.06.2003).
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Напряженно-деформированное состояние алмазного волочильного инструмента/ Трофимов В.Н., Мельникова Т.Е., Конников Г.Г.// Современные вопросы динамики и прочности машин: Материалы науч.-техн. конференции - Пермь, 1986. - С.12.
2. Напряженно-деформированное состояние алмазного волочильного инструмента /Трофимов В.Н., Мельникова Т.Е., Конников Г.Г.// Современные вопросы динамики и прочности машин: Материалы науч.-техн. конференции - Пермь, 1986. - С.12.
3. Вопросы прочности твердосплавного волочильного инструмента/ Мельникова Т.Е., Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Конников Г.Г// Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением: Материалы научно-технической конференции - Пермь, 1987. - С.13.
4. Вопросы повышения стойкости алмазного волочильного инструмента при волочении медноникелевой проволоки /Трофимов В.Н., Мельникова Т.Е., Конников Г.Г.// Совершенствование технологических процессов кабельного производства: Материалы научно-технической конференции - Пермь: 1988. - С.26-27.
5. Вопросы прочности твердосплавного волочильного инструмента/ Трофимов В.Н., Мельникова Т.Е., Конников Г.Г// Материалы межвуз. конф. Прочностные и ди-намические характеристики машин и конструкций - Пермь, ППИ: 1988. - С.48-49.
6. Влияние высокого давления на напряженное состояние алмазных волок / Мельникова Т.Е., Трофимов В.Н.//Получение и обработка материалов высоким давлением: Материалы V Всесоюзной конференции - Минск: 1987. - С.89.
7. Гальваноспособ получения слоистых металлов / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г.// Новые технологии производства слоистых металлов, перспективы расширения их ассортимента и применения: Материалы научно-технического семинара - Магнитогорск: 1989.Ц С.15.
8. Совершенствование технологии волочения тонкой медной проволоки с никелевой оболочкой / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г.// Технология и оборудование технологического производства: Материалы республ. семинара - Алма-Ата: 1989. - С.18.
9. Износостойкость алмазного волочильного инструмента при волочении медноникелевой проволоки / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г. // Трение и износ, №4, 1989. - С. 599-604.
10. Пластогидродинамический эффект антифрикционного покрытия при волочении / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г.// Известия вузов. Черная металлургия, №12, 1986. - С.62-64.
11. Формирование смазочного слоя для волочения при наличии подсмазочного покрытия / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г.// Известия вузов. Черная металлургия, №12, 1985. - С. 57-59.
12. Теплофизика волочения биметаллической заготовки / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г.//Теплофизика обработки металлов давлением: Материалы VII Всесоюзной конференции - Тольятти: 1988. - С.67.
13. Индуктивный датчик для замера усилия при испытании материалов / Трофимов В.Н., Конников Г.Г.// Материалы межвуз. сб. Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций.Ц Пермь, ППИ: 1986. - С.31.
14. Повышение стойкости алмазного волочильного инструмента при волочении медной никелированной проволоки / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Онискив Л.М. // Отчет о НИР (№ госрегистрации 01860076383) - Пермь, ППИ: 1987. - 53 с.
15. Совершенствование технологии волочения тонких проволок / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Конников Г.Г. // Материалы НТК Эффективные технологические смазки, улучшающие качество изделий при волочении - Киев, 1990: - С.5.
16. Стойкость алмазного волочильного инструмента и качество медной никелированной проволоки / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Мельникова Т.Е. // Материалы НТК Прогнозирование и управление качеством металлоизделий, получаемых обработкой давлением - Абакан, 1988: - С.12.
17. Совершенствование технологии волочения медной никелированной проволоки / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Сапрыкина И.С., Баглай А.Н., Симонова Е.И. // Цветные металлы, №1, 1991. - С.51-52.
18. Энергия остаточных напряжений при пластическом деформировании волочением / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Курапова Н.А.// Материалы XII Зимняя школа по механике сплошных сред.- Пермь, ИМСС УрО РАН: 1999.- С.185.
19. Определение энергии остаточных напряжений при получении изделий холодным волочением / Трофимов В.Н. , Колмогоров Г.Л., Курапова Н.А.// Известия вузов. Черная металлургия, №7, 1999: - С.30-33.
20. Трофимов В.Н. О величине скрытой энергии при холодной пластической деформации // Вестник ПГТУ. Динамика и прочность машин. - Пермь, №1, 2000: - С.105-114.
21. Трофимов В.Н. Энергетический критерий разрушения при холодной пластичес-кой деформации / Сб. трудов VI Междунар. конф. Комплексное обеспечение качества транспортных и технологических машин - Пенза, 2000: - С.189-190.
22. Определение скрытой энергии в процессах холодной пластической деформации / Трофимов В.Н., Коновалов Г.Н., Чувашов В.Н., Горбушин М.В.// Материалы междунар. научно-техн. конф. Информационные технологии в инновационных проектах - Ижевск, ИжГТУ, 2000:- С.93-94.
23. О величине остаточных напряжений при холодном волочении /Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л.// Известия вузов. Черная металлургия., №1, 2001: - С. 21-24.
24. Технологическое обеспечение качества защитного покрытия жаростойких проводов / Трофимов В.Н., Коновалов Г.Н., Филиппов В.Б., Колмогоров Г.Л. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении -Пенза, 2001:- С.28.
25. Определение остаточных макронапряжений после холодной пластической деформации / Трофимов В.Н., Филиппов В.Б., Колмогоров Г.Л. // Материалы Междунар. научно-техн. конференции Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин - Пенза, 2001: - С. 20.
26. Трофимов В.Н. Определение остаточных макронапряжений после холодной пластической деформации / Материалы VIII Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике -Пермь, 2001:- С.564.
27. Волочение в режиме гидродинамического трения - технология ХХI века / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Малинина Т.С., Ковалев А.Е. // Метизное производство в XXI веке (теория и практика) - Межвуз. сб. научн. трудов. Магнитогорск, МГТУ, 2001: - С.60-67.
28. Использование механических характеристик прочности для сравнительной оцен-ки технологических свойств / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Филиппов В.Б. // Сб. трудов науч.-техн. конф. посв. 50-ти летию ИжГТУ - Ижевск, ИжГТУ, 2002: - С. 317-327.
29. Трофимов В.Н. О возможности использования механических характеристик прочности материала для оценки разрушения // Известия вузов. Черная металлургия - №5, 2002: - С. 24-28.
30. Температурный режим при волочении проволоки из сплавов на основе циркония / Трофимов В.Н., Филиппов В.Б. // Сб. трудов научно-практ. конф. Научно-технические и социально-экономические проблемы регионального развития - Глазов, 2002: - С.59-64.
31. Использование механических характеристик прочности для сравнительной оцен-ки технологических свойств металлов / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Филиппов В.Б. // Вестник ПГТУ. Динамика и прочность машин - Пермь, №4, 2003: - С.21-27.
32. Особенности технологии производства сверхпроводниковых материалов / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Филиппов В.Б., Постнова Ю.С. // Материалы 7-й Всероссийской научно-техн. конф. Аэрокосмическая техника и высокие технологии - Пермь, 2004: - с.64.
33. Степень деформации при волочении композитной заготовки / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Филиппов В.Б., Кузнецова Е.В. // Известия вузов. Цветная металлургия. - №5, 2004: - С.39-42.
34. Определение долевых напряжений при волочении биметаллической заготовки / Трофимов В.Н., Филиппов В.Б. // Сб. трудов Междунар. форума Информационные технологии в инновационных проектах, Ижевск, ИжГТУ, 2004.- С.93-94.
35. Основы технологии производства сверхпроводниковых материалов волочением / Колмогоров Г.Л., Трофимов В.Н., Филиппов В.Б. //Межвуз. междунар. сб. науч. тру-дов Обработка сплошных и слоистых материалов - Магнитогорск, 2004: - С.13-18.
36. Проектирование маршрута волочения структурно-неоднородных заготовок для сверхпроводников / Трофимов В.Н., Филиппов В.Б. // Мателиалы XIV Зимней школы по механике сплошных сред- Пермь. ИМСС УрО РАН, 2005:- С.292.
37. Трофимов В.Н. Использование стандартных характеристик прочности и пластичности для оценки вероятностиаразрушенияаэлементов ответственных конструкций// Материалы XVII Российской научно-техн. конф. Неразрушающий контроль и диагностика - Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2005.
38. Инженерная методика расчета маршрута волочения структурно-неоднородных заготовок без разрушения / Трофимов В.Н., Филиппов В. Б. // Материалы XVII Российской научно-технической конференции Неразрушающий контроль и диагностика - Екатеринбург: ИМАШ УрО РАН, 2005.
39. Трофимов В.Н. Ресурс пластичности при производстве калиброванных изделий для энергетического машиностроения // Сб. трудов НТК Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении - Ижевск, ИжГТУ, 2005.
40. Трофимов В.Н. Определение долевых напряжений при волочении биметалл-лической заготовки // Известия вузов. Черная металлургия. - №5, 2006:Ц С.23-26.
41. Модель накопления поврежденности при пластической деформации / Трофимов В.Н. // Материалы III Российской научно-техн. конф. Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций - Екатеринбург, ИМАШ УрО РАН, 2007.
42. Определение долевых напряжений при волочении осесимметричных композиционных заготовок / Трофимов В.Н. // Материалы III Российской научно-техн. конф. Разрушение, контроль и диагностика материалов и конструкций - Екатеринбург, ИМАШ УрО РАН, 2007.
43. Трофимов В.Н. Модель накопления поврежденности при пластической деформации // Вестник МГТУ - Магнитогорск, №1, 2007. - С.47-50.
44. А.с. №1201013 СССР, МКИ В21С3/14. Способ волочения в режиме гидродинамического трения / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Конников Г.Г.
45. А.с. №1447464 СССР, МКИ В21С3/14. Способ волочения металлов в режиме гидродинамического трения / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Конников Г.Г.
46. А.с. № 1565559 СССР, МКИ В21С3/14. Инструмент для волочения в режиме гидродинамического трения / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Конников Г.Г.
47. А.с. № 1475753 СССР, МКИ213/14. Способ волочения металла / Трофимов В.Н., Колмогоров Г.Л., Конников Г.Г.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям