УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
DEVICE FOR CONTINUOUS CASTING, ROLLING AND PRESSING OF NON-FERROUS METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья, прокатки и прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов, преимущественно из алюминиевых сплавов.
Известно устройство, позволяющее получать изделия совмещенным методом непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов (Патент РФ 73245, МПК В21С 3/00, B22D 11/00, 2007), включающее печь-миксер, моталку, два водоохлаждаемых валка, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения, отличающееся тем, что валки расположены в станине в вертикальной плоскости, печь-миксер выполнена наклоняемой с регулятором подачи расплава в калибр валков, а матрица снабжена клиновым механизмом поджима ее к валкам с направляющими роликами для удаления пресс-изделия. Соотношение высоты калибра в сечении, перекрытом матрицей, к диаметру калибрующего отверстия -'матрицы составляет 2,3…4,0, а соотношение длины зоны контакта валка с металлом к диаметру валка составляет не менее 0,35.
Данное устройство, принятое за аналог, обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, стабильные механические свойства пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании, варьирование размеров пресс-изделий.
Однако применение такого устройства не обеспечивает повышенных механических свойств пресс-изделий, так как в структуре закристаллизовавшейся заготовки, особенно в ее центральной осевой части, сохраняется литая дендритная структура металла. Даже при последующей обработке (прокатке и прессовании) возможно появление осевой пористости и снижение прочностных свойств. Кроме того, расположение валков в горизонтальной плоскости усложняет конструкцию прессового инструмента, в связи с чем приходится применять специальные клиновые устройства и склизы для изменения направления выхода пресс-изделия, как правило, на 90 градусов, с целью намотки его на барабан моталки. В производственных условиях при обработке сплавов с повышенными прочностными свойствами такое резкое изменение направления перемещения прутка может привести к появлению дефектов (трещин, разрывов и т.п.), что снижает качество готовых пресс-изделий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (Патент РФ 2457914, МПК В21С 3/00, B22D 11/00, 2012), включающее наклоняемую печь-миксер с регулятором подачи расплава в калибр валков, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения и снабженная механизмом прижима ее к валками моталку, отличающееся тем, что оно снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром, и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне α=90-175° причем ее форма эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, а валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол β=5-85 градусов.
Данное устройство обладает более широкими возможностями по сравнению с аналогом за счет возможности обработки сплавов, имеющих повышенные прочностные свойства, а также повышение качества пресс-изделий за счет улучшения механических свойств имеет. Однако консольное расположение валков приводит к тому, что при заполнении калибра валков и деформации металла в нем возникают большие распорные усилия, которые раздвигают валки, при этом увеличивается просвет между валками и зазор между валками и матрицей, что ведет к проникновению металла в этот зазор, возникновению облоя, торможению и остановке валков. При этом процесс выдавливания металла прекращается и необходимо повторять цикл обработки после удаления облоя.
Основной задачей изобретения является расширение его технологических возможностей за счет применения нажимного устройства, компенсирующего увеличение зазора между валками и исключающего проникновение в него металла.
Для решения поставленной задачи устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, включающее наклоняемую печь-миксер с регулятором подачи расплава в калибр валков, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения и снабженная механизмом прижима ее к валками моталку, снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром, и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне α=90-175° причем ее форма эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, а валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол β=5-85 градусов, согласно изобретению выполнено таким образом, что на станине установлено нажимное устройство в виде двух пластин с закрепленными в них двумя неприводными роликами, контактирующими с валком с выступом и обеспечивающими его прижим к валку с ручьем в процессе их вращения.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: устройство снабжено дополнительно нажимным узлом в виде двух пластин с закрепленными в них неприводными роликами, контактирующими с валком с выступом и обеспечивающим его прижим к валку с ручьем в процессе их вращения. Это позволяет при заполнении металлом калибра валков предотвращать их перемещение в вертикальной плоскости. Тогда просвет между валками будет оставаться минимальным, что обеспечивает фиксированный прижим форкамеры к поверхностям валков и позволяет контролировать величину облоя, выдавливаемого в зазор между валками и форкамерой. Выполнение роликов холостыми обеспечивает синхронизацию их вращения с валками при контакте.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему инструментального узла, что приводит к расширению технологических возможностей устройства за счет обеспечения.
Сущность предложения поясняется графическими материалами при этом на фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе, а на фиг. 2 общий вид станины и валков с нажимным узлом в разрезе.
Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования металла включает печь-миксер 1 с регулятором 2 подачи расплава в калибр валков, валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, расположенные в станине 5, имеющие полости 6 для охлаждения и образующие закрытый калибр, перекрытый на выходе форкамерой 7 с охлаждающими каналами 8 и матрицей 9 с клиновидными полостями для охлаждения 10. Для поджима матрицы и форкамеры 7 к валкам имеется гидравлический прижим 11 (на рис. не показан), а для смотки готового пресс-изделия в бухту - моталка 12. Нажимной узел 13 состоит из двух пластин 14 и закрепленными в них двух неприводных роликов 15, контактирующих с валком 4.
Устройство работает следующим образом. Металл, расплавленный с помощью печи-миксера 1, захватывается валками 3 и 4. В процессе работы регулятор 2 дозирует количество металла, подаваемого в калибр валков, уменьшая или увеличивая поток расплава. При этом на поверхностях водоохлаждаемых валков 3, 4 начинается кристаллизация металла. Далее закристаллизовавшийся в виде заготовки металл обжимается в закрытом калибре, распрессовывается и через цилиндрическую полость форкамеры 7 поступает в матрицу 9, а затем выдавливается через калибрующее отверстие, матрицы 9 с образованием пресс-изделия заданной формы и размеров. Выходной конец движущегося пресс-изделия направляется на моталку 12, где производится его смотка в бухту. При вращении валков 3 и 4 ролики 15 нажимного узла 13 плотно прижимаются к поверхностям валка 4 и обеспечивают постоянный зазор между валками 3, 4 и форкамерой 7.
В качестве примера практического использования устройства приведем результаты экспериментальных исследований. С помощью лабораторной установки СЛИПП-2,5 с диаметром валков по выступу 462 мм и по ручью 394 мм моделировали процесс совмещенного литья, прокатки и прессования (СЛИПП) для получения прутков диаметром 9 мм при скорости вращения валков до 14 об/мин. Размеры калибра в наименьшем сечении составляли 12×22 мм. Использовали сплав алюминия марки 6082. Температура расплава составляла 750°С, а температура прессования - около 520°С. Прессование проводили с помощью форкамер и матриц с вытяжкой =10. В процессе обработки ролики нажимного узла были плотно поджаты к валку с выступом, при этом изменение зазора между валками не превышало 0,1 мм. Это обеспечило бесперебойную работу устройства и получения пресс-изделия в виде прутка диаметром 9 мм длиной более 30 метров.
Как показывает анализ приведенных данных, предложенное устройство позволяет получить пресс-изделия в непрерывном режиме обработки и обеспечить устойчивый процесс выдавливания пресс-изделия диаметром 9 мм из исследуемого сплава, что дает возможность расширить технологические возможности производства деформированных полуфабрикатов в виде катанки, прутков и проволоки.