RU2847204C1 - Способ бесслитковой прокатки-прессования прутков и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам и устройствам для совмещенных процессов с использованием операций непрерывного литья, прокатки и прессования. Техническим результатом является повышение эффективности изготовления горячепрессованных прутков за счет снижения количества технологических переделов и трудоемкости производства. Технический результат достигается способом бесслитковой прокатки-прессования прутков из сплава АД31, который включает прокатку металла в рабочем калибре и прессование заготовки в матрице с образованием между рабочими поверхностями валков и рабочими поверхностями матрицы зазоров, в которые выдавливается металл с образованием плакирующего слоя металла на поверхностях валков. При этом используют расплав из вторичных отходов сплава АД31. Проводят заливку расплава во вращающиеся валки и осуществляют кристаллизацию-деформацию сплава в водоохлаждаемых валках при контролируемой температуре обрабатываемого сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке металлов давлением, конкретнее к способам и устройствам для совмещенных процессов с использованием операций непрерывного литья, прокатки и прессования. Изобретение предназначено для получения прутков из расплава вторичных отходов сплавов цветных металлов методом бесслитковой прокатки-прессования.

Аналогом изобретения является способ бесслитковой прокатки-прессования [Сидельников С.Б., Лопатина Е.С., Довженко Н.Н., Дроздова Т.Н. и др. Особенности структурообразования и свойства металла при высокоскоростной кристаллизации-деформации и модифицировании алюминиевых сплавов: монография. Красноярск: Сиб. фе-дер. ун-т, 2015. 180 с.] и устройство для его реализации [RU №2724758, опубл. 25.06.2020]. Устройство для бесслитковой прокатки и прессования металла, содержащее печь-миксер, валок с ручьем и валок с выступом, имеющие охлаждаемые полости и образующие рабочий калибр ящичного типа, на выходе из которого установлены матрицержатель с водоохлаждаемой матрицей, в выходном отверстии которой установлена трубка с наружными ребрами, расположенными в продольных пазах матрицы, отличающееся тем, что на зеркале матрицы закреплена быстросменная вставка из железографитового композита с рабочим каналом заданной формы и калибрующим пояском, имеющая прямоугольное поперечное сечение и размеры, необходимые для перекрытия калибра до момента его раскрытия. Данная конструкция устройства позволяет устранить недостатки, связанные с необходимостью получения литой заготовки в роторном кристаллизаторе, снизив, тем самым, трудоемкость и себестоимость производства. Однако назначение конструктивных параметров валкового и прессового инструмента (размеры калибра валков и матрицы) требует определенных геометрических соотношений между этими параметрами, так как при их неправильном выборе процесс бесслитковой прокатки-прессования на данной установке может быть неосуществим.

В качестве прототипа выбран способ совмещенного непрерывного литья, прокатки и прессования металлической заготовки и устройство для его реализации [RU №2639203, опубл. 20.12.2017], включающий формирование непрерывной литой заготовки в роторном кристаллизаторе, регулирование температуры литой заготовки, прокатку литой заготовки с предварительно заданной температурой в рабочем калибре, образованном двумя валками, и прессованием заготовки в матрице, отличается тем, что прокатку металлической заготовки осуществляют с образованием между рабочими поверхностями валков и рабочими поверхностями матрицы зазоров, в которые при подаче литой заготовки в рабочий калибр выдавливается металл литой заготовки с образованием плакирующего слоя металла на поверхностях валков. Данный способ и устройство для его реализации позволяет существенно увеличить производительность процесса изготовления прутков и снизить его энергоемкость по сравнению с традиционными способами прямого прессования на гидравлических прессах. Однако этот способ включает технологический передел, связанный с получением заготовки в роторном кристаллизаторе, что увеличивает трудоемкость производства и снижает выход годного металла.

Технической задачей изобретения является получение прутков из вторичных отходов сплавов цветных металлов путем применения способа бесслитковой прокатки-прессования с повышенным уровнем механических свойств.

Технический результат заключается в повышении эффективности процесса изготовления горячепрессованных прутков за счет снижения количества технологических переделов и трудоемкости производства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе бесслитковой прокатки-прессования прутков, включающем прокатку металла в рабочем калибре и прессование заготовки в матрице с образованием между рабочими поверхностями валков и рабочими поверхностями матрицы зазоров, в которые выдавливается металл с образованием плакирующего слоя металла на поверхностях валков, последовательно получают расплав металла из вторичных отходов сплавов цветных металлов при заданной температуре, проводят заливку расплава металла во вращающиеся валки и осуществляют кристаллизацию-деформацию металла в водоохлаждаемых валках при контролируемой температуре обрабатываемого сплава. Для реализации данного способа в устройстве для бесслитковой прокатки-прессования, содержащем печь-миксер, заливочное устройство, валок с ручьем и валок с выступом, имеющих охлаждаемые полости и образующих рабочий калибр ящичного типа, на выходе из которого установлены матрицержатель с водоохлаждаемой матрицей, ширину канала заливного устройства h₀ и минимальный зазор между валками h₁ выбирают из соотношения h₀/h₁≥2, а высоту матрицы h_м находят из соотношения h_м/h₁≤4.

В отличие от прототипа, в заявляемом изобретении для получения прутков используют расплав металла из вторичных отходов сплавов цветных металлов. При этом расплав должен иметь температуру, которая обеспечивает дальнейшую кристаллизацию заготовки в водоохлаждаемых валках, а охлаждение валков должно приводить к снижению температуры закристаллизованной заготовки до температуры деформации используемого сплава.

При одновременной кристаллизации-деформации металла важным условием устойчивого протекания процесса является соотношение ширины канала заливочного устройства h₀ и минимального зазора между валками h₁. Известно [С.Б. Сидельников, Н.Н. Довженко, Н.Н. Загиров. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов: монография - М.: МАКС Пресс, 2005. - 344 с.], что процесс совмещенной прокатки-прессования устойчиво реализуется при значениях обжатия при прокатке 50% и выше. Исходя из этих рекомендаций, отношение ширины канала заливного устройства h₀ и минимального зазора между валками h₁ выбирают из соотношения h₀/h₁≥2. При соотношениях h₀/h₁<2 обжатие при прокатке и реализуемость процесса прокатки-прессования резко снижаются, так как калибр в этом случае не заполнен полностью и величина активных сил трения, подводимых валками, уменьшается.

При h_м/h₁>4 матрица располагается за плоскостью раскрытия калибра валков, что приводит к неконтролируемому формоизменению, проникновению металла в зазор между матрицей и валками и остановке процесса.

Изобретение иллюстрируется ниже графически.

На фиг. 1 показан общий вид заявляемого устройства для бесслитковой прокатки-прессования прутков. На фиг. 2 представлен вид используемых вторичных отходов в виде обрези прессованных профилей.

Устройство для бесслитковой прокатки-прессования прутков (фиг. 1) включает заливочное устройство 1, водоохлаждаемые валки с выступом 2 и с канавкой 3, образующие закрытый калибр, перекрытый на выходе водоохлаждаемой матрицей 4. Матрица расположена на матрицедержателе 5 и прижата через склиз 6 к валкам гидравлическим прижимом 7.

Устройство работает следующим образом. Расплавленный металл, подается в заливочное устройство 1, захватывается валками 2 и 3. При этом на поверхностях водоохлаждаемых валков 2 и 3 начинается кристаллизация металла. Далее закристаллизовавшийся в виде заготовки прямоугольного сечения металл обжимается в закрытом калибре, распрессовывается и выдавливается через калибрующее отверстие матрицы 4 с образованием пресс-изделия (прутка) заданной формы и размеров. При вращении валков гидроприжим 7 через матрицедержатель 5 и склиз 6 плотно прижимает матрицу 4 к поверхностям валков 2 и 3, обеспечивая постоянный зазор между валками и матрицей. Склиз 6 изменяет направление выхода прутка диаметром d и удаляет его из устройства.

В качестве примера практического использования заявляемого способа и устройства для его реализации приведены результаты экспериментальных исследований. С помощью установки СПП-400 с катающими диаметрами валков 385 мм моделировали способ бесслитковой прокатки-прессования для получения прутков диаметром 9 мм из обрези прессованных в заводских условиях профилей (фиг. 2) из сплава АД31.

Технологические параметры процесса БПП были следующими:

- температура расплава 760±10°С;

- температура инструмента 20°С;

- частота вращения валков 5 об/мин;

- степень деформации при прокатке 50%;

- вытяжка при прессовании 9,7.

Ширину заливочного устройства и высоту матрицы находили из заявленных соотношений. Так при минимальном зазоре калибра валков 9 мм ширина заливочного устройства h₀ составила 20 мм, а высота зеркала матрицы h_м принята равной 27,4 мм.

После проведения экспериментальных исследований получили опытные партии прутков из вторичных отходов сплава АД31 диаметром 9 мм, средние значения механических свойств которых представлены в таблице.

Таблица - Механические свойства прутков диаметром 9 мм, полученных по предлагаемому способу и по ГОСТ 21488-97.

Характеристика	Предлагаемый способ	Прототип	ГОСТ 21488-97
Предел текучести, МПа	86	78	60
Временное сопротивление, МПа	127	107	90
Относительное удлинение, %	35	17	15

Анализ механических свойств прутков из вторичных отходов сплава АД31, полученных предлагаемым способом, показал, что их свойства в горячепрессованном состоянии соответствуют требованиям существующего стандарта. При этом пластические свойства прутков, полученных по этому способу, выше, чем у прототипа и превышают требования стандарта более чем в два раза.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют повысить эффективность процесса изготовления горячепрессованных прутков за счет снижения количества технологических переделов и трудоемкости производства и получить пресс-изделия с повышенным уровнем механических свойств.

Claims (2)

1. Способ бесслитковой прокатки-прессования прутков из сплава АД31, включающий прокатку металла в рабочем калибре и прессование заготовки в матрице с образованием между рабочими поверхностями валков и рабочими поверхностями матрицы зазоров, в которые выдавливается металл с образованием плакирующего слоя металла на поверхностях валков, отличающийся тем, что используют расплав из вторичных отходов сплава АД31, проводят заливку расплава во вращающиеся валки и осуществляют кристаллизацию-деформацию сплава в водоохлаждаемых валках при контролируемой температуре обрабатываемого сплава.

2. Устройство для бесслитковой прокатки-прессования прутков из сплава АД31, содержащее печь-миксер, заливочное устройство, валок с ручьем и валок с выступом, имеющие охлаждаемые полости и образующие рабочий калибр ящичного типа, на выходе из которого установлены матрицержатель с водоохлаждаемой матрицей, отличающееся тем, что ширину канала заливочного устройства h₀ и минимальный зазор между валками h₁ выбирают из соотношения h₀/h₁≥2, а высоту зеркала матрицы h_м находят из соотношения h_м/h₁≤4, причем устройство предназначено для осуществления способа по п. 1 формулы.