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

Полезная модель относится к области совмещенных процессов литья и обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных изделий из цветных металлов и сплавов с повышенными механическими свойствами.
1
2
1
1
2
Известна установка для непрерывного прессования металла (патент №1785459, опубл. 30.12.92, Б.И. №48). Устройство включает два валка, один из которых выполнен с ручьем диаметром d, а другой диаметром d с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого на расстоянии L=(0,005-0,35)d установлена матрица, причем отношение диаметров составляет d/d=0,6-1,0. Данное устройство характеризуется возможностью получения пресс-изделий различного сечения (прутков, профилей, труб и др.). Однако, использование данной установки из-за того, что процессы получения заготовки литьем и последующей обработки металла давлением разделены, а производственный цикл является прерывным, характеризуется достаточно низкой производительностью. Кроме того для деформации требуется предварительный нагрев заготовки, что с одной стороны требует дополнительного оборудования (нагревательных печей, устройств для задачи металла в валки), а с другой стороны может привести к ухудшению качества пресс-изделий из-за появления при дополнительном нагреве окалины (например, для меди и ее сплавов), снижению устойчивости захвата заготовки и повышению энергозатрат из-за наличия между металлом и инструментом окисной пленки. Вследствие нестабильности температурно-скоростного режима деформации возможно проникновение металла в зазор между валками и матрицей, что также является нежелательным явлением процесса.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является установка для непрерывного литья, прокатки и прессования металла (патент №2100136, опубл. 27.12.97, Б.И. №36), содержащая два валка, один из которых выполнен с ручьем, другой с выступом, образующих рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица, отличающаяся тем, что перед валками установлен кристаллизатор роторного типа, диметр которого в соотношении с диаметром по дну ручья валка составляет соответственно 0,2-0,4, а соотношение высоты калибра и высоты канавки кристаллизатора выполнено в пределах 0,5-0,9, причем матрица выполнена с одной или несколькими клиновыми полостями, выходящими на рабочую поверхность и ориентированными параллельно оси канала матрицы с возможностью их охлаждения.
Однако механические свойства горячепрессованных полуфабрикатов, особенно при производстве катанки для электропроводников, не всегда удовлетворяют требованиям потребителей, так как повышение прочностных характеристик продукции является одной из задач производства. В связи с эти приходится дополнительно применять многопроходные операции обработки (волочение или сортовой прокатки) для упрочнения металла, однако при этом резко снижаются пластические свойства заготовки. Вместе с тем известно, что применение методов интенсивной пластической деформации, таких, например, как равноугловое прессование, равноугловое волочение и др. (Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000) приводят к получению однородного деформированного состояния и нанометрической или ултрамелкозернистой структуры изделий, что, в конечном счете, обеспечивает высокий уровень и однородность механических свойств металла.
Технической задачей полезной модели является создание установки, позволяющей совместить процессы непрерывной разливки металла, непрерывного прессования и равноуглового волочения, обеспечивающих высокий уровень механических свойств изделий.
Технический результат - получение более высоких однородных механических свойств в конечных изделиях.
Поставленная задача достигается тем, что предлагаемая установка для непрерывного литья, прокатки, прессования и волочения цветных металлов и сплавов, содержащая печь-миксер с раздаточной коробкой, кристаллизатор роторного типа, два водоохлаждаемых валка, один из которых выполнен с ручьем, другой с выступом, образующих закрытый калибр, на выходе из которого установлена водоохлаждаемая матрица, охлаждающее устройство и моталку, дополнительно снабжена роликами, расположенными на выходе из охлаждающего устройства, образующими открытый калибр, размеры и форма которого соответствует размерам и форме калибрующего отверстия матрицы, в котором дополнительно установлена волока с рабочим каналом, площадь сечения которого относится к площади калибра в наименьшем сечении в пределах 0,9-1,0. Кроме того, согласно изобретению, волока выполнена с переменным сечением канала по длине, имеющим не менее двух прямолинейных участков, оси которых пересекаются под углом 90-120°.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки.
Наличие двух роликов с открытым калибром позволяет задать охлажденную заготовку после прокатки-прессования в волоку и осуществить последующее волочение. При этом форма открытого калибра и его размеры соответствуют форме и размерам поперечного сечения пресс-изделия, выходящего из матрицы. Реализация процесса волочения в роликах с открытым калибром и перекрывающей его волокой с соотношением площади поперечного сечения рабочего канала волоки и площади открытого калибра в наименьшем сечении в пределах 0,9-1,0, позволяет осуществить непрерывный процесс обработки металла на установке. При отношении этих площадей больше 1,0 возможна остановка роликов из-за больших степеней обжатия в калибре. При отношениях площадей меньше 0,9 возможен изгиб заготовки в рабочем канале волоки, что приводит к неосуществимости технической реализации непрерывного процесса обработки металла на установке.
Выполнение волоки с переменным сечением рабочего канала по длине, имеющим два и более прямолинейных участка, которые пересекаются под углом 90-120°, дает возможность осуществлять интенсивную сдвиговую пластическую деформацию металла, обеспечивая при этом более высокий уровень однородности накопленной деформации и, как следствие более высокий уровень механических свойств изделий. Выполнение угла более 120° снижает эффективность измельчения структуры металла и получения высоких механических свойств. Выполнение угла менее 90° приводит к неосуществимости процесса деформации.
Таким образом, конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом характеризуются отличительными признаками и позволяют получить более высокие однородные механические свойства в конечных изделиях.
На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 показаны ролики с открытым калибром и волока в разрезе.
Установка для непрерывного литья, прокатки, прессования и волочения металла включает печь-миксер 1 с раздаточной коробкой 2, водоохлаждаемый роторный кристаллизатор 3, деформирующий узел прокатки-прессования 4, охлаждающее устройство 5, деформирующий узел волочения 6 и моталку 7.
Кристаллизатор состоит из колеса кристаллизатора 8, образующего с бесконечной лентой 9, проходящей через направляющие ролики 10, литейную канавку 11. Для охлаждения ленты 9 на кристаллизаторе 3 смонтированы форсунки 12.
Деформирующий узел прокатки-прессования 4 установки включает задающие ролики 13, валок 14 с выступом и валок 15 с ручьем, образующие закрытый калибр 16, водоохлаждаемую матрицу 17 с калибрующим отверстием, опирающуюся на матрицедержатель 18 и имеющую возможность поджатия к валкам с помощью гидроцилиндра 19.
Деформирующий узел волочения 6 включает два ролика 20 с открытым калибром 21, волоку 22, перекрывающую калибр, и поджатую к роликам через склиз 23 с помощью гидроприжима 24. Канал волоки 22 имеет, как минимум, два прямолинейных участка 25, которые пересекаются под углом 90-120°.
В процессе работы расплавленный металл из печи-миксера 1 подается в раздаточную коробку 2 с регулированием уровня в автоматическом режиме. Затем, попадая в канавку 11 колеса роторного кристаллизатора, перекрытую бесконечной стальной лентой 9, проходящей через направляющие ролики 10 и охлаждаемой при помощи форсунок 12, закристаллизовавшийся слиток через задающие ролики 13 направляется в закрытый калибр 16, образованный валком 14 с выступом и валком 15 с ручьем. Далее заготовка подвергается пластической деформации и готовое пресс-изделие экструдируется через матрицу 17, поджатую через матрицедержатель 18 поршнем гидроцилиндра 19, затем после прохождения охлаждающего устройства 5 задается в деформирующий узел волочения 6, проходит через ролики 20 с открытым калибром 21, деформируется на участках 25 волоки 22 и в виде проволоки или прутка сматывается в бухту на моталке 7.
1
2
3
1
3
В
Пример. С помощью предлагаемого и базового устройства получали изделия из алюминиевого сплава системы Al-Zr диаметром 9 мм. Деформацию заготовок проводили с помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 с диаметрами валков по дну ручья d=200 мм, по выступу d=240 мм и модельного кристаллизатора с диаметром колеса по дну канавки d=1000 мм. При этом отношение d/d составляло 0,2. При проведении опытов использовали прототип и заявляемую установку. В первом случае получали изделия в горячепрессованном состоянии с последующим их охлаждением. При использовании заявляемой установки после прессования применяли четырехкратное равноугловое волочение охлажденной заготовки. Результаты замера временного сопротивления разрыву σ и относительного удлинения δ образцов полученных изделий приведены в табл. 1
Номер образца
Установка
Механические свойства
σ<sub>В</sub>, МПа
δ, %
1
прототип
149
12,4
2
заявляемая
193
12.5
3
заявляемая
190
12.8
4
заявляемая
192
12.6
Полученные результаты механических испытаний позволили установить, что после обработки на заявляемой установке экспериментальные образцы изделий из сплава системы Al-Zr демонстрируют уровень механической прочности, превышающий соответствующий уровень образцов, полученных с применением прототипа. Прирост прочности экспериментальных образцов из сплава Al-Zr после интенсивной пластической деформации на заявляемой установке обусловлен наличием в них ультрамелкозернистой структуры.
Таким образом, использование заявляемой установки по сравнению с прототипом позволяет за счет использования дополнительного узла волочения обеспечить интенсивную сдвиговую пластическую деформацию, что приводит к однородности механических свойств и структуры металла и позволяет увеличить уровень прочностных свойств исследуемых сплавов.