УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ КАТАНКИ
DEVICE FOR CONTINUOUS CASTING, ROLLING AND FORMING OF RODS

Настоящее изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения катанки, прутков и профилей из цветных металлов и сплавов методом непрерывного совмещенного литья, прокатки и прессования.
Известно устройство для непрерывного литья и прессования полых профилей (Патент 2200644 РФ, МПК B22D 11/06, B21C 23/08. / Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Гришечкин А.И., Сидельникова Е.С.), включающее печь-миксер, валок с ручьем и валок с выступом, имеющие охлаждаемые полости и образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с клиновидными охлаждаемыми полостями.
Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса получения бесшовных полых профилей. Однако в данном устройстве отвод тепла во время кристаллизации и деформации происходит с помощью клиновидных охлаждаемых полостей в матрице, что не обеспечивает достаточной эффективности их охлаждения, не позволяет достичь максимальной производительности процесса изготовления профилей и стабилизировать температурные условия во время проведения процесса и качество профилей. Стабилизация температурных условий матрицы особенно важна для непрерывных совмещенных процессов литья, прокатки и прессования (далее по тексту - СЛИПП). Следует также отметить, что выполнение внутри матрицы клиновидных охлаждаемых полостей усложняет ее конструкцию, приводит к появлению значительных термических напряжений в их объеме и, как следствие, значительно снижает ее надежность во время эксплуатации (Довженко, Н.Н. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями: монография [Текст] / Н.Н.Довженко, С.В.Беляев, С.Б.Сидельников и др. // - Красноярск: ИНК СФУ, 2009. - 256 с.).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывного литья и прессования полых профилей (Патент 2335376 РФ, МПК B22D 11/06, B21C 23/00 / Беляев С.В., Довженко Н.Н., Сидельников С.Б. и др.), включающее печь-миксер, валок с ручьем и валок с выступом, имеющие охлаждаемые полости и образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица, на торцевой наружной поверхности которой, находящейся в контакте с валками, выполнены охлаждаемые каналы.
Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса получения профилей методом СЛИПП. Однако во время работы данного устройства на поверхности валков образуется заусенец от деформируемого металла, который частично или полностью перекрывает охлаждаемые каналы на наружной торцевой поверхности матрицы, находящейся в контакте с валками, и нарушает циркуляцию хладагента, что снижает интенсивность и устойчивость отвода тепла вплоть до полного его прекращения. В результате чего дестабилизируются тепловые условия протекания процесса СЛИПП, что вызывает перегрев инструмента и деформируемого металла, появление бракованной продукции и приводит к вынужденной остановки данного устройства. Все это отрицательно сказывается на производительности процесса СЛИПП и качестве получаемых профилей. Кроме того, выполнение охлаждаемых каналов в матрице вследствие ее малых поперечных размеров связано со значительными техническими трудностями.
Основной задачей изобретения является повышение производительности непрерывного совмещенного литья, прокатки и прессования и качества катанки за счет повышения эффективности охлаждения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки, включающем печь-миксер, валок с ручьем и валок с выступом, имеющие охлаждаемые полости и образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим пояском, имеющая охлаждаемые каналы, согласно изобретению, на выходной поверхности матрицы выполнены продольные пазы, расположенные в диаметральной плоскости с зазором относительно калибрующего пояска матрицы, а в выходном отверстии матрицы установлена трубка с наружными ребрами, упирающаяся с одной стороны в калибрующий поясок, а с другой стороны - в матрицедержатель, и имеющая наружный диаметр, меньший, чем внутренний диаметр выходной части матрицы, при этом наружные ребра матрицы расположены в продольных пазах, а охлаждаемые каналы расположены в зазоре между выходной поверхностью матрицы и трубкой и сообщены с каналами для подвода и отвода хладагента.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют повысить производительность непрерывного литья, прокатки и прессования и качество катанки.
Выполнение продольных пазов, расположенных в диаметральной плоскости и отстоящих от калибрирующего пояска матрицы, и установка в них наружных ребер трубки позволяет жестко зафиксировать расположение трубки относительно матрицы и обеспечить направленную циркуляцию хладагента в зазоре между выходной поверхностью матрицы и трубкой. Герметичность системы охлаждения матрицы обеспечивается тем, что с одной стороны трубка упирается в калибрующий поясок матрицы, а с другой стороны - в матрицедержатель. При этом значительно упрощается конструкция охлаждаемой матрицы, ее надежность в работе и сохраняется эффектность ее принудительного охлаждения. Образование заусенца на поверхности валков в заявляемом устройстве не будет влиять на интенсивность охлаждения рабочего инструмента, что обеспечит стабильное осуществление процесса СЛИПП.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывного литья, прокатки и прессования профилей, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить производительность непрерывного литья, прокатки и прессования и качество катанки.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе во время осуществления процесса непрерывного литья, прокатки и прессования катанки, а на фиг.2 - разрез матрицы А-А.
Заявляемое устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования катанки включает печь-миксер 1 с расплавом 2, валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, имеющие охлаждаемые полости 5, при этом валки образуют закрытый калибр, перекрытый на выходе матрицей 6, на выходной поверхности которой выполнены продольные пазы 7, расположенные в диаметральной плоскости и отстоящие от калибрирующего пояска 8 матрицы 6. В продольные пазы 7 вставлены наружные ребра 9 трубки 10, имеющей наружный диаметр меньше, чем внутренний диаметр выходной части матрицы 6. Закристаллизовавшийся металл выдавливается через рабочий канал матрицы 6 в виде катанки 11. С одной стороны трубка упирается в калибрующий поясок 8 матрицы, а с другой стороны - в матрицедержатель 12. Охлаждаемые каналы, расположенные в зазоре 13 между выходной поверхностью матрицы и трубкой, сообщаются с каналами для подвода 14 и отвода хладагента 15.
Устройство работает следующим образом. Вначале расплавленный металл 2 заливается в печь-миксер 1, при этом начинается его кристаллизация на поверхностях валков 3 и 4 за счет охлаждения их с помощью полостей 5. Далее закристаллизовавшийся металл захватывается валками 3 и 4, деформируется в закрытом калибре между валками 3 и 4 и выдавливается через рабочий канал матрицы 6 в виде катанки 11. В момент попадания расплава в печь-миксер 1 одновременно подается хладагент в охлаждаемые каналы, расположенные в зазоре 13 между выходной поверхностью матрицы 6 и трубкой 10.
Пример. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 провели непрерывное литье, прокатку и прессование катанки (прутка, профиля) диаметром 6 мм из сплава алюминия марки А7. Температура расплава составляла 700°C, а температура прессования 540°C. Прессование катанки проводили через матрицу с вытяжкой 10 с использованием прототипа и заявляемого устройства. При этом фиксировали изменение выходной температуры катанки и максимально-возможную скорость прессования по появлению трещин на поверхности катанки. Во время появления заусенца на поверхности валков в прототипе резко уменьшилась интенсивность охлаждения рабочего инструмента, что вызвало увеличение выходной температуры катанки до предельного значения 590°C, когда началось активное образование трещин на поверхности катанки, т.е. появление брака. Образование заусенца на поверхности валков в заявляемом устройстве практически не влияла на интенсивность охлаждения рабочего инструмента и изменение выходной температуры катанки, что позволило увеличить скорости вращения валков и повысить производительность процесса изготовления катанки до 20% без образования брака.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность непрерывной прокатки и прессования и качество катанки.