Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2457914

(19)

RU

(11)

2457914

(13)

C1

(51) МПК B21C3/00 (2006.01)

B22D11/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина: учтена за 3 год с 01.02.2013 по 31.01.2014

(21), (22) Заявка: 2011103241/02, 31.01.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

31.01.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 31.01.2011

(45) Опубликовано: 10.08.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 73245 U1, 25.12.2007. RU 2100136 C1, 27.12.1997. RU 2335376 C1, 04.12.2006. JP 62-197246 A, 21.02.1986.

Адрес для переписки:

660111, г.Красноярск, ул. Пограничников, 37, стр.1, ООО "РУСАЛ ИТЦ", начальнику ПИО С.А. Пановой

(72) Автор(ы):

Баранов Владимир Николаевич (RU),

Ворошилов Денис Сергеевич (RU),

Галиев Роман Илсурович (RU),

Довженко Иван Николаевич (RU),

Довженко Николай Николаевич (RU),

Лопатина Екатерина Сергеевна (RU),

Сидельников Сергей Борисович (RU),

Солдатов Сергей Владимирович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ, ПРОКАТКИ И ПРЕССОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов, преимущественно из алюминиевых сплавов. Устройство включает наклоняющуюся печь-миксер с регулятором подачи расплава, валки, один из которых выполнен с ручьем, а второй с выступом и образуют закрытый калибр, и матрицу с калибрующим отверстием. Валки расположены в станине консольно, при этом плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол =5-85 градусов. Между матрицей и калибром установлена форкамера с наклоном =90-175 градусов, выполненная с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью. Форкамера эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы. Матрица, имеющая клиновидные полости для охлаждения, снабжена механизмом прижима ее к валкам. Обеспечивается получение пресс-изделий с высокими механическими свойствами. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья, прокатки и прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов, преимущественно из алюминиевых сплавов.

Известно устройство, позволяющее получать изделия совмещенным методом непрерывного литья и прокатки (Канцельсон М.П. Литейно-прокатные агрегаты для производства катанки из цветных металлов. М., ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990), которое характеризуется высокой производительностью и позволяет получать алюминиевую и медную катанку заданных размеров. Однако оно имеет ряд недостатков. Технологически ограничен состав и количество обрабатываемых сплавов, а для получения высоких механических свойств необходимы большие степени деформации, что 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 технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов (Патент РФ 73245, МПК В21С 3/00, B22D 11/00, 2007), включающее печь-миксер, моталку, два водоохлаждаемых валка, 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 отличающееся тем, что валки расположены в станине в вертикальной плоскости, печь-миксер выполнена наклоняемой с регулятором подачи расплава в калибр валков, а матрица снабжена клиновым механизмом поджима ее к валкам с направляющими роликами для удаления пресс-изделия. Соотношение высоты калибра в сечении, перекрытом матрицей, к диаметру калибрующего отверстия матрицы составляет 2,3 4,0, а отношение длины зоны контакта валка с металлом к диаметру валка составляет не менее 0,35.

Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса, снижение энергозатрат, стабильные механические свойства пресс-изделий за счет значительных степеней деформации при прессовании, варьирование размеров пресс-изделий.

Однако применение такого устройства не обеспечивает повышенных механических свойств пресс-изделий, так как в структуре закристаллизовавшейся заготовки, особенно в ее центральной осевой части, сохраняется литая дендритная структура металла. Даже при последующей обработке (прокатке и прессовании) возможно появление осевой пористости и снижение прочностных свойств. Кроме того, расположение валков в горизонтальной плоскости усложняет конструкцию прессового инструмента, в связи с чем приходиться применять специальные клиновые устройства и склизы для изменения направления выхода пресс-изделия, как правило, на 90 градусов, с целью намотки его на барабан моталки. В производственных условиях при обработке сплавов с повышенными прочностными свойствами такое резкое изменение направления перемещения прутка может привести к появлению дефектов (трещин, разрывов и т.п.), что снижает качество готовых пресс-изделий.

Основной задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства за счет возможности обработки сплавов, имеющих повышенные прочностные свойства, а также повышение качества пресс-изделий за счет улучшения механических свойств.

Для решения поставленной задачи устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, включающее наклоняемую печь-миксер с регулятором подачи расплава в калибр валков, гидравлический прижим, моталку, два водоохлаждаемых валка, 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, согласно изобретению выполнено таким образом, что между матрицей и калибром расположена форкамера с охлаждающими каналами, имеющая цилиндрическую полость, форма которой эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, причем ее вертикальная ось наклонена к вертикальной оси матрицы под углом =90-175 градусов, а валки расположены консольно в станине таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, составляет с горизонтальной плоскостью угол =5-85 градусов

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, позволяют расширить технологические возможности и получать пресс-изделия из цветных металлов и сплавов с высоким уровнем механических свойств.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: между матрицей и калибром расположена форкамера с охлаждающими каналами, имеющая цилиндрическую полость, форма которой эквидистантна форме калибрующего отверстия матрицы, причем ее вертикальная ось наклонена к вертикальной оси матрицы под углом =90-178 градусов; валки расположены в станине консольно таким образом, что плоскость, проходящая через центры валков, наклонена к горизонтальной плоскости под углом =5-85 градусов.

Наличие в конструкции устройства форкамеры, расположенной между матрицей и калибром валков, позволяет снизить нагрузку на матрицу за счет перераспределения степеней деформации при прессовании (вытяжки). При этом форкамера выполнена с каналами для охлаждения, так как отвод тепла необходим для предотвращения появления таких дефектов, как температурные трещины. Так как вертикальная ось цилиндрической полости форкамеры составляет с вертикальной осью матрицы угол =90-175 градусов, возможна реализация схемы равноканального углового прессования (РКУП), которая позволяет интенсифицировать процесс пластической деформации и сформировать в изделиях структуру металла с размерами зерен в субмикронном и нанометрическом диапазонах (см. Рааб Г.И., Валиев Р.З. Равноканальное угловое прессование длинномерных заготовок. Цветная металлургия. 2000. 5. С.50-53). Такой метод обработки дает возможность повысить механические свойства пресс-изделий не только за счет сдвиговых деформаций, но и за счет знакопеременной деформации металла. При этом угол между вертикальными осями матрицы и форкамеры может изменяться в зависимости от расположения валков; так, например, при расположении валков в горизонтальной плоскости (или близкой к ней) он может составлять 90 градусов и при этом деформация металла будет протекать наиболее интенсивно и нет необходимости изменять направление перемещения пресс-изделия к моталке (нет изгиба). Отсутствие изгиба пресс-изделия при этом гарантированно исключает появление трещин при обработке малопластичных и высокопрочных сплавов. При реализации схемы прессования при угле больше 175 градусов сдвиговая деформация становится незначительной и эффект повышения механических свойств не достигается, а при углах меньше 90 градусов усложняется конструкция инструмента и увеличивается противодавление со стороны матрицы (реализуется схема обратного прессования).

Расположение валков консольно позволяет облегчить доступ к ним и упростить сборку-разборку инструментального узла, что снижает время переналадки и ведет к увеличению производительности процесса. При этом угол между плоскостью, проходящей через центры валков, и горизонтальной плоскостью составляет =5-85 градусов и имеется возможность варьирования способов заливки расплава из печи-миксера в валки и его автоматизации. При углах больше 85 градусов такая возможность исключается (валки принимают горизонтальное расположение), а при углах меньше 5 градусов становится нецелесообразной (валки принимают вертикальное расположение).

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет конструктивно изменить схему обработки металла, что приводит к расширению технологических возможностей устройства и повышению качества изделий за счет улучшения их механических свойств.

Сущность предложения поясняется графическими материалами, при этом на фиг.1 показан общий вид устройства (без печи миксера), а на фиг.2 - устройство (инструментальный узел) в разрезе, на фиг.3 - микроструктура прутков (увеличение×500), полученных на заявляемом устройстве.

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования металла включает печь-миксер 1 с регулятором 2 подачи расплава в калибр валков, валок 3 с ручьем и валок 4 с выступом, расположенные в станине 5, имеющие полости 6 для охлаждения и образующие закрытый калибр, перекрытый на выходе форкамерой 7 с охлаждающими каналами 8 и матрицей 9 с клиновидными полостями для охлаждения 10. Для поджима матрицы и форкамеры к валкам имеется гидравлический прижим 11, а для смотки готового пресс-изделия в бухту - моталка 12.

Устройство работает следующим образом. Металл, расплавленный с помощью печи-миксера 1, захватывается валками 3 и 4. В процессе работы регулятор 2 дозирует количество металла, подаваемого в калибр валков, уменьшая или увеличивая поток расплава. При этом на поверхностях водоохлаждаемых валков 3, 4 начинается кристаллизация металла. Далее закристаллизовавшийся в виде заготовки металл обжимается в закрытом калибре, распрессовывается и через цилиндрическую полость форкамеры 7 поступает в матрицу 9, а затем выдавливается через калибрующее отверстие матрицы с образованием пресс-изделия заданной формы и размеров. Выходной конец движущегося пресс-изделия направляется на моталку 12, где производится его смотка в бухту.

В качестве примера практического использования устройства приведем результаты экспериментальных исследований. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 (диаметр валков составлял 200 мм) моделировали процесс совмещенного литья, прокатки и прессования (СЛИПП) для получения прутков диаметром 5, 7 и 9 мм при разных скоростях вращения валков (4 и 8 об/мин). Использовали жаропрочный сплав алюминия, содержащий, мас.%: 5,1 РЗМ (церий, лантан и др.); 0,12 меди; 0,22 железа; 0,01 марганца; 0,24 кремния; алюминий - остальное. Температура расплава составляла 750°С, а температура прессования - около 520°С. Прессование проводили с помощью форкамер и матриц с вытяжкой µ от 5,2 до 16,8. Из отпрессованных прутков вырезали образцы для испытаний на растяжение и оценивали по результатам испытаний их временное сопротивление разрыву В и относительное удлинение . Результаты испытаний - механические свойства прутков, полученных на заявляемом устройстве, приведены в таблице. На фиг.3 приведена микроструктура прутков (увеличение×500) различного диаметра (а - 9 мм, б - 7 мм, в - 5 мм), полученных методом СЛИПП при температуре 780°С и скорости вращения валков - 8 об/мин. Она характеризуется отсутствием расслоений и микротрещин, что свидетельствует о высоком качестве готовых пресс-изделий.

Температура расплава Т=750°С

Температура расплава Т=780°С

Параметры

9 мм

7 мм

5 мм

9 мм

7 мм

5 мм

Скорость вращения валков 4 об/мин

В , МПа

212,37

237,92

253,27

212,78

232,55

241,92

, %

13,34

13,49

12,82

13,53

12,8

11,86

Скорость вращения валков 8 об/мин

В , МПа

198,58

226,01

246,78

191,56

218,45

231,72

, %

10,2

10,52

9,64

11,72

10,62

10,29

Как показывает анализ приведенных данных, предложенное устройство позволяет получить пресс-изделия с высокими механическими (особенно прочностными) свойствами, что дает возможность расширить технологические возможности производства деформированных полуфабрикатов в виде катанки, прутков и проволоки и обеспечить их сравнительно низкую себестоимость.

Формула изобретения

Устройство для непрерывного литья, прокатки и прессования цветных металлов и сплавов, 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, отличающееся тем, что оно снабжено форкамерой, расположенной между матрицей и калибром, и выполненной с охлаждающими каналами и цилиндрической полостью с наклоном в диапазоне =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 =5-85°.

РИСУНКИ