УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Полезная модель относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья и прокатки-прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Известно, устройство для прокатки-прессования сплошных профилей из гранул алюминиевых сплавов (Корнилов В.Н. Непрерывное прессование со сваркой алюминиевых сплавов /В.Н.Корнилов. - Красноярск: изд-во педагогического института, 1993. - 216 с.), включающее нижнюю стойку с верхней съемной крышкой, скрепленную со стойкой с помощью винтов, валок с ручьем и валок с выступом, расположенные в наклонной плоскости, установленные на подшипниках и образующие закрытый рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель с клиновым механизмом поджима его к валкам, а в пазу матрицедержателя установлена матрица, при этом в осях валков и мат-рице(держателе выполнены каналы для подачи хладагента в процессе работы.
В данном устройстве реализуется совмещенный непрерывный процесс прокатки-прессования, а наклонное расположение валков обеспечивает дозированную подачу гранул в валки. Однако клиновой механизм поджима матрицы, расположенной в матрицедержателе, к валкам не позволяет создавать необходимое усилие прижима, обеспечивающее равномерный рациональный зазор на контактной поверхности подвижных валков и неподвижной матрицы, который сводит до минимума образование заусенца и появление разной его толщины на валках. Кроме того, данное устройство не позволяет получать пресс-изделия совмещенным методом непрерывного литья и прокатки-прессования.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для непрерывного литья и прокатки-прессования цветных металлов и сплавов (Патент на полезную модель 73245 Российская Федерация, МПК B22D 11/06, В21С 23/00. Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов / Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Лопатина Е.С.и др., заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» - заявл. 25.12.2007 г., опубл. 20.05.2008 г. бюл. №14), включающее основание, с установленными на нем печь-миксер, моталку, два водоохлаждаемых валка, один из которых выполнен с ручьем, а второй - с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель с прижимным устройством, а в пазу матрицедержателя установлена матрица, имеющая клиновидные полости для охлаждения, при этом валки расположены в станине в вертикальной плоскости, печь-миксер выполнена с возможностью наклона с регулятором подачи расплава в калибр валков, а матрицедержатель снабжен клиновым механизмом поджима его к валкам с направляющими роликами для удаления пресс-изделия.
Данная установка обеспечивает реализацию совмещенного процесса литья и прокатки-прессования, стабилизацию температурного режима работы инструмента. Однако прижим матрицы, расположенной в матрицедержателе к валкам с помощью клинового механизма в данном устройстве, как и в аналоге, не позволяет управлять усилием прижима матрицы к валкам для достижения равномерного рационального зазора на контактной поверхности подвижных валков и неподвижной матрицы. В случае повышенного значения усилия прижима матрицы к валкам возможно изменение ее положения в калибре, при этом также резко увеличиваются силы трения между валками и матрицей, снижается стойкость инструмента, возрастают энергозатраты. В противном случае, когда усилие прижима матрицы к валкам недостаточно происходит выдавливание матрицы из калибра, интенсивно образуется заусениц из деформируемого металла повышенной толщины между валками и матрицей, появляется перекос зеркала матрицы и т.д., что дестабилизирует совмещенный процесс литья и и прокатки-прессования, приводит к браку и снижению выхода годного (Беляев С.В. Выбор оптимальных зазоров в калибре при совмещенной прокатки и прессовании / С.В.Беляев, С.Б.Сидельников, И.Н.Довженко и др. - Журнал Сибирского федерального университета // Техника и технология. - 2010. - том 3 - №4. - С.411-421).
Кроме того, расположение валков в станине установки в вертикальной плоскости не обеспечивает достаточно равномерной дозированной подачи расплавленного металла из печи-миксера в валки, что также снижает стабильное протекание технологического процесса.
Основной задачей технического решения является повышение производительности непрерывного совмещенного литья и прокатки-прессования и качества пресс-изделий.
д
пр
Достигается это тем, что в установке для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, включающей основание и установленные на нем печь-миксер, деформирующий узел, состоящий из охлаждаемых валков с ручьем и с выступом, образующих закрытый рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель с прижимным устройством, а в пазу матрицедержателя установлена охлаждаемая матрица, согласно техническому решению, валки расположены в наклонной плоскости, а прижимное устройство выполнено в виде наклонного и вертикального гидроцилиндров, установленных на основании, и кронштейна, шарнирно соединенного с их штоками, при этом наклонный гидроцилиндр и вертикальный гидроцилиндр выполнены с возможностью создания усилия Р прижима матрицы к валкам для фиксации матрицы в заданном положении и усилия прокатки Р, удовлетворяющих следующему соотношению:
К
1
2
где Р - усилие, создаваемое вертикальным гидроцилиндром; α и β - углы наклона штоков вертикального и наклонного гидроцилиндров; l и l - расстояния от места крепления кронштейна с помощью неподвижного шарнира до контакта штоков наклонного и вертикального гидроцилиндров.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют повысить производительность непрерывного совмещенного литья и прокатки-прессования и качество пресс-изделий.
Наклонное расположение валков в станине установки обеспечивает равномерную дозированную подачу расплавленного металла из печи-миксера в валки и стабильное протекание технологического процесса.
д
Прижимное устройство, прижимное устройство выполненное в виде наклонного и вертикального гидроцилиндров, установленных на основании позволяет оперативно управлять силой прижима матрицы, расположенной в матрицедержателе, к валкам. Соблюдение вышеприведенных условий создаст необходимое усилие прижима Р от кронштейна АВСМ прижимного устройства
(Фиг.1),что позволит удерживать матрицу в заданном положении, обеспечит совпадение осей прессования и прокатки и равномерное нагружение на рабочие валки, что сведет до минимума образование заусенца из деформируемого металла на валках и появление разной его толщины на валках. Все это обеспечит стабильное протекание технологического процесса, позволит повысить выход годного, производительность непрерывного литья, прокатки и прессования и качество пресс-изделий.
Сущность технического решения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 и фиг.2 показаны структурная схема и общий вид установки для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов.
Установка включает печь-миксер 1, деформирующий узел, состоящий из охлаждаемых валков с ручьем 3 и с выступом 4, образующих закрытый рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель 6 с прижимным устройством, а в пазу матрицедержателя установлена охлаждаемая матрица 5. Валки 3 и 4 расположены в наклонной плоскости, а прижимное устройство выполнено в виде наклонного 9 и вертикального 10 гидроцилиндров, установленных на основании, и кронштейна 7, шарнирно соединенного с их штоками, При этом наклонный гидроцилиндр 9 закреплен к основанию установки с помощью неподвижного шарнира 11, а шток вертикального гидроцилиндра 10 соединен с концом кронштейна 7, упирающимся в матрицедержатель 6, а сам вертикальный гидроцилиндр 10 крепится к основанию установки с помощью подвижного шарнира 12.
K
Д
Устройство работает следующим образом. Вначале технологического процесса матрица 5 устанавливается в матрицедержатель 6 и на ее боковую, контактную с валками 3 и 4, поверхность устанавливается пластина (например, из алюминиевого сплава, из которого изготавливается пресс-изделие) толщиной равной рациональному зазору между валками, и матрицей. Далее начинается вращение валков, а в наклонный 9 и вертикальный 10 гидроцилиндры подается давление, рассчитанное по формулам Pcosα=Psinβ;
д
где Р - усилие прижима матрицы к валкам для фиксации матрицы в заданном положении;
ППР
Р - усилие прокатки;
α и β - углы наклона штоков вертикального и наклонного гидроцилиндров;
1
2
l и l - расстояния от места крепления кронштейна с помощью неподвижного шарнира до контакта штоков наклонного и вертикального гидроцилиндров
Матрица, расположенная в пазу матрицедержателя 6, с помощью прижимного устройства устанавливается в заданном положении в закрытом рабочем калибре. После чего включается охлаждение валков и матрицы (на фиг.2 система охлаждение не показана). Далее расплавленный металл выливается из печи-миксера 1 на валки через систему лотков 2, где начинается его кристаллизация на поверхностях валков. Потом закристаллизовавшийся металл захватывается валками, деформируется в закрытом рабочем калибре между ними и выдавливается через матрицу 5 в пресс-изделие 13.
Пример. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 провели непрерывное совмещенное литье и прокатку-прессование прутка (пресс-изделия) диаметром 9 мм из сплава алюминия марки А7. Температура расплава составляла 700°С, а температура прессования 540°С. Прессование прутка проводили через матрицу с вытяжкой 10 с использованием прототипа и заявляемого устройства. При этом фиксировали время появления заусенца повышенной толщины на валках, положение матрицы в валках, давление в наклонном и вертикальном гидроцилиндрах, изменение выходной температуры профиля и максимально-возможную скорость прессования по появлению трещин на поверхности прутка. При использовании прототипа в течение 1-2 минут происходило образование заусенца повышенной толщины на валках, а матрицу выдавливало из валков, что приводило к вынужденной остановке технологического процесса. При использовании заявляемого устройства процесс шел стабильно, толщина заусенца была минимальной и равномерной на валках, и остановка процесса происходила после того, когда весь металл был переработан. При этом давление в наклонном и вертикальном гидроцилиндрах, и выходная температура пресс-изделия оставались практически без изменений. Полученное пресс-изделие по всей длине имело требуемое качество.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность непрерывного литья, прокатки и прессования пресс-изделий и качество пресс-изделий.