Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Исследование совмещенного процесса непрерывного литья и деформации для производства листа из алюминия

О.С. Лехов, М.В. Баранов, В.С. Минаков

Российский государственный профессионально-педагогический университет
620012, г. Екатеринбург, ул.Машиностроителей 11; тел.(3432) 31-91-46

На современном этапе развития металлургического производства и в условиях сложившейся на данный момент экономической ситуации в стране и в мире все большее развитие получают совмещенные процессы непрерывного литья и деформации, которые позволяют добиться существенного снижения энергоемкости технологического процесса и металлоемкости оборудования, а также улучшить качество получаемого металла.

На рис. 1 представлена новая схема получения листа на установке совмещенного процесса непрерывного литья и деформации, которая включает в себя стадии образования в неразъемном кристаллизаторе 1 замкнутой оболочки 5 с жидкой фазой 6, формирования плоской заготовки за счет гибки боковых стенок  и смыкания широких стенок  оболочки и циклического обжатия стенками-бойками 2 затвердевшей части заготовки и калибровки сечения полосы

Рис. 1. Установка совмещенного процесса непрерывного литья и циклической деформации

1 – неразъемный кристаллизатор; 2 – боек; 3 – калибрующий участок; 4 – тянущие ролики; 5 – замкнутая оболочка с жидкой фазой; 6 – жидкий металл; 9 – готовая полоса.

Целью настоящего исследования являлось:

- определение напряженно-деформированного состояния металла при формировании полосы в зоне гибки узких боковых стенок оболочки с жидкой фазой (участок I, рис.1), а также в зоне очага деформации (участок II, рис.1);     

- определение влияния радиуса сопряжения стенок неразъемного кристаллизатора, на уровень растягивающих деформаций и напряжений, для предотвращения образования трещин на внешней поверхности оболочки.

В качестве метода исследования использован вычислительный эксперимент на базе решения задач механики сплошных сред методом конечных элементов (для расчета использован пакет ANSYS), а именно:

- для участка I использована плоская постановка контактной задачи теории упругой пластичности при наличии больших деформаций и перемещений;     

- для участка II – объемная постановка контактной задачи теории упруго-пластичности.

Полученные максимальные результаты напряжения в зоне контакта очага деформации с бойком σ_х = -22,3 МПа; σ_у = -12 МПа; σ_z = -16 МПа; σ_хz = -5 МПа; а также напряжения в плоскости симметрии σ_х = -16 МПа; σ_у = -14 МПа; σ_z = -18 МПа свидетельствуют о благоприятной картине напряженного состояния в очаге циклической деформации.

Следует отметить сложный характер напряженно-деформированного состояния, возникающего при гибке узкой грани оболочки, а именно:

- на внешней поверхности узкой грани вблизи ее середины возникают растягивающие напряжения и деформации, переходящие в сжимающие в области перехода узкой грани в широкую; уровень растягивающих деформаций достигает для оболочки из алюминия величины 0,6 МПа.

Таким образом, выполнена постановка задачи и определено напряженно-деформированное состояние металла при работе установки непрерывного литья и циклической деформации для получения листа из алюминия. Установлено, что металл при деформации находится практически в условиях всестороннего сжатия, что способствует получению листа высокого качества.