УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛА

Полезная модель относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья, прокатки и прессования, и может быть использована для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.
Известны устройства, позволяющие получать изделия совмещенным методом литья и прокатки (Канцельсон М.П. "Литейно-прокатные агрегаты для производства катанки из цветных металлов", М., ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990), которые имеют ряд недостатков. Для получения высоких механических свойств необходимы большие степени деформации, а это возможно при реализации большого количества проходов на непрерывных литейно-прокатных агрегатах, включающих не менее 15-20 клетей. Расходы на изготовление инструмента (валков), его переналадка и профилировка на каждый типоразмер профиля требуют достаточно больших затрат, что экономически целесообразно лишь при больших объемах производства продукции.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является установка для непрерывного литья и прессования металла (Патент РФ 2100136, 1997), включающая печь-миксер, кристаллизатор роторного типа, валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с клиновидными полостями для ее охлаждения.
Данная установка обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, стабильные механические свойства пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании, варьирование размеров пресс-изделий.
Однако применение такой установки не позволяет обрабатывать малопластичные сплавы, такие, например, как АК12, АК5, АМГ6, АВ и др. Кроме того, качество пресс-изделий определяется структурой и свойствами литой
заготовки, получаемой традиционными методами с помощью роторного кристаллизатора, при этом из-за низкой пластичности нет возможности обрабатывать литейные сплавы. Точность прессованных изделий ниже, чем полученных прокаткой, поэтому после охлаждения изделий иногда необходима дополнительная операция калибровки.
Основной задачей изобретения является расширение технологических возможностей установки путем обработки малопластичных сплавов и повышение точности и качества изделий за счет улучшения их механических свойств.
Для решения поставленной задачи установка для непрерывного литья, прокатки и прессования металла, включающая печь-миксер, кристаллизатор, деформирующий узел, состоящий из валка с ручьем и валка с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлена матрица с клиновидными полостями для охлаждения, согласно изобретению кристаллизатор выполнен электромагнитным, снабжен питателем и установлен после печи-миксера, после которого расположено правильно-задающие устройство, а за деформирующим узлом последовательно установлены охлаждающее устройство, универсальная прокатная клеть и устройство для намотки изделия, при этом валки выполнены составными и имеют дополнительные калибры. Количество питателей электромагнитного кристаллизатора и количество дополнительных калибров на валках должно быть одинаковым и не менее двух.
Конструктивные особенности заявляемой установки по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют получать пресс-изделия из малопластичных металлов и сплавов с высоким уровнем механических свойств, при этом за счет калибровки на универсальной прокатной клети увеличивается точность их размеров.
По отношению к прототипу у предлагаемой установки имеются следующие отличительные признаки: кристаллизатор, установленный после печи-миксера, выполнен электромагнитным с питателем, после которого
расположено правильно-задающее устройство, а за деформирующим узлом последовательно установлены охлаждающее устройство, универсальная прокатная клеть и устройство для намотки изделия, при этом валки выполнены составными и имеют дополнительные калибры. Количество питателей электромагнитного кристаллизатора и количество дополнительных калибров на валках должно быть одинаковым и не менее двух.
Электромагнитный кристаллизатор, снабженный питателем, в отличие от роторного позволяет получать литые заготовки небольшого поперечного сечения (с диаметром описанной окружности до 20 мм) и обеспечивает высокие скорости охлаждения за счет интенсивной подачи хладогента к кристаллизующейся заготовке. Как известно высокие скорости охлаждения (более 100 град/сек) обеспечивают получение мелкозернистой структуры литой заготовки и, соответственно, ее высокую пластичность. Это позволяет производить дальнейшую деформацию металлов и сплавов, которые при традиционной технологической схеме производства практически не обрабатываются методами ОМД (например, силумины, авиали и т.д.). Применение деформирующего узла совмещенной прокатки-прессования для формоизменения таких литых заготовок позволяет получать пресс-изделия за один цикл обработки с достаточно высокими степенями деформации, при этом уровень их механических свойств достаточно высок. Правильно-задающее устройство роликового типа дает возможность гарантированного захвата литой заготовки валками и обеспечение изгиба и непрерывности подачи металла в калибр валков. Охлаждающее устройство позволяет реализовать последующую холодную прокатку и обеспечивает отсутствие сварки витков при получении бухты на устройстве для намотки изделий. Для особо ответственных изделий требуется иметь точные размеры, которые можно получить с применением холодной калибровки в универсальной прокатной клети. С целью увеличения производительности установки предлагается использовать деформирующий узел с дополнительными калибрами в количестве не менее двух, что позволяет варьировать процесс получения изделий за счет реализации
многониточной непрерывной обработки, выбирая количество калибров в соответствии с заданной производительностью. Количество калибров на валках и питателей электромагнитного кристаллизатора для реализации такого процесса с высокой производительностью должно быть одинаковым. Для увеличения срока службы инструмента валки предлагается сделать составными, что дополнительно облегчает их сборку и замену.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение установки для непрерывного литья и прокатки-прессования металла, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему обработки металла, что приводит к расширению технологических возможностей устройства путем обработки малопластичных сплавов и повышение точности и качества изделий за счет улучшения их механических свойств.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фиг.1 показан общий вид установки. На фиг.2 - вид сверху. На фиг.3 изображен разрез по А-А на фиг.1. На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2
Заявляемое изобретение - установка для непрерывного литья и прокатки-прессования металла включает печь-миксер 1, электромагнитный кристаллизатор 2 с питателем 3, правильно-задающее устройство 4, деформирующий узел, включающий валок 5 с выступом и валок 6 с ручьем, имеющие полости для охлаждения и образующие закрытый калибр, перекрытый на выходе матрицей 7 с клиновидными полостями 8 для ее охлаждения, поджатой к валкам с помощью гидроцилиндра 9. Охлаждающее устройство 10 пресс-изделий, универсальная прокатная клеть 11 и устройство для намотки изделий 12 расположены последовательно после деформирующего узла в соответствии с технологическим назначением установки. Валки 5, 6 могут быть выполнены составными с дополнительными калибрами 13.
В процессе работы расплавленный металл из печи-миксера 1 поступает в электромагнитный кристаллизатор 2 и через питатели 3
закристаллизовавшийся слиток изгибается и с помощью правильно-задающего устройства 4 поступает в калибр, образованный валком 5 с выступом и валком 6 с ручьем. Далее заготовка подвергается пластической деформации и экструдируется в виде пресс-изделия через матрицу 7, которая охлаждается с помощью хладогента, поступающего в клиновидные полости 8, и поджатую гидроцилиндром 9, а затем сматывается в бухту на устройстве намотки 12, пройдя перед этим охлаждение в емкости узла охлаждения 10 и калибровочную прокатку в универсальной клети 11.
Для увеличения производительности установки в электромагнитном кристаллизаторе 2 с помощью питателей 3 может быть получено одновременно несколько заготовок по числу калибров на валках 5 и 6, при этом они экструдируются через матрицы 7, перекрывающие эти калибры, и обрабатываются далее с использованием необходимого количества гидроцилиндров 9, охлаждающих устройств 10, универсальных прокатных клетей 11 и устройств для намотки 12.
Пример. С помощью лабораторной установки, включающей электромагнитный кристаллизатор, деформирующий узел на базе прокатного стана ДУО 200 (СПП-200) и универсальную прокатную клеть, моделировали процесс получения проволоки диаметром 2 мм из алюминиевого сплава АК12.
Путем литья в электромагнитный кристаллизатор специальной конструкции (Патент РФ на полезную модель №48836, 2005) получали заготовку диаметром 15 мм. Далее ее обрабатывали в деформирующем узле СПП-200 с начальным диаметром валков 200 мм и мощностью приводного электродвигателя 40 кВт при температуре заготовок 450-480°С. Для этого приводили во вращение подогретые до температуры 200°С валки и со скоростью 4 об/мин деформировали заготовки. Металл заготовки попадал в калибр, достигал матрицы, поджатой к валкам, осаживался перед ней, заполнял калибр в зоне распрессовки и выдавливался через канал матрицы в виде прутка диаметром 9 мм. Месдозами замерялись сила прессования, которая составила 143,9 КН, и сила, действующая на валки, равная 160,2 КН. Далее проводили
прокатку проволоки до заданного размера на универсальной прокатной клети.
0,2
в
Механические свойства литых заготовок, прутков и проволоки определяли методом испытания на растяжение, при этом полученные данные по условному пределу текучести (σ), временному сопротивлению разрыву (σ) и относительному удлинению (δ) сплава представлены в таблице. Макроструктура (х3) литой заготовки, прутка после прессования и проволоки после отжига из сплава АК12 после волочения также показана в табл. Анализ результатов исследований показал, что уже на стадии производства литой заготовки получена мелкозернистая структура, а величины пластических характеристик (см. табл.) значительно превышают аналогичные характеристики обычных литых сплавов системы Al-Si-Mg.
Вид изделия
Механические свойства
Макроструктура
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ,%
Литая заготовка диаметром 15 мм
290,8
138,7
14,8
Прессованный пруток диаметром 9 мм
201,1
112,5
20,2
Проволока диаметром:
3,0 мм;
402,2
-
4,0
2,5 мм;
425,1
-
3,0
2,0 мм;2,0 мм (после отжига)
445,7235,6
222,9
1,57,3
Таким образом, использование заявляемой установки по сравнению с прототипом позволяет повысить уровень механических свойств и тем самым, улучшить их качество.