Разработка и исследование процесса производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой

Многие отрасли современной техники, связанные с наукоемкими технологиями, требуют для решения своих проблем особых свойств материалов, которые могут быть получены на основе конструирования композитных соединений из металлов с совершенно разными физическими и химическими характеристиками.

Широкое применение при создании приборов электронной техники нашли многослойные проволочные материалы с сердечником из ферроникелевых сплавов (ковара, фени, пермаллоя и др.) с медными покрытиями. Для герметичных (вакуумных) вводов через стеклянные оболочки светильных, электровакуумных и полупроводниковых приборов используют биметаллическую проволоку с сердечником из сплава фени и оболочкой из меди (платинит). Композицию «пермаллой — медь» используют в качестве малогабаритных («микронных») сердечников в переключающих устройствах.

Современное производство прецизионной металлопродукции должно быть оснащено технологическим оборудованием, соответствующим мировому уровню техники. Наличие такого оборудования позволяет создавать эффективные технологии производства высококачественных материалов. Выбранные для исследования композиции имеют в своем составе металлы с низкой упругостью диссоциации оксидов: N?, Си и др. Поэтому композиционные материалы с составляющими из таких металлов или их сплавов требуют применения специального технологического оборудования и среды контролируемого состава.

Анализ известных технологий производства проволочных биметаллов показал, что для рассматриваемых в работе материалов они не обеспечивают высокого качества соединения составляющих, точности геометрических размеров и требуемых служебных характеристик, связанных со спецификой их применения.

Поэтому разработка процесса производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой является актуальной задачей, которая имеет важное народнохозяйственное значение и вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса. 6.

Цель работы — исследование процесса получения биметаллической проволоки и на этой основе разработка технологии непрерывного производства прецизионной ферроникелевой проволоки с медной плакировкой и рекомендаций по созданию и совершенствованию конструкций оборудования.

Для достижения этой цели в работе решались следующие задачи:

• проанализировать и систематизировать современные технологии и оборудование для производства композиционных металлических материалов, обобщить опыт работы ведущих проектно-конструкторских и научно-исследовательских организаций по созданию процессов и машин для обработки давлением биметаллических проволочных материалов;

• разработать принципы построения технологии производства прецизионных проволочных материалов с сердечником из ферроникелевого сплава и плакировкой из меди;

• на основе объектно-ориентированного подхода разработать непрерывные технологические линии для производства проволочных биметаллов с использованием научного конструирования и баз данных;

• математическим моделированием исследовать процесс получения биметаллической проволоки и определить влияние технологических факторов на качество готовой продукции;

• провести опытно-промышленные испытания разработанных технологических режимов и оборудования непрерывных линий.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые для создания процесса производства многослойных проволочных материалов использован объектно-ориентированный подход, объединяющий в единое целое технологию, функциональную схему работы, объектно-ориентированную модель и состав оборудования.

2. Разработана математическая модель контактного взаимодействия сердечника и волоки, основанная на совместном использовании теории волочения и закономерностей контактного тренияустановлена зависимость величины зазора, определяющего натекание воздуха, от параметров шероховатости поверхностей и режимов волочения.

3. Создана вакуумная математическая модель процесса ввода сердечника в рабочую камеру, что позволило установить режимы течения 7 воздуха в волочильных блоках и получить формулы для расчета вакуумной проводимости. Установлен логарифмический закон изменения давлений в соседних вакуумных камерах, определено количество камер и число волок в каждом герметизирующем блоке.

4. Разработана математическая модель узла вывода биметаллической проволоки из рабочей вакуумной камеры, выполненного в виде совокупности последовательно расположенных волоквыведены уравнения для определения напряжений волочения, в которых величина противонатяжения задается в долях условного предела текучести.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

1. На основе разработанной технологии, функциональной схемы работы и объектно-ориентированной модели предложена технологическая схема и определен состав оборудования линии для производства ферроникелевой проволоки с медной оболочкой с применением баз данных и научного конструирования модулей.

2. Разработана технология герметичного соединения биметалла «фенимедь» в вакууме 10″ 2.10″ 4 Па путем трубоформовки ленты в калибрующих роликах с электронно-лучевой сваркой её продольных кромок и последующим деформированием биметаллической заготовки в волочильном блоке с обжатием до 8%.

3. Лабораторные и опытно-промышленные исследования показали, что созданная технологическая линия для производства биметалла «фени — медь» обеспечивает получение прецизионной прямоугольной проволоки с высоким качеством соединения составляющих и равномерным распределением медного слоя по периметру сердечникаданы рекомендации по выбору технологических параметров.

4. Результаты исследований использованы при модернизации стана МАМП, разработке плющильного стана конструкции ОКБМ и создании промышленного образца модуля деформирования и сварки.

5. Испытания полученных биметаллов показали, что при производстве изделий электронной техники брак по вакуумной плотности снизился в 2.3 раза, выход годного повысился на 20.40%, срок службы изделий увеличился более чем в 2 раза. 8.

Данная диссертация является составной частью комплекса научно-исследовательских работ, выполненных в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) на кафедре «Машины и агрегаты металлургических предприятий» (МАМП) в соответствии с планами госбюжетных работ единого заказ-наряда и по конкурсу грантов в области фундаментальных проблем металлургии и машиностроения.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научном семинаре кафедры МАМП МИСИС (г. Москва, май 2000, ноябрь 1998), международной конференции «ИНФОТЕХ-99. Информационные технологии в производственных, социальных и экономических процессах» (г. Череповец, май 1999), международной научно-технической конференции «Вопросы проектирования и эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве» (г. Старый Оскол, сентябрь 1999), международном конгрессе прокатчиков (г. Липецк, октябрь 1999).

По теме диссертации опубликовано 12 статей. 9.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Создана методология расчета и проектирования процессов и оборудования для производства прецизионных проволочных биметаллических материалов, которые базируются на объектно-ориентированном подходе.

2. Разработана математическая модель процесса ввода сердечника в рабочую вакуумную камеру, основанная на совместном использовании теории волочения, закономерностей контактного взаимодействия и вакуумной техники. В результате имитационного моделирования установлено количество вакуумных камер, оптимизировано распределение в них давлений и определено количество фильер в каждом герметизирующем блоке.

3. Предложена математическая модель процесса волочения биметаллической проволоки, которая использована для исследования и оптимизации процесса вывода ферроникелевой проволоки с медной оболочкой из рабочей вакуумной камерывыведены уравнения для определения напряжений волочения, в которых величина противонатяжения задается в долях напряжения условного предела текучести.

4. Применение имитационного моделирования позволило из множества вариантов конструктивного исполнения волочильного блока выбрать оптимальный — с тремя фильерами, принятый при научном конструировании узла вывода биметаллической проволоки из рабочей вакуумной камеры. Установлены зависимости максимального усилия волочения и усилия, действующего на каждую волоку, от числа проходов. Проведена оптимизация распределения вытяжек по проходам из условия равенства усилий, действующих на каждую из трех волок.

5. На основе разработанных функциональных схем работы и объектно-ориентированных моделей разработаны технологические схемы и определен состав оборудования линий для непрерывного получения круглой «ферроникельмедь» проволоки с применением баз данных и научного конструирования.

6. Испытания полученных биметаллов показали, что при производстве изделий электронной техники брак по вакуумной плотности снизился в 2.3 раза, выход годного повысился на 20.40%, срок службы изделий увеличился более чем в 2 раза.