Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; Институт физики металлов имени М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, Eкатеринбург, Россия²

Ю. Н. Логинов, профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД)¹, докт. техн. наук, ведущий научный сотрудник², эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru

ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», Каменск-Уральский, Россия
А. В. Разинкин, директор по технологии, канд. техн. наук, эл. почта: RazinkinAV@kumz.ru

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия

Г. В. Шимов, доцент кафедры ОМД, канд. техн. наук, эл. почта: g.v.shimov@urfu.ru
Н. И. Бушуева, инженер-исследователь научной лаборатории ОМД, эл. почта: n.i.bushueva@urfu.ru

Рассмотрен процесс прессования прутков из алюминиевого сплава 6061 с целью установления способа уменьшения потерь металла в процессе обработки давлением за счет применения дополнительной заготовки в виде задней пробки из менее дорогостоящего материала. Выполнено численное моделирование процесса прессования для трех вариантов режима нагрева инструментов и заготовок. Проведен анализ взаимного течения металла слитка и пробки на финальной стадии прессования для определения момента начала и характера образования пресс-утяжины. Исследованы особенности напряженно-деформированного состояния для трех вариантов процесса, в частности рассмотрены цветовые градиентные картины распределения степени деформации и скорости деформации в продольном сечении по оси прессования. Установлено, что при использовании предварительно нагретой дополнительной заготовки возникает необходимость повышения величины пресс-остатка из-за раннего образования пресс-утяжины. В случае применения холодной пробки и нагретой пресс-шайбы также наблюдается раннее образование пресс-утяжины, так как на заключительной стадии прессования задняя пробка разогревается практически до тех же значений, что и основная заготовка. Определено, что наиболее рациональным вариантом является отсутствие нагрева для задней заготовки и пресс-шайбы. В ходе моделирования выявлено, что в данном случае уменьшается величина пресс-остатка. Полученные результаты моделирования могут быть использованы для проведения экспериментального исследования в промышленных условиях с целью снижения величины пресс-остатка в процессе прессования алюминиевых прутков, что позволит повысить коэффициент использования металла.

Исследования проведены в рамках выполнения проекта Российского научного фонда (№ 22-29-00931 от 20.12.2021).

1. Namburi K.-P. V., Kothasiri A. F., Yerubandi V.-S. M. Modeling and simulation of Aluminum 1100 alloy in an extrusion process // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 23, Iss. 3. P. 518–522. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.398
2. Выдрин А. В., Жуков А. С., Тумашев А. С., Звонарев Д. Ю. и др. Влияние профиля матрицы на характер напряженно-деформированного состояния при прессовании труб // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2021. Т. 21, № 3. С. 49–55.
3. Логинов Ю. Н., Антоненко Л. В. О скоростных режимах деформирования в контейнере при прямом прессовании // Технология легких сплавов. 2010. № 4. С. 66–72.
4. Chanda T., Zhou J., Duszczyk J. FEM analysis of aluminium extrusion through square and round dies // Materials & Design. 2000. Vol. 21, Iss. 4. P. 323–335. DOI: 10.1016/S0261-3069(99)00073-4
5. Логинов Ю. Н., Семенов А. П. Изменение температуры инструмента при горячем прессовании прутков из меди и латуни // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2006. № 4. С. 10–13.
6. Yadav R. R., Raghuwanshi Y.-D. J., Sharma V. Finite element analysis of extrusion process using aluminum alloy // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 24, Iss. 2. P. 500–509. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.04.302
7. Khadyko M., Morin D., Børvik T., Hopperstad O. S. Tensile ductility of extruded aluminium alloy AA6063 in different tempers // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 744. P. 500–511. DOI: 10.1016/j.msea.2018.12.048
8. Kawałek A., Bajor T., Kwapisz M., Sawicki S. et al. Numerical modeling of the extrusion process of aluminum alloy 6XXX series section // Journal of Chemical Technology & Metallurgy. 2021. Vol. 56, No. 2. P. 375–381.
9. Herba E. M., McQueen H. J. Influence of particulate reinforcements on 6061 materials in extrusion modeling // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 372, Iss. 1-2. DOI: 10.1016/j.msea.2003.08.006
10. Дмитрюк А. И., Григорьев А. А. Совершенствование технологии прессования алюминиевых заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. Т. 18, № 8. С. 353–358.
11. Дерябин А. Ю., Каргин В. Р. Моделирование заключительной стадии прессования крупногабаритных прутков при малых вытяжках в момент образования центральной пресс-утяжины // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2018. Т. 20, № 1(81). С. 5–10.
12. Логинов Ю. Н., Ершов А. А. Моделирование в программном комплексе QFORM образования пресс-утяжины при прессовании // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2013. № 7. С. 42–46.
13. Hatzenbichler T., Buchmayr B., Umgeher A. A numerical sensitivity study to determine the main influence parameters on the back-end defect // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 182, Iss. 1-3. P. 73–78. DOI: 10.1016/j. jmatprotec.2006.07.013

14. Дмитриев А. И., Каленов С. В., Урин С. Л., Губина Н. А. Изучение причин повышенной отбраковки металла при прессовании слитков массой 500 кг // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2012. № 8(1352). С. 48–51.
15. Balasundar I., Raghu T. Investigations on the extrusion defect – Axial hole or funnel Materials and Design. 2010. Vol. 31, Iss. 6. P. 2994–3001. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.01.027
16. Liu C. H., Yang J. B., Lin H. C. Design of a novel dummy block by finite element simulation to eliminate back end defects in direct extrusion // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2016. Vol. 69. P. 1699–1710. DOI: 10.1007/s12666-016-0830-y