Ключевые слова

2411-3336

2541-9404

Записки Горного института

Journal of Mining Institute

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ

Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University

10.25515/pmi.2017.5.569

pmi-11426

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11426

Электромеханика и машиностроение

Electromechanics and mechanical engineering

Production of flat parts from foam aluminum in alternating magnetic field

Получение плоских деталей из пеноалюминия в переменном электромагнитном поле

Rastvorova

I. I.

Растворова

И. И.

Rastvorova

I. I.

rastvorova@mail.ru

Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia)

23 10 2017

2017

227 569 575 13 05 2017 18 07 2017 23 10 2017

2017

И. И. Растворова

I. I. Rastvorova

CC BY 4.0

https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/11426

Исследуется электромагнитная технология производства сверхлегких панелей из материалов на основе пеноалюминия. Рассматривается теория взаимодействия электромагнитного поля с веществом в твердожидком состоянии и формирование соответствующего распределения его в пространстве и во времени для реализации новых технологий и оборудования. Предлагаемая технология производства сверхлегких панелей из материалов на основе пеноалюминия состоит из следующих основных этапов: загрузка порошкообразного сырья; приготовление шихты и формирование контейнера; компактирование (консолидация) горячей прокаткой; вспенивание заготовки – прекурсора; получение товарного изделия. Наиболее сложную задачу представляет процесс нагрева прекурсора до температуры вспенивания. В ходе исследования рассматривалось два возможных режима нагрева загрузки – статический и периодический с возвратно-поступательным движением. Представлены требования по обеспечению температурного поля заготовок для получения пеноалюминия. Определяющий фактор в выборе режима нагрева – критерий качества нагрева заготовки. Основными параметрами, обеспечивающими требуемое температурное поле, являются выбор режима нагрева загрузки; скорость перемещения заготовки, выбор частоты. Амплитуда перемещения при возвратно-поступательном движении выбиралась исходя из имеющегося теоретического и практического опыта нагрева в данном режиме. На выбор частоты оказывали влияние несколько параметров, таких как КПД, напряжение и ток индуктора, реактивная мощность. Проведенная оптимизация процесса электромагнитной обработки плоских изделий на основе пеноалюминия по результатам численного моделирования позволяет разработать электромагнитную систему воздействия на металлы в твердожидком состоянии.

The electromagnetic technology for production of ultralight panels of materials based on foam aluminum is investigated. The theory of the interaction of the electromagnetic field with matter in the solid-liquid state and the formation of its corresponding distribution in space and time for the implementation of new technologies and equipment are considered. The suggested technology for the production of ultralight panels of materials based on foam aluminum include the following main stages: loading of powdered raw materials; preparation of the blank and the formation of the container; compacting (consolidation) by hot rolling; foaming of the preform precursor; production of a marketable product. The most difficult task is the process of heating the precursor to the temperature of foaming. In the course of the research, two possible modes of blank heating – static and periodic with reciprocating motion – were considered. The requirements for ensuring the temperature field of heated blanks for the production of foam aluminum are presented. The determining factor in the selection of the heating mode is the criterion for the quality of the blank heating. The main parameters that provide the required temperature field are the selection of the blank heating mode; speed of workpiece movement, and frequency selection. The displacement amplitude for reciprocating motion was chosen based on the available theoretical and practical experience of heating in this mode. The choice of frequency was influenced by several parameters, such as efficiency, voltage and current of the inductor, and its reactive power. The optimization of the process of electromagnetic processing of flat products on the basis of foam aluminum according to the results of numerical simulation makes it possible to develop an electromagnetic system for influencing metals in the solid-liquid state.

Ключевые слова технология получения пеноалюминия электромагнитное поле электромагнитная обработка материалов индукционный нагрев твердожидкое состояние металла

Keywords foamaluminumproductiontechnology electromagnetic field electromagnetic processing of materials induction heating solid-liquid state of metal

Авторадиография поверхностей раздела и структурная стабильность сплавов / С.3.Бокштейн, С.С.Гинзбург, С.Т.Кишкин, И.М.Разумовский, Г.Б.Строганов. М.: Металлургия. 1987. 272 с.

Bokshtein S., Ginzburg S.S., Kishkin S.T., Razumovskii I.M., Stroganov G.B. Autoradiography of interfaces and structural stability of alloys. Мoscow: Metallurgiya. 1987, p.272 (in Russian).

Белов А.Ф. Новые металлургические процессы – путь к повышению качества и эффективности использования металлов // Известия АН СССР. Металлы. 1981. № 3. С. 4-9.

Belov A.F. New metallurgical processes – a way to improvement of quality and efficiency of use of metals. Izvestiya ANSSSR. Metally. 1981. N3, p.4-9 (in Russian).

Береснев А.Г. Проблемы и перспективы применения металлургии гранул для ракетно-космической техники / А.Г.Береснев, А.И.Логачева, А.В.Логунов // Двигатель. 2008. № 2 (56). С. 8-10.

Beresnev A.G., Logacheva A.I., Logunov A.V. Problems and the prospects of application of metallurgy of granules for missile and space equipment. Dvigatel'. 2008. N2 (56), p.8-10 (in Russian).

Гарибов Г.С. Потенциал металлургии гранул / Г.Гарибов, Ю.Елисеев, Э.Гольдинский // Национальная металлургия. 2001. № 1. С. 34-36.

Garibov G.S., Eliseev Yu., Gol'dinskii E. Metallurgy potential granules. Natsional'naya metallurgiya. 2001. N1, p.34-36 (in Russian).

Гарибов Г.С. Металлургия гранул – основа создания перспективных авиационных двигателей // Технология легких сплавов. 2007. № 1. С. 66-78.

Garibov G.S. Metallurgy of granules – a basis of creation of perspective aviation engines. Tekhnologiya legkikh splavov. 2007. N1, p.66-78 (in Russian).

Демидович В.Б. Компьютерное моделирование устройств индукционного нагрева / В.Б.Демидович, Ф.В.Чмиленко. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 160 c.

Demidovich V.B., Chmilenko F.V. Computer modeling of devices of induction heating. St.Petersburg: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2013, p.160 (in Russian).7.NemkovV.S., DemidovichV.B. Theory and calculation of devices of induction heating. Leningrad: Energoatomizdat, 1988, p.280 (in Russian).

Немков В.С. Теория и расчет устройств индукционного нагрева / В.С.Немков, В.Б.Демидович. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.

Ponomarev Yu.I., Kiste N.V., Klyatskin A.S., Mel'nikov N.A. Processing of light and special alloys. Мoscow: VILS, 1996, p.419 (in Russian).

Обработка легких и специальных сплавов / Ю.И.Пономарев, Н.В.Кистэ, А.С.Кляцкин, Н.А.Мельников. М.: ВИЛС, 1996. 419 с.

Garibov G.S., Sizova R.N., Nozhnitskii Yu.A., Boguslavskii L.S. The prospects of production of aerospace materials and processes of their handling at the beginning of the 21st century. Tekhnologiya legkikh splavov. 2002. N4, p.106-117 (in Russian).

Перспективы производства авиационно-космических материалов и процессы их обработки в начале XXI века / Г.С.Гарибов, Р.Н.Сизова, Ю.А.Ножницкий, Л.С.Богуславский // Технология легких сплавов. 2002. № 4. С. 106-117.

Portnaya Z.N. Warm compaction of powder materials. Tekhnologiya metallov. 2003. N3, p.44-45 (in Russian).

Портная З.Н. Теплое компактирование порошковых материалов // Технология металлов. 2003. № 3. С. 44-45.

Rastvorova I.I. Use of induction heating in the production technology of metal products by a tiksoformovka method. Energoeffektivnye elektrotekhnologii: Sb. trudov. St.Petersburg: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2011, p.55-57 (in Russian).

Растворова И.И. Использование индукционного нагрева в технологии производства металлических изделий методом тиксоформовки // Энергоэффективные электротехнологии: Сб. трудов. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. С. 55-57.

Demidovich V.B., Grigor'ev E.A., Olenin V.A. et al. Energy-saving technologies of precision heating of light alloys in inductors. Aktual'nye problemy induktsionnogo nagreva (APIH-09). St.Petersburg: Izd-vo SPbGETU «LETI», 2009, p.31-39 (in Russian).

Энергосберегающие технологии прецизионного нагрева легких сплавов в индукторах / В.Б.Демидович, Е.А.Григорьев, В.А.Оленин и др. // Актуальные проблемы индукционного нагрева (APIH-09). СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. С. 31-39.

Demidovich V. Computer simulation and optimal designing of energy-saving technologies of the induction heating of metals. Thermal Engineering. 2012. Vol.59. N14, p.1023-1034.

Demidovich V. Computer simulation and optimal designing of energy-saving technologies of the induction heating of metals // Thermal Engineering. 2012. Vol. 59. N 14. P. 1023-1034.

Demidovitch V., Nikitin B., Olenin V. Induction installations for heating long cylindrical billets before metal forming. Russian Metallurgy. 2007. N8, p.98-102.

Demidovitch V. Induction installations for heating long cylindrical billets before metal forming / V.Demidovitch, B.Nikitin, V.Olenin // Russian Metallurgy. 2007. № 8. С. 98-102.

Demidovitch V., Rastvorova I. Precise induction heating of non-ferrous cylindrical billet. Asian Journal of Applied Sciences. 2013. Vol.2. N3, p.310-317.

Demidovitch V. Precise induction heating of non-ferrous cylindrical billet / V. Demidovich, I. Rastvorova // Asian Journal of Applied Sciences. 2013. Vol. 2. N 3. P. 310-317.

Demidovitch V., Rastvorova I., Olenin V. Precise induction heating of Ti and Zr billets. Heat Processing. 2011. N3, p.266-270.

Demidovitch V. Precise induction heating of Ti and Zr billets / V.Demidovich, I.Rastvorova, V.Olenin // Heat Processing. 2011. N 3. Р. 266-270.

Jae Chan C., Hyung Jin P., Byung Min K. The influence of induction heating on the microstructure of A356 for semi-solid forging. Journal of Materials Processing Technology. 1999. Vol.87, р.46-52.

Jae Chan C. The influence of induction heating on the microstructure of A356 for semi-solid forging / Jae Chan C., Hyung Jin P., Byung Min K. // Journal of Materials Processing Technology. 1999. Vol. 87. Р. 46-52.

Jung H., Kang C. Induction heating process of an Al-Si aluminum alloy for semi-solid casting and its resulting microstructure. Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol.120, p.355-364.

Jung H. Induction heating process of an Al-Si aluminum alloy for semi-solid casting and its resulting microstructure / H.Jung, C.Kang // Journal of Materials Processing Technology. 2002, Vol. 120. Р. 355-364.

Jung H. The induction heating process of semi-solid aluminium alloys for thixoforming and theirmicrostructure evaluation. Journal of Materials Processing Technology. 2000. Vol.105, p.176-190.

Jung H. The induction heating process of semi-solid aluminium alloys for thixoforming and theirmicrostructure evaluation // Journal of Materials Processing Technology. 2000. Vol. 105. Р. 176-190.