Разработка и исследование процесса производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Чиченев, Алексей Николаевич

• Чиченев, Алексей Николаевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чиченев, Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Виды проволочных биметаллов и области их применения

1.2. Основные теории получения многослойных металлических материалов

1.3. Способы получения проволочных биметаллов

1.4. Оборудование для производства проволочных композиционных металлических материалов

1.5. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

БИМЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОЛОКИ С СЕРДЕЧНИКОМ ИЗ ФЕРРОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА И МЕДНОЙ ПЛАКИРОВКОЙ

2.1. Анализ информационных исследований и выбор способа производства

2.2. Разработка технологии получения прецизионной ферроникелевой проволоки с медной оболочкой

2.3. Проектирование технологической линии для непрерывного производства биметаллической проволоки на основе объектно-ориентированного подхода

2.3.1. Разработка функциональной схемы линии

2.3.2. Разработка объектно-ориентированной модели

2.3.3. Разработка технологической схемы линии и выбор состава оборудования с применением баз данных

2.4. Выводы по главе

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СОЕДИНЕНИЯ ФЕРРОНИКЕЛЕВОГО СЕРДЕЧНИКА С МЕДНОЙ ОБОЛОЧКОЙ

1. Технология соединения составляющих биметаллической проволоки «ферроникель - медь»

2. Математическое моделирование процесса ввода сердечника в высоковакуумную рабочую камеру

3.2.1. Принципы построения математической модели

3.2.2. Модель контактного взаимодействия сердечника и волоки

3.2.3. Модель натекания воздуха в вакуумную камеру через волочильные блоки

3.2.4. Исследование и оптимизация процесса ввода сердечника в высоковакуумную рабочую камеру

3. Проектирование модуля соединения составляющих биметаллической проволоки на основе объектно-ориентированного подхода

3.3.1. Разработка функциональной схемы работы модуля

3.3.2. Объектно-ориентированная модель модуля

3.3.3. Конструкция модуля деформирования и сварки

4. Выводы по главе

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ ФЕРРОНИКЕЛЕВОЙ ПРОВОЛОКИ С МЕДНОЙ ПЛАКИРОВКОЙ 1. Принципы построения математической модели волочения биметаллической проволоки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование процесса производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой»

Многие отрасли современной техники, связанные с наукоемкими технологиями, требуют для решения своих проблем особых свойств материалов, которые могут быть получены на основе конструирования композитных соединений из металлов с совершенно разными физическими и химическими характеристиками.

Широкое применение при создании приборов электронной техники нашли многослойные проволочные материалы с сердечником из ферроникелевых сплавов (ковара, фени, пермаллоя и др.) с медными покрытиями. Для герметичных (вакуумных) вводов через стеклянные оболочки светильных, электровакуумных и полупроводниковых приборов используют биметаллическую проволоку с сердечником из сплава фени и оболочкой из меди (платинит). Композицию «пермаллой - медь» используют в качестве малогабаритных («микронных») сердечников в переключающих устройствах.

Современное производство прецизионной металлопродукции должно быть оснащено технологическим оборудованием, соответствующим мировому уровню техники. Наличие такого оборудования позволяет создавать эффективные технологии производства высококачественных материалов. Выбранные для исследования композиции имеют в своем составе металлы с низкой упругостью диссоциации оксидов: N¡, Си и др. Поэтому композиционные материалы с составляющими из таких металлов или их сплавов требуют применения специального технологического оборудования и среды контролируемого состава.

Анализ известных технологий производства проволочных биметаллов показал, что для рассматриваемых в работе материалов они не обеспечивают высокого качества соединения составляющих, точности геометрических размеров и требуемых служебных характеристик, связанных со спецификой их применения.

Поэтому разработка процесса производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой является актуальной задачей, которая имеет важное народнохозяйственное значение и вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса. 6

Цель работы - исследование процесса получения биметаллической проволоки и на этой основе разработка технологии непрерывного производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой и рекомендаций по созданию и совершенствованию конструкций оборудования.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:

• проанализировать и систематизировать современные технологии и оборудование для производства композиционных металлических материалов, обобщить опыт работы ведущих проектно-конструкторских и научно-исследовательских организаций по созданию процессов и машин для обработки давлением биметаллических проволочных материалов;

• разработать принципы построения технологии производства прецизионных проволочных материалов с сердечником из ферроникелевого сплава и плакировкой из меди;

• на основе объектно-ориентированного подхода разработать непрерывные технологические линии для производства проволочных биметаллов с использованием научного конструирования и баз данных;

• математическим моделированием исследовать процесс получения биметаллической проволоки и определить влияние технологических факторов на качество готовой продукции;

• провести опытно-промышленные испытания разработанных технологических режимов и оборудования непрерывных линий.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые для создания процесса производства многослойных проволочных материалов использован объектно-ориентированный подход, объединяющий в единое целое технологию, функциональную схему работы, объектно-ориентированную модель и состав оборудования.

2. Разработана математическая модель контактного взаимодействия сердечника и волоки, основанная на совместном использовании теории волочения и закономерностей контактного трения; установлена зависимость величины зазора, определяющего натекание воздуха, от параметров шероховатости поверхностей и режимов волочения.

3. Создана вакуумная математическая модель процесса ввода сердечника в рабочую камеру, что позволило установить режимы течения 7 воздуха в волочильных блоках и получить формулы для расчета вакуумной проводимости. Установлен логарифмический закон изменения давлений в соседних вакуумных камерах, определено количество камер и число волок в каждом герметизирующем блоке.

4. Разработана математическая модель узла вывода биметаллической проволоки из рабочей вакуумной камеры, выполненного в виде совокупности последовательно расположенных волок; выведены уравнения для определения напряжений волочения, в которых величина противонатяжения задается в долях условного предела текучести.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

1. На основе разработанной технологии, функциональной схемы работы и объектно-ориентированной модели предложена технологическая схема и определен состав оборудования линии для производства ферроникелевой проволоки с медной оболочкой с применением баз данных и научного конструирования модулей.

2. Разработана технология герметичного соединения биметалла "фени -медь" в вакууме 10"2.10"4 Па путем трубоформовки ленты в калибрующих роликах с электронно-лучевой сваркой её продольных кромок и последующим деформированием биметаллической заготовки в волочильном блоке с обжатием до 8%.

3. Лабораторные и опытно-промышленные исследования показали, что созданная технологическая линия для производства биметалла "фени - медь" обеспечивает получение прецизионной прямоугольной проволоки с высоким качеством соединения составляющих и равномерным распределением медного слоя по периметру сердечника; даны рекомендации по выбору технологических параметров.

4. Результаты исследований использованы при модернизации стана МАМП, разработке плющильного стана конструкции ОКБМ и создании промышленного образца модуля деформирования и сварки.

5. Испытания полученных биметаллов показали, что при производстве изделий электронной техники брак по вакуумной плотности снизился в 2.3 раза, выход годного повысился на 20.40%, срок службы изделий увеличился более чем в 2 раза. 8

Данная диссертация является составной частью комплекса научно-исследовательских работ, выполненных в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) на кафедре «Машины и агрегаты металлургических предприятий» (МАМП) в соответствии с планами госбюжетных работ единого заказ-наряда и по конкурсу грантов в области фундаментальных проблем металлургии и машиностроения.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научном семинаре кафедры МАМП МИСИС (г. Москва, май 2000, ноябрь 1998), международной конференции «ИНФОТЕХ-99. Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (г. Череповец, май 1999), международной научно-технической конференции «Вопросы проектирования и эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве» (г. Старый Оскол, сентябрь 1999), международном конгрессе прокатчиков (г. Липецк, октябрь 1999).

По теме диссертации опубликовано 12 статей. 9

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Чиченев, Алексей Николаевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Создана методология расчета и проектирования процессов и оборудования для производства прецизионных проволочных биметаллических материалов, которые базируются на объектно-ориентированном подходе.

2. Разработана математическая модель процесса ввода сердечника в рабочую вакуумную камеру, основанная на совместном использовании теории волочения, закономерностей контактного взаимодействия и вакуумной техники. В результате имитационного моделирования установлено количество вакуумных камер, оптимизировано распределение в них давлений и определено количество фильер в каждом герметизирующем блоке.

3. Предложена математическая модель процесса волочения биметаллической проволоки, которая использована для исследования и оптимизации процесса вывода ферроникелевой проволоки с медной оболочкой из рабочей вакуумной камеры; выведены уравнения для определения напряжений волочения, в которых величина противонатяжения задается в долях напряжения условного предела текучести.

4. Применение имитационного моделирования позволило из множества вариантов конструктивного исполнения волочильного блока выбрать оптимальный - с тремя фильерами, принятый при научном конструировании узла вывода биметаллической проволоки из рабочей вакуумной камеры. Установлены зависимости максимального усилия волочения и усилия, действующего на каждую волоку, от числа проходов. Проведена оптимизация распределения вытяжек по проходам из условия равенства усилий, действующих на каждую из трех волок.

5. На основе разработанных функциональных схем работы и объектно-ориентированных моделей разработаны технологические схемы и определен состав оборудования линий для непрерывного получения круглой "ферроникель -медь" проволоки с применением баз данных и научного конструирования.

6. Испытания полученных биметаллов показали, что при производстве изделий электронной техники брак по вакуумной плотности снизился в 2.3 раза, выход годного повысился на 20.40%, срок службы изделий увеличился более чем в 2 раза.

132

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чиченев, Алексей Николаевич, 2000 год

1. Биметаллический прокат / Засуха П.Ф., Коршеков В.Д., Бухвалов О.Б. и др. -М.: Металлургия, 1970.-263 с.

2. Биметаллы / Дмитров Л.Н., Кузнецов Е.В., Кобелев А.Г. и др. Пермь: ПКИ, 1991.-415 с.

3. Вакуумная техника. Справочник. / Под ред. Е.С. Фролова и В.Е. Минайчева. -М: Машиностроение, 1992.-480 с.

4. Вакуумные прокатные станы / Крупин A.B., Линецкий Б.Л., Зарапин Ю.Л. и др. -М.: Машиностроение, 1973. 232 с.

5. Голованенко A.C. Сварка прокаткой биметаллов. М.: Металлургия, 1977. -158 с.

6. Зарапин А.Ю., Станишевский С.Э., Чиченев А.Н. Линия для непрерывного получения полос с газотермическим покрытием из никелевых сплавов // Тяжелое машиностроение. 1999. №6. С. 16-20

7. Зарапин А.Ю., Станишевский С.Э., Чиченев А.Н. Методика расчета вакуумной системы технологического оборудования. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1999. №1. С.68-69.

8. Зарапин А.Ю., Станишевский С.Э., Чиченев А.Н. Проектирование низковакуумной защитной камеры для производства композиционных материалов//Сталь. 1999. №4. С.60-64

9. Зарапин А.Ю., Чиченев АН. Математическая модель вакуумного ввода сердечника проволочного биметалла в рабочую камеру // Производство проката. 1999. №8. С.20-25.

10. Зарапин А.Ю., Чиченев А.Н. Моделирование процесса волочения биметаллической проволоки // Производство проката. 1999. №12. С.37-40

11. Зарапин А.Ю., Чиченев А.Н. Модель ввода непрерывно движущейся проволочной заготовки в вакуумную камеру // Черные металлы. 1999. №5. С.12-15.

12. Когос A.M. Механическое оборудование волочильных и лентопрокатных цехов- М.: Металлургия, 1980.- 310 с

13. Колмогоров Г.Л., Орлов С.И., Шевляков В.Ю. Инструмент для волочения М.: Металлургия, 1992. -144 с.

14. Король В.К., Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия, 1970. - 237 с.

15. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.134

16. Крупин A.B. Прокатка металлов в вакууме. М.: Металлургия, 1974. - 248 с.

17. Кузнецов Е.В. Основные направления развития технологии производства биметаллов / В кн. "Теория и технология процессов пластической деформации". -М.: МИСИС, 1997. С.111-118.

18. Кузнецов Е.В., Кобелев А.Г. Биметаллы: современные технологии и применение / "Пластическая деформация сталей и сплавов". М.: МИСИС, 1996. С.296-302.

19. Кузнецов С.А., Гарбер Э.А, Семенов С.Ю. Моделирование процесса волочения проволоки в поточной линии с механическим удалением окалины / В кн. «Прогрессивные процессы и оборудование металлургического производства». Череповец, ЧГУ, 1998. С. 116-120.

20. Кутуладзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

21. Маковский В.А., Ейльман Л.С. Биметаллические прутки. М.: Металлургия, 1970.-180 с.

22. Машины и агрегаты для обработки цветных металлов и сплавов: Учебное пособие для вузов / Паршин B.C., Костров В.П., Сомов Б.С. и др. М.: Металлургия, 1988. - 400 с.

23. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Том 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката: Учебник для вузов / Целиков

24. A.И., Полухин П.И., Гребеник В.М. и др. М.: Металлургия, 1988. - 680 с.

25. Металлы и сплавы для электровакуумных приборов / Гладков A.C., Амосов

26. B.М., Копецкий Ч.В. и др. М.: Энергия, 1969. - 448 с.

27. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. В 3-х ч. Ч.З. Механическое оборудование цехов по обработке цветных металлов: Учебник для вузов / Королев A.A., Навроцкий А.Г., Вердеревский В.А. и др. М.: Металлургия, 1989. -624 с.

28. Никитина Л.А. Состояние и перспективы развития производства многослойной и биметаллической металлопродукции // Металлург. 1998. №8.1. C.38-40.

29. Пасечник Н.В. Расчет электроконтактного нагрева широкой полосы при ее движении через токоподводящую кпеть// Тяжелое машиностроение. 1998. №5-6. С. 16-21.135

30. Пасечник Н.В., Зарапин А.Ю., Чиченев H.A. Прокатное оборудование нового поколения для производства прецизионных полос из трудно деформируемых материалов// Сталь. 1999. №2. С.58-64.

31. Пасечник Н.В., Зарапин Ю.Л., Чиченев H.A. Производство прецизионной ленты из труднодеформируемых металлов электропластической деформацией: Учебное пособие для вузов М.: Металлургия, 1997 - 251 с

32. Перлин И.Л., ЕрманокМ.З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971.-448с

33. Пипко А.И., Плисковский В.Я. Основы вакуумной техники. М.: Энергоиздат, 1992. -336 с.

34. Повышение качества поверхности и плакирование металлов: Справочник. Пер. с нем. / Под ред. Кнаушера А. М.: Металлургия, 1984. - 368 с.

35. Розанов Л.Н. Вакуумная техника. М., Высшая школа, 1990. -320 с.

36. Рымов В.А., Полухин П.И.,Потапов И.Н. Совершенствование производства сварных труб. М.: Металлургия, 1983. - 312 с.

37. Слоистые металлические композиции / Потапов И.Н., Лебедев В.Н., Кобелев А.Г. и др. М.: Металлургия, 1986. - 217 с.

38. Технология и оборудование для обработки тугоплавких металлов и сплавов: Учебное пособие для вузов / Коликов А.П., Полухин П.И., Крупин A.B. и др. -М.: Металлургия, 1982. 328 с.

39. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов: Учебник для вузов / Зиновьев A.B., Колпашников А.И., Полухин П.И. и др. М.: Металлургия, 1992. - 512 с.

40. Третьяков A.B., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

41. Физические величины: Справочник. / Под ред. Григорьева С.И. и Мейлихова Е.З. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

42. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Справочник. / Под ред. Неймарка Б.Е. М.: Знергоиздат, 1967. - 240 с.

43. Хензель А., Шпитель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справочник./ Пер. с нем. М.: Металлургия. 1982.-360 с.

44. Черепнин Н.В. Основы очистки обезгаживания и откачки в вакуумной технике -М.: Советское радио, 1967. -408 с.136

45. Чернышев В.Н., Линецкий Б.Л., Крупин A.B. Обработка металлов давлением в контролируемых средах: Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1993.-272 с.

46. Чиченев А.Н., Зарапин А.Ю. Имитационное моделирование процесса волочения платинитовой проволоки // Черная металлургия: Бюл. института «Черметинформация»,-М.: 1999. №9-10. С.60-63.

47. Чиченев А.Н., Зарапин А.Ю. Модель ввода сердечника в вакуумную камеру при производстве проволочной биметаллической заготовки // Черная металлургия: Бюллетень института "Черметинформация". М.: 1999. №7-8. С. 47-50

48. Чиченев H.A. Автоматизация экспериментальных исследований / Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1983. - 256 с.

49. Чиченев H.A., Кудрин А.Б., Полухин П.И. Методы исследования процессов обработки металлов давлением / Учебное пособие для вузов М.: Металлургия, 1977 - 312 с.

50. Эстрин Б.М., Шумяцкий Ю.И. Контролируемые атмосферы в производстве металлопродукции. М.: Металлургия, 1991. - 303 с.137и1. УТВЕРЖДАЮ

51. МИСИС совместно с ОАО "ОКБМ" в течение 1994-98 гг. проведены научно-исследовательские работы по разработке и исследованию непрерывной линии для производства биметаллических проволочных материалов.

52. Зам. директора по научной работе1. Дитятев Э.В.м1. УТВЕРЖДАЮтехнического внедрения результатов работыинженера А.Н.Чиченева по теме

53. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ

54. ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГШАТИНИТОВОЙ ПРОВОЛОКИ'

55. Начаты шк информационно-аналитического отдела1. Инженер,1. А.Н.Чиченев1. Г.Максимова.и