УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных профилей с относительно небольшим поперечным сечением преимущественно из цветных металлов и сплавов методом непрерывной прокатки и прессования.
1
1
2
1
2
Известно устройство для непрерывной прокатки и прессования металла (Патент 1785459 РФ, МПК В21С 23/00, 25/00. Устройство для непрерывного прессования металла / Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Загиров Н.Н.), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого на расстоянии l=(0,05÷0,35)d, установлена матрица с возможностью ее установки под определенным углом к общей вертикальной оси валков. Отношение диаметров поверхности дна ручья d и гребня выступа d составляет d/d=(0,6÷1,0), что способствует окову металла валком с ручьем и увеличению сил трения для последующего прессования.
В данном устройстве на контактных поверхностях валков и матрицы образуется заусенец из деформируемого металла, что нарушает стабильность непрерывного процесса деформирования, вызывает перекос матрицы и искажение поперечного сечения профиля, т.е. ухудшает качество изделий. Для устранения заусенца проводят зачистку поверхности валков, которая достаточно трудоемка и ее не всегда удается выполнить в рабочем режиме, поэтому приходится останавливать устройство, что отрицательно сказывается на производительности. Кроме того, образование заусенца снижает выход годного.
7
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей (Патент на полезную модель 102542 Российская Федерация, МПК В21С 23/08. Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей / Беляев СВ., Сидельников С.Б., Довженко Н.Н. и др., заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» - заявл. 20.08.2010, опубл. 10.03.2011 г. бюл. №7), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, выполненная в виде прямой трапецеидальной призмы, на заходной части, которой на наклонных гранях выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани располагаются по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней.
В данном устройстве за счет геометрии поверхности матрицы обеспечивается равномерный минимально-возможный зазор на контактной поверхности валков и матрицы, что сводит до минимума образование заусенца и разной его толщины на валках. Однако при реализации процесса непрерывной прокатки и прессования профилей с помощью данного устройства существенны затраты энергии на преодоление сил трения на поверхности контакта неподвижной матрицы и подвижных валков, что приводит к значительному абразивному износу инструмента, снижению стабильности процесса. Кроме того, данные силы трения выталкивают матрицу из калибра, вызывая ее перекос в вертикальной плоскости, что приводит к искажению поперечного сечения профиля, т.е. ухудшает качество получаемых профилей, а также требует повышенного усилия прижима матрицы при запирании калибра и усложняет конструкцию устройства для ее прижима.
Основной задачей полезной модели является снижение энергозатрат и повышение качества получаемых профилей.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной прокатки и прессования профилей, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, выполненная в виде прямой трапецеидальной призмы, матрица выполнена с различной продольной толщиной вдоль оси прокатки, на заходной части которой имеется выступ, соответствующий прямоугольному сечению закрытого ящичного калибра, а остальная часть матрицы имеет меньшую продольную толщину, при этом протяженность выступа на заходной части матрицы должна соответствовать следующему условию:
где  - удаление вертикальной плоскости
раскрываемости калибра от оси прокатки;
- удаление рабочей плоскости матрицы от оси прокатки;
- приведенный радиус валков;
1
2
3
0
1
2
1
R - радиус выступа верхнего валка; R; R - внутренний и наружный радиусы выреза нижнего валка; D=R+R+h;
M
1
h и h - высота рабочей плоскости матрицы и рабочего зазора между валками соответственно.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующегося отличительными признаками, обеспечивают снижение энергозатрат и повышение качества получаемых профилей.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: матрица имеет различную продольную толщину вдоль оси прокатки, на заходной части которой имеется выступ, соответствующий прямоугольному сечению закрытого ящичного калибра, а остальная часть матрицы имеет меньшую продольную толщину. При этом протяженность выступа на заходной части матрицы должна соответствовать следующему условию (1).
Использование матрицы, имеющей различную продольную толщину вдоль оси прокатки, с выполненным на заходной части матрицы выступом, соответствующий прямоугольному сечению закрытого ящичного калибра, а на остальной часть матрицы, имеющей меньшую продольную толщину, значительно уменьшает площадь поверхности контакта неподвижной матрицы и подвижных валков и, как следствие, существенно снижаются затраты энергии на преодоление сил трения и для прижима матрицы при запирании калибра.
Для обеспечения равномерного зазора на контактной поверхности валков и матрицы протяженность выступа на заходной части матрицы должна быть такой, чтобы в рабочем положении матрицы в калибре задняя граница выступа находилась не дальше от вертикальной оси прокатки, чем вертикальная плоскость раскрываемости калибра, что определяется по формуле (1).
3
Следует отметить, что полное отсутствие зазора между вращающимися валками и неподвижной матрицей невозможно, т.к. данные детали образуют подвижные пары. Кроме того, во время работы инструмент нагревается, поэтому обычно минимально-возможный зазор равен A=0,3÷0,4 мм. Образование большей толщины заусенца в этом случае возможно только тогда, когда давление при выдавливании профиля через рабочий канал матрицы превысит давление для выдавливания заусенца в зазор между валками и матрицей.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывной прокатки и прессования профилей, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, обеспечивают снижение энергозатрат и повышение качества получаемых профилей.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фигуре 1 показан общий вид устройства, а на фигуре 2 - вид на матрицу сверху.
Заявляемая полезная модель - устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей включает валок 1 с выступом и валок 2 с ручьем, образующих рабочий закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица 3 с рабочим каналам 6, соответствующим поперечному сечению профиля 5.
0
1
M
ПМ
PK
BM
Устройство работает следующим образом. Заготовка 4 начальной высотой h захватывается валкам и 1 и 2, деформируется до высоты h в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения и выдавливается в виде профиля 5 через рабочий канал матрицы 6, имеющей высоту рабочей плоскости h. При этом матрица 3 в рабочем положении в калибре располагается на удалении от оси прокатки на расстоянии L (прямая AD на фиг.1), а вертикальная плоскость раскрываемости калибра расположена от оси прокатки на расстоянии L (прямая ВС на фиг.1). Протяженность выступа на заходной части матрицы L будет такой, чтобы в рабочем положении матрицы в калибре задняя граница выступа находилась не дальше от вертикальной оси прокатки, чем вертикальная плоскость раскрываемости калибра, что определяется по формуле (1). Поэтому площадь поверхности контакта неподвижной матрицы и подвижных валков будет не больше площади фигуры ABCD, а на остальной поверхности матрицы (фигура ВЕС) контакт с валками будет отсутствовать, т.к. ее продольная толщина будет меньше продольной толщины выступа. Все это позволит существенно снизить затраты энергии на преодоление сил трения и для прижима матрицы при запирании калибра, убрать перекос матрицы в вертикальной плоскости во время работы и повысить качество получаемых профилей.
1
2
3
K
1
M
0
0
0
ПМ
PK
BM
3
Пример. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 провели непрерывную прокатку и прессование прутка диаметром 9, 7 мм из сплава алюминия марки АД31. Валки радиусами R=236 мм, R=192 мм, R=230 мм образовывали закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения шириной b=40 мм с высотой обжатия h=20 мм. Температура деформирования составляла 550°С. Прессование прутков проводили через обычную матрицу (прототип) и через предлагаемую (заявляемое устройство) с вытяжкой λ=17 и высотой рабочей плоскости матрицы h=34 мм. Исходные заготовки имели одинаковые размеры - h·b·l=40×400×400 мм. В заявляемом устройстве матрица была выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы с различной продольной толщиной вдоль оси прокатки, на заходной части которой имелся выступ продольной толщиной, равной 40 мм, соответствующий прямоугольному сечению закрытого ящичного калибра, а остальная часть матрицы имела меньшую продольную толщину на 6 мм. При этом протяженность выступа на заходной части матрицы была такой, что в рабочем положении матрицы в калибре задняя граница выступа находилась не дальше от вертикальной оси прокатки, чем вертикальная плоскость раскрываемости калибра. При этом матрица в рабочем положении в калибре располагалась на удалении от оси прокатки на расстоянии L=54 мм, а вертикальная плоскость раскрываемости калибра была расположена от оси прокатки на расстоянии L=64 мм. Протяженность выступа на заходной части матрицы равнялась L=9 мм, т.е. выполнялось условие по формуле (1). В прототипе матрица также была выполнена в виде прямой равнобедренной трапецеидальной призмы с постоянной продольной толщиной, равной 40 мм. Зазор на контактной поверхности валков и матрицы в обоих случаях составлял Δ=0,4 мм. Во время выдавливания профиля фиксировали усилие прижима матрицы к валкам при запирании калибра, а после окончания процесса прессования измеряли толщину заусенца на валках и исследовали изменения размеров и искажения формы поперечного сечения профиля по длине.
В заявляемом устройстве и в прототипе отмечено равномерное покрытие рабочей поверхности на обоих валков пленкой алюминия толщиной не более 0,3 мм, что является неизбежным при горячей деформации алюминия без смазки. При этом при использовании заявляемого устройства на поверхности прутка отсутствовали пережимы и отклонения от формы, а предельное отклонение размеров диаметра прутка по его длине составило ±0,05 мм. В прототипе отмечен перекос матрицы, а на поверхности прутка имелись пережимы и искажения формы поперечного сечения профиля. Предельное отклонение размеров диаметра прутка по его длине составило ±0,10 мм, т.е. профиль имел худшее качество. Кроме того в заявляемом устройстве усилие прижима матрицы к валкам при запирании калибра по сравнению с прототипом было равно 130 кН и в 1,25 раза меньше за счет существенного уменьшения поверхности контакта между матрицей и валками в 7,1 раза, и, следовательно, контактных сил трения.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивают снижение энергозатрат и повышение качества получаемых профилей.