Гибка металла обычно используется в строительстве для создания каркасов зданий и мостов, трубопроводов, кровельных материалов крыш и отделке фасадов. В автомобильной промышленности так производят, например, выхлопные трубы и компоненты подвески, а в аэрокосмической отрасли — крылья и части фюзеляжей. Холодная гибка листов — это относительно экономичный процесс, при котором материалу под давлением придают определенную форму без применения высоких температур. Однако если некорректно задать условия процесса, то можно получить деталь с плохими прочностными характеристиками. Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации холодной гибки металлических листов. Она позволит прогнозировать изменения в структуре материала и поможет подобрать наилучшие режимы изготовления изделий.
Эквивалентные поля напряжений металлического листа в процессе холодной гибки / © Алексей Шейкин, пресс-служба ПНИПУ
Статьи опубликованы в журналах Metals и Russian Physics Journal. Исследования проведены при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации нацпроекта «Наука и университеты».
Холодную гибку проводят, как правило, при комнатной температуре без предварительного нагрева. Это относительно быстрый и экономичный способ превратить лист металла в функциональное изделие нужной формы и размера. При этом оно будет иметь беспористую мелкозернистую микроструктуру, которая обеспечивает повышенную прочность. Это важно для ответственных изделий, таких как трубопроводы и авиадетали.
Для оптимизации методов холодной гибки и для разработки новых технологий эффективным инструментом является многоуровневое математическое моделирование. С его помощью описывается изменение внутренней структуры металла на нескольких масштабных уровнях. Это позволяет прогнозировать получаемые свойства материала.
«При интенсивном неупругом деформировании действует множество механизмов, роль которых меняется в зависимости от различных факторов – температуры, скорости и типа воздействий, исходного состава материала. При комнатной температуре одним из ключевых механизмов становится измельчение зеренной структуры металла, в ходе которого образуются новые зерна меньшего размера за счет относительных разворотов частей исходного зерна. Это улучшает прочность готовых изделий», – объясняет Алексей Швейкин, ведущий научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ, доктор физико-математических наук.
Ученые Пермского Политеха разработали многоуровневую модель, которая описывает процесс измельчения зерен при деформации, помогает детально проанализировать закономерности изменения микроструктуры металла и улучшить эксплуатационные характеристики будущих изделий.
«Мы провели моделирование холодной гибки листа из стали и произвели расчеты процесса при различных условиях. В результате определены оптимальное расположение роликов станка и скорость подачи металлического листа – это те параметры, которые обеспечивают наименьший размер зерен и более высокий предел текучести материала», – комментирует Кирилл Романов, аспирант и ассистент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов», младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов ПНИПУ.
Модель ученых Пермского Политеха важна для оптимизации технологий производства и обработки металлических заготовок. Вычислительный эксперимент демонстрирует возможности управления параметрами процесса для получения наилучших характеристик материала. Исследование позволит дать рекомендации технологам по подбору режимов обработки для получения более прочных изделий.
Комментарии
Пермский Политех сила!