RU2457068C1

RU2457068C1 - Line of continuous direct rolling of powder materials

Info

Publication number: RU2457068C1
Application number: RU2011106160/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Литвинцев (RU); Александр Иванович Литвинцев; Владимир Александрович Лисичкин (RU); Владимир Александрович Лисичкин; Борис Александрович Литвинцев (RU); Борис Александрович Литвинцев; Сергей Александрович Литвинцев (RU); Сергей Александрович Литвинцев
Original assignee: Александр Иванович Литвинцев
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-07-27
Also published as: CN202517040U

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to materials intended for rolling of powder materials. Proposed line comprises vertical rectangular trough with vibration compaction system for masterbatching of powder material into rolling mill, and rolling mill with two horizontal rolls. Left roll is furnished with rims and arranged on stationary bed. Right smooth roll features barrel width equal to clearance between left roll rims and is arranged on sliding bed to displace horizontally. Two odd walls are arranged in vertical trough to vary trough width so that it equals the distance between rolls along arc of roll jaw.

EFFECT: higher efficiency of rolling.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение линии непрерывной прямой прокатки порошковых материалов с прокатным станом с горизонтальным расположением валков относится к области порошковой металлургии. Предложенная линия непрерывной прямой прокатки может найти свое применение для изготовления широкоформатных, стандартных, конструкционных листов промышленного применения из порошков железа и меди, для изготовления фильтров того же размера из порошков нержавеющей стали и титана, а также для формирования горячекомпактированных прекурсоров, из которых производят пористые пенопанели.The invention of a line for continuous direct rolling of powder materials with a rolling mill with a horizontal roll arrangement relates to the field of powder metallurgy. The proposed continuous direct rolling line can be used for the production of large-format, standard, structural sheets for industrial use from iron and copper powders, for the manufacture of filters of the same size from stainless steel and titanium powders, and also for the formation of hot-compacted precursors from which porous foam panels are made .

Из уровня техники известно получение пористых полуфабрикатов из металлических порошков, первый вариант, включающий размещение (укладку) на дно горячей емкости (плоского прямоугольного контейнера вертикального пресса) металлического пластичного листа (слоя), не содержащего порофора, с последующей насыпкой на него смеси алюминиевого порошка, содержащего гидрид титана TiH₂, далее сверху засыпанной смеси укладывают второй металлический слой. После нагрева контейнера, уложенных пластин в него со смесью порошков в середине, осуществляют горячее компактирование под давлением вертикально действующего пресс-штемпеля. На этом операция горячего компактирования заканчивается. Полученная плоская горячекомпактированная форма тела путем деформации прокаткой может быть изменена в другое более тонкое тело, а затем полученный тонкий плакированный прекурсор вспенивают до образования нового тела, в котором между двумя металлическими слоями появляется высокопористый слой металлической пены.It is known from the prior art to obtain porous semi-finished products from metal powders, the first option comprising placing (laying) on the bottom of a hot container (flat rectangular container of a vertical press) a metal plastic sheet (layer) without porophore, followed by pouring on it a mixture of aluminum powder, containing titanium hydride TiH ₂ , then a second metal layer is laid on top of the dusted mixture. After heating the container, the stacked plates in it with a mixture of powders in the middle, they perform hot compaction under pressure of a vertically acting press stamp. This completes the hot compacting operation. The obtained flat hot-compacted body shape by rolling deformation can be changed into another thinner body, and then the resulting thin clad precursor is foamed to form a new body in which a highly porous layer of metal foam appears between the two metal layers.

Второй вариант, заключающийся в том, что в пустой контейнер пресса (экструдирующую оснастку) укладывают массивный диск из твердого металла, а затем пустое пространство контейнера наполняют смесью металлического порошка, содержащего гидрид титана TiH₂, и порошковую смесь вместе с контейнером пресса подвергают нагреву с последующим приложением давления около 60 МРа. Под действием приложенного давления центральная часть твердой металлической пластины, которая блокировала отверстие матрицы пресса, начинает течь через это отверстие матрицы, обеспечивая развитие процесса экструзии. В течение последующих стадий прессования уплотненная и нагретая порошковая смесь пластически деформируется и выдавливается через отверстие матрицы. Причем твердый металл покрывает, способную к вспениванию, прессованную порошковую заготовку металлическим слоем. После вспенивания этого комбинированного тела металлический слой окружает сердцевину, представляющую собой высокопористую пену.The second option is that a massive disk of solid metal is placed in an empty press container (extruding equipment), and then the empty space of the container is filled with a mixture of metal powder containing TiH ₂ titanium hydride, and the powder mixture together with the press container is heated, followed by application of pressure of about 60 MPa. Under the influence of the applied pressure, the central part of the solid metal plate, which blocked the opening of the die of the press, begins to flow through this hole of the matrix, ensuring the development of the extrusion process. During the subsequent pressing stages, the compacted and heated powder mixture is plastically deformed and squeezed out through the die opening. Moreover, the solid metal covers, capable of foaming, the pressed powder billet with a metal layer. After foaming this combined body, a metal layer surrounds the core, which is a highly porous foam.

Полученные комбинированные заготовки по обоим методам могут быть в дальнейшем прокатаны в лист и под влиянием температуры термообработки превращены в пористое металлическое тело. (US 5151246, September 1992 г., В22F 3/18, В22F 3/24 ориентировочно)The combined billets obtained by both methods can be further rolled into a sheet and, under the influence of the heat treatment temperature, are transformed into a porous metal body. (US 5151246, September 1992, B22F 3/18, B22F 3/24 tentatively)

Недостатком и этого патента является ограниченная возможность получения полуфабрикатов по размерам, особенно листов промышленных размеров, низкий выход годного, низкая производительность, высокая себестоимость.The disadvantage of this patent is the limited ability to obtain semi-finished products in size, especially sheets of industrial sizes, low yield, low productivity, high cost.

Из уровня техники также известна конструкция линии непрерывной прямой прокатки металлических порошков, представленная в патенте US 5393485. Feb. 28, 1995, B22F 3/00.The prior art also known is the design of a continuous direct rolling line of metal powders as presented in US Pat. No. 5,393,485. Feb. 28, 1995, B22F 3/00.

Рассматриваемый патент, как промышленный образец, обеспечивающий прямое непрерывное прессование алюминиевых порошков, заключающийся в том, что порошковую алюминиевую смесь с гидридом титана TiH₂ P засыпают в вертикальный бункер 12 на вращающееся колесо 3 с корытообразным желобом U-формы с переменным уменьшающимся сечением по длине. Колесо 3 вращается в цилиндрическом внутреннем пространстве массивного и прочного каркаса 7 так, чтобы поверхности вращающегося колеса, которые имеют внутренний корытообразный желоб 5, касались внутренней неподвижной поверхности 2 вставки 9, которая фиксирует или закрывает U-форму желоба 5 и создает увеличивающееся давление на уплотняющийся порошок. Порошковая смесь Р, которая заполняет внутренний корытообразный желоб 5, уплотняется за счет движения, уменьшения его сечения и увеличения давления, а в объеме предкомпактируемого порошка начинает быстро возрастать температура за счет резко увеличивающегося трения уплотненного порошка о неподвижную поверхность вставки 9. Скорость вращения колеса 3 с корытообразным желобом 5 является также важным фактором генерации температуры в порошковой смеси в течение вращения колеса. В этой связи температура нагрева горячекомпактированной смеси за счет процесса трения достигает высокого значения и уплотненная горячая смесь надвигается на упор 13 и за счет огромного развивающегося момента от вращения колеса 3 развивается непрерывный процесс прессования через матрицу 13 прутков ⌀ 9.5 мм и полос размером 5×3 мм или 5×4 мм, примерно равным по площади сечением 20 мм², со скоростью прессования 20 м/мин, которая эквивалентна производительности 200 кг/час.The patent in question is an industrial design that provides direct continuous extrusion of aluminum powders, namely, that an aluminum powder mixture with titanium hydride TiH ₂ P is poured into a vertical hopper 12 onto a rotating wheel 3 with a U-shaped trough with a variable decreasing section in length. The wheel 3 rotates in the cylindrical inner space of a massive and strong carcass 7 so that the surfaces of the rotating wheel, which have an inner trough-like groove 5, touch the inner stationary surface 2 of the insert 9, which fixes or closes the U-shape of the groove 5 and creates increasing pressure on the compacting powder . The powder mixture P, which fills the inner trough-like groove 5, is compacted by movement, a decrease in its cross section and an increase in pressure, and the temperature begins to increase rapidly in the volume of the precompacted powder due to the sharply increasing friction of the compacted powder on the fixed surface of the insert 9. Wheel rotation speed 3 s the trough groove 5 is also an important factor in generating temperature in the powder mixture during the rotation of the wheel. In this regard, the heating temperature of the hot-compacted mixture due to the friction process reaches a high value and the compacted hot mixture approaches the stop 13 and, due to the enormous developing moment from the rotation of wheel 3, a continuous pressing process develops through a matrix of 13 bars ⌀ 9.5 mm and strips 5 × 3 mm in size or 5 × 4 mm, approximately equal in area to a cross section of 20 mm ² , with a pressing speed of 20 m / min, which is equivalent to a capacity of 200 kg / h.

Недостатком этого патента промышленного образца является то, что непрерывный процесс получения прессованных полуфабрикатов ограничен в возможностях их получения по размерам.The disadvantage of this industrial design patent is that the continuous process for producing pressed semi-finished products is limited in their ability to obtain size.

Наиболее близким аналогом является патент RU 2200647, 17.07.2001, 7. В22F 3/0, С22С 1/09 на способ производства пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов, который может быть осуществлен разработанным прокатным станом с горизонтальным расположением валков и с вертикальной подачей нагретых и виброуплотненных в специальном желобе порошков. Из выходного раструба желоба нагретая смесь поступает в прокатный стан с горизонтально расположенными валками, причем каждый из которых имеет внутренний проточенный ручей, а выступающие реборды при вращении валков касаются друг друга, образуя замкнутое прямоугольное пространство. В результате горячего компактирования порошков или дробленых частиц из алюминиевых сплавов в очаге деформации прямоугольного пространства, между соприкасающимися ребордами валков, под высоким давлением и при температуре нагрева формируется плотный способный к вспениванию прекурсор (с относительной плотностью 0.97-0.99), полоса или лист из алюминиевых дробленых частиц. При вертикальной подаче нагретых и уплотненных порошков в горизонтально расположенные валки, согласно разработанному патенту, создаются условия организации непрерывной прямой прокатки порошков. Одним из узлов линии непрерывной прямой прокатки порошков являются: вертикальный желоб с фиксированной толщиной его рабочего зазора Н, по которому движется виброуплотненная, нагретая порошковая смесь, и прокатный стан с фиксированными ребордами на валках, равных половине получаемого прекурсора.The closest analogue is the patent RU 2200647, 07.17.2001, 7. B22F 3/0, C22C 1/09 for a method for the production of porous semi-finished products from powders of aluminum alloys, which can be carried out by the developed rolling mill with a horizontal arrangement of rolls and with a vertical feed of heated and powders vibro-compacted in a special trough. From the outlet socket of the trough, the heated mixture enters the rolling mill with horizontally located rolls, each of which has an internal grooved stream, and the protruding flanges touch each other when the rolls rotate, forming a closed rectangular space. As a result of hot compaction of powders or crushed particles of aluminum alloys in the deformation zone of the rectangular space, between the contacting flanges of the rolls, under high pressure and at a heating temperature, a dense foaming precursor (with a relative density of 0.97-0.99), a strip or sheet of crushed aluminum particles. When the heated and compacted powders are vertically fed into horizontally arranged rolls, according to the developed patent, the conditions for organizing continuous direct rolling of powders are created. One of the nodes of the continuous direct powder rolling line is: a vertical trough with a fixed thickness of its working gap H, along which a vibro-compacted, heated powder mixture moves, and a rolling mill with fixed flanges on rolls equal to half of the obtained precursor.

Недостатками настоящего патента являются конструктивные особенности работы главных узлов прокатного стана и вертикального желоба в линии, обеспечивающей непрерывную прямую прокатку порошков. Прежде всего, вертикальный желоб, подающий нагретую порошковую смесь к прокатному стану, по своим габаритным размерам зависит от конечного размера толщины прокатываемого прекурсора h. Вертикальный желоб с его постоянными и фиксированными внешними размерами и толщиной внутреннего пространства Н может обслуживать только определенную толщину прокатываемого прекурсора h (к примеру, толщину прекурсора только 3 мм). Для толщин прекурсоров 4, 5, 6, 8 мм из-за соотношения, которое определено формулой расчета, меняется расстояние по дуге захвата Н, а вместе с ним внутреннее пространство Н вертикального желоба. Поэтому для оперативной работы прокатного стана нужны заранее изготовленные требуемого размера вертикальные желоба с учетом затрат потраченного рабочего времени на его перестановку. Определенные не менее важные недостатки заложены в конструкции и работе валков прокатного стана. Для выполнения операции прямой прокатки прекурсоров толщинами 3, 4, 5, 6, 8 мм и более прокатный стан должен быть оборудован серией отдельных пар валков, обеспечивающих прокатку каждого размера прекурсора отдельно. Для изменения размера прокатываемого прекурсора требуется перевалка пары валков и смены вертикального желоба.The disadvantages of this patent are the design features of the main nodes of the rolling mill and the vertical trough in a line that provides continuous direct rolling of powders. First of all, the vertical trough supplying the heated powder mixture to the rolling mill, in its overall dimensions, depends on the final size of the rolled precursor thickness h. A vertical trough with its constant and fixed external dimensions and the thickness of the inner space H can serve only a certain thickness of the rolled precursor h (for example, the thickness of the precursor is only 3 mm). For the thicknesses of the precursors 4, 5, 6, 8 mm, due to the ratio that is determined by the calculation formula, the distance along the capture arc H changes, and with it the internal space H of the vertical trough. Therefore, for the operational work of the rolling mill, pre-manufactured vertical grooves of the required size are needed, taking into account the costs of the time spent on its relocation. Certain no less important disadvantages are laid in the design and operation of the rolls of the rolling mill. To perform the direct rolling operation of precursors with thicknesses of 3, 4, 5, 6, 8 mm and more, the rolling mill must be equipped with a series of separate pairs of rolls that provide rolling of each precursor size separately. To change the size of the rolled precursor, transshipment of a pair of rolls and a change in the vertical trough are required.

Задачей настоящего изобретения является разработка линии непрерывной прямой прокатки порошковых материалов за один оборот валков, которая обеспечит получение промышленных листов из железных и медных порошков, промышленных по размерам пористых листов из порошков нержавеющей стали, никеля и титана размеров 1200×1200, 1800, 2400×2,5÷10 мм, а также пенопанелей и сэндвичей промышленного размера 1200×1200, 1800, 2400×15÷50 мм с плотностью от 0.30 до 1.55 г/см³, а также прокатку и переработку дробленых отходов в виде частиц и стружки.The objective of the present invention is to develop a line for continuous direct rolling of powder materials in one revolution of the rolls, which will provide industrial sheets of iron and copper powders, industrial-sized porous sheets of stainless steel, nickel and titanium powders of sizes 1200 × 1200, 1800, 2400 × 2 , 5 ÷ 10 mm, as well as foam panels and sandwiches of industrial size 1200 × 1200, 1800, 2400 × 15 ÷ 50 mm with a density of 0.30 to 1.55 g / cm ³ , as well as rolling and processing of crushed waste in the form of particles and shavings.

Технический результат, достигаемый при реализации линии непрерывной прямой прокатки порошковых материалов, заключается в обеспечении высокой производительности и эффективности технологического процесса, с возможностью создания безотходного и замкнутого по технологическому процессу производства, низкой себестоимости продукции за счет наиболее эффективной технологии и возможности использования отходов собственного производства.The technical result achieved by the implementation of the continuous direct rolling line of powder materials is to ensure high productivity and efficiency of the process, with the possibility of creating a waste-free and closed-loop production process, low cost of production due to the most efficient technology and the possibility of using domestic waste.

Указанный технический результат достигается тем, что линия непрерывной прямой прокатки порошковых материалов содержит вертикальный прямоугольный желоб с системой виброуплотнения, обеспечивающий дозированную подачу порошкового материала в прокатный стан, и прокатный стан, содержащий два горизонтально расположенных валка, фиг.1, при этом левый валок прокатного стана снабжен ребордами и установлен на неподвижной станине, а правый гладкий валок выполнен с шириной бочки, равной зазору между ребордами левого валка, и размещен на скользящей опоре с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, а в вертикальном желобе установлены две фальшстенки с возможностью изменения ширины желоба для обеспечения ее равенства с расстоянием между валками по дуге захвата валков прокатного стана.The specified technical result is achieved by the fact that the line of continuous direct rolling of powder materials contains a vertical rectangular trough with a vibration compaction system that provides a metered supply of powder material to the rolling mill, and a rolling mill containing two horizontally located rolls, Fig. 1, while the left roll of the rolling mill equipped with flanges and mounted on a fixed bed, and the right smooth roll is made with a barrel width equal to the gap between the flanges of the left roll, and placed on a sliding a support movable in the horizontal plane and in a vertical chute mounted two falshstenki to vary the width of the chute to ensure that it is equal to the distance between the rollers along an arc gripping rolls of the rolling mill.

Кроме того, вертикальный желоб является регулирующим узлом по скорости и объему подачи нагретой порошковой смеси в прокатные валки и является основным узлом, обеспечивающим синхронизацию движения порошковых масс по вертикальному желобу до прокатного стана в результате определенных конструкторских решений, заложенных в конструкциях как вертикального желоба, так и прокатного стана.In addition, the vertical chute is a control unit in terms of speed and volume of supply of the heated powder mixture to the rolls and is the main unit that synchronizes the movement of powder masses along the vertical chute to the rolling mill as a result of certain design decisions incorporated in the designs of both the vertical chute and rolling mill.

Технологического схема непрерывной линии прокатного комплекса приведена на фиг.1 и фиг.2, на которых показаны все его основные части и их взаимодействие при обеспечении прямой непрерывной прокатки тяжелых и легких алюминиевых порошков. Главным узлом в конструкции прокатного стана являются два профильных валка, фиг.2, расположенных горизонтально. Конструктивной особенностью левого вращающегося валка 10 является то, что он жестко закреплен в станине прокатного стана и является неподвижным. Между ребордами левого корытообразного валка 10 входит гладкий, правый, валок 11с шириной, гладкой бочкой с конструкционными допусками гладкой бочки по ширине для обеспечения свободного входа подвижного валка вглубь зазора левого корытообразного валка. Правый валок способен перемещаться строго в горизонтальной плоскости, определяя конечную толщину горячекомпактированного прекурсора h. Эта конструктивная особенность разработанного прокатного стана позволяет в случае необходимости быстро изменить минимальное расстояние между валками h, которое определяет конечную толщину прокатанного листа из тяжелых порошков и вспенивающегося прекурсора из алюминиевых смесей. Поскольку конечная толщина h связана соответственной математической зависимостью с внутренним пространством вертикального желоба Н и с расстоянием между валками Н по дуге захвата порошков β, то полученные и проанализированные экспериментальные результаты дают определенные гарантии безопасности выполнения технологических операций. При установленных взаимосвязанных конструктивных элементах прокатного стана, таких как h, Н и β, а также ширине зазора вертикального прямоугольного желоба Н, появляется технологическая возможность осуществления непрерывной прямой прокатки как тяжелых порошков, так и легких в виде алюминиевой порошковой смеси как основного преимущества линии непрерывной прямой прокатки на разработанном прокатном стане.The technological scheme of the continuous line of the rolling complex is shown in Fig.1 and Fig.2, which show all of its main parts and their interaction while providing direct continuous rolling of heavy and light aluminum powders. The main node in the design of the rolling mill are two profile rolls, figure 2, located horizontally. A design feature of the left rotating roll 10 is that it is rigidly fixed in the bed of the rolling mill and is stationary. Between the flanges of the left trough-like roll 10, a smooth, right, roll 11 with a width, a smooth barrel with structural tolerances of a smooth barrel in width is included to provide free entry of the movable roll deep into the gap of the left trough-like roll. The right roll is able to move strictly in the horizontal plane, determining the final thickness of the hot-compacted precursor h. This design feature of the developed rolling mill allows, if necessary, to quickly change the minimum distance between the rollers h, which determines the final thickness of the rolled sheet of heavy powders and a foaming precursor of aluminum mixtures. Since the final thickness h is associated with the corresponding mathematical dependence with the internal space of the vertical groove H and with the distance between the rollers H along the powder capture curve β, the obtained and analyzed experimental results give certain guarantees of the safety of technological operations. With the interconnected structural elements of the rolling mill, such as h, H and β, as well as the gap width of the vertical rectangular groove H, established, there is a technological possibility of continuous direct rolling of both heavy powders and light powders in the form of aluminum powder mixture as the main advantage of the continuous straight line rolling on a developed rolling mill.

В линии непрерывной прямой прокатки порошковых материалов заложены следующие основные постоянные конструктивные величины: это расстояние между валками Н по дуге захвата β и соответствующий ему зазор Н вертикального желоба 5. Кроме того, устанавливается постоянная скорость вращения валков, которая задает постоянную скорость втягивания виброуплотненных порошков в зону максимальных давлений. Поэтому скорость втягивания порошков в прокатный стан должна равняться скорости подачи виброуплотненного горячего порошка к прокатному стану. Установленные конструктивные и технологические приемы должны обеспечивать взаимозависимость постоянства скоростей движения порошковых масс в работе этих агрегатов. Эта взаимозависимость подкрепляются математической зависимостью, которая позволяет рассчитать расстояние между валками Н по дуге захвата β и соответствующего ему зазору Н вертикального желоба. Эти установленные величины гарантируют выполнение полностью безопасной операции горячего компактирования порошковой смеси тяжелых порошков (железа, никеля, титана) в очаге деформации за один оборот валков стана до получения требуемой конечной толщины прокатанного листа h с требуемой относительной плотностью. Для легких порошков, алюминиевой смеси, при получении конечной толщины прокатанного листа h (прекурсора) требуется обязательно высокая относительная плотность 0.97-0.99. Для железного листа при получении требуемой конечной толщины прокатанного листа h будет достаточна относительная плотность в интервале даже 0.85-0.90. Если в случае технологической необходимости потребуется изменить толщину прокатываемого прекурсора h, то по предлагаемой математической зависимости закладываем в формулу величину h₁, коэффициент уплотнения γ, для соответствующего порошка и рассчитываем расстояние между валками по дуге захвата H₁. Только после этого осуществляем передвижение подвижного валка 11 на требуемое рассчитанное расстояние между валками по дуге захвата H₁, устанавливаем и толщину прокатываемого прекурсора h₁, а далее устанавливаем ширину внутреннего пространства желоба H₁ за счет установки двух фальшстенок 7 на вертикальном желобе. Установленное расстояние между валками H₁ и соответственно ширина внутреннего пространства желоба H₁ обеспечивают требуемое регулирование объема и скорости поступающей горячей смеси порошков в прокатные валки с равной скоростью их втягивания в зону деформации.The following main constant structural values are laid in the line of continuous direct rolling of powder materials: this is the distance between the rollers N along the gripping arc β and the corresponding gap H of the vertical groove 5. In addition, a constant speed of rotation of the rollers is established, which sets a constant speed for drawing vibro-compacted powders into the zone maximum pressures. Therefore, the speed at which powders are drawn into the rolling mill should be equal to the feed rate of the vibro-compacted hot powder to the rolling mill. The established constructive and technological methods should ensure the interdependence of the constancy of the speeds of motion of the powder masses in the operation of these units. This interdependence is supported by a mathematical dependence, which allows us to calculate the distance between the rollers H along the gripping arc β and the corresponding vertical groove gap H. These set values guarantee a completely safe operation of hot compaction of the powder mixture of heavy powders (iron, nickel, titanium) in the deformation zone for one revolution of the mill rolls to obtain the required final thickness of the rolled sheet h with the required relative density. For light powders, an aluminum mixture, when obtaining a final thickness of the rolled sheet h (precursor), a necessarily high relative density of 0.97-0.99 is required. For the iron sheet, upon receipt of the required final thickness of the rolled sheet h, a relative density in the range of even 0.85-0.90 will be sufficient. If in case of technological need it is necessary to change the thickness of the rolled precursor h, then according to the proposed mathematical dependence, we put in the formula the value of h ₁ , the compaction coefficient γ, for the corresponding powder and calculate the distance between the rolls along the capture arc H ₁ . Only after that we move the movable roll 11 to the required calculated distance between the rolls along the gripping arc H ₁ , set the thickness of the rolled precursor h ₁ , and then set the width of the inner space of the groove H ₁ by installing two false walls 7 on the vertical groove. The established distance between the rolls H ₁ and, accordingly, the width of the inner space of the trough H ₁ provide the required regulation of the volume and speed of the incoming hot mixture of powders into the rolling rolls with an equal speed of their retraction into the deformation zone.

Быстрый переход от одной толщины прокатываемого листа h к другой h₁ свидетельствует о высокой технологичности перестройки созданного оборудования, которое при изменении конечной толщины прокатываемой заготовки (или прекурсора) не требует никакой перевалки валков прокатного стана. В прокатном стане и в устройстве (вертикальном желобе) создается взаимосвязанное движение уплотненных порошковых смесей по скоростям. Такое технологическое скоростное равновесие как в вертикальном желобе, так и в очаге деформации прокатного стана - это залог создания непрерывного процесса прокатки порошковых смесей с высокой производительностью.A quick transition from one thickness of the rolled sheet h to another h ₁ indicates the high adaptability of the reconstruction of the created equipment, which, when the final thickness of the rolled billet (or precursor) changes, does not require any transshipment of the rolls of the rolling mill. In the rolling mill and in the device (vertical gutter), an interconnected movement of the compacted powder mixtures along the speeds is created. This technological speed equilibrium both in the vertical trough and in the deformation zone of the rolling mill is the key to creating a continuous process of rolling powder mixtures with high productivity.

Инновационный метод прямой прокатки порошковых материалов, входящий в линию непрерывной прямой прокатки порошковых материалов, значительно расширяет разработанные возможности ее использования и позволяют осуществить очень важную операцию - совмещение прямой прокатки всех горячих порошковых материалов с процессом плакирования 13 получаемой плотной заготовки 12 из тяжелых порошков и из алюминиевой смеси нагретыми листами из алюминия, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и титана. Для уменьшения влияния градиента температур при контакте нагретых порошков с поверхностью холодных валков прокатного стана и повышения прочности диффузионной связи горячекомпактированных заготовок всех типов порошков с плакирующим листом, последний, перед входом в зону напряженно-деформационного состояния очага деформации порошковой смеси, например, легких порошков будет нагрет в печи 14 до требуемой температуры 450-500°, а для тяжелых порошков до температуры 600-900°. Выбранные скорости разматывания рулонов для плакирования прекурсоров, скорости прокатки или втягивания горячих порошков в зону горячего компактирования, должны соответствовать скорости движения порошков по вертикальному виброжелобу.The innovative method of direct rolling of powder materials, which is part of the line of continuous direct rolling of powder materials, significantly expands the developed possibilities for its use and allows for a very important operation - combining direct rolling of all hot powder materials with the cladding process 13 of the resulting dense billet 12 from heavy powders and from aluminum mixtures of heated sheets of aluminum, aluminum alloys, stainless steel and titanium. To reduce the influence of the temperature gradient upon contact of heated powders with the surface of the cold rolls of the rolling mill and to increase the strength of the diffusion bond of hot-compacted workpieces of all types of powders with a cladding sheet, the latter, before entering the zone of the stress-strain state of the deformation zone of the powder mixture, for example, light powders in the furnace 14 to the required temperature of 450-500 °, and for heavy powders to a temperature of 600-900 °. The selected roll unwinding speeds for cladding precursors, the speed of rolling or drawing hot powders into the hot compacting zone should correspond to the speed of the powders moving along the vertical vibratory gutter.

Схема напряженно-деформационного состояния при прокатке пластичных металлов на гладких валках прокатного стана обеспечивает развитие свободной деформации в трех направлениях: наиболее интенсивная деформация - по направлению прокатки, а незначительная - в поперечных направлениях, вызывающая уширение пластичных листов при прокатке. В случае использования корытообразных валков, образующих замкнутое пространство, для предлагаемого изобретения создаются условия образования напряженно-деформационного состояния, соответствующего процессу прессованию, с однонаправленным вектором деформации, как при горячем прессовании на гидравлическом прессе, т.е. пластическая деформация развивается только по направлению главного вектора деформации.The scheme of the stress-strain state during the rolling of ductile metals on smooth rolls of a rolling mill provides the development of free deformation in three directions: the most intense deformation is in the direction of rolling, and insignificant in the transverse directions, causing broadening of the plastic sheets during rolling. In the case of using trough-like rolls forming an enclosed space, the conditions for the formation of a stress-strain state corresponding to the pressing process with a unidirectional deformation vector are created for the present invention, as in hot pressing on a hydraulic press, i.e. plastic deformation develops only in the direction of the main strain vector.

Механизм горячего компактирования виброуплотненных нагретых порошковых алюминиевых смесей развивается в закрытом пространстве, определенном двумя дугами захвата, равными углу β. При взаимном вращении прокатных валков друг другу навстречу, при высоком значении коэффициента трения частиц порошка с поверхностью валков, происходит втягивание порошковой смеси в зону очага деформации. Величина дуги захвата зависит от диаметра валков. Для разработки конструкции прокатного стана под прямую прокатку алюминиевых порошков был выбран оптимальный диаметр рабочих валков. При вращении валков предварительно нагретая порошковая смесь с плотностью 1.6-1.8 г/см³ из вертикального желоба 5 входит в дугу захвата, на расстоянии между валками Н, и втягивается в очаг деформации с постепенным уплотнением и в очаге деформации при увеличенном давлении до 600-800 МПа относительная плотность полученного прекурсора составляет 0.97-0.99. Под давлением в закрытом объеме и при температуре нагрева порошков происходит, во-первых, увеличение относительной плотности в очаге деформации, во-вторых, происходит диффузионное упрочнение связей между частицами порошков по ювенальным поверхностям, обеспечивающим необходимую прочность и плотность в образующихся прекурсорах в зоне максимальных напряжений h и, в-третьих, боковые реборды исключают поперечное перемещение частиц порошков при их попадании в силовое поле действующих сил закрытого объема, что приводит к изменению схемы напряженно-деформационного состояния.The mechanism of hot compaction of vibro-compacted heated aluminum powder mixtures develops in an enclosed space defined by two gripping arcs equal to the angle β. When the rolling rolls rotate towards each other, with a high coefficient of friction of the powder particles with the surface of the rolls, the powder mixture is drawn into the zone of the deformation zone. The size of the gripping arc depends on the diameter of the rolls. To develop the design of a rolling mill for direct rolling of aluminum powders, the optimal diameter of the work rolls was chosen. When the rolls rotate, the pre-heated powder mixture with a density of 1.6-1.8 g / cm ³ from the vertical groove 5 enters the capture arc, at a distance between the rollers H, and is drawn into the deformation zone with gradual compaction and in the deformation zone under increased pressure up to 600-800 MPa, the relative density of the obtained precursor is 0.97-0.99. Under pressure in a closed volume and at a heating temperature of the powders, firstly, the relative density in the deformation zone increases, and secondly, diffusion hardening of the bonds between the powder particles on juvenile surfaces provides the necessary strength and density in the formed precursors in the zone of maximum stresses h and, thirdly, the side flanges exclude the transverse movement of powder particles when they enter the force field of the active forces of the closed volume, which leads to a change in the circuit stress-strain state.

Вертикальный желоб 5 является одной из главных составных частей устройства для его осуществления, обеспечивая подачу уплотненной и нагретой до 450-600° С порошковой смеси 7 в раствор валков прокатного стана требуемой толщины. Вертикальный желоб 5 представляет прямоугольную с постоянными внешними размерами конструкцию с установленной на ней вибросистемой, обеспечивающей уплотнение порошковой смеси с 1.2-1.3 г/см³ до 1.6-1.8 г/см³. Вертикальный желоб проходит через вертикально установленную печь 9 для окончательного нагрева смеси порошка 7 перед подачей в прокатный стан. Для изменения внутренней ширины прямоугольного вертикального желоба до величины Н предусмотрена установка двух сменных фальшстенок 7 по обеим внутренним сторонам желоба, которые могут быстро изменить ширину внутреннего пространства желоба для движения уплотненной смеси от 4 до 30 мм, обеспечивая получение, после горячего компактирования, прекурсора толщиной от 2.5 до 10 мм. Установленный зазор вертикального желоба до величины Н точно соответствует расстоянию между валками Н согласно дуге захвата β. Из простого анализа устанавливается определенная математическая зависимость расстояния между валками Н и шириной внутреннего пространства желоба Н и конечной толщины горячекомпактированного прекурсора h. Расчет расстояния между валками Н по дуге захвата β соответствует ширине внутреннего пространства Н вертикального желоба 5 и напрямую зависит от конечной толщины горячекомпактированного прекурсора h, в итоге, может быть осуществлен по предложенной формуле:The vertical trough 5 is one of the main components of the device for its implementation, providing the supply of a powder mixture 7 compacted and heated to 450-600 ° C into a solution of rolls of a rolling mill of the required thickness. The vertical trough 5 is a rectangular construction with constant external dimensions with a vibration system installed on it, which provides compaction of the powder mixture from 1.2-1.3 g / cm ³ to 1.6-1.8 g / cm ³ . A vertical trough passes through a vertically mounted furnace 9 for the final heating of the powder mixture 7 before being fed into the rolling mill. To change the internal width of the rectangular vertical gutter to a value of H, two removable false walls 7 are provided on both inner sides of the gutter, which can quickly change the width of the inner space of the gutter for movement of the compacted mixture from 4 to 30 mm, providing, after hot compaction, a precursor of thickness 2.5 to 10 mm. The established gap of the vertical trough to the value of H exactly corresponds to the distance between the rollers H according to the capture arc β. From a simple analysis, a certain mathematical dependence of the distance between the rolls H and the width of the internal space of the trough H and the final thickness of the hot-compacted precursor h is established. The calculation of the distance between the rollers H along the gripping arc β corresponds to the width of the inner space H of the vertical groove 5 and directly depends on the final thickness of the hot-compacted precursor h, as a result, can be carried out according to the proposed formula

Н=h×γ×α, гдеH = h × γ × α, where

Н - раствор между валками, по дуге захвата, мм,N - the solution between the rollers, along the arc of capture, mm,

h - толщина горячекомпактированного листа, мм,h is the thickness of the hot compacted sheet, mm,

γ - коэффициент уплотнения, т.е. отношение насыпной плотности порошка к плотности уплотненной смеси порошка или металлических частиц,γ is the compaction coefficient, i.e. the ratio of the bulk density of the powder to the density of the compacted mixture of powder or metal particles,

α - экспериментальный коэффициент, определяющий изменение напряженно-деформационного состояния и физических свойств порошка или металлических частиц (при α от 1,5≤α≤4,5),α is the experimental coefficient that determines the change in the stress-strain state and physical properties of the powder or metal particles (with α from 1.5≤α≤4.5),

при α - ≤1,5 состояние недоуплотненное (отн. плотность 0,80-0,92);at α - ≤1.5, the state is uncompressed (rel. density 0.80-0.92);

при α - 1,5≤α≤2,5 состояние горячего компактирования труднодеформируемых порошков и металлических частиц (отн. плотности 0,97-0,99);at α - 1.5≤α≤2.5 the state of hot compaction of hard-deformed powders and metal particles (relative density 0.97-0.99);

при α - 2,5≤α≤4,5 состояние, близкое к горячему прессованию в прокатных валках с пластической деформацией в направлении прокатки (для частиц малопластичных металлических сплавов от 3 до 5%, для частиц мягких металлических сплавов от 5 до 15%).at α - 2.5≤α≤4.5, a state close to hot pressing in rolling rolls with plastic deformation in the rolling direction (for particles of low-plastic metal alloys from 3 to 5%, for particles of soft metal alloys from 5 to 15%) .

Расчетное изменение расстояния между валками Н по дуге захвата β и установленная ширина внутреннего пространства желоба Н, гарантирующая определенный объем движущейся уплотненной смеси, обеспечивает безопасное компактирование порошка за один оборот валков до получения, горячекомпактированного прекурсора h требуемой толщины от 2.5 до 10 мм и с необходимой относительной плотностью без возникновения критических давлений на валки, опасных для цельности конструкции валков прокатного стана.The calculated change in the distance between the rollers N along the gripping arc β and the established width of the internal space of the groove N, which guarantees a certain volume of the moving compacted mixture, ensures safe powder compaction for one revolution of the rollers until a hot compacted precursor h of the required thickness from 2.5 to 10 mm and with the required relative density without the occurrence of critical pressures on the rolls, dangerous for the integrity of the design of the rolls of the rolling mill.

Конструкция прокатного стана с горизонтально расположенными валками и с вертикальной подачей нагретой алюминиевой порошковой смеси с гидридом титана TiH₂ и за один оборот валков обеспечивает процесс горячего компактирования нагретой виброуплотненной смеси с плотностью 1.6-1.8 г/см³ до плотности 2.78-2.82 г/см³ (относительная плотность 0.97-0.99). Разработанная линия непрерывной прямой прокатки для алюминиевых смесей представляет собой мощный прокатный стан с горизонтальным расположением валков, который способен осуществить непрерывную прокатку порошковых смесей, дробленых частиц алюминиевых и магниевых сплавов, способен осуществить совмещенную прокатку смесей порошков и дробленых частиц алюминиевых и магниевых сплавов с процессом плакирования листами алюминия, алюминиевых сплавов, нержавеющей стали и титана.The design of the rolling mill with horizontally located rolls and with a vertical feed of heated aluminum powder mixture with titanium hydride TiH ₂ and for one revolution of the rolls provides a hot compacting process of the heated vibro-compacted mixture with a density of 1.6-1.8 g / cm ³ to a density of 2.78-2.82 g / cm ³ (relative density 0.97-0.99). The developed continuous direct rolling line for aluminum mixtures is a powerful rolling mill with horizontal rolls, which is capable of continuous rolling of powder mixtures, crushed particles of aluminum and magnesium alloys, capable of combined rolling of mixtures of powders and crushed particles of aluminum and magnesium alloys with a sheet cladding process aluminum, aluminum alloys, stainless steel and titanium.

Конструкция линии непрерывной прямой прокатки порошковых материалов и ее применение позволяет производить горячекомпактированные листы из тяжелых порошковых материалов (железа, меди, нержавеющей стали и титана) и легких алюминиевых смесей прекурсоры толщиной от 2.5 до 10 мм непрерывной прокаткой. На выходе из прокатного стана прокатанная полоса прекурсора может быть шириной от 600 до 1200 мм и на летучих ножницах может быть порезана на промышленные заготовки длиной 1200, 1800, 2400 мм под вспенивание в специальных формах следующих размеров: 1200, 1800 и 2400 мм. Исходная толщина прекурсоров от 2.5 до 10 мм после вспенивания превращается в пенопанели промышленного размера 1200×1200, 1800, 2400×15÷50 мм с плотностью от 0.30 до 1.5 г/см³.The design of the continuous direct rolling line of powder materials and its application allows the production of hot-compacted sheets of heavy powder materials (iron, copper, stainless steel and titanium) and light aluminum mixtures of precursors with a thickness of 2.5 to 10 mm by continuous rolling. At the exit of the rolling mill, the rolled precursor strip can be from 600 to 1200 mm wide and on flying shears can be cut into industrial blanks with a length of 1200, 1800, 2400 mm for foaming in special forms of the following sizes: 1200, 1800 and 2400 mm. The initial thickness of the precursors from 2.5 to 10 mm after foaming is converted into foam panels of industrial size 1200 × 1200, 1800, 2400 × 15 ÷ 50 mm with a density of 0.30 to 1.5 g / cm ³ .

Claims

1. Line continuous continuous rolling of powder materials, containing a vertical rectangular trough with a vibro-sealing system, providing a metered supply of powder material into the rolling mill, and a rolling mill containing two horizontally located rolls, characterized in that the left roll of the rolling mill is equipped with flanges and mounted on a fixed bed, and the right smooth roll is made with a barrel width equal to the gap between the flanges of the left roll, and is placed on a sliding support with the ability to move horiz on the ontal plane, and in the vertical trough there are two false walls with the possibility of changing the width of the trough to ensure its equality with the distance between the rolls of the rolling mill along the arc of capture of the rolls.

2. The continuous direct rolling line according to claim 1, characterized in that the vertical trough is configured to control the feed rate and the volume of the heated powder mixture supplied to the rolling rolls.

3. The line of continuous direct rolling according to claim 1, characterized in that the vertical trough is configured to synchronize the movement of powder masses along the vertical trough to the rolling mill.

4. Line continuous direct rolling according to claim 1, characterized in that it is made with the possibility of combining the rolling process of the powder mixture with the process of cladding.