УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ

Полезная модель относится к металлургии и может быть использована при производстве полых профилей и труб из труднодеформируемых, а также цветных металлов и сплавов.
Известно устройство для получения металлопродукции методом прессования с боковым истечением металла (Перлин И.Л., Теория прессования металлов / Москва: Металлургия, 1964. - с. 15-16). Устройство включает контейнер, вертикально перемещающийся пуансон и установленную с боковой стороны контейнера матрицу. При опускании пуансона происходит прессование металла через матрицу.
Недостатками известного устройства являются необходимость дальнейшего передела продукции для формирования требуемых геометрических и механических параметров, а также получение полых профилей только малого наружного диаметра.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для получения труб и пустотелых профилей методом бокового прессования через матрицу с вмонтированной иглой (Жолобов В.В., Зверев Г.И. Прессование металлов. Издание 2-е. М.: Металлургия, 1971. - с. 13-14).
Устройство содержит контейнер с вертикально перемещающимся в нем пуансоном и комбинированную матрицу, закрепленную с боковой стороны контейнера. Матрица имеет гребень с вмонтированной в него иглой, что обеспечивает рассекание нагретого металла на несколько потоков, последующее их сваривание под давлением, окончательное формирование металла в зазоре между матрицей и иглой и выход в виде полого профиля.
К недостаткам данного устройства относятся сложность изготовления матрицы, возможность производить полые профили только из высокопластичных материалов, а также наличие пресс-остатков.
Полезная модель решает задачу получения полых профилей неограниченной длины заданного сортамента из труднодеформируемых металлов и сплавов при одновременном обеспечении однородности свойств изделия и снижении общего количества пресс-остатков.
Это достигается тем, что в устройстве для получения полых профилей путем непрерывного литья металла и прессования, включающем пресс-форму, пуансон, установленную под прямым углом к его оси матрицу и пресс-иглу, согласно полезной модели, устройство дополнительно содержит кристаллизатор, размещенный перед входом в матрицу, ось которого расположена под прямым углом к оси пуансона, имеющего возможность вращения вокруг своей оси, на наружной поверхности кристаллизатора по периметру размещено устройство для его охлаждения, при этом пресс-игла выполнена полой, закреплена в кристаллизаторе вдоль его оси с возможностью перемещения, а с выходной стороны матрицы установлена трехвалковая клеть.
Известно, что в жидком расплаве металла происходит непрерывное движение атомов, которое с понижением температуры замедляется. Одновременно при передаче усилия прессования от пуансона жидкому расплаву металла в расплаве возникает повышенное давление, обеспечивающее непрерывное образование центров кристаллизации и рост образовавшихся кристаллов. При этом полученное изделие обладает мелкозернистой структурой металла и однородными свойствами.
При таком температурном режиме деформации металла поперечное сечение в очаге деформации представляет собой закристаллизовавшуюся структуру на контактных поверхностях «матрица - металл» и «пресс-игла - металл», в то время как между названными поверхностями структура металла только стремится к закристаллизовавшейся. Таким образом, труднодеформируемый металл, находясь в двухфазном состоянии, обладает меньшими значениями сопротивления металла пластической деформации, по сравнению с твердым состоянием, соответственно, необходимо меньшее усилие прессования.
Охлаждение наружной поверхности кристаллизатора и подача охладителя в полость пресс-иглы обеспечивают интенсивную кристаллизацию металла.
Установка пресс-иглы с возможностью перемещения, например возвратно-поступательного, уменьшает налипание на нее металла в процессе прессования.
Кроме того, снижение налипания металла обеспечивается за счет установки пуансона с возможностью вращения вокруг своей оси.
За счет давления, оказываемого на расплав металла пуансоном, происходит прессование металла в зазор между отверстием матрицы и пресс-иглой с формированием полого профиля, наружную поверхность которого формирует матрица, а внутреннюю - пресс-игла. Усилие прессования достигается движением пуансона со скоростью, обеспечивающей кристаллизацию металла в кристаллизаторе, также воздействие пуансона на расплав обеспечивает кристаллизацию металла под поршневым давлением, что способствует устранению дефектов кристаллической решетки и формированию более плотной структуры металла с обеспечением однородности свойств.
Получение полых профилей путем непрерывного литья расплава металла, прессования и выдавливания закристаллизовавшегося металла в зазор между отверстием матрицы и пресс-иглой обеспечивает возможность прессования трудно деформируемых металлов и сплавов.
Для формирования требуемых размеров толщины стенки и наружного диаметра полученного полого профиля после его выпрессовки осуществляется его редуцирование в трехвалковой клети.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором схематично показано устройство для получения полых профилей в разрезе.
Устройство содержит пресс-форму 1, кристаллизатор 2, расположенное на нем устройство для охлаждения кристаллизатора 3, матрицу 4, установленную на выходе из кристаллизатора 2 и снабженную пробкой 5. Полая пресс-игла 6 закреплена с возможностью перемещения в кристаллизаторе 2 вдоль его оси. Оси кристаллизатора 2 и матрицы 4 расположены под прямым углом к оси пуансона 7. С выходной стороны матрицы установлена трехвалковая клеть 8.
Устройство работает следующим образом.
В пресс-форму 1 подают расплав металла и воздействуют на него пуансоном 7. Расплав боковым истечением поступает в кристаллизатор 2, где происходит кристаллизация металла. Скорость движения пуансона обеспечивает непрерывную кристаллизацию расплава металла на участке охлаждения. Затем под воздействием пуансона 7 в расплаве продолжает увеличиваться давление, и происходит выдавливание закристаллизовавшегося металла в зазор между отверстием матрицы 4 и пресс-иглой 6 и получение полого профиля. Под воздействием сил трения между наружной поверхностью полого профиля после его выпрессовки и валками трехвалковой клети 8 происходит захват профиля и последующее редуцирование.
При достижении пуансоном нижнего положения в пресс-форме осуществляется его перемещение в обратном направлении до первоначального положения. Затем осуществляется повторная заливка расплава металла в пресс-форму. Операции повторяются до получения изделия необходимой длины. Только после завершения последнего цикла прессования в пресс-форме остается пресс-остаток. Тем самым при осуществлении данного способа общее количество пресс-остатков снижается и достигается низкий расход металла.
Пример.
n
Для получения полого профиля круглого поперечного сечения размером 28×4 мм был использован вертикальный гидравлический испытательный пресс ПММ-125 усилием 1,25 МН. В матрице диаметром 32 мм устанавливали вдоль оси прессования полую пресс-иглу диаметром 27 мм и закрепляли ее с противоположного от размещенного в матрице конца. Пространство между пресс-иглой и матрицей блокировали пробкой для исключения вытекания расплава металла. Пресс-форму устанавливали вдоль оси перемещения пуансона, а кристаллизатор - перпендикулярно оси пуансона. Порцию расплава свинца марки C1 объемом 10 мм заливали в пресс-форму при температуре 350°C. Далее подключали устройство для охлаждения кристаллизатора и осуществляли подачу охладителя в полость пресс-иглы, что обеспечивало интенсивную кристаллизацию металла. В качестве охладителя использовали воду при температуре 20°C. Скорость перемещения пуансона составляла v=5 мм/с. Диаметр рабочей части пуансона составлял 150 мм. Для получения заданных размеров полого профиля осуществляли его редуцирование в трехвалковой клети экспериментальной установки для исследования процесса продольной прокатки «ЭУ-ПППТ». Катающий радиус прокатных валков составлял 150 мм. Частота вращения валков клети, установленной с выходной стороны матрицы, составляла 1 об/с. На валках установки «ЭУ-ПППТ» были нарезаны ручьи, соответствующие профилю получаемого изделия. Таким образом была изготовлена труба с наружным диаметром 28 мм, внутренним диаметром 20 мм и длиной 692 мм.
Заявляемое устройство обеспечивает получение полых профилей неограниченной длины как из цветных металлов и сплавов, так и из труднодеформируемых, без отклонения геометрических размеров в продольном и поперечном сечениях, с обеспечением однородной структуры металла, а также позволяет снизить расход металла.