УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ

Устройство относится к области обработки металлов совмещенными методами непрерывной прокатки и прессования, и может быть использовано для получения профилей из цветных металлов и сплавов.
Известно устройство для непрерывного литья и прессования полых профилей (Патент РФ 2200644, МПК B22D 11/06, В21С 23/08. / Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Гришечкин А.И. 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 с клиновидными охлаждаемыми полостями.
Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса получения бесшовных полых профилей. Однако отвод тепла во время кристаллизации и деформации происходит через охлаждаемые изнутри валки и матрицу, 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 особенно важна для непрерывных процессов литья, прокатки и прессования (Довженко, Н.Н. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями: монография / Н.Н.Довженко, С.В.Беляев, С.Б.Сидельников и др. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 256 с). Следует также отметить, что выполнение внутри валков и матрицы охлаждаемых полостей усложняет их конструкцию, приводит к появлению значительных термических напряжений в их объеме, и, как следствие, снижает их прочность во время эксплуатации. Кроме того, возможно искажение геометрии рабочего отверстия матрицы и получаемого профиля (Манегин Ю.В. Горячее прессование труб и профилей / Ю.В.Манегин, А.Е.Притоманов, Т.Шпитель и др. - М.: Металлургия, 1980. - 272 с.).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывного литья и прессования полых профилей (Патент РФ 2335376, МПК B22D 11/06, В21С 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 наружной поверхности которой, находящейся в контакте с валками, выполнены охлаждаемые каналы. Кроме того, матрица снабжена каналами для подвода хладагента к профилю на выходе из канала матрицы, а валки снабжены индукторами для их нагрева, расположенные по разные стороны от валков.
Данное устройство значительно повышает интенсивность отвода тепла непосредственно из очага деформации, и при этом происходит одновременное охлаждение, как матрицы, так и валков. Подвод хладагента через каналы к профилю на выходе из канала матрицы позволяет отводить избыточное тепло непосредственно от деформируемого металла и оперативно регулировать его выходную температуру. Однако во время работы устройства на поверхности валков образуется заусенец, который частично или полностью перекрывает охлаждаемые каналы на наружной поверхности матрицы, находящейся в контакте с валками, и нарушает циркуляцию хладагента, что снижает интенсивность и устойчивость отвода тепла вплоть до полного его прекращения.
Основной задачей полезной модели является повышение производительности непрерывной прокатки и прессования и качества профилей за счет повышения эффективности охлаждения.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной прокатки и прессования профилей, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица, имеющая каналы для подвода хладагента в месте выхода профиля из рабочего отверстия матрицы, согласно изобретению, дополнительно снабжено держателем, в пазу которого установлена матрица, а на заходной части держателя выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам примыкающих валков, с которыми он находится в контакте. Держатель снабжен каналами для подвода хладагента на рабочую поверхность валков со стороны матрицы.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют повысить производительность непрерывной прокатки и прессования и качество профилей.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: дополнительно снабжено держателем, в пазу которого установлена матрица, а на заходной части держателя выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам примыкающих валков, с которыми он находится в контакте. Держатель снабжен каналами для подвода хладагента на рабочую поверхность валков со стороны матрицы.
Выполнение каналов в держателе обеспечивает беспрепятственный доступ хладагента в зону охлаждения, которая образована наружными поверхностями валков, матрицей и самим держателем. При этом образование заусенца не препятствует циркуляции хладагента, что обеспечивает стабильное охлаждение инструмента во время работы устройства. Кроме того сохраняется подвод хладагента через каналы к профилю на выходе из канала матрицы, что позволяет отводить избыточное тепло непосредственно от деформируемого металла и оперативно регулировать его выходной температурой. Герметичность системы охлаждения обеспечивается примыканием заходных поверхностей матрицы и держателя к валкам во время работы устройства, что обеспечивается выполнением на заходной части держателя вогнутых поверхностей с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков и расположением матрицы в пазу держателя.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывной прокатки и прессования профилей, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить производительность непрерывной прокатки и прессования и качество профилей.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг. показан общий вид устройства в разрезе во время непрерывной прокатки и прессования профилей. Заявляемое устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей включает валок 1 с ручьем и валок 2 с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица 3, имеющая каналы 4 для подвода хладагента в месте выхода профиля 5 из рабочего отверстия матрицы 3, установленного в пазу держателя 6, а на заходной части держателя 6 выполнены вогнутые поверхности 7 с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков 1 и 2, с которыми он находится в контакте. Держатель снабжен каналами 8 для подвода хладагента на рабочую поверхность валков 1 и 2 со стороны примыкания матрицы 3.
Устройство работает следующим образом. Вначале матрица 3 помещается в паз держателя 6, образуя матричный блок, который устанавливается в рабочее положение, перекрывая рабочий калибр, образованный валком 1 с ручьем и валком 2 с выступом. Затем заготовка 9, нагретая до необходимой температуры, задается в валки 1 и 2, деформируется в рабочем калибре между валками 1 и 2 и выдавливается через рабочее отверстие матрицы 3 в профиль 5. В момент подхода заготовки к рабочей поверхности матрицы 3 и появления профиля 5 из рабочего отверстия матрицы 3 включается система охлаждения и подается хладагент в каналы 8 держателя и далее в каналы 4 матрицы 3.
Пример. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 проводили непрерывную прокатку и прессование прутка (профиля) диаметром 6 мм из сплава алюминия марки А7. Температура прессования составляла 530°С. Прессование прутка проводили через матрицу с вытяжкой λ=10 с использованием прототипа и заявляемого устройства. При этом фиксировали изменение выходной температуры профиля и максимально-возможную скорость прессования по появлению трещин на поверхности прутка. Во время появления заусенца на поверхности валков в прототипе резко уменьшилась интенсивность охлаждения рабочего инструмента, что вызвало увеличение выходной температуры профиля и появление трещин на поверхности прутка, т.е. появление брака. Образование заусенца на поверхности валков в заявляемом устройстве практически не влияла на интенсивность охлаждения рабочего инструмента и изменение выходной температуры профиля, что позволило увеличить скорости вращения валков и повысить производительность процесса изготовления профиля до 15% без образования брака.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить производительность непрерывной прокатки и прессования и качество профилей.