Устройство для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий
Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных изделий в виде катанки, прутков и проволоки с относительно небольшим поперечным сечением преимущественно из цветных металлов и сплавов методом непрерывной совмещенной прокатки и прессования (СПП). Устройство для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий включает валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель с прижимным устройством. В пазу матрицедержателя установлена матрица в виде прямой трапецеидальной призмы с охлаждающими каналами. Матрица выполнена составной, содержащей калибровочную и направляющую части. Калибровочная часть имеет цилиндрический выступ, входящий в направляющую часть, основание которой выполнено сферическим, примыкающим к соответствующему сферическому углублению матрицедержателя. Матрицедержатель выполнен в форме цилиндра и взаимодействует с прижимным устройством. На наружной поверхности, в месте примыкания направляющей части, имеется резьба для фиксирования сферического основания направляющей части с помощью накидной гайки. В месте примыкания калибровочной и направляющей частей матрицы выполнено сбоку сквозное отверстие для фиксации данных частей с помощью штифта. Технический результат заключается в повышение качества изделий и стойкости прессового инструмента. 2 ил., 2 з. п. ф-лы.
Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных изделий в виде катанки, прутков и проволоки с относительно небольшим поперечным сечением преимущественно из цветных металлов и сплавов методом непрерывной совмещенной прокатки и прессования (СПП).
Известно устройство для непрерывной совмещенной прокатки и прессования профилей (Патент на полезную модель 102542 Российская Федерация, МПК7 В21С 23/08. Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей / Беляев С.В., Сидельников С.Б., Довженко Н.Н. и др., заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» - заявл. 20.08.2010, опубл. 10.03.2011 г. бюл. 
7), 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 на наклонных гранях выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани располагаются по касательной к поверхности валков с углом наклона боковых граней равным:
где lзм - длина заходной части матрицы с вогнутыми поверхностями;
R i - радиус i-го валка;
i - центральный угол i-го валка положения матрицы;
hM и h1 - высота рабочей плоскости матрицы и рабочего зазора между валками соответственно;
- приведенный радиус валков.
В данном устройстве обеспечивается равномерный рациональный зазор на контактной поверхности подвижных валков и неподвижной матрицы, что сводит до минимума образование заусенца и разной его толщины на валках. Однако при этом необходимо соблюдение следующего условия, чтобы ось симметрии матрицы совпадала с направлением действия прижимного устройства матрицы к валкам. В противном случае появляется перекос при расположении матрицы в валках, как следствие, появление неравномерного зазора между валками и матрицей в калибре и образование неравномерного заусенца на границе контакта. Все это отрицательно сказывается на качестве профиля. Кроме того во время непрерывного выдавливания профиля через канал матрицы не обеспечивается регламентируемый отвод избыточного деформационного тепла, что не позволяет стабилизировать температурные условия во время проведения процесса и повысить качество профиля. (Довженко, Н.Н. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями: монография / Н.Н.Довженко, С.В.Беляев, С.Б.Сидельников и др. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 256 с).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей (Патент на полезную модель 102313 Российская Федерация, МПК7 В21С 23/08. Устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей / Беляев С.В., Сидельников С.Б., Довженко Н.Н. и др., заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» - заявл. 24.08.2010, опубл. 10.03.2011 г. бюл. 7),, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель, на заходной части которого выполнены вогнутые поверхности с радиусами закруглений соответствующими радиусам валков и снабженный каналами для подвода хладагента на рабочую поверхность валков со стороны матрицы, имеющей каналы для подвода хладагента в месте выхода профиля из рабочего отверстия матрицы и установленной в пазу матрицедержателя.
Однако во время работы данного устройства на поверхности валков образуется заусенец от деформируемого металла, который, проникая в зазор между матрицей и валками, частично или полностью нарушает циркуляцию хладагента через охлаждаемые каналы в матрицедержателе на рабочую поверхность валков со стороны матрицы и далее через охлаждаемые каналы в матрице в месте выхода профиля из рабочего отверстия матрицы, что снижает интенсивность и устойчивость отвода тепла вплоть до полного его прекращения. В результате этого дестабилизируются тепловые условия протекания процесса СПП, что вызывает перегрев инструмента и деформируемого металла, появление температурных трещин на изделии, что ведет к получению бракованной продукции, и, кроме того может привести к вынужденной остановке валков. Все это отрицательно сказывается на качестве получаемых профилей. Кроме того, при работе данного устройства для обеспечения равномерного рационального зазора на контактной поверхности подвижных валков и неподвижной матрицы необходимо также соблюдение соосности оси симметрии матрицы с направлением действия прижимного устройства матрицы к валкам. Также следует отметить, что при реализации процесса СПП наиболее интенсивному износу повергается только передняя часть матрицы, которая постоянно находится в контакте с подвижными валками, и по мере износа которой приходится менять всю матрицу, что ведет к неоправданным затратам на производство.
Основной задачей полезной модели является повышение качества изделий и повышение стойкости прессового инструмента.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий, включающем валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель, в пазу которого установлена матрица с охлаждающими каналами, согласно заявляемому решению, матрица выполнена составной, содержащей калибровочную и направляющую части, при этом калибровочная часть имеет цилиндрический выступ, входящий в направляющую часть, основание которой выполнено сферическим, примыкающим к пазу матрицедержателя, выполненного идентично сферическому основанию направляющей части матрицы, причем, матрицедержатель снабжен прижимным устройством, для крепления которого по обе стороны матрицедержателя выполнены выемки.
На наружной поверхности матрицы, в месте примыкания направляющей ее части к сферическому основанию расположена накидная гайка.
В месте примыкания калибровочной и направляющей частей матрицы выполнено сквозное отверстие для фиксации данных частей, например, с помощью штифта.
Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом, характеризуются отличительными признаками, обеспечивают повышение качества изделий и стойкости инструмента.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки.
Выполнение матрицы составной, содержащей, калибровочную и направляющую части, где калибровочная часть имеет цилиндрический выступ, входящий в направляющую часть, а основание которой, выполнено сферическим, примыкающим к соответствующему сферическому углублению матрицедержателя, позволяет соблюсти условия соосности оси симметрии матрицы с направлением действия прижимного устройства матрицы к валкам за счет изменения положения неподвижной матрицы во вращающихся валках с помощью направляющей ее части, которая имеет возможность изменять свое положение с помощью шарнирного соединения в матрицедержателе, что гарантирует обеспечение равномерного минимального зазора на контактной поверхности подвижных валков и неподвижной матрицы, а также предотвратит отклонение размеров и искажение поперечного сечения изделия, и этим самым повысит их качество.
Наличие в предлагаемом техническом решении сменной калибровочной части матрицы, находящейся непосредственно в контакте с вращающимися валками и подвергающейся наиболее интенсивному износу, позволит проводить только ее замену, оставляя прежнюю направляющую часть матрицы нетронутой, что дает возможность существенно снизить затраты на изготовление дорогостоящего прессового инструмента. Оперативно выполнить эту операцию поможет фиксация калибровочной и направляющей частей матрицы с помощью штифта, который располагается в сквозном отверстии, выполненном на боковой поверхности матрицы.
Выполнение матрицедержателя цилиндрической формы обеспечит надежное взаимодействие его с прижимным устройством.
Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить их качество.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами.
На фигуре 1 показан общий вид устройства, а на фигуре 2 - общий вид составной матрицы.
Заявляемая полезная модель - устройство для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий включает валок 1 с ручьем и валок 2 с выступом, образующих рабочий закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена составная матрица, входящая в матрицедержатель 3. В пазу 4 матрицедержателя 3 расположена матрица 5 в виде прямой трапецеидальной призмы с охлаждающими каналами 6. Матрица 5 содержит калибровочную 7 и направляющую 8 части. Калибровочная часть 7 имеет цилиндрический выступ 9, входящий в направляющую часть 8. Основание 10 направляющей части 8 выполнено сферическим, примыкающим к соответствующему сферическому углублению 11 матрицедержателя 3, выполненного в форме цилиндра с выемкой 12 и взаимодействующего с прижимным устройством 13. На наружной поверхности, в месте примыкания направляющей части 8, имеется резьба 14 для фиксирования сферического основания 10 с помощью накидной гайки 15. В месте примыкания калибровочной 7 и направляющей 8 частей матрицы 5 сбоку выполнено сквозное отверстие 16 для фиксации данных частей с помощью штифта 17 (на фиг.1 не показано).
Устройство работает следующим образом. Заготовка 18 начальной высотой h0 захватывается валками 1 и 2, деформируется в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения и выдавливается в виде изделия 19 через рабочий канал матрицы 5. Положение матрицы 5 в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения регулируется с помощью шарнирного соединения в матрицедержателе 3 и обеспечивает равномерный минимальный зазор на контактной поверхности подвижных валков 1, 2 и неподвижной матрицы 5 для изготовления изделия 19 заданного размера и необходимого качества. Для обеспечения регламентируемого отвода избыточного деформационного тепла при реализации процесса производится принудительное охлаждение матрицы 5 и изделия 19 подачей хладагента через охлаждающие каналы 6 матрицы 5, что позволяет стабилизировать температурные условия во время проведения процесса непрерывной прокатки и прессования и этим самым также повысить качество изделия 19.
Пример. С помощью лабораторной установки СЛИПП-2,5 с начальным диаметром валков 400 мм провели совмещенную прокатку и прессование прутка диаметром 9,5 мм из сплава алюминия марки АД1. Валки образовывали закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения с размерами в наименьшем сечении 10×22 мм. Температура прессования составляла 580°С. Прессование прутков проводили через обычную матрицу (прототип) и через предлагаемую (заявляемое устройство) с вытяжкой при выдавливании 9,3.
После выдавливания прутка оценивали износ матрицы, замеряли толщину заусенца на валках и исследовали изменения размеров и искажения формы поперечного сечения прутка по длине.
При использовании устройства-прототипа на поверхности валков имелся заусенец, который неравномерно располагался по их периметру и имел толщину до 0,5 мм. Причем на валке меньшего диаметра его толщина была почти в два раза больше. Это вызывало перекос матрицы, ее повышенный износ, а на поверхности прутка имелись пережимы и искажения формы поперечного сечения изделия. Предельное отклонение размеров диаметра прутка по его длине составило ±0,10 мм, т.е. он имел плохое качество. В заявляемом устройстве по сравнению с прототипом отмечено равномерное покрытие рабочей поверхности на обоих валков пленкой алюминия толщиной не более 0,1 мм, что является неизбежным при горячей деформации алюминия без смазки. На поверхности прутка отсутствовали пережимы и искажение формы, а предельное отклонение диаметра прутка по его длине составило ±0,05 мм. Износ матрицы при этом был незначительным.
Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить качество изделий и стойкость инструмента.
1. Устройство для непрерывной совмещенной прокатки и прессования длинномерных изделий, содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие рабочий калибр, на выходе из которого установлен матрицедержатель, в пазу которого установлена матрица с охлаждающими каналами, отличающееся тем, что матрица выполнена составной, содержащей калибровочную и направляющую части, при этом калибровочная часть имеет цилиндрический выступ, входящий в направляющую часть, основание которой выполнено сферическим, примыкающим к пазу матрицедержателя, выполненного идентично сферическому основанию направляющей части матрицы, причем матрицедержатель снабжен прижимным устройством, для крепления которого по обе стороны матрицедержателя выполнены выемки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на наружной поверхности матрицы в месте примыкания направляющей ее части к сферическому основанию расположена накидная гайка.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в месте примыкания калибровочной и направляющей частей матрицы выполнено сквозное отверстие для фиксации данных частей, например, с помощью штифта.
