УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья, прокатки и прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Известна установка для непрерывного прессования, включающая печь-миксер, электромагнитный кристаллизатор с питателем, правильно-задающиее устройство, деформирующий узел, состоящий из валка с ручьем и валка с выступом, образующие закрытый рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с клиновидными полостями для охлаждения, охлаждающее устройство для пресс-изделия, универсальную прокатную клеть и устройство для намотки пресс-изделия (Патент на полезную модель №67492, Российская Федерация, МПК B22D 11/06, В21С 23/00. Установка для непрерывного литья, прокатки и прессования металлов / С.Б.Сидельников, Н.Н.Довженко, С.В.Беляев и др. - №2006146472/22; заявл. 25.12.06; опубл. 27.10.2007, Бюл. №30).
Данная установка обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, достижение высоких механических свойств пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании. Однако отлитый пруток из электромагнитного кристаллизатора отличается нестабильным поперечным сечением по форме и размерам, и данные отклонения не устраняются при последующей калибровке в правильно-задающем устройстве, что отрицательно сказывается на качестве пресс-изделий. Кроме того, производительность установки ограничена относительно низкой производительностью электромагнитного кристаллизатора.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для непрерывного прессования, содержащее диск с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, снабженный кольцевой канавкой на верхней части диска, в которой установлена секторная вставка со ступенчатой поверхностью, образующие дополнительный рабочий калибр, перекрытый матрицей, размещенной в зоне сопряжения ступеней секторной вставки и имеющей ось рабочего канала, расположенную перпендикулярно плоскости канавки, устройство для охлаждения диска и печь-миксер с разливочным устройством (Сергеев, В.М. Непрерывное литье-прессование цветных металлов: проблемы цветной металлургии [Текст] / В.М.Сергеев, Ю.В.Горохов, В.В.Соболев и др. - М: Металлургия, 1990. - 85 с.).
Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат и позволяет получать пресс-изделия совмещенным методом литья и прессованием методом Конформ. В данном устройстве диск с кольцевой канавкой выполняет две функции: является кристаллизатором карусельного типа и образует совместно с секторной вставкой со ступенчатой поверхностью прессовую камеру или рабочий инструмент для непрерывного прессования профиля. Поэтому в данном устройстве возникает следующее техническое противоречие: с одной стороны, для эффективного охлаждения расплавленного металла в кольцевой канавке диска необходима минимальная толщина стенок по периметру канавки, а, с другой стороны, толщина стенок по периметру канавки должна быть больше определенной толщины, чтобы обеспечивать необходимую прочность диска, во время прессования. Таким образом, для достижения максимальной производительности требуется интенсивно охлаждать расплавленный металл в кольцевой канавке диска и обеспечивать, как можно, большую вытяжку при прессовании через матрицу, что резко увеличивает давление прессования. Поэтому данное устройство обладает недостаточной производительностью и не обеспечивает достижения высоких механических свойств изделий, для которых необходимы большие степени деформации, определяемые коэффициентом вытяжки. Кроме того во время кристаллизации расплавленного металла в кольцевой канавке диска на поверхности охлажденного металла практически всегда наблюдается образование литейных дефектов, усадочной раковины и т.п., что также отрицательно сказывается на качестве пресс-изделий.
Основной задачей технического решения является повышение производительности установки и качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Для решения поставленной задачи, в установке для непрерывного литья, прокатки и прессования металла, включающей печь-миксер с питателем, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющего кольцевую канавку, в верхней части которой установлена секторная вставка ступенчатой поверхности, образующая с канавкой дополнительный рабочий калибр, перекрытый матрицей, размещенной в зоне сопряжения ступеней секторной вставки, ось рабочего канала которой перпендикулярна плоскости канавки, правильно-задающее устройство, деформирующий узел, состоящий из валка с ручьем и валка с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена горизонтальная матрица и расположенные за ней последовательно охлаждающее устройство, универсальная прокатная клеть и устройство для намотки изделия, согласно техническому решению, на неподвижной, секторной вставке со стороны входа охлажденного металла, расположен сменный резцовый элемент, ширина режущей кромки которого не превышает ширины кольцевой канавки, при этом он выступает над внутренней рабочей поверхностью секторной вставки с возможностью скальпирования литейного дефекта прессованного металла.
Конструктивные особенности заявляемой установки по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, обеспечивают повышение производительности установки и качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Горизонтальный карусельный кристаллизатор, установленный после печи-миксера с питателем, в отличие от электромагнитного кристаллизатора имеет более высокую производительность. Кроме того отлитый металл до подхода к матрице получает дополнительную деформацию в рабочей камере при повороте на 90°, а после чего деформируется при выдавливании через калибрующее отверстие матрицы. Все это обеспечивает интенсивную проработку литейной структуры отлитого металла, получение мелкозернистой структуры, повышение пластичности и точности поперечных размеров пресс-изделия, не требует проведения дополнительной калибровки полуфабриката перед его подачей в деформирующий узел. Кроме того скальпирование поверхностного слоя отлитого металла перед входом в дополнительный рабочий калибр, образованный секторной вставкой со ступенчатой поверхностью и с кольцевой канавкой, с помощью сменного резцового элемента резко снижает возможность попадание литейных дефектов в деформируемый металл. Все это в совокупности повышает производительность установки и качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Выполнение установки для непрерывного литья, прокатки и прессования металла, имеющей указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему обработки металла, что повышает производительность установки и качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан общий вид установки; на фиг.2 - вид сверху; на фиг.3 - вид Б; на фиг.4 - разрез А-А. фиг.2.
Заявляемая установка для непрерывного литья, прокатки и прессования металла включает печь-миксер с питателем 1, кристаллизатор 2, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющего кольцевую канавку 3 на верхней части диска, и установленной в кольцевой канавке 3 секторной вставки 4 ступенчатой поверхности, образующие дополнительный рабочий калибр, перекрытый матрицей 5, размещенной в зоне сопряжения ступеней секторной вставки и имеющей ось рабочего канала, расположенной перпендикулярно плоскости канавки 3, устройство для охлаждения диска 6, правильно-задающее устройство 7, деформирующий узел 8, включающий валок с выступом 9 и валок с ручьем 10, образующие закрытый рабочий калибр, перекрытый на выходе горизонтальной матрицей 11 поджатой к валкам с помощью гидроцилиндра 12, охлаждающее устройство 13 пресс-изделия, универсальную прокатную клеть 14 и устройство для намотки изделий 15, расположенные последовательно после деформирующего узла 8 в соответствии с технологическим назначением установки. На секторной вставке 4 со стороны входа охлажденного металла расположен сменный резцовый элемент 16 (фиг.3), ширина режущей кромки которого не превышает ширины кольцевой канавки 3, при этом он выступают над внутренней рабочей поверхностью секторной вставки 4 с возможностью скальпирования литейного дефекта прессованного металла.
Во время работы установки приводится во вращение кристаллизатор 2, выполненный в виде диска, и включается устройство 6 для его охлаждения. Расплавленный металл из печи-миксера с питателем 1 заливается в кольцевую канавку 3, выполненную на верхней части диска кристаллизатора 2. За время движения до секторной вставки 4 расплавленный металл охлаждается, кристаллизируется и принимает форму поперечного сечения канавки 3. Перед входом в дополнительный рабочий калибр с помощью сменного резцового элемента 16 с поверхности закристаллизовавшегося металла удаляется наружный слой с литейными дефектами. Закристаллизовавшийся металл в кольцевой канавке 3 по ходу вращения диска достигает упора 17 в дополнительном рабочем калибре. Далее под действием сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 3 и закристаллизовавшимся металлом происходит его выдавливание через рабочий канал матрицы 5. Полученное пресс-изделие с помощью правильно-задающего устройства 7 поступает в закрытый рабочий калибр, образованный валком с выступом 9 и валком с ручьем 10, где деформируемый металл подвергается пластической деформации и выдавливается в виде пресс-изделия через горизонтальную матрицу 11, поджатую гидроцилиндром 12 и охлаждаемую хладагентом. Затем пресс-изделие сматывается в бухту на устройстве намотки 15, пройдя перед этим охлаждение в емкости охлаждающего устройства 13 и калибровочную прокатку в универсальной прокатной клети 14.
Пример. С помощью лабораторной установки для непрерывного литья, прокатки и прессования металла, включающей следующие устройства:
- печь-миксер с питателем;
- горизонтальный карусельный кристаллизатор диаметром 1200 мм с кольцевой канавкой размерами 20×20 мм на верхней части диска и установленной в кольцевой канавке секторной вставки со ступенчатой поверхностью, содержащей матрицу с калибрующим квадратным отверстием 14×14 мм, размещенной в зоне сопряжения ступеней и имеющей ось рабочего канала, расположенную перпендикулярно плоскости канавки;
- устройство для охлаждения диска;
- правильно-задающее устройство;
- деформирующий узел на базе прокатного стана ДУО 200 (СПП-200), включающий валок с выступом радиусом 115 мм и валок с ручьем с радиусом вреза 68 мм, образующие закрытый калибр сечением 15х7 мм, перекрытый на выходе матрицей высотой 20 мм с рабочим отверстием диаметром 6 мм, снабженной клиновидными полостями для ее охлаждения и поджатой к валкам с помощью гидроцилиндра;
- охлаждающее устройство пресс-изделия;
- универсальную прокатную клеть;
- устройство для намотки изделий;
изготавливали пруток диаметром 9 мм из алюминиевого сплава АК12.
На секторной вставке со стороны входа охлажденного металла установили сменный резцовый элемент шириной 19 мм, т.е. режущие кромки которого не превышали ширины кольцевой канавки и выступали над внутренней рабочей поверхностью секторной вставки на 1 мм. Площадь поперечного сечения рабочего канала матрицы не превышала площадь поперечного сечения кольцевой канавки, поэтому вытяжка при прессовании через матрицу составила λ=2,0.
Расплавленный сплав из печи-миксера с питателем непрерывно подавали в кольцевую канавку, выполненную на верхней части диска кристаллизатора. За время движения до секторной вставки расплавленный металл кристаллизовался, принимал форму поперечного сечения канавки, и охлаждался до температуры 460÷480°С. Перед входом в дополнительный рабочий калибр с помощью сменного резцового элемента с поверхности закристаллизовавшегося металла удалялся наружный слой толщиной до 1,0 мм с литейными дефектами. Достигнув по ходу вращения диска в кольцевой канавке упора в дополнительном рабочем калибре, охлажденный металл под действием сил контактного трения со стенками кольцевой канавки выдавливался через матрицу с вытяжкой λ=2,0 в квадратный пруток размерами 14×14 мм. Далее пруток с помощью правильно-задающего устройства поступал в закрытый рабочий калибр деформирующего узла СПП-200, где выдавливался через рабочий канал матрицы в виде прутка диаметром 6 мм с вытяжкой λ=10,6. При этом матрица охлаждалась во время прессования с помощью хладагента, поступающего в клиновидные полости. Затем пресс-изделие сматывали в бухту на устройстве намотки, пройдя перед этим охлаждение в емкости охлаждающего устройства и калибровочную прокатку в универсальной клети.
Для сравнения заявляемой установки с прототипом путем литья в электромагнитный кристаллизатор получали заготовку диаметром 14,5 мм. Далее ее обрабатывали в деформирующем узле СПП-200 и последовательно в тех же устройствах при тех же технологических параметрах.
0,2
в
Механические свойства литых заготовок и прутков определяли методом испытания на растяжение, а полученные данные по условному пределу текучести (σ), временному сопротивлению разрыву (σ) и относительному удлинению (δ) сплава представлены в таблице. Кроме того во всех опытах проводились исследования макроструктуры (х3) литой заготовки и прутка.
ТаблицаМеханические свойства пресс-изделий
Вид изделия
Механические свойства
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ, %
Литая заготовка, полученная в электромагнитном кристаллизаторе диаметром 14,5 мм
262
134
12,8
Заготовка, полученная в горизонтальном карусельном кристаллизаторе размерами 14×14 мм
234
123
19,6
Прессованный пруток диаметром 6 мм
265
138
15,8
Анализ результатов исследований показал, что заготовка, полученная в горизонтальном карусельном кристаллизаторе, имеет более проработанную мелкозернистую структуру и повышенную пластичность, чем литая заготовка, полученная в электромагнитном кристаллизаторе. На поверхности заготовки, изготовленной с помощью предлагаемой установки, отсутствуют литейные дефекты, размеры сечения стабильны по ее длине с предельным отклонением не более 0,08 мм, а квадратное сечение создает более благоприятные условия при ее деформировании в деформирующем узле, и повышает точность размеров прутка после прессования - с предельным отклонением не более 0,04 мм. Размеры литой заготовки, полученной в электромагнитном кристаллизаторе, изменяются по длине с предельным отклонением 1,2 мм, что отрицательно сказывается отклонении размеров прутка после прессования - с предельным отклонением до 0,1 мм. Кроме того производительность горизонтального карусельного кристаллизатора при изготовлении заготовок одних и тех же размеров в среднем в два раза выше, чем у электромагнитного кристаллизатора.
Таким образом, использование заявляемой установки по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность установки и качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.