КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОШИВКИ СЛИТКОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В ДВУХВАЛКОВОМ СТАНЕ ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Проведена прошивка алюминиевых слитков, полученных наполнительным литьем, в двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими линейками на оправках различной формы со сферической рабочей частью — сплошной, с углублением и полой. Оправки имели одинаковый диаметр калибрующего участка. Прошивка осуществлялась при тем­пературе слитков 400 °С. Исследовано влияние формы оправки на изменение наружного диаметра и толщины стенки по длине гильзы, а также плотности гильзы по длине. Для измерения плотности гильз они были разрезаны на 15 равных по толщине колец, плотность которых определялась с помощью гидростатического взвешивания. Экспериментальные исследования смоделированы с помощью вычислительных сред конечно-элементного анализа. Получение слитка напол­нительным литьем моделировалось с помощью ProCAST, а прошивки — QForm. Путем компьютерного моделирования также оценивались изменения диаметра, толщины стенки и плотности гильз по длине. Проведено сравнение результатов экспериментальных исследований и компьютерного моделирования с целью оценки адекватности полученных моделей в QForm. Отличие данных по плотности не превышает 2 %, по размерам гильз — 20 %. Полученные результаты позволили установить влияние формы прошивной оправки на точность получаемых гильз и их плотность. С точки зрения точности размеров получаемых гильз наиболее предпочтительно использовать полую оправку или оправку с углублением. Каждая из рассмотренных схем прошивки позволяет уплотнить до истинной плотности весь объем гильзы, за исключением при- торцевых областей, где плотность ниже на 1 %.

1. Erman E. The effect of processing parameters on the propensity for central fracturing in piercing. J. Appl. Metalwork. 1987. Vol. 4. No. 4. P. 331-341.

2. Galkin S.P. Radial shear rolling as an optimal technology for lean production. Steel Trans. 2014. Vol. 44. No. 1. P 61-64.

3. Король А.В., Выдрин А.В., Широков В.В. Компьютерное моделирование процесса прошивки в стане вин¬товой прокатки с бочковидными валками. Вестн. ЮУГУ Сер. Металлургия. 2015. Т. 15. No. 2. C. 68-74.

4. Joun M., Lee J., Cho J., Jeong S., Moon H. Quantitative study on Mannesmann effect in roll piercing of hollow shaft. Proc. Eng. 2014. Vol. 81. P 197-202.

5. Lu L., Wang Z., Wang F., Zhu G., Zhang X. Simulation of tube forming process in Mannesmann mill. J. Shanghai Jiaotong Univer. (Science). 2011. Vol. 16. No. 3. P. 281-285.

6. Pater Z., Kazanecki J. Complex numerical analysis of the tube forming process using Diescher mill. Archives Metall. Mater. 2013. Vol. 58. No. 3. P 717-724.

7. Berazategui D. A., Cavaliere M. A., Montelatici L., Dvorkin E.N. On the modelling of complex 3D bulk metal forming processes via the pseudo-concentrations technique. Application to the simulation of the Mannesmann pie¬rcing process. Int. J. Numer. Methods Eng. 2006. Vol. 65. No. 7. P. 1113-1144.

8. Yoshida M, Barlat F, Moon Y.H, Lee M.G. 3D FEM simulation of rolling load working on piercer plug in mannesmann piercing process. AIP Conf. Proc. Vol. 1252. No. 1. P. 1333-1338.

9. Никулин А.Н. Винтовая прокатка. Напряжения и де-формации. М.: Металлургиздат, 2015.

10. Jaouen O., Costes F., Lasne P. A new 3D simulation mo¬del for complete chaining casted and forged ingot. In: Proc. 1-st Int. Conf. on Ingot Casting, Rolling and Forging. Germany, Aachen: Stahleisen GmBh, 2012. P. 1-9.

11. De Micheli P., Settefrati A., Marie S., Barlier J., Lasne P. Towards the simulation of the whole manufacturing chain processes with FORGE®. In: Proc. Int. Conf. on New Deve-lopment in Forging Technology. Germany, Stuttgart: In- ventum GmbH, 2015. P. 1-25.

12. Skripalenko M.M., Bazhenov V.E., Romantsev B.A., Skri- palenko M.N., Koltygin A.V, Sidorov A.A. Computer mo¬deling of chain processes in the manufacture of me¬tallurgical products. Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 1-2. P. 86-90.

13. Abdullin A.D., Ershov A.A. End-to-end simulation of casting and metal-forming operations with ProCAST and QForm software. Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 5-6. P. 339-345.

14. Skripalenko M.M., Bazhenov V.E., Romantsev B.A., Skri¬palenko M.N., Huy T.B., Gladkov Y.A. Mannesmann piercing of ingots by plugs of different shapes. Mater. Sci. Technol. 2016. Vol. 32. P 1712-1720.

15. Баженов В.Е., Колтыгин А.В., Целовальник Ю.В., Санни¬ков А.В. Определение коэффициентов теплопереда¬чи и теплоотдачи для моделирования процесса ли¬тья алюминия в графитовые формы. Изв. вуз. Цвет. металлургия. 2017. No. 1. С. 40-52.

16. Баженов В.Е., Колтыгин А.В., Целовальник Ю.В. Опре-деление величины коэффициента теплопередачи между отливкой из сплава АК7ч (A356) и формой из холоднотвердеющей смеси. Изв. вуз. Цвет. металлур¬гия. 2016. No. 5. С. 42-51.

17. «КванторФорм». URL: http://qform3d.ru (дата обра¬щения: 13. 11. 2017).

18. Modelling of the Mannesmann effect in tube piercing - Padua@Research [Padova Digital Univesirty Archive]. URL: http://paduaresearch.cab.unipd.it/1552/ (Accessed: 17.11.2017).

19. Lemaitre J., Desmorat R. Engineering damage mechanics. Berlin: Springer, 2005.

20. Lemaitre J. A continuous damage mechanics model for ductile fracture. J. Eng. Mater. Technol. Vol. 107. No. 1. 1985. P.83-89.

21. Chiluveru S. Computational modeling of crack initiation in crossroll piercing: PhD thesis. Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, 2007.

22. Karpov B.V, Skripalenko M.M., Galkin S.P., Skripalen¬ko M.N., Samusev S.V, Huy T.B., Pavlov S.A. Studying the nonstationary stages of screw rolling of billets with profiled ends. Metallurgist. 2017. Vol. 61. No. 3-4. P. 257-264.