Одним из важных элементов сортопрокатного оборудования, обеспечивающего формирование требуемых геометрии и свойств металлопродукции, являются калибрущие валки. Вместе с тем, при прокатке в традиционных калибрах в готовом прокате наблюдаются остатки литой структуры и неоднородности механических свойств металла по сечению. Указанные недостатки можно устранить путем реализации интенсивной пластической деформации (ИПД) в объеме металла. Однако, низкая технологичность большинство технологий ИПД сдерживает их использования в промышленности. Поэтому, разработка и исследование нового способа реализации ИПД в условиях непрерывности технологического процесса, в частности при прокатке в непрерывных станах, является актуальной научно-технической проблемой. В настоящей работе рассматривается новая схема калибровок прокатных валков, обеспечивающая реализацию интенсивных сдвиговых деформаций. Проведен анализ существующих схем прокатки в калибрах и предложена эффективная система калибров для реализации поперечного сдвига. Эффективность новой схемы прокатки оценена на основе анализа напряженно-деформированного состояния по результатам моделирования процесса методом конечных элементов (МКЭ). Установлено, что прокатка полосы в калибрах, реализующих сдвиговые деформации, обеспечивает немонотонный характер пластического течения и более благоприятные показатели напряженно-деформированного состояния металла по сравнению с прокаткой в традиционных калибрах.

https://doi.org/10.48081/ISPR9282

2023

Выпуск 4

Проведено имитационное моделирование процесса литья полых заготовок для производства бесшовных нефтяных труб. Целью работы было исследование влияния геометрической формы на качество и свойства непрерывнолитой трубной заготовки. Параметры моделирования, начальные и граничные условия были выбраны с учетом условий текущего производства. Объектом исследования являлась трубная заготовка диаметром 210 мм. При моделировании процесса литья и затвердевания заготовок использовалась низколегированная конструкционная хромомолибденовая сталь. Для моделирования процессов были созданы трехмерные модели заготовок, а также модели форм. При моделировании непрерывной разливки и кристаллизации полой заготовки учитывалось несколько факторов: скорость разливки, химический состав разливаемого сплава; температура литья; геометрические размеры сечения заготовки. Моделирование литья полых заготовок в программном комплексе «LVM Flow» спрогнозировало формирование безусадочной структуры и снижение микропористости (более 0,85 по критерию Ниямы) заготовки. В результате имитационного моделирования теоретически подтверждено улучшение структуры при использовании полой стальной заготовки в качестве исходной для производства бесшовных горячекатаных труб. На полой заготовке не выявлено признаков усадки и микропористости, превышающих допустимое значение по критерию Ниямы.

https://doi.org/10.48081/CBPX3907

2023

Выпуск 4

В статье показано, как подача влияет на шероховатость режущей поверхности при гидроабразивном резании. Резка осуществляется смесью воды и абразива, которая выбрасывается из сопла с большой скоростью и под высоким давлением. Под воздействием режущего потока происходит эрозия материала, абразивные зерна снимают слой микростружки, а вода эвакуирует их из зоны резания. Любые материалы можно обрабатывать методом гидроабразивной резки. Процесс резки «холодный» и не оказывает термического воздействия на металл. Сложную геометрию можно вырезать. Анализ показал, что шероховатость режущей поверхности не зависит от прогноза основных технологических параметров обработки (давление потока, зернистость, размер, расход абразива, физико-механические параметры материала и др.). Технолог производства испытывает трудности с определением не только шероховатости поверхности реза, но и размеров гладкой и волнистой зоны реза. Отсутствие адекватных теоретических моделей формирования профиля шероховатости не позволяет оптимизировать процесс резания с учетом заданных требований к шероховатости. Возможность оптимизации процесса резания при заданном значении шероховатости позволяет практически использовать его при разработке технологических процессов. Получены зависимости для определения шероховатости характерной части режущей поверхности. Даны рекомендации по снижению количества дефектов, возникающих при гидроабразивной резке. Проведены экспериментальные исследования для подтверждения адекватности полученных теоретических моделей. В результате исследований установлено, что шероховатость обрабатываемой поверхности ухудшается с увеличением подачи. В этом случае износ не распределяется равномерно по сечению. Для уменьшения ширины волновой резки следует уменьшить значение передачи. Ключевые слова: гидроабразивная резка, качество поверхности, режимы резания, шестерня, сопло, режущая головка, расход абразива, эрозионное разрушение металла.

https://doi.org/10.48081/AJOG5498

2023

Выпуск 4

В данной статье описывается исследование, посвященное обсуждению использования возобновляемых источников энергии для снижения расхода топлива и снижения мощности путем создания механической энергии путём обоснования конструкции лопастей ветряной турбины с двумя или тремя лопастями – длина каждой лопасти составляет 0,22 метра, а угол наклона лопасти составляет 2 градуса для достижения максимальной мощности ветра, как показывает моделирование в зависимости от предела Бета. Программа Solidwork использовалась для проектирования турбины и определения ее момента инерции и начальных параметров. Использование программы Matlab предназначалось для моделирования системных уравнений, определения коэффициента мощности турбины в зависимости от идеального угла наклона (бета) и передаточного отношения законцовки (лямбда), механической мощности для привода различных небольших механических устройств, с предполагаемой мощностью 1400 Ватт. Описываются полученные результаты ветряной турбины, которая дает оптимальную мощность, необходимую при скорости ветра около 31,5 м/с (113,4 км/ч), а при меньшей скорости ветра устройство может работать с меньшей эффективностью. В противном случае высокая скорость обеспечивает максимальную эффективность.

https://doi.org/10.48081/DCZW7901

2023

Выпуск 4

Материалы с фазовым переходом (МФП) аккумулируют скрытую теплоту. По мере повышения температуры источника тепла химические связи внутри МФП разрушаются, поскольку имеет место фазовый переход. При сохранении теплоподвода материал начинает плавиться по достижению температуры фазового перехода. Затем температура остается постоянной до тех пор, пока процесс плавления не завершится. Тепло, запасаемое в процессе фазового перехода материала, называется скрытой теплотой. В идеале охлаждение автомобильного двигателя нежелательно с термодинамической точки зрения. Если бы можно было снизить скорость теплопередачи от топливных паров к металлу, то при определенном расходе топлива тепловой КПД двигателя увеличился бы. Однако можно уменьшить тепло, отводимое через радиатор, и, следовательно, уменьшить размер радиатора. Поэтому управление температурным режимом силовой установки крайне необходимо для обеспечения надёжности и долговечности двигателя . Один из наиболее доступных технически и коммерчески вариантов решения данной проблемы — это применение систем аккумулирования латентной теплоты. Несмотря на то, что существуют многочисленные работы и обзоры, затрагивающие эту тематику, автор надеется обратить внимание на некоторые аспекты выбора материала и расчётной математической модели для таких систем.

https://doi.org/10.48081/NOWD5861

2023

Выпуск 4

В данной статье представлены результаты петрографических и термографических исследований высокоосновных марганцевых руд месторождения «Ушкатын III». Высокоосновные марганцевые руды месторождения «Ушкатын III» характеризуются низким содержанием фосфора при одновременном высоким содержанием окиси кальция в руде. Поэтому данную руду можно рассматривать как комплексное сырье для производства марганецсодержащих сплавов. Для получения объективной картины применимости высокоосновных марганцевых руд для металлургического передела были проведены рентгенофазный, минерало-петрографический и термографический анализ. В результате рентгенофазового анализа выяснилось, что основная фаза представлена кальцитом (CaCO3), браунитом (Mn2O3∙MnSiO3) и биксбиитом (Mn,Fe)2O3, а также присутствует в небольшом количестве гематитовая фаза (Fe2O3). В том числе в ходе работ были изучены текстурно-структурные особенности минералогического состава рудных и нерудных составляющих. Микроскопическими исследованиями установлено, что пробы высокоосновных марганцевых руд представляют гаусманитовую руду (Mn3O4) полосчатого строения благодаря чередованию блестящих тёмных прослоев плотного мелко-кристаллического гаусманита и более светлых нерудных полос, состоящих из карбоната с небольшим количеством хальцедона (SiO2) и местами кристаллическим тефроитом (Mn2SiO4). Далее диффернциально-термическим анализом были определены фазовые превращений высокоосновной марганцевой руды в виде кривых линий. По результатам комплексного анализа высокоосновных марганцевых руд месторождения «Ушкатын III» доказана возможность применения как сырье для выплавки марганецсодержащих ферросплавов.

https://doi.org/10.48081/WLJX8085

2023

Выпуск 4

В этой статье приведены результаты расчетов термодинамических параметров бинарных систем Fe-Cr и Fe-Ti на базе их диаграмм состояний с применением осмотического коэффициента Бъеррума-Гуггенгейма, для области кристаллизации железа от активности железа идеального α-γ раствора для вышеуказанных систем. При расчете линий фазовых равновесий в системах Fe-Cr и Fe-Ti установлено, что коэффициент Бъеррума-Гуггенгейма может служить в качестве оценочного параметра характеризующего роль обменных сил между атомами, и по его размерности (Фi><1) можно качественно судить о характере межмолекулярного взаимодействия в системе. Результаты настоящей работы позволили корректно решить прямую задачу Гиббса, а именно, получить аналитическую зависимость составов фаз от температуры при фазовых равновесиях на основе закономерностей формирования фаз. Показано, что с помощью осмотического коэффициента Бьеррумма-Гуггенгейма (Фi) детально может быть определено реальное равновесие в изучаемой системе и получено их корректное аналитическое выражение. При расчете линий фазовых равновесий в системах с различным характером взаимодействия компонентов установлено, что коэффициент Бъеррума-Гуггенгейма может служить в качестве оценочного параметра, характеризующего роль обменных сил между атомами.

https://doi.org/10.48081/BQPI6828

2023

Выпуск 4

Механическая обработка металлов в виде цилиндра сопровождается существенными термодинамическими процессами. Источником теплоты при резании металлов является работа, затрачиваемая на деформации в срезаемом слое и в слоях, прилегающих к обработанной поверхности и поверхности резания и на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца. Моделирование процесса может внести большой вклад и ускорить процесс инноваций и сократить время разработки циклов, поддерживая необходимые эксперименты, поскольку они менее затратные, менее опасны и требуют меньше времени на подготовку по сравнению с экспериментальными исследованиями. При этом моделируемые процессы резки регулируются множеством различных явлений, например, механизмы энергии рассеяния и разделения материалов, которые одновременно влияют на качество рассматриваемых систем механообработки. SPH - действительно без сеточный метод, поскольку он не требует фоновой сетки. В SPH вычислительная область дискретизируется с помощью лагранжевых частицы, несущих переменные поля и движущиеся вместе с материалом. Бессеточная и лагранжево природа SPH делает его идеальным для математического моделирования обработки металлов. В работах показано, что полосы сдвига и образование стружки улавливаются естественным путем без какой-либо специальной обработки, такой как узловое обогащение или перепланировка. Моделирование на основе SPH в LS-DYNA выполняется для прогнозирования сил резания, пластических деформаций и плоскости резки с большой точностью.

https://doi.org/10.48081/APMX5155

2023

Выпуск 4

В статье проведен анализ основных технологических факторов, влияющих на качество деталей, а конкретно на качество обработанной поверхности или шероховатость поверхности детали. В качестве примера была рассмотрена токарная обработка (растачивание), а также предложен ряд мер, направленных на повышение качества поверхности еще на этапе проектирования. Была предложена имитационная стохастическая модель формообразования шероховатости поверхности при токарной обработке поверхности. На основе этой модели был разработан алгоритм и компьютерная программа для расчета шероховатости на этапе проектирования. Исходными данными при моделировании являются главный угол в плане φ, вспомогательный угол в плане φ1, радиус при вершине резца r и подачу S, как факторы наиболее сильно влияющие на шероховатость при растачивании. Проведен эксперимент, где были получены не только средние значения, но и гистограммы распределения параметров шероховатости, доказана адекватность данной модели. При проведении расчета шероховатости были учтены дополнительные факторы, например состояние станка, что позволило скорректировать имитационную стохастическую модель и внести вибрационные составляющие, связанную с силами, действующими при резании и упругими отжатиями резца при растачивании.

https://doi.org/10.48081/WUTY7402

2023

Выпуск 4

В данной работе были проведены расчеты изотермических и политермических расчетов системы Ti-2,5Al-5Mo-5V с добавлением различных масс.% Zr с помощью программы Thermo-Calc Perpetual SUNLL 2023a с использованием базы данных TCS Ti-and TiAl Alloys Datebase, Perpetual DSUNLL 5. Расчетным путем определены показатели изменения фазового состава сплава системы Ti-Al-Mo-V-Zr в зависимости от условия охлаждения и состава. Введение циркония в титановый сплав системы Ti-2,5Al-5Mo-5V в количестве 1 % приводит к значительному изменению фазового состава. Установлено, что легированные небольшим количеством циркония титановые сплавы являются двухфазными, и в связи с этим увеличивать содержание циркония выше 1 % нерационально. Политермическими расчетами определен оптимальный состав титанового сплава, масс. %: 2,5 Al, 5 Mo, 5 V, 1Zr, остальное титан. Установлено, что в диапазоне температур 660-700 °С происходит равное распределение количества α и β фаз. Для того чтобы зафиксировать необходимую двойную α + β область необходимо провести дополнительную термическую обработку сплава при 660-700 °С, а процесс дальнейшей прокатки сплава в листы дает возможность получить ультрамелкозернистую структуру, благодаря которой достигаются повышенные прочностные, пластичные и усталостные свойства.

https://doi.org/10.48081/CTWE8923

2023

Выпуск 4