АР19674502 «Калибрленген біліктерде прокаттау кезінде қарқынды ығысу деформацияларын жүзеге асырудың технологиялық әдісін әзірлеу және зерттеу»

Калибрдегі бойлық прокаттау – ұзын металл бұйымдарын алудың негізгі технологияларының бірі. Сонымен қатар, калибрлерде дәстүрлі прокаттау кезінде дайын прокатта құйма құрылымның қалдықтары және көлденең қима бойынша металдың механикалық қасиеттерінің біркелкі еместігі байқалады. Бұл кемшіліктерді металл көлемінде қарқынды пластикалық деформацияны (ҚПД) енгізу арқылы жоюға болады. Дегенмен, ҚПД технологияларының көпшілігінің төмен өндірістік қабілеттілігі оларды өнеркәсіпте пайдалануды шектейді. Сондықтан үздіксіз технологиялық процесте, атап айтқанда үздіксіз орнақтарда прокаттау кезінде ҚПД енгізудің жаңа әдісін әзірлеу және зерттеу өзекті ғылыми-техникалық мәселе болып табылады.

Жобада қарқынды ығысу деформациясын жүзеге асыруды қамтамасыз ететін илемдеу орамдарын калибрлеудің жаңа технологиялық схемаларын әзірлеу ұсынылады. Жобада ұсынылған гипотеза бойынша жаңа калибрлер жүйесінде прокаттау кезінде металл ағынының монотонды емес сипаты металлофизикалық құрылымның барлық деңгейлерінде металл құрылымының терең тығыздалуына және өңделуіне әкеледі, бұл металл бұйымдарының механикалық және қызмет көрсету қасиеттерін кешенді жақсартуға ықпал етеді. Бұл жағдайда металл құрылымы мен қасиеттерінің қалыптасу заңдылықтарын белгілеу жобаның негізгі ғылыми мәселесі болып табылады.

Алынған нәтижелер бойлық прокат саласында қарқынды ығысу деформациясын жүзеге асырудың технологиялық әдістерінің теориялық және ғылыми негіздерін әзірлеуге әсер етеді және металпрокаттың өнеркәсіптік өндірісінің жаңа технологиясын негіздеу үшін қолданылуы мүмкін.

Ногаев Кайрош Абилович – Техника ғылымдарының кандидаты, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының меңгерушісі.

Scopus ID: 58065928300  

ResearcherID: KGS-4868-2024

https://orcid.org/0000-0003-1332-6352

2) Ашкеев Жасулан Аманжолович – Техника ғылымдарының кандидаты, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының доценті

Scopus ID: 57205283781  

ResearcherID: U-8566-2018 

https://orcid.org/0000-0001-8992-3984

3) Ахметова Гульжайнат Есенжоловна – PhD, «Металлургия және материалтану» кафедрасының қауымдастырылған профессоры

4) Абишкенов Максат Жарылгасынович – PhD, «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының аға оқытушысы

Scopus ID: 57218196534  

ResearcherID:AAY-6294-2021   

https://orcid.org/0000-0002-7995-7651

5) Кыдырбаева Салтанат Жайсанбековна – «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының аға оқытушысы

6) Тавшанов Ильгар Сулейманович – «Технологиялық машиналар және көлік» кафедрасының оқытушысы

Scopus ID: 58203718700  

ResearcherID: JNR-8253-2023  

https://orcid.org/0000-0002-9427-9748

7) Камаров Аман Уахитович – докторант

Жобаның нәтижелері келесі түрде жүзеге асырылады:

1) Science Citation Index Expanded деректер базасында Web of Science және (немесе) Scopus деректер базасында CiteScore пайыздық көрсеткіші кемінде 35 (отыз бес) индексі бар рецензияланатын ғылыми журналдарда 3 мақаланы жариялау.

2) ҒЖБССҚК ұсынған рецензияланған басылымда бір мақаланы жариялау.

3) Зерттеу нәтижелері бойынша 1 ғылыми монографияны шығару.

4) Қазақстан патенттік бюросында өнертабысқа 1 патент алу;

5) Зертханалық жағдайларда жаңа ыстық прокаттау технологиясын іске асыру үшін ғылыми-техникалық, конструкторлық құжаттаманы дайындау;

6) Ғалымдар қауымы, әлеуетті тұтынушылар және қалың жұртшылық арасында жұмыс нәтижелерін тарату үшін 2 халықаралық ғылыми конференцияда баяндама жасау.

Нәтижелер бойлық прокаттау саласында қарқынды ығысу деформациясын жүзеге асырудың технологиялық әдістерінің теориялық және ғылыми негіздерін әзірлеуге әсер етеді.

Зерттеу нәтижелерін өндірісте қолдану өндіріс шығындарының төмендеуіне әкеледі және металл нарығында өнімнің бәсекеге қабілеттілігін арттырады.

1) Алғашқы ақпаратты жинау, өңдеу және талдау әдістерін қолдана отырып, бойлық прокаттау процестерінде қарқынды ығысу деформацияларын жүзеге асырудың әртүрлі технологиялық және конструкторлық әдістері анықталды.

Бастапқы ақпаратты өңдеу және талдау бойлық прокаттау кезінде қарқынды макроығысулар прокатқа жергілікті деформация әсерінің нәтижесінде қол жеткізілетінін және әртүрлі технологиялық және конструкторлық әдістермен қамтамасыз етілетінін анықтады: толқынды немесе гофрленген беті бар дайындамалар мен білікшелерді пайдалану, асимметриялық прокат, прокат материалының қалыңдығы мен ені бойынша біркелкі салқындауы және т.б.. Калибрленген білікшелерде прокаттау кезінде бір мезгілде биіктікте сығымдалу және деформация аймағындағы көлденең ығысу есебінен бірнеше өтуде металдың ауыспалы ағынын қамтамасыз ету үшін жағдай жасауға болатыны анықталды. Өндіріс жағдайында қарқынды ығысу деформациясын енгізудің технологиялық қиындықтары талданады, бұл осы жоба аясындағы зерттеудің өзектілігін анықтайды.

2) «Овал-дөңгелек» калибрлі жүйесінде прокаттау әдісі ұсынылды, мұнда калибрдағы овалдың негізгі осьтері білікшелердің осіне қатысты қиғаш орналасқан. Калибрдегі овалдың негізгі осінің білікшелер осіне қатысты көлбеу бұрышы γ=35° деп қабылданады, бұл биіктіктегі қысумен бір мезгілде деформация аймағында көлденең ығысуды жүзеге асыруды қамтамасыз етеді.

Қарқынды ығысу деформацияларын жүзеге асыруды қамтамасыз ететін калибрде прокаттаудың ұсынылған әдісін негіздеу үшін DEFORM 3D бағдарламалық пакетінде шекті элементтер әдісі (ШЭӘ) көмегімен прокаттау процесі модельденді.

3) Овалы көлбеу орналасқан овалды калибрде прокаттау процесін компьютерлік модельдеу құйынды пластикалық ағындардың пайда болуына байланысты металл ағынының монотонды емес сипатын көрсетті, бұл қарқынды пластикалық деформациялардың жүзеге асуын тудырады.

Кернеу-деформациялық күйді модельдеу нәтижелері бойынша овалы көлбеу орналасқан овалды калибрде кернеу қарқындылығының жоғары көрсеткіштері дәстүрлі овалды калибрде прокаттаумен салыстырғанда қарқынды ығысу деформациясының жоғары деңгейін тудыратыны және деформация аймағындағы металлды қарқынды өңдеуді қамтамасыз ететіні анықталды.

Овалы көлбеу орналасқан овалды калибрде кернеу қарқындылығының 180 МПа-дан жоғары көрсеткіштерінің үлесі 89,5% құрайды, ал дәстүрлі калибр үшін бұл көрсеткіш 2,5 есеге дерлік төмен (36,4%).

Овалы көлбеу орналасқан овалды калибрде прокаттаудан кейін жинақталған ығысу деформациясының 0,7-ден астам көрсеткіштері 32,1% құрайды, бұл дәстүрлі овалмен прокаттаудан (22,43%) 1,43 есе жоғары.

4) Тәжірибелік станда прокаттауға арналған жаңа «овал-дөңгелек» жүйесінің калибрлерінің пішін өзгерту параметрлері мен геометриялық қатынасы анықталып, прокаттау білікшелері мен білікше бағыттағыштарды жасауға жобалық-конструкторлық құжаттама әзірленді.

Пішін өзгерту параметрлері мен калибр өлшемдері «Овал-дөңгелек» калибр жүйесінде диаметрі d_0=20мм бастапқы дөңгелек дайындаманың кесіндісін әрбір өту кезінде μ=1,3 тарту коэффициентімен 4 өткізумен тәжірибелік прокаттау үшін анықталды.

«ДУО-150» зертханалық прокаттау станына білікшелер мен білікше бағыттағыштардың жұмыс сызбалары әзірленді.

5) Джонсон-Мейль-Аврами-Колмогоровтың феноменологиялық моделі (JMAK моделі) негізінде «овал-дөңгелек» калибрлер жүйесінде прокаттауда қарқынды ығысу деформациясын жүзеге асыру кезіндегі микроқұрылымның эволюциясын сандық модельдеу жүргізілді. AISI 316 болатына арналған микроқұрылым параметрлері есептелді. Дәстүрлі және жаңа схема бойынша прокаттау кезінде алынған материалдардың түйіршіктерінің орташа өлшемдерінің шамасы мен көлденең қимада таралу сипатына салыстырмалы талдау жүргізілді. Модельдеу нәтижелері бойынша «овал-дөңгелек» калибрлер жүйесінде прокаттау кезінде қарқынды ығысу деформацияларын іске асыру дәстүрлі прокаттау схемасымен салыстырғанда жолақтың бүкіл қимасы бойынша неғұрлым қарқынды және біркелкі ұнтақтауды қамтамасыз ететіні анықталды. Дәстүрлі схема бойынша прокаттау кезінде қима бойынша металдың механикалық қасиеттерінің біркелкі еместігін растау алынды. Жаңа илемдеу схемасының ақаулардан көп зардап шеккен бастапқы дайындаманың учаскелерін өңдеудегі тиімділігі дәлелденді.

1. К. А. Ногаев, Ж. А. Ашкеев, М. Ж. Абишкенов, А. Сладковский , А. У. Камаров. Анализ напряженно-деформированного состояния при прокатке в овальном калибре, реализующем поперечный сдвиг // Наука и техника Казахстана. – 2023. – № 4. – С. 178-192. ISSN 2788-8770. https://doi.org/10.48081/ISPR9282

2) К.А. Ногаев, М.Ж. Абишкенов, И.С. Тавшанов, А.Д. Тайсагатов. Моделирование условий для определения энергосиловых параметров процесса прокатки в калибрах, реализующих интенсивные сдвиговые деформации  // Сборник трудов ХІІ Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и инжиниринг», посвященной 60-летию Карагандинского индустриального университета. Темиртау, 19-20 октября 2023 года. С. 532-536.

3) К.А. Ногаев, Ж.А. Ашкеев, Г.Е. Ахметова, С.Ж. Кыдырбаева. Обзор способов реализации интенсивных пластических деформации (ИПД) в процессах продольной прокатки  // Сборник трудов ХІІ Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и инжиниринг», посвященной 60-летию Карагандинского индустриального университета. Темиртау, 19-20 октября 2023 года. С. 544-547.