Совершенствование оборудования и технологии процесса тонколистовой прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Фарунда, Наталья Андреевна

• Фарунда, Наталья Андреевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фарунда, Наталья Андреевна

Введение.

Глава 1. Оборудование и технологии для производства изделий из металлических порошков.

1.1. Основные направления и тенденции в исследовании процессов порошковой металлургии.

1.2. Способы производства металлических порошков, их механические свойства и области применения.

1.3. Прессы для компактирования заготовок из металлических порошков.

1.4. Анализ оборудования для спекания и нагрева порошковых заготовок.

1.5. Прокатные станы в порошковой металлургии.

Глава 2. Исследования процессов и оборудования для получения тонколистовых порошковых заготовок.

2.1. Инструменты и приборы для изучения процессов получения порошковых материалов.

2.2. Экспериментальные исследования процесса компактирования композита <окелезо-медь».

2.3. Теоретические исследования процесса компактирования порошковой заготовки.

2.4. Исследования процесса спекания порошковых заготовок.

2.5. Исследование процесса прокатки тонколистовых порошковых.

Глава 3. Теоретические исследования энергосиловых параметров прокатных станов при тонколистовой прокатке двухкомпонентных композиционных спеченных материалов на основе металлических порошков.

3.1. Методика определения сопротивления пластической деформации композита «железо-медь».

3.2. Исследование напряжений при прокатке композиционных порошковых заготовок «железо — медь».

3.3. Методика расчета усилия, момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо - медь».

Глава 4. Совершенствование методики проектирования станов горячей прокатки композиционных материалов.

4.1. Совершенствование теории контактной прочности валков станов горячей прокатки композитов «железо-медь».

4.2. Термическая прочность валков.

4.3. Остаточные напряжения валков.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование оборудования и технологии процесса тонколистовой прокатки двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков»

Развитие ведущих высокотехнологичных отраслей промышленности требует совершенствования теории и технологии производства новых конструкционных материалов. Перспективным направлением в создании новых материалов являются композиционные многокомпонентные материалы из металлических порошков.

Совокупность основных технологических операций порошковой металлургии позволяет решать следующие задачи:

1) изготовление материалов и изделий с особыми составами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства; примером могут служить порошковые материалы и пористые изделия (антифрикционные, фрикционные, фильтры и др.), высокотемпературные изделия из тугоплавких металлов, дисперсноупрочненные, волокнистые материалы, инструментальные (твердые сплавы, сверхтвердые материалы и др.), электроконтактные материалы и пр.;

2) изготовление материалов и изделий со стандартными составами, структурами и свойствами, но при более эффективных экономических показателях их производства.

Создание научных основ теории, технологии и практики производства изделий из металлических порошковых материалов связано с работами Аксёнова Г.И., Балыиина М.Ю., Виноградова П.А., Григорьева А.К., Дмитриева A.M., Каташинского В.П., Кипарисова С.С., Кохана Л.С., Лаптева A.M., Лукашкина Н.Д., Овчинникова А.Г., Сорокина В.В., Shima S., Oyane М. и многих других ученых.

Необходимость решения вопросов, связанных с дальнейшим совершенствованием оборудования и технологии производства композиционных материалов на основе металлических порошков, является актуальной научно-технической проблемой. Решению этой проблемы посвящена настоящая диссертационная работа.

Целью диссертационной работы является совершенствование методики проектирования оборудования для производства изделий из композиционных материалов на основе металлических порошков, а также разработка и оптимизация технологических процессов получения композитов со стабильной однородной плотностью и физико-механическими свойствами по всему объему.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ и обобщение существующих в отечественной и зарубежной практике технических решений, направленных на совершенствование оборудования и технологии производства изделий из металлических порошков.

2. Исследование деформационных, кинематических и силовых параметров процесса компактирования композита «железо-медь» и анализ влияния процесса спекания на физико-механические свойства скомпакти-рованных заготовок.

3. Разработка аналитических зависимостей для определения напряжений, усилий, моментов и мощностей, а также деформационных параметров процесса тонколистовой прокатки скомпактированных спеченных двухкомпонентных композиционных материалов на основе металлических порошков.

4. Уточнение методов расчета валков прокатных станов на контактную прочность, термические и остаточные напряжения для горячей прокатки скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков.

5. Отработка технологического процесса получения заготовок для производства электрических контактов из композита «железо-медь» по технологической схеме «шихтование - компактирование — спекание — прокатка- финишная обработка».

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Фарунда, Наталья Андреевна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе анализа и обобщения существующих в отечественной и зарубежной практике технологических и технических решений при производстве тонколистового проката из скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков сформулирована научно-техническая проблема, цель и задачи исследований, решаемые в настоящей диссертации. Показано, что повышение эффективности производства и качества выпускаемой продукции требует комплексного подхода к развитию теории, технологии и оборудования.

2. Разработаны аналитические зависимости для определения энергосиловых и деформационных параметров технологического процесса тонколистовой прокатки композита «железо-медь», обеспечивающего повышение качества продукции при снижении нагрузки на рабочие узлы стана.

3. Разработан метод оценки контактной прочности рабочих валков, учитывающий особенности деформации композита «железо-медь» и позволяющий усовершенствовать методику расчета оборудования для технологических процессов тонколистовой прокатки заготовок из металлических порошков.

4. На основе экспериментальных исследований температурного поля валков современных прокатных станов разработаны эмпирические зависимости, позволяющие установить распределение температуры по сечению валков и оценить влияние термических напряжений на их прочность.

5. Уточнена методика расчета термических и остаточных напряжений, возникающих в рабочих валках листовых станов при прокатке скомпактированных спеченных композиционных материалов на основе металлических порошков, подтвержденная экспериментальной проверкой на действующем промышленном оборудовании.

120

6. Отработана методика выбора технологического режима компактирования композита «железо-медь» с целью получения заданных физико-механических свойств и равномерного распределения плотности по объему заготовки или изделия.

7. Предложенная технология получения листовых заготовок для производства электроконтактов из композита «железо-медь» прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Краснопахорский завод композиционных изделий из металлических порошков» («КИМПОР») (см. Приложение).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фарунда, Наталья Андреевна, 2009 год

1. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Алдунии A.B., Гостев К.А. Листовая прокатка металлов и заготовок из металлических порошков. М.: МГВМИ, 2008.-224 с.

2. Друянов Б.А. Прикладная теория пластичности пористых тел. — М.: Машиностроение, 1989. 230 с.

3. Волкогон Е.М., Дмитриев A.M., Добряков Е.П., Лаптев A.M., Овчинников А.Г., Широков М.В. Прогрессивные технологические процессы штамповки деталей из порошков и оборудование. М.: Машиностроение, 1991.-320 с.

4. Григорьев А.К., Рудской А.И. Пластическая деформация пористых материалов. Л.: ЛДНТП, 1989. - 28 с.

5. Грин Р.Дж. Теория пластичности пористых тел // Механика. — М.: Мир, 1973,-№4.-С. 109-120.

6. Kuhn H.A., Downey C.L. Deformation characteristics and plasticity theory of sintered powder materials // International Journal of Powder Metallurgy, 1971.-V 7,-№1.-P. 15-25.

7. Мидуков B.3., Рудъ В.Д. Экспериментальное исследование пластических деформаций пористых тел // Порошковая металлургия, 1982. №8. - С. 10-16.

8. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория компактирования металлических порошковых материалов. — М.: ВИНИТИ, 2004.-235 с.

9. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория обработки давлением скомпактированных спеченных металлических порошков. — М.: ВИНИТИ, 2005.-315 с.

10. Лаптев A.M., Подлесный C.B., Малюский BJL Расчет давлений при изостатическом прессовании порошковых материалов // Известия вузов. Черная металлургия, 1987. №1. - С. 88-90.

11. Шестаков H.A. Исследование влияния напряжений всестороннего сжатия на компактирование пористых материалов // Вестник МГТУ. М.: Машиностроение, 2002. №3.

12. Shima S.A., Doctoral thesis, Kyoto. Kyoto University, 1975. 200 p.

13. Логинова Ю.Н. Вариационное решение задач формоизменения пористого цилиндра при осадке с прилипанием // Известия вузов. Черная металлургия, 1997.-№11.-С. 38-41.

14. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушения. М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

15. Колмогоров В.JI. Пластичность и разрушения. — М.: Металлургия, 1983. 229 с.

16. CmopoDicee М.В. Попов Е.А. Обработка металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1977. -423 с.

17. Никольская Л.Н., Русанов Б.В., Фридберг И.Д. О функции пористости, учитывающей контакты частиц в прессовках // Порошковая металлургия, 1966. № 6. - С. 208.

18. Лещипский В.М., Блохин А.Г. Упрочнение твердой фазы при гидростатическом сжатии порошковой среды // Порошковая металлургия, 1990.-№Ю.-С. 21-25.

19. Shima S. Journal of Society of Powder, 1975. V. 22. - №8. - P. 257-263.

20. Shima S. A study of forming of metal powder and porous metals // Doctoral thesis. Kyoto, Kyoto University, 1975. - 200 p.

21. Соколов Л.Н., Лаптев A.H., Малюский В.Л. Теория пластичности пористых тел и ее применение для расчетов гидростатической обработки порошков из спеченных материалов // Физика и техника высоких давлений. -Киев: Наукова Думка, 1983. №11. - С. 61-67.

22. Лаптев A.M. Деформирование пористого металла в закрытой матрице // Изв. вузов. Машиностроение М.: Машиностроение, 1979. -№7. - С. 89-94.

23. Аксенов Г.И., Ревякин В.П. // Порошковая металлургия, 1969. -№4.-С. 18-25.

24. Баглюк Г.А. Моделирование процесса осадки пористого кольца в штампе с учетом контактного трения // Порошковая металлургия, 1994. -№1/2.-С. 15-19.

25. Либенсон Г.А. Производство порошковых изделий. М.: Металлургия, 1990.-240 с.

26. Лаптев A.M. Анализ формирования и допрессовки пористых втулок методом тонких сечений. Аналитические решения // Порошковая металлургия, 1988, № 7. С. 44-81.

27. Дьяченко И.М. Основы металлургии порошков. — М.: Металлургия, 1990. 320 с.

28. Айзенкольб Ф. Порошковая металлургия. — М.: Металлургия, 1959.-520 с.

29. Вязников Н.Ф., Ермаков С.С. Применение изделий порошковой металлургии в промышленности. М.: Машгиз, 1966. - 190 с.

30. Раковский B.C. Основы порошкового металловедения. — М.: Оборонгиз, 1962. 90 с.

31. Федорченко И.М., Андриевский P.A. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1963. — 420 с.

32. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1975. - 200 с.

33. Балъшин М.Ю., Кипарисов С.С. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1978. - 184 с.

34. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980. -496 с.

35. Андриевский P.A. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1991.-205 с.

36. Металлы и сплавы. Справочник. М. 2003. - 1996 с.

37. Павлов H.H. Труды ЛПИ. Машгиз, 1964. - №238. - С. 25-33.

38. Витязь П.А., Кащевич В.И., Шелег В.К. Пористые порошковые материалы. Минск, Высшая школа, 1987. 164 с.

39. Скороходов В.В. Реологические основы спекания. Киев. Наукова думка, 1972. 157 с.

40. Металлические порошки и порошковые материалы: справочник/Б.Н. Бабич, Е.В. Вершинина, В.А. Глебов и др.; под ред. Ю.В. Левинского. М.: ЭКОМЕТ, 2005. - 520 С.

41. Клячко Л.И., Уманский A.M., Бобров В.И. Оборудование и оснастка для формования порошковых материалов. М.: Металлургия, 1988.-386 с.

42. Либенсон Г.А., Панов B.C. Оборудование цехов порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1983. - 264 с.

43. Кипарисов С.С., Падалко О.В. Оборудование предприятий порошковой металлургии. -М.: Металлургия, 1988. — 448 с.

44. Королев A.A., Навроцкий А.Г., Кохан Л.С. Механическое оборудование заводов цветной металлургии, т. 3. — М.: Металлургия, 1989. 624 с.

45. Процессы изостатического прессования. Под редакцией П.Д. Джеймса. -М.: Металлургия, 1990. 194 с.

46. Лаптев A.M., Подлесный C.B. Расчет трехосного прессования порошковых материалов // Известия вузов. Черная Металлургия. — М. 1988, №3. С. 68-73.

47. Королев A.A., Навроцкий А.Г., Вердеревский A.B., Кохан Л.С., Соколова О.В. Механическое оборудование цехов по производству цветных металлов. — М.: Металлургия, 1985. — 312 с.

48. Целиков А.И., Лопухин П.И., Королев A.A. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. — М.: Металлургия, 1981, ТЗ. — 576 с.

49. Анциферов В.Н., Перелъман В.Е. Механика процесса прессования порошковых и композиционных материалов. М.: изд. дом Грааль, 2001.-628 с.

50. МакашовЛ.Ю. Кузнечно-штамповочное производство. 1983. -№5. -С. 22-24.

51. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Линчевский Б.В., Шульгин A.B. Исследования процесса компактирования одно- и двухкомпонентных металлических порошков // Известия Вузов. Черная металлургия. — М., № 9, 2007.-С. 26-28.

52. Манегин Ю.В., Лукин В.В., Четвериков С.С. Производство железных порошков и вопросы качества // Проблемы современной металлургии. М.: ЦНИИЧерМет, 1983. - С. 203-207.

53. Кохан Л.С. Методика расчета силовых и геометрических параметров при компактировании // Известия Вузов. Черная металлургия. — М., 1997,№9.-С. 55-58.

54. Кохан Л.С., Лукашкин Н.Д. Особенности компактирования металлических порошков для прокатки заготовок // Технология металлов, №5, 2000, С. 28-32.

55. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С. Компакгирование разнородных порошков // Известия вузов. Черная металлургия. М., 2001, №11, — С. 34-38.

56. Кохан Л.С. Управление процессами компактирования композиционных материалов из металлических порошков. // Технология металлов, №12, 2001. С. 13-16.

57. Кохан Л. С., Лукашкин Н.Д. Компакгирование металлических порошков при монотонных деформационных процессах // Известия вузов. Черная металлургия. М., 2002, №7. - С. 29-31.

58. Oyane М, Shima S.A. Vorab drucke VI Internationale Pulvermetallurgische Tagung un der DDR, Dresden, 1977, Bdl, s. 15/2-15/8.

59. Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. — М.: Металлургия, 1986. — 224 с.

60. Сорокин В.К., Шмелев A.C., Антонов Б.Ф., Васильев В.А., Шоткин Ю.А., Колосова Т.М. Производство порошкового проката. — М.: Металлургиздат, 2002. 296 с.

61. Аксенов Г.И. II Порошковая металлургия, 1970. — №5. С. 23.

62. Аксенов Г.И. II Порошковая металлургия, 1964. — № 1. С. 81 -89.

63. Виноградов Г.А., Каташииский В.П. // Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. М.: Металлургия, 1979, 224 с.

64. Виноградов Г.А. // Порошковая металлургия, 1966. — №3. — С.21.26.

65. Каташинский В.П., Виноградов Г.А. II Порошковая металлургия, 1975.-№10. С. 11-15.

66. Виноградов Г.А., Семенов Ю.И., Катрус О.А, Каташинский В.П. Прокатка металлических порошков. М.: Металлургия, 1969. - 380 с.

67. Поженников Е.Б. II Порошковая металлургия, 1981. №7. - С.9.12.

68. Авт. свид. № 442013 (СССР) / Петров Л.Н., Шустер Э.Я., Щебров МЛ. и др. Опубл. в Б.И., 1974. -№ 33. 35 с.

69. Тарновский И.Я., Позднее A.A., Ляшкова В.В. Деформация металла при прокатке. — М.: Металлургиздат, 1956. — 286 с.

70. Барков Л.А., Мымрин С.А., Пастухов В.В. и др. Эффективность деформации при прокатке в многовалковых калибрах // Изв. вузов. Черн. металлургия М.: Машиностроение, 1981. -№ 11. - С. 82-84.

71. Мануйлов В.Ф., Смирнов В.И., Галкин В.И. Расчеты процессов деформации композиционных материалов. — М.: Металлургия, 1992. -208 с.

72. Скороход В.В. Теоретические основы теории спекания. — Киев: Наукова думка, 1972. 157 с.

73. Мусихин А.М. Уплотнение пористого проката вдоль очага деформации // Порошковая металлургия, 1990. -№10. С. 85-91.

74. Федосеев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1972.544 с.

75. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Фарунда H.A. Исследование напряжений при прокатке композиционных порошковых заготовок «железо медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9, 2008, С. 11 - 14.

76. Кохан Л.С., Фарунда H.A., Белелюбстш Б.Ф. Методика расчета момента и мощности прокатки композиционных порошковых заготовок «железо медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 5, 2009, С. 68 - 69.

77. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Изд. технико-теоретической литературы, 1952. — 392 с.

78. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Силовые и деформационные параметры при компактировании композита «железо-медь» // Технология металлов, 2009. №7. - С. 36 - 38.

79. Кохан Л.С., Фарунда H.A. Методика прогнозирования физико-механических свойств двухкомпонентных композитов «железо-медь» // Металлург №8, 2009, С. 80-83.

80. Кохан Л.С., Линчевский Б.В., Фарунда H.A. Определение усилия прокатки композиционных порошковых заготовок «железо-медь» // Изв. вуз. Черная металлургия. М., № 9, 2009.

81. Кохан JI.C., Алдунин A.B., Фарунда H.A., Семенова Л.М. Термические напряжения рабочих валков листовых станов. // Металлург №9, 2009, С. 51-53.

82. Тылкин М.А., Яловой H.H., Полухин П.И. Температура и напряжения в деталях металлургического оборудования. М.: «Высшая школа», 1970.-428 с.

83. Третьяков A.B., Гарбер Э.А., Давлетбаев Г.Г. Расчет и исследование прокатных валков. — М.: «Металлургия», 1982. 335 с.

84. Лукашкш Н.Д., Кохан Л. С., Лебедев H.H. Напряжения и деформации в процессах обработки металлов давлением. — М.: «Академкнига», 2004. 239 с.

85. Чегшарев А.П., Мелешко В.И., Сафьян М.М., Холодный В.П. Температурный режим рабочих валков непрерывного толстолистового стана. «Сб. трудов Днепропетровского металлургического института». -М.: «Металлургиздат», 1962 С. 121-131.

86. Биргер И.А., Шорр Б.Ф. и др. Термопрочность деталей машин. -М.: Машиностроение, 1975, 453 с.

87. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Гостехиздат. 1958,856 с.

88. Сафьян М.М. Горячая прокатка листов на непрерывных и полунепрерывных станах. М.: Металургиздат, 1962, 380 с.

89. Вафин Р.К., Покровский A.M., Лешковцев В.Г. Прочность термообрабатываемых прокатных валков. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004-264 с.