Optimization of isothermal extrusion of aluminum alloy billets with gradient preheating
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-2-49-57
Abstract
The study covers extrusion of preheated aluminum-alloy billets at hydraulic presses within the «heating – metal forming» production complex. Billets are preheated in a multi-section induction heater ensuring a predetermined temperature difference along the billet length. To provide the most favorable conditions for isothermal extrusion, a special task of parametric optimization of the forming process was formulated and solved to a maximum accuracy for the die temperature approaching its maximum permissible value specified by process requirements. The billet state as regards its temperature after loading into the press container was considered as a control parameter at the forming stage. The study used a special alternance method designed to optimize distributed parameter systems. This method is based on mathematical models developed for billet temperature fields at the heating and forming stages.
About the Authors
Yu. E. Pleshivtseva
Samara State Technical University (SamSTU)
Russian Federation
Russian Federation
Department of control and system analysis in heat and power engineering
Dr. Sci. (Eng.), Professor
443100, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244
A. A. Afinogentov
Samara State Technical University (SamSTU)
Russian Federation
Russian Federation
Department of Pipeline Transport
Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor
References
1. Ping Hu, Ning Ma, Li-zhong Liu, Yi-guo Zhu. Methods and Numerical Technology of Sheet Metal Cold and Hot Forming. Analysis, Simulation and Engineering. London: Springer, 2012.
2. Nusheh M., Ahuett H.G., Arrambide A. (Eds.) Recent Researches in Metallurgical Engineering: From Extraction to Forming. Rijeka: InTech, 2012.
3. McQueen H.J., Spigarelli S., Kassner M.E., Evangelista E. Hot deformation and Processing of Aluminum Alloys. Boca Raton: CRC Press, 2011.
4. Totten G., MacKenzie D. Handbook of Aluminum: Vol. 1: Physical Metallurgy and Processes. New York: Marcel Dekker Ltd., 2003.
5. Гун Г. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1980. Gun G. Teoreticheskie osnovy obrabotki metallov davleniem [Theoretical basis of metal forming]. Moscow: Metallurgiya, 1980.
6. Rudnev V.I., Loveless D., Cook R., Black M. Handbook of induction heating. Boca Raton: CRC Press, 2003.
7. Rapoport E., Pleshivtseva Yu. Optimal Control of Induction Heating Processes. Вoca Raton, London, New York: CRC Press, Taylor & Francis Group., 2007.
8. Рапопорт Э. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. М.: Металлургия, 1993. Rapoport E. Optimizatsiya protsessov induktsionnogo nagreva metalla [Optimization of induction heating of metal]. Moscow: Metallurgiya, 1993.
9. Totten G.E., Lin X., Funatani K. Modeling and Simulation for Material Selection and Mechanical Design. Boca Raton: CRC Press, 2003.
10. Rapoport E., Pleshivtseva Y. Optimal control of induction heating of metals prior to warm and hot forming // ASM Handbook series. Vol. 4C.: Induction Heating and Heat Treatment. Materials Park, ASM International, 2014. P. 915—991.
11. Pleshivtseva Yu., Rapoport E., Afinogentov A., Shemyakin Yu., Nacke B., Nikanorov A. Application of optimal control theory for optimization of metal hot forming lines with induction pre-heating // Proc. Int. Symp. Heating by Electromagnetic Sources (HES-10). Padua, Italy, 2010. P. 557—564.
12. Рапопорт Э.Я. Оптимизация режимов нагрева и прессования металла в технологическом комплексе «печь—пресс» // Физика и химия обработки материалов. 1985. No. 3. С. 66—73. Rapoport E.Ya. Optimizatsiya rezhimov nagreva i pressovaniya metalla v tekhnologicheskom komplekse «pech’- press» [Optimisation of metal pre-heating and hot forming modes in «oven-press» production complex]. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 1985. No. 3. P. 66—73
13. Рапопорт Э.Я. Математическое моделирование температурных полей деформируемого металла в процессе прессования // Физика и химия обработки материалов. 1980. No. 1. С. 29—39. Rapoport E.Ya. Matematicheskoe modelirovanie temperaturnykh polei deformiruemogo metalla v protsesse pressovaniya [Mathematical modeling of deformable metal temperature fields in the forming process]. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 1980. No. 1. P. 29—39.
14. Плешивцева Ю.Э., Афиногентов А.А. Оптимальное управление энерготехнологическими процессами в производственных комплексах // Изв. вузов. Электромеханика. 2008. No. 3. С. 51—55. Pleshivtseva Yu.E., Afinogentov A.A. Optimal’noe upravlenie energotekhnologicheskimi protsessami v proizvodstvennykh kompleksakh [Optimal control of energy-technological processes in production complexes]. Izv. vuzov. Elektromekhanika. 2008. No. 3. P. 51—55.
15. Афиногентов А.А. Моделирование процесса деформации металлических заготовок цилиндрической формы // Вестник СамГТУ. Сер. Физ.- мат. науки. 2007. No. 2(15). С. 170—172. Afinogentov A.A. Modelirovanie protsessa deformatsii metallicheskikh zagotovok tsilindricheskoi formy [Simulation of cylindrical billets hot forming process]. Vestnik SamGTU. Ser. Fiz.- mat. nauki. 2007. No. 2(15). P.170—172.
16. Плешивцева Ю.Э., Афиногентов А.А., Коршиков С.Е. Параметрическая оптимизация температурного профиля нагреваемой заготовки перед прессованием // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. 2010. No. 2(26). С. 196—203. Pleshivtseva Yu.E., Afinogentov A.A., Korshikov S.E. Parametricheskaya optimizatsiya temperaturnogo profilya nagrevaemoi zagotovki pered pressovaniem [Parametric optimization of temperature distribution within heated billet before pressing process]. Vestnik SamGTU. Ser. Tekhnicheskie nauki. 2010. No. 2(26). P.196—203.
17. Шемякин Ю.В. Разработка численной модели процесса прессования цилиндрических заготовок из алюминиевого сплава с целью использовании в оптимизационных процедурах // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2013. No. 10. С. 62—65. Shemyakin Yu.V. Razrabotka chislennoi modeli protsessa pressovaniya tsilindricheskikh zagotovok iz alyuminievogo splava s tsel’yu ispol’zovanii v optimizatsionnykh protsedurakh [Development of a numerical model of the aluminum alloy cylindrical billets forming process to be used in optimization procedures]. Aktual’nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk. 2013. No. 10. P. 62—65.
18. Pleshivtseva Yu. Transportation” problem of time-optimal heating // Int. J. Materials and Product Technology. 2007. Vol. 29. No. 1/4. P. 137—148.
19. Rapoport E.Ya., Pleshivtseva Yu.E. Optimal Control of Nonlinear Objects of Engineering Thermophysics // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2012. Vol. 48. No. 5. P. 429—437; Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Оптимальное управление нелинейными объектами технологической теплофизики // Автометрия. 2012. Т. 48. No. 5. С. 3—13.
20. Rapoport E.Y. Minimax optimization of stationary states in systems with distributed parameters // J. Comput. Syst. Sci. Int. 2013. Vol. 52. No. 2. P. 165—179; Рапопорт Э.Я. Минимаксная оптимизация стационарных состояний в системах с распределенными параметрами // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2013. No. 2. С. 3—18.
Review
For citations:
Pleshivtseva Yu.E., Afinogentov A.A. Optimization of isothermal extrusion of aluminum alloy billets with gradient preheating. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2016;(2):49-57. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2016-2-49-57
Views:
782
Email this article 