УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ И ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛА МЕТОДОМ КОНФОРМ

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья и прессования, и может быть использована для изготовления пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Известно устройство для непрерывного прессования металла методом конформ, включающее приводное колесо с кольцевой канавкой и сопрягающийся с ней неподвижный дугообразный сегмент (башмак) с матрицей и с выступом, перекрывающим кольцевую канавку (Корнилов, В.Н. Непрерывное прессование со сваркой алюминиевых сплавов [Текст] / В.Н.Корнилов. - Красноярск: Изд-во педагогического института, 1993. - 216 с).
Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса изготовления пресс-изделий из цветных металлов и сплавов методом конформ из предварительно полученных заготовок в виде проволоки или прутков, но не позволяет изготовление изделий непосредственно из жидкого металла, что отрицательно сказывается на эффективности производства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для непрерывного литья и прессования металла мето дом конформ, включающее печь-миксер с питателем и дозатором, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки (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 принимаем за прототип.
Данное устройство позволяет получать пресс-изделия из цветных металлов и сплавов непрерывным совмещенным процессом литья и прессования методом конформ пресс-изделий. Процесс изготовления профилей в данном случае отличается достаточно высокой эффективностью. Однако во время кристаллизации расплавленного металла в кольцевой канавке диска на поверхности охлажденного металла практически всегда наблюдается образование литейных дефектов, усадочной раковины и т.п., Кроме того после кристаллизации возможна потеря контакта отлитого прутка со стенками кольцевой канавки с появлением дефектов геометрии по длине и в поперечном сечении прутка. Все это отрицательно сказывается на качестве получаемых пресс-изделий.
Основной задачей является повышение качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Для решения поставленной задачи в устройстве для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, включающее печь-миксер с питателем и дозатором, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, в зоне кристаллизации металла между дозатором и основным неподвижным дугообразным сегментом расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка, имеющая неравномерную внутреннюю рабочую поверхность, состоящую, по крайней мере, из трех участков: первый из которых - входной с наклонным входным углом, второй - продольный, параллельный дну кольцевой канавки и третий - калибрующий с рабочим пояском, выступающим над рабочей поверхностью продольного участка, обращенным ко дну кольцевой канавки и частично перекрывающий поперечное сечение кольцевой канавки.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, обеспечивают повышение качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Данная промежуточная неподвижная сегментная вставка располагается в том месте, где полностью заканчивается кристаллизация металла, поэтому в общем случае ее месторасположение будет определяться конструктивными и технологическими параметрами процесса непрерывного литья и прессования. Во время прохождения обрабатываемого металла через промежуточную неподвижную сегментную вставку он будет уменьшать свое поперечное сечение, подвергаясь интенсивной пластической деформации, как при прямом прессовании, что позволит свести до минимума литейные дефекты в на поверхности и объеме обрабатываемого металла, так и увеличить интенсивность контакта отлитого прутка со стенками кольцевой канавки и этим самым избежать появление дефектов геометрии по длине и в поперечном сечении прутка перед входом в основной неподвижный дугообразный сегмент (башмак) с матрицей и с выступом. Все это в совокупности повышает качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
При этом форма внутренней рабочей поверхности неподвижной секторной вставки обеспечивает беспрепятственный вход деформируемого металла через наклонный входной участок и его дальнейшую проработку в продольном и в калибрующем участках.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, имеющей указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему обработки металла, что повышает качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фиг.1 показан вид сверху предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез А-А. на фиг.1
ВХ
B
Заявляемая устройство для непрерывного прессования металла методом конформ включает печь-миксер с дозатором 1 (питатель не показан на чертеже), кристаллизатор 2, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющим кольцевую канавку 3 на верхней части диска, и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент 4 с матрицей 5 и с выступом 6, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки 3. В зоне кристаллизации металла 7 между дозатором 1 и основным неподвижным дугообразным сегментом 4 расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка 8, частично перекрывающая кольцевую канавку. При этом промежуточная неподвижная сегментная вставка 8 имеет неравномерную внутреннюю рабочую поверхность, состоящую, по крайней мере, из трех участков: первый из которых - входной 9 с наклонным входным углом α второй - продольный 10, параллельный дну кольцевой канавки 3 и третий - калибрующий 11 с рабочим пояском, выступающим над рабочей поверхностью продольного участка 10 на высоту h.
Во время работы установки приводится во вращение кристаллизатор 2, выполненный в виде диска. Расплавленный металл из питателя (на чертеже не показан) поступает в печь-миксер с дозатором 1 и далее заливается в кольцевую канавку 3, выполненную на верхней части диска кристаллизатора 2. При этом скорость заливки расплавленного металла в кольцевую канавку 3 для оптимального ее заполнения находится в строгом соответствии с частотой вращения кристаллизатора 2. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки 8 расплавленный металл охлаждается, кристаллизируется и принимает форму поперечного сечения канавки 3. В промежуточной неподвижной сегментной вставке 8 с поверхности закристаллизовавшегося металла удаляется наружный слой с литейными дефектами и увеличивается интенсивность контакта закристаллизовавшегося металла со стенками кольцевой канавки 3. Далее закристаллизовавшийся металл в кольцевой канавке 3 по ходу вращения кристаллизатора 2 достигает выступа 6 в основном неподвижном дугообразном сегменте 4, где под действием сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 3 и закристаллизовавшимся металлом происходит его выдавливание в пресс-изделие 12 через рабочий канал вертикальной матрицы 5.
Пример. С помощью лабораторной установки для непрерывного литья и прессования металла, включающей следующие устройства:
- печь-миксер с питателем и дозатором;
B
ВХ
ВХ
ПР
К
- горизонтальный карусельный кристаллизатор диаметром 360 мм с кольцевой канавкой размерами 10×14 мм на верхней части диска, в которой установлены сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с вертикальной матрицей с рабочим отверстием диаметром 5 мм и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и промежуточная неподвижная сегментная вставка, частично перекрывающая поперечное сечение кольцевой канавки на высоту h=4 мм. При этом промежуточная неподвижная сегментная вставка состояла из следующих участков: входного с наклонным входным углом α=15° и длиной l=6 мм, продольного длиной l=10 мм и калибрующего длиной l=4 мм с рабочим пояском, изготавливали пруток диаметром 5 мм из алюминиевого сплава АД1.
Расплавленный металл из печи-миксера с питателем через дозатор непрерывно подавали в кольцевую канавку, выполненную на верхней части диска кристаллизатора. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки расплавленный металл кристаллизовался, принимал форму поперечного сечения канавки и охлаждался до температуры 460÷480°С. В промежуточной неподвижной сегментной вставке с поверхности закристаллизовавшегося металла удалялся наружный слой толщиной 4 мм с литейными дефектами и увеличивалась интенсивность контакта закристаллизовавшегося металла со стенками кольцевой канавки. Достигнув по ходу вращения кристаллизатора выступа в основном неподвижном дугообразном сегменте, где под действием сил контактного трения между стенками кольцевой канавки и закристаллизовавшимся металлом происходило его выдавливание в пруток диаметром 5 мм через рабочий канал вертикальной матрицы с вытяжкой λ=5.
Для сравнения заявляемой установки с прототипом изготовление прутка проводили без промежуточной неподвижной сегментной вставки.
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 прутка.
Таблица
Механические свойства пресс-изделий
Вид устройство
Механические свойства
σ<sub>В</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ, %
Прототип
210
120
14,8
Предлагаемое
234
140
16,6
Анализ результатов исследований показал, что пруток, полученный в с помощью предлагаемого устройства, имеет более проработанную мелкозернистую структуру и повышенную пластичность, чем пруток, полученный в прототипе. На поверхности заготовки, изготовленной с помощью предлагаемого устройства, практически полностью отсутствуют литейные дефекты, размеры сечения прутка стабильны по его длине с предельным отклонением не более 0,05 мм. Процесс выдавливания прутка происходил более плавно, без ощутимых рывков. При изготовлении прутка без промежуточной неподвижной сегментной вставки пруток имел менее проработанную мелкозернистую структуру, и на поверхности заготовки присутствовали литейные дефекты, а размеры сечения прутка были нестабильны по его длине с предельным отклонением не более 0,1 мм. Процесс выдавливания прутка происходил менее плавно.
Таким образом, использование заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.