Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Обработка металлов давлением

Диссертационная работа:

Кобелев, Олег Анатольевич. Разработка эффективных ресурсосберегающих технологий производства крупногабаритных моноблочных плит и изделий из них : диссертация ... доктора технических наук : 05.16.05 / Кобелев Олег Анатольевич; [Место защиты: Нац. исслед. технол. ун-т].- Москва, 2010.- 268 с.: ил. РГБ ОД, 71 11-5/178

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Одна из тенденций развития современного тяжелого, энергетического, химического, судостроительного и специального машиностроения - рост мощностей в одном агрегате, что требует проектирования и изготовления крупногабаритных поковок ответственного назначения. К ним можно отнести поковки массой 50-300 т, получаемые ковкой из слитков массой 70-420 т, например, поковки для изготовления элементов корпусов атомных реакторных установок, корпусов циркуляционных насосов, АЗУ и др. Эти поковки, помимо весовых характеристик, объединяет высокий уровень требований к качеству металла и служебным свойствам, а также малая серийность производства, практически предельное использование силовых и конструкционных возможностей существующего технологического оборудования (сталеплавильного, кузнечно-прессового, нагревательного, термического, подъемно-транспортного). В последнее время возрастает потребность в крупных поковках, в том числе поковках типа толстых плит, удельный объем которых в кузнечно - прессовом производстве непрерывно растет. Так, изготовление корпусов современных энергетических атомных установок требует для штамповки днищ корпусов плиты толщиной 250-350 мм и более с размерами в плане от 5500x5500 до 8500x8500 мм.

Современное прокатное оборудование (блюминги, слябинги) не позволяет получить в настоящее время качественные плиты таких размеров. Известные способы получения крупногабаритных плит методами сварки двух или нескольких катаных или кованых заготовок характеризуются значительной трудоемкостью, малым коэффициентом использования металла, не обеспечивают высокую надежность изделий, т.к. при изготовлении корпусов неизбежно получение пересекающихся сварных швов, что недопустимо при производстве узлов энергетических установок.

Использование для производства плит толстостенных трубных заготовок, получаемых способами прессования, пилигримовой прокатки, ковки на ротационно-обжимных машинах и др., не дает возможности изготавливать плиты требуемых размеров. Анализ многочисленных схем ковки широких плит с осадкой или без осадки слитка показывает, что существенным их недостатком является низкое качество металла, поскольку при использовании этих процессов дефектный металл осевой зоны слитка остается в теле поковки. Кроме того, ширина готовой плиты в этих способах ограничена расстоянием между колоннами ковочного пресса. Получение толстостенных трубных поковок, предназначенных для их последующего развертывания тем или иным способом в плиту, традиционными способами ковки, включающими операции осадки, прошивки, протяжки и раскатки на оправке, встречает серьезные затруднения, вызванные как силовыми, так и конструкционными параметрами действующего кузнечно-прессового и подъемно-транспортного оборудования.

Поэтому разработка и освоение новых эффективных технологических схем производства крупногабаритных моноблочных (изготовленных из одного слитка) плит, предназначенных для изготовления из них изделий ответственного назначения и обеспечивающих снижение трудоемкости, сбережение материальных и энергетических ресурсов, повышение надежности изделий, является важной народнохозяйственной проблемой.

Исследования проводили в соответствии с Постановлениями Правительства РФ №705 от 20.09.2008г. « О программе деятельности ГК по атомной энергии «Росатом» на долгосрочный период (2009-2015 годы)»; изначально работа проводилась в соответствии с «Программой развития атомной энергетики РФ на период до 2010 года», а также с планом работ по проекту 3081.2 Международного научно-технического центра.

Цель и задачи работы. Цель работы – исследование, разработка и освоение новых эффективных комплексных технологических процессов производства крупногабаритных моноблочных плит, предназначенных для изготовления из них изделий ответственного назначения и обеспечивающих снижение трудоемкости, сбережение материальных и энергетических ресурсов, повышение надежности изделий.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

-обоснование на основе анализа современных тенденций развития технологий получения крупногабаритных толстых плит выбора новых вариантов и технологических схем их получения;

-создание и внедрение в производство технических и технологических решений, обеспечивающих разработку новых и совершенствование существующих технологий, сокращение трудовых, материальных и энергетических затрат;

-разработка на основе результатов лабораторных исследований, физического и компьютерного моделирования, опытно-промышленного опробования новых схем и конструкций кузнечного инструмента для прошивки слитков (заготовок), протяжки и раскатки на оправке крупногабаритных полых поковок, развертки их в плоские плиты;

-разработка методики расчетов температурных полей применительно к операции прошивки предельно высоких заготовок (H/D 1,5-2,0) с неравномерным температурным полем для обеспечения контролируемого изменения сопротивления деформации по сечению и высоте поковки;

-разработка методики расчетов ковки крупных поковок в условиях неоднородного температурного поля на основе теории неизотермической деформации нелинейной вязко-пластической среды с деформационным и скоростным упрочнением, зависящим от температуры и структурных параметров;

-разработка и внедрение эффективных и экономичных процессов производства крупногабаритных моноблочных плит размером 5500х5500х280 мм, предназначенных для получения из них изделий ответственного назначения с повышенной надежностью, высокими служебными и эксплуатационными характеристиками;

-исследование структуры, механических и физических свойств стали 15Х2НМФА на разных стадиях производства крупногабаритных моноблочных плит и бесшовных днищ большого диаметра;

-разработка на основе анализа современных возможностей сталеплавильного, кузнечно-прессового, нагревательного, подъемно-транспортного оборудования ведущих предприятий Российской Федерации технологической схемы производства плит размером 7600х7600х360 мм и более для изготовления их них днищ корпусов реакторов нового поколения.

Научная новизна состоит в создании научно обоснованных технических и технологических решений в области ковки крупных поковок и разработке принципиально новых подходов к проектированию технологических процессов производства широких (шириной 5500 мм и более) толстых моноблочных плит.

Разработана на основе общей теории теплопередачи и теплопроводности методика расчета температурных полей крупных кузнечных слитков для обеспечения требуемого изменения сопротивления деформации в теле поковки. Рассчитаны температурные поля кузнечных заготовок из слитков массой 15-420 т диаметром 900-3500 мм при их охлаждении на воздухе и продолжительность охлаждения кузнечных заготовок перед прошивкой для обеспечения требуемого градиента температур по сечению; установлен экспериментально характер изменения температуры по сечению слитка массой 39 т диаметром 1350 мм при его охлаждении на воздухе. Предложена методика моделирования и реализации неоднородных температурных полей в высоких заготовках (H/D 2,0-2,5) для их последующей прошивки.

Разработана на основе общей теории деформации нелинейной вязкопластической среды с деформационным и скоростным упрочнением методика расчетов операций ковки крупных поковок с неоднородным температурным полем, учитывающая различный характер тепловых процессов и формируемых температурных полей на разных этапах технологического процесса. Установлено влияние степени деформации, конфигурации осадочных плит, наличия в них осевых отверстий на степень закрытия дефектов в осевой зоне при осадке перед последующей прошивкой. Предложены на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований и подтвержденные в промышленных условиях новые технические решения по прошивке крупных высоких заготовок; протяжке и раскатке на оправке полых заготовок с внутренним диаметром свыше 1500 мм и длиной более 5500 мм; развертке толстостенных трубных поковок в плоские плиты, позволяющие осуществление этих операций на действующем кузнечно - прессовом оборудовании.

Установлено на основе результатов физического и компьютерного моделирования влияние конфигурации и параметров плоского и клинового инструмента, технологических параметров процесса на эффективность развертки крупных полых поковок. Выявлены закономерности влияния режимов пластических и термических обработок на разных стадиях производства плит и днищ из них на структуру, физико–механические и технологические свойства изделий. Разработаны научные основы проектирования эффективных комплексных технологических процессов производства крупногабаритных плит и бесшовных днищ большого диаметра.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны на основе результатов данной работы, внедрены и используются на практике новые технические и технологические решения по изготовлению крупногабаритных толстых плит и бесшовных днищ большого диаметра, которые затруднительно или невозможно получить традиционными методами обработки металлов давлением. Предложены новые технологические схемы прошивки сверхвысоких промышленных заготовок и разработаны новые конструкции полых прошивней, обеспечивающие снижение отходов металла за счет изменения формы удаляемого осевого отхода и устранения образования торцевого заусенца на нижнем торце заготовки. Разработаны и внедрены новые способы протяжки с применением новой конструкции оправок ступенчатой формы в моноблочном и сборном исполнениях, позволяющие на универсальном прессовом оборудовании получать толстостенные поковки длиной 5500-8000 мм и внутренним диаметром свыше 1500 мм. Разработаны и внедрены в условиях ЗАО «Атоммаш» конструкции плоского инструмента для развертки толстостенных трубных поковок в плоские плиты. Разработаны и прошли опытно-промышленное опробование новые конструкции клинового инструмента конической и криволинейной формы, позволяющие уменьшить число переходов при развертке и повысить коэффициент использования металла на 10-15 % по сравнению с использованием плоского инструмента. Разработана и внедрена в ОАО «Энергомашспецсталь» и ЗАО «Атоммаш» комплексная технология производства крупногабаритных моноблочных плит из стали 15Х2НМФА с размерами 5500х5500х280 мм, позволившая снизить трудоемкость изготовления изделий в 1,6 раза, расход металла – на 10-15 %, существенно повысить надежность работы корпусов атомных реакторов по сравнению со сварным вариантом получения плит. В условиях ЗАО «Атоммаш» изготовлено восемь днищ корпусов реакторов ВВЭР-1000, удовлетворяющих по своим качественным показателям требованиям технических условий. Разработана на основе анализа возможностей металлургического производства ведущих предприятий Российской Федерации технология производства моноблочных плит с размерами 7600х7600х360 мм для штамповки днищ корпуса реактора ВПБЭР-600, предусматривающая минимальный объем реконструкции производств ОАО «Ижорские заводы» и ЗАО «Атоммаш».

Работа награждена медалями ВДНХ.

Результаты работы используются при проектировании новых технологий обработки металлов давлением в ГНЦ РФ НПО «ЦНИИТМАШ», а также в учебном процессе преподавателями, аспирантами и студентами по специальности «Обработка металлов давлением» в НИТУ «МИСиС» и МГВМИ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на использовании математических и компьютерных методов моделирования, планирования и анализа результатов проведенных исследований; применении современных приборов и методик, их метрологического обеспечения; комплексе экспериментальных исследований, в том числе на уникальном кузнечно - прессовом оборудовании; результатах механических, технологических, металлографических, структурных и других исследований; внедрении разработанных режимов и технологий; на выпуске промышленных партий изделий и результатах контроля их качества.

Личный вклад автора. В представленных работах автором определены основные идеи и направления проводимых исследований [3, 4, 11], предложены и обоснованы новые методы исследования процессов [14, 21, 27-29, 31-33], новые технические решения [5, 6, 10, 13,15-20, 22-25,30,37-41], проанализированы, обобщены и систематизированы результаты собственных исследований, а также других ученых и специалистов в области ковки крупных поковок [1, 8, 26]. При проведении исследований, результаты которых опубликованы в соавторстве, автором определены идеология и постановка научных задач, разработаны расчетные методики и предложены основные идеи технических и технологических решений, выполнен анализ и обобщение лабораторных и промышленных экспериментов. Под руководством и при личном участии автора выполнены промышленные испытания и внедрение результатов работы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Международной научной конференции «Материалы и технологии в машиностроении» (г. Москва,1989 г.); научно-технических советах НПО ЦНИИТМАШ (г. Москва,1988-1990, 2010 г.г.); научно-технических секциях АО «Атоммаш» (г. Волгодонск,1990-1995 г.г.); АО «Энергомашспецсталь» (г. Краматорск, 1989-1992 г.г.); Седьмом конгрессе прокатчиков (г. Москва, 2007 г.); У111, 1Х, Х Miedzynarodowa Konferencja Naukova. Nowe technologie i osiagniecia w metalurgii I inzynierii materialowey. Czestochowa, 2007, 2008, 2009 г.; Metal Quality Studies in Manufacturing of Wide Forged Plates European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes “EUROMAT 2007”. Nurnberg, Germany, 2007; X111 Conference of Socidade Portuguesa de Materials “Materiais 2007”, Porto, Portugal, 2007; 1 International Conference on New Materials for Extreme Environmets, San Sebastian (Spain), 2008; научно-технической конференции «Экология, ресурсосбережение, материаловедение в производстве высококачественных металлов» (г. Москва,2008 г.); У Международной конференции «Стратегия качества в промышленности и образовании (г. Варна, Болгария, 2009 г.); Международной Юбилейной школе-конференции «Прогрессивные технологии пластической деформации» (г. Москва, 2009); научных семинарах кафедр ТиОТП и ПДСС МИСиС (г. Москва, 1988- 2010 г.г.), секции ОМД МГВМИ (г. Москва, 2010г.), секции ОМД ИМЕТ им. А. А. Байкова РАН (г. Москва, 2010г.). Результаты работы экспонировались на ВДНХ (г. Москва, 1987-1990 г.г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в монографии, 35 статьях, из них - 16 в журналах из перечня ВАК РФ, получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, библиографического списка из 145 наименований, выводов и приложений; содержит: 235 страниц машинописного текста, 129 иллюстраций, 9 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net