Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации



Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации
Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации
Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации
Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации
Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации
Способ совмещенного литья, прокатки и прессования и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2519078:

Общество с ограниченной ответственностью "НаноМеТ" (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения алюминиевых профилей методом непрерывной прокатки и прессования. Расплавленный металл из печи-миксера подают в охлаждаемые валки, на поверхности которых металл кристаллизуется. Закристаллизовавшийся металл захватывается валками, прокатывается в валках и прессуется в матрице. На стадии прессования осуществляют последовательно прямое прессование, угловое прессование и повторное прямое прессование, совмещенное с формообразованием конечного изделия. Устройство содержит валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, матрицу, установленную на выходе из калибра. На гладкой бочке валков выполнены пазы, а в матрице выполнен как минимум один Г-образный канал. Г-образный канал состоит из рабочей части с квадратным поперечным сечением и калибрующей части с круглым поперечным сечением. Достигается повышение механических свойств изделий. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения алюминиевых профилей методом непрерывной прокатки и прессования.

Известен способ прессования металлов, при котором совмещают за одну технологическую операцию два вида прессования, обычное прямое прессование из контейнера и равноканальное угловое прессование (патент РФ №2329108, B21J 5/00, B21C 23/14, B21C 25/00, B21J 13/02, B82B 3/00, опубл. 20.07.2008). Прямое прессование металла из контейнера осуществляют с выходом его через калибрующую зону перед угловым прессованием. Равноканальное угловое прессование обеспечивает в металле деформации сдвига.

Недостатком аналога способа являются ограничения по длине получаемых изделий, связанные с необходимостью использования исходных заготовок ограниченной длины. К тому же при осуществлении способа, необходимо не только обеспечить деформацию исходной заготовки, но и преодолеть пассивные силы трения, возникающие между исходной заготовкой и контейнером, что приводит к формированию повышенных сил прессования. Возникающие при этом высокие контактные напряжения на рабочих поверхностях формообразующей оснастки снижают ее износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ совмещенного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (патент РФ №2457914, МПК B21C 3/00, B22D 11/00, опубл. 10.08.2012), включающий кристаллизацию расплавленного металла на поверхности валков, прокатку металла в валках и прессование в матрице.

Недостатком прототипа по способу является то, что при его реализации формируется высокая неоднородность деформированного состояния в очаге деформации и, соответственно, неоднородность свойств конечного продукта, что отрицательно сказывается на механических свойствах, таких как временное сопротивление разрыву и относительное удлинение. В очаге деформации формируются застойные зоны, что, как известно, приводит к повышению силы прессования и, следовательно, энергозатрат.

Известно устройство для непрерывного прессования металла (патент РФ №1785459, МПК B21C 25/00, 23/00, опубл. 30.12.1992), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого на расстоянии l=(0,05…0,35)·d1 установлена матрица с возможностью ее установки под определенным углом к общей вертикальной оси валков. Отношение диаметров поверхности дна ручья d1 и гребня выступа d2 составляет 0,6…1,0, что способствует окову металла валком с ручьем и увеличению сил трения для последующего прессования.

Недостатком данного устройства является невозможность одновременного получения нескольких заготовок, следовательно, производительность данного устройства низкая. Кроме того, данное устройство, снижая величину отклонения оси проката на выходе из калибра от оси прессования перед матрицей, не устраняет неравномерность истечения обрабатываемого металла во время деформации в рабочем калибре, не представляется возможным точно рассчитать угол наклона матрицы к оси прессования для обеспечения равномерного истечения прессуемого металла на выходе из канала матрицы и достижения требуемого качества профилей. Кроме того, в данном устройстве возникает неравномерная нагрузка на валки: валок с вырезом более перегружен, чем валок с выступом, что отрицательно сказывается на длительной прочности инструмента (Салганик В.М. Асимметричная тонколистовая прокатка: развитие теории, технологии и новые решения. / В.М. Салганик, А.М. Песин. - М.: МИСиС, 1997. - 192 с.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов (патент РФ №2457914, МПК B21C 3/00, B22D 11/00, опубл. 10.08.2012), содержащее наклоняющуюся печь-миксер, выполненную с регулятором подачи расплава в калибр валков, один из которых выполнен с ручьем, а второй - с выступом, расположенные в станине и образующие закрытый калибр, на выходе из которого установлена матрица с калибрующим отверстием, имеющая клиновидные полости для охлаждения и снабженная механизмом прижима ее к валкам, и моталку. Устройство снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне α=90-175°, причем ее форма эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, а валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол β=5-85°.

Недостатком прототипа по устройству является то, что контактная с прессуемым материалом поверхность матрицы выполнена плоской, что приводит к повышению сил прессования и возникновению застойных зон в очаге деформации. В этой связи прототип имеет ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что он не обеспечивает однородное деформированное состояние и структуру изделий и, следовательно, не обеспечивает однородные механические свойства.

Задачей изобретения является повышение механических свойств конечных изделий и снижение энергозатрат.

Технический результат изобретения - повышение механических свойств конечных изделий за счет достижения высокого уровня накопленной деформации и однородности.

Поставленная задача и технический результат достигаются тем, что в способе совмещенного литья, прокатки и прессования, включающем кристаллизацию расплавленного металла на поверхности валков, прокатку металла в валках и прессование в матрице, согласно изобретению, на стадии прессования осуществляют последовательно прямое прессование, угловое прессование и повторное прямое прессование, совмещенное с формообразованием конечного изделия, следовательно, прохождение металлом данных операций обеспечивает более высокий уровень накопленной деформации и однородность свойств, чем при осуществлении прототипа способа, и, как результат, более высокие и более однородные механические свойства конечного изделия.

Кроме того, согласно изобретению, прямое прессование выполняют с истинной (логарифмической) степенью деформации e≥1,6, угловое прессование осуществляют с истинной степенью деформации e≥1,7, а повторное прямое прессование - с истинной степенью деформации e≥0,2, причем угловое прессование осуществляют дважды.

Поставленная задача решается тем, что устройство для совмещенного литья, прокатки и прессования профилей содержит печь-миксер с жидким металлом, валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, матрицу, установленную на выходе из калибра. Согласно изобретению на гладкой бочке валков выполнены пазы, а в матрице выполнен, по меньшей мере, один Г-образный канал, состоящий из рабочей части, имеющей квадратное поперечное сечение и два прямолинейных пересекающихся участка, и калибрующей части, имеющей круглое поперечное сечение, при этом рабочая поверхность матрицы, взаимодействующая с металлом, выполнена конусной, что предотвращает формирование застойных зон при осуществлении процесса совмещенного литья, прокатки и прессования.

Кроме того, согласно изобретению, в матрице выполнено несколько каналов, кратных двум для повышения производительности. Согласно изобретению, каналы в матрице могут располагаться вдоль направления прокатки.

Кроме того, согласно изобретению, угол пересечения участков в рабочем канале составляет 90-120°. При угле меньше 90° исключается техническая реализация способа, при угле больше 120° снижается эффективность измельчения структуры.

Кроме того, согласно изобретению, на гладкой бочке валков выполнены пазы П-образной или полусферической или трапецеидальной формы, а в матрице выполнены выступы, входящие в указанные пазы валков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема устройства в разрезе, на фиг.2 - сечение устройства, проходящее через оси вращения валков, на фиг.3 - увеличенная матрица устройства, на фиг.4 - график распределения степени деформации по сечению конечного изделия, на фиг.5 и 6 - варианты исполнения матрицы устройства.

Устройство для совмещенного литья, прокатки и прессования (фиг.1) содержит печь-миксер 1 с жидким металлом 2, валки 3 и 4 с пазами 5 П-образной формы, образующие закрытый калибр (фиг.2), и матрицу 6. В матрице 6 выполнены два Г-образных канала 7 и выступы 8 (фиг.3), входящие в пазы 5 П-образной формы на гладкой бочке валков 3 и 4. Каждый Г-образный канал 7 состоит из рабочей 9 и калибрующей 10 части, причем рабочая часть 9 каждого канала 7 имеет квадратное поперечное сечение, а калибрующая 10 - круглое. Рабочая часть 9 каждого канала 7 имеет два прямолинейных участка, которые пересекаются под углом 120°. Рабочая поверхность 11 матрицы 6 выполнена конусной формы.

Благодаря данному изобретению реализуется совмещение непрерывных процессов литья и прессования металла, устраняются энергоемкие операции по производству слитка и его нагрева перед прессованием, что значительно снижает энергозатраты по сравнению с прототипами.

Пример конкретной реализации способа и устройства.

Реализация способа рассмотрена на примере деформирования образца из алюминиевого сплава системы Al-Zr. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 провели непрерывное литье, прокатку и прессование прутка (профиля). Вначале валки 3 и 4 нагревают до необходимой температуры (100…300°C). Затем расплавленный металл 2 заливают в печь-миксер 1, при этом начинается его кристаллизация на поверхностях валков 3 и 4. Далее закристаллизовавшийся металл захватывают валки 3 и 4, прокатывают, распрессовывают и деформируют металл в канале матрицы 6 за четыре этапа. На первом этапе осуществляют прямое прессование с истинной степенью деформации e≥1,6. На втором и третьем этапах производят угловое прессование, позволяющее повысить однородность структуры металла. И на четвертом этапе производят повторное прямое формообразующее прессование через калибрующую часть 10 канала 7 матрицы 6.

В результате совмещения литья, прокатки и четырехэтапного прессования, накопленная деформация в заготовке составляет около 4,5 единиц. Измерения были выполнены с помощью виртуального эксперимента (математического моделирования) в силу больших сложностей численной оценки степени деформации по результатам физического эксперимента. Данные степени деформации приведены на графике фиг.4 по результатам математического моделирования. С помощью физического эксперимента были получены значения временного сопротивления разрыву и относительного удлинения для прутков диаметром 9 и 12 мм. Результаты показаны в таблице, из которой видно, что указанные механические свойства при использовании заявляемого способа и устройства выше, чем при использовании прототипа.

Таким образом, применение заявляемого устройства и способа по сравнению с прототипами позволяет повысить механические свойства пресс-изделий и снизить энергозатраты.

Таблица
Механические свойства прутков
Устройство Временное сопротивление разрыву σB, МПа Относительное удлинение δ, %
Диаметр прутка, мм Диаметр прутка, мм
9 12 9 12
Базовое (прототип) 95,1 92,9 19,2 17,0
Предлагаемое 125 120 22,3 19,5

1. Способ совмещенного литья, прокатки и прессования, включающий кристаллизацию расплавленного металла на поверхности валков, прокатку металла в валках и прессование в матрице, отличающийся тем, что на стадии прессования осуществляют последовательное прямое прессование, угловое прессование и повторное прямое прессование, совмещенное с формообразованием конечного изделия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прямое прессование выполняют с истинной степенью деформации е≥1,6, угловое прессование осуществляют с истинной степенью деформации е≥1,7, а повторное прямое прессование, совмещенное с формообразованием конечного изделия, с истинной степенью деформации е≥0,2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловое прессование осуществляют дважды.

4. Устройство для совмещенного литья, прокатки и прессования, содержащее печь-миксер с жидким металлом, валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, матрицу, установленную на выходе из калибра, отличающееся тем, что на гладкой бочке валков выполнены пазы, а в матрице выполнены по меньшей мере один Г-образный канал, состоящий из рабочей части, имеющей квадратное поперечное сечение и два прямолинейных пересекающихся участка, и калибрующей части, имеющей круглое поперечное сечение, при этом рабочая поверхность матрицы, взаимодействующая с металлом, выполнена конусной.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в матрице выполнено несколько каналов, кратных двум.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что каналы в матрице расположены вдоль направления прокатки.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что угол пересечения участков в рабочем канале составляет 90-120°.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на гладкой бочке валков выполнены пазы П-образной или полусферической или трапецеидальной формы, а в матрице выполнены выступы, входящие в указанные пазы валков.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению стальной ленты на горизонтальной ленточной литейной машине. Литьевое сопло для выпуска металла в кристаллизатор выполнено в виде узкого прямоугольного пустотелого блока из огнеупорного материала, содержащего днище, крышку и две боковые стенки.

Изобретение относится к металлургии и касается литья стальной ленты на горизонтальной ленточной литьевой установке. Литьевое сопло, подключенное к подводящему металл каналу, выполнено в виде прямоугольного пустотелого блока из огнеупорного материала.

Устройство содержит емкость (3) для расплава (1), охлаждаемый ленточный транспортер (6), расположенный в направлении литья за емкостью (3), проходящий между двумя отклоняющими роликами (7, 7′) и обеспечивающий транспортировку металлической полосы (4).
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению горячекатаной полосы из свободной от превращений ферритной стали. Для создания в горячекатаной полосе мелкозернистой структуры расплав, полученный из стали, содержащей, мас.%: <1,5 С, <30 Cr, >2 Al, <30 Mn, <5 Si, остальное железо и неизбежные примеси разливают в горизонтальной установке для непрерывной разливки с успокоенным течением и без изгибов в полосовую заготовку толщиной 6-20 мм, а затем осуществляют прокатку заготовки в горячекатаную полосу со степенью деформации, по меньшей мере, 50%.
Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью полосы в двухвалковой литейной машине. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к непрерывному литью металлов с одновременным их прессованием. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления высокоэффективных спеченных постоянных магнитов Fe-Nd-B. Расплавленный в тигле металлический сплав путем донного слива подают в виде свободно падающей струи расплава в зазор между двумя охлаждающими валками, вращающимися навстречу друг другу и по направлению движения струи расплава. Продукты кристаллизации получают при сходе ленты или чешуек с обоих валков по направлению первоначального движения струи расплава. Валки постоянно перемещаются относительно друг друга вдоль оси вращения. Окружная скорость одного валка составляет 0,4-0,6 от окружной скорости вращения другого валка. Струя расплава постоянно попадает на новое место поверхности валков как в окружном, так и в осевом направлении, что способствует эффективному ее охлаждению и получении аморфной или мелкокристаллической структуры продукта. 16 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к металлургии. Горячекатаная стальная полоса, изготовленная литьем посредством двухвалковой машины и последующей горячей прокатки, содержит, по массе, более 0,25% и до 1,1% углерода, между 0,40 и 2,0% марганца, между 0,05 и 0,50% кремния, менее чем 0,01% алюминия. Механические свойства полосы при обжатии 10% и 35% находятся в пределах 10% для предела текучести, предела прочности на разрыв и общего относительного удлинения. Смотку горячекатаной стальной полосы в рулон осуществляют при температуре между 550 и 750°C, чтобы обеспечить микроструктуру, содержащую перлит, бейнит и игольчатый феррит, а также может содержать менее чем 5% полигонального феррита. Содержание свободного кислорода в расплавленной стали для литья полосы находится между 5 и 50 млн-1 или между 25 и 45 млн-1. Обеспечивается получение тонких полос с высокими прочностными характеристиками. 4 н. и 40 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения слитков различной формы, включая круглые слитки, а также слитков, ширина которых превышает 250 мм. Машина непрерывного литья содержит раму со стойками 8, желоб-дозатор 10, вращающееся литейное колесо 1, кристаллизатор, выполненный в виде жестко закрепленного на литейном колесе 1 бандажа 2 и взаимодействующего с ним сегмента втулки 4 с корпусом 5 и полостью 6 для подачи охлаждающей воды. Механизм прижима сегмента втулки к бандажу выполнен в виде системы подпружиненных рычагов 9 и установлен с возможностью поворота на оси 7, закрепленной в стойке 8 рамы. Жидкий металл подается дозирующим устройством 10 в зону кристаллизации, образованную бандажом 2 литейного колеса 1, и сегментом втулки 4. После выхода из зоны кристаллизации слиток 12 удерживается в выточке бандажа 2 самоустанавливающимися роликами 14, затем отгибается ножом 15 и по рольгангу стойки 8 поступает на дальнейшую обработку. Для устранения усадочного зазора ролики имеют ширину рабочей поверхности, меньшую, чем ширина слитка. Обеспечивается повышение качества слитка. 5 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению высокопрочной тонкой литой полосы с помощью двухвалковой литейной машины. Полоса выполнена из стали, содержащей в вес.%: углерод менее чем 0,25, марганец между 0,20 и 2,0, кремний между 0,05 и 0,50, алюминий менее чем 0,01, ниобий между 0,01% и 0,20%, ванадий между 0,01% и 0,20%, азот при обеспечении соотношения между содержанием ванадия и содержанием азота между 4:1 и 7:1. Микроструктура стальной полосы состоит по большей части из бейнита и игольчатого феррита, и более чем 70% ниобия и ванадия присутствует в твердом растворе. Обеспечивается получение тонких стальных полос с требуемыми механическими свойствами. 8 н. и 58 з.п. ф-лы, 35 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве аморфных металлических лент. На подложку в виде металлической ленты подают расплавленный металл, который под действием практически мгновенного охлаждения переходит в аморфное состояние. Металлическую ленту совместно с отлитой аморфной лентой подают на наматывающий барабан, а после формирования рулона ленты отделяют друг от друга. Полученная аморфная лента не испытывает внешних нагрузок, что способствует улучшению ее качества. Обеспечивается повышение надежности технологического процесса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии. Устройство намотки аморфной ленты содержит наматывающий барабан с цилиндрическим основанием с электромагнитами, равномерно распределенными по окружности и двумя боковыми дисками-ограничителями с обоих торцов основания. Соосно барабану установлен электродвигатель, на диске которого, закрепленном на торце вала электродвигателя, установлены электромагниты и, с другой стороны, общая для всех электромагнитов шина. Напротив электромагнитов размещены постоянные магниты, установленные на внешней стороне ограничителя барабана. На другом ограничителе барабана установлена шина, связанная с электромагнитами основания барабана. Посредством скользящих контактов шины соединены с блоком управления. Вращение барабана обусловлено магнитным взаимодействием между постоянными магнитами и электромагнитами. Обеспечивается упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы. 2 ил.

Изобретение относится к металлургии. Способ включает подачу стального расплава на вращающийся разливочный конвейер горизонтальной установки, затвердевание его в полосовую заготовку толщиной 6-20 мм, горячую прокатку после полного затвердевания полосы. На еще жидкий и/или находящийся в начале затвердевания стальной расплав воздействуют газовой или плазменной струей, состоящей из металлических и/или неметаллических элементов, влияющих на свойства горячекатаной полосы. За счет изменения воздействующей кинетической энергии газовой или плазменной струи, парциального давления газа и/или приложенной температуры регулируют по толщине и ширине полосы концентрацию внедренных в расплав газовой или плазменной струей и диффундирующих в него элементов. Свойства материала дополнительно регулируют по длине полосы. Обеспечивается целенаправленное установление необходимых поверхностных свойств и свойств сердцевины литой полосы. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к металлургии. Установка содержит формообразующий инструмент в виде двух валков 2, питатель 1 для подачи расплава металла, привод вращения валков, включающий двигатель 5, ременную передачу и систему шестеренок 6, средство приема отделяемых от поверхности валков готовых изделий, систему синхронизации скорости вращения валков в виде шестеренок привода валков, вакуумное подвижное соединение для охлаждения валков водой или газом. На валках смонтированы сменные ролики-кристаллизаторы 3, посредством замены которых регулируют расстояние между валками и обеспечивают получение лент с различной толщиной от 50 до 200 мкм и размером зерна от 20 нм до 500 мкм. Обеспечивается получение магнитных материалов, содержащих редкоземельные металлы с высокими магнитными свойствами. 3 ил.

Изобретение может быть использовано для получения сплошных и полых пресс-изделий из цветных металлов и сплавов. Установка для непрерывного литья и прессования содержит две пары валков 11 и 12 с рабочими калибрами, матрицу 13 с двумя каналами, расположенными по одной оси, и два водоохлаждаемых кристаллизатора 4 роторного типа с бесконечной лентой 5, моталки 17. Пары валков расположены симметрично относительно центральной плоскости, параллельной осям валков. Заготовки, полученные в роторных кристаллизаторах, подаются валками в два канала матрицы навстречу друг другу. Обеспечивается устойчивость и надежность процесса за счет предотвращения проникновения металла между матрицей и валками. 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к металлургии. Способ включает подачу расплавленного металла, поддерживаемого на литейных поверхностях литейных валков и вращение в противоположных направлениях литейных валков для формирования металлических оболочек на литейных поверхностях, сведенных вместе в зоне контакта для подачи литой полосы вниз с регулируемым количеством мягкого материала между металлическими оболочками. В контрольном местоположении вниз по потоку от зоны контакта определяют целевую температуру для литой полосы, соответствующей заданному количеству мягкого материала между металлическими оболочками литой полосы. Измеряют температуру литой полосы, отлитой вниз по потоку от зоны контакта в контрольном местоположении. Формируют сигнал датчика, соответствующего измеренной температуре и принудительно изменяют исполнительным механизмом зазор в зоне контакта между литейными валками в ответ на сигнал датчика, полученный и обработанный для определения разности температур между измеренной температурой и целевой температурой. Обеспечивается контроль скачка температур и сопутствующих ему дефектов. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх