Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей

Полезная модель относится к области металлургии, конкретнее к обработке металлов совмещенными методами непрерывной прокатки и прессования, и может быть использовано для получения пресс-изделий из цветных металлов и сплавов. Сущность изобретения заключается в выполнении устройства для непрерывной прокатки и прессования профилей, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, согласно изобретению матрица выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, на заходной части которой на наклонных гранях выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани расположены по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней равным: , где l_ЗМ - длина заходной части матрицы с вогнутыми поверхностями; R_i - радиус i-го валка; _i - центральный угол i-го валка положения матрицы; h_M и h₁ - высота рабочей плоскости матрицы и рабочего зазора между валками соответственно; - приведенный радиус валков. 1 с.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных профилей с относительно небольшим поперечным сечением преимущественно из цветных металлов и сплавов методом непрерывной прокатки и прессования.

Известно устройство для непрерывного прессования (метод Конформ) (патент 1370894 GB, запатентован United Kingdom Atomic Energy Authority в 1971 году) содержащее вращающееся колесо с кольцевой рабочей канавкой и примыкающий к нему неподвижный инструмент (башмак), в торце которого установлена матрица, перекрывающая кольцевую рабочую канавку колеса. Заготовка в виде прутка задается в кольцевую рабочую канавку и при вращении колеса подается к башмаку с последующим выдавливанием через матрицу в виде профиля.

Несмотря на преимущества данного устройства, в котором реализуется способ «Конформ», следует отметить, что затраты энергии на преодоление сил трения по поверхностям неподвижного инструментального блока, установленного в неподвижной части устройства (башмаке), настолько увеличиваются, что приводят к значительному разогреву инструмента и требуют увеличения мощности приводного электродвигателя в 5÷7 раз по сравнению со способом совмещенной прокатки прессования (СПП). Все это приводит к усложнению конструкции устройства, снижению надежности процесса и качества продукции (Сидельников С.Б. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов / С.Б.Сидельников, Н.Н.Довженко, Н.Н.Загиров. - М.: МАКС Пресс, 2005. - 344 с.).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывной прокатки и прессования металла (Патент 1785459 РФ, МПК В21С 23/00, 25/00. Устройство для непрерывного прессования металла / Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Загиров Н.Н.), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого на расстоянии l=(0,05÷0,35)d ₁ 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 d₁/d₂=(0,6÷1,0), что способствует окову металла валком с ручьем и увеличению сил трения для последующего прессования.

В данном устройстве существенно снижаются затраты на преодоление сил трения на контактных поверхностях с инструментом, но образуется заусенец, имеющий, как правило, неравномерную толщину на поверхности валков, что нарушает стабильность непрерывного процесса деформирования, вызывает перекос матрицы, отклонение размеров и искажение поперечного сечения профиля, т.е. ухудшает качество изделий. Для устранения заусенца проводят зачистку поверхности валков, которая достаточно трудоемка и ее не всегда удается выполнить в рабочем режиме, поэтому приходится останавливать устройство, что отрицательно сказывается на производительности. Кроме того, образование заусенца снижает выход годного.

Основной задачей полезной модели является повышение качества профилей.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной прокатки и прессования профилей, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, данная матрица выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, на заходной части которой наклонные грани имеют вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани расположены по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней равным ,

где l_ЗМ - длина заходной части матрицы с вогнутыми поверхностями (фиг.);

R _i - радиус i-го валка;

_i - центральный угол i-го валка положения матрицы;

h_M и h₁ - высота рабочей плоскости матрицы и рабочего зазора между валками соответственно;

- приведенный радиус валков.

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризующегося отличительными признаками, обеспечивают повышение качества профилей.

Выполнение на заходной части матрицы вогнутых поверхностей с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков обеспечивает равномерный минимально-возможный зазор на контактной поверхности валков и матрицы, имеющий равную протяженность для противоположных боковых граней, что сводит до минимума образование заусенца и разной его толщины на валках.

Следует отметить, что полное отсутствие зазора между вращающимися валками и неподвижной матрицей невозможно, т.к. данные детали образуют подвижные пары. Кроме того, во время работы инструмент нагревается, поэтому обычно зазор равен _З=0,3÷0,4 мм. Образование заусенца в этом случае возможно, когда давление при выдавливании профиля через рабочий канал матрицы превысит давление для выдавливания заусенца в зазор между валками и матрицей.

Расположение в конце вогнутого участка на заходной части матрицы наклонных граней по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней, определяемым по формуле, обеспечивает параллельность рабочей плоскости матрицы к плоскости, проходящей через оси вращения валков, что исключает ее перекос во время работы, а, следовательно, и отклонение размеров и искажение поперечного сечения профиля.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывной прокатки и прессования профилей, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить качество профилей.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фигуре показан общий вид устройства.

Заявляемая полезная модель - устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей включает валок 1 с выступом и валок 2 с ручьем, образующих рабочий закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица 3 с рабочим каналом 6, соответствующим поперечному сечению профиля 5.

Устройство работает следующим образом. Заготовка 4 начальной высотой h₀ захватывается валками 1 и 2, деформируется до высоты h_l в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения и выдавливается в виде профиля 5 через рабочий канал матрицы 6, имеющей высоту рабочей плоскости матрицы h_M. Положение матрицы 3 в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения задается центральными углами валков ₁, и ₂. Вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков на заходной части матрицы l _ЗМ обеспечивают равномерный минимально-возможный зазор на контактной поверхности валков 1 и 2 и матрицы 3, что сводит до минимума образование заусенца на валках 1 и 2. Расположение в конце вогнутого участка на заходной части матрицы 3 наклонных граней по касательной к поверхности валков 1 и 2 с углом наклона боковых граней, определяемым по формуле (1), обеспечивает параллельность рабочей плоскости матрицы 3 к плоскости, проходящей через оси вращения валков 1 и 2, и исключает ее перекос во время работы.

Пример. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 провели непрерывную прокатку и прессование прутка диаметром 8,0 мм из сплава алюминия марки АД31. Валки радиусами R₁=110 мм и R₂=80 мм образовывали закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения шириной b _K=20 мм с высотой обжатия h₁=10 мм. Температура прессования составляла 530°С. Прессование прутков проводили через обычную матрицу (прототип) и через предлагаемую (заявляемое устройство) с вытяжкой =8,1 и высотой рабочей плоскости матрицы h_M=22 мм. Исходные заготовки имели одинаковые размеры - h₀ ·b₀·l₀=20×20×400 мм. В заявляемом устройстве матрица была выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, на заходной части которой длиной l _ЗМ=4,0 мм на наклонных гранях имелись вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани были расположены по касательной к поверхности валков и имели углы наклона боковых граней, определенные по формуле (1) и равные _K1=19,4° и _K2=26,7° соответственно. В прототипе матрица также была выполнена в виде прямой равнобедренной трапецеидальной призмы с углом наклона боковых граней . Зазор на контактной поверхности валков и матрицы в обоих случаях составлял _З=0,4 мм. После выдавливания профиля замеряли толщину заусенца на валках и исследовали изменения размеров и искажения формы поперечного сечения профиля по длине.

В заявляемом устройстве по сравнению с прототипом отмечено равномерное покрытие рабочей поверхности на обоих валков пленкой алюминия толщиной не более 0,2 мм, что является неизбежным при горячей деформации алюминия без смазки. При этом на поверхности прутка отсутствовали пережимы и отклонения от формы, а предельное отклонение размеров диаметра прутка по его длине составило ±0,05 мм. В прототипе на поверхности валков имелся заусенец, который неравномерно располагался по их периметру и имел толщину до 1,8 мм. Причем на валке меньшего диаметра его толщина была больше почти в два раза. Все это вызывало перекос матрицы, а на поверхности прутка имелись пережимы и искажения формы поперечного сечения профиля. Предельное отклонение размеров диаметра прутка по его длине составило ±0,15 мм, т.е. профиль имел худшее качество.

Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить качества профилей.

Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей, включающее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, отличающееся тем, что матрица выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, наклонные грани которой на заходной части имеют вогнутые поверхности с радиусами закруглений, соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани расположены по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней, равным:

,

где l_ЗМ - длина заходной части матрицы с вогнутыми поверхностями;

R_i - радиус i-го валка;

h_M и h_l - высота рабочей плоскости матрицы и рабочего зазора между валками соответственно;

- приведенный радиус валков.