Устройство для непрерывной прокатки и прессования изделий из цветных металлов и сплавов

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для получения длинномерных изделий с относительно небольшим поперечным сечением преимущественно из цветных металлов и сплавов методом непрерывной прокатки и прессования, например, для электротехнической промышленности. Технический результат заключается в повышении непрерывности и технологичности процесса прокатки и прессования. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной прокатки и прессования изделий, включающем валок с выступом ручьем и валок с ручьем, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, выполненная в виде прямой трапецеидальной призмы, которая имеет трапецеидальную выемку в торцевой части с возможностью прижима краев матрицы к валкам, тем самым, перекрывает калибр валков и препятствует образованию заусенца. При этом геометрические параметры выемки должны соответствовать условию

где h_в - высота выступа образованного трапецеидальной выемкой; l_в - длина трапецеидальной выемки; =25÷60° - угол наклона боковых граней трапецеидальной выемки;

- удаление матрицы от оси прокатки;

- приведенный радиус валков;

R₁ - радиус выступа валка; R₂, R₃ - внутренний и наружный радиусы валка с ручьем;

h_M и h₁ - высота матрицы в плоскости контакта с валками и рабочего зазора между валками, соответственно.

2 илл.

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

Известно устройство для непрерывной прокатки и прессования металла Патент 1785459 РФ от 07.02.1990, опубл. 30.12.1992), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица под определенным углом к общей вертикальной оси валков.

В данном устройстве на контактных поверхностях валков и матрицы образуется заусенец из деформируемого металла, что нарушает стабильность непрерывного процесса деформирования, вызывает перекос матрицы, искажение поперечного сечения изделия, и снижает качество изделий. Для устранения заусенца проводят операцию зачистки поверхности валков, которая достаточно трудоемка и ее не всегда может быть выполнена в рабочем режиме, вследствие чего приводит к необходимости остановке устройства и отрицательно сказывается на производительности. Кроме того, образование заусенца снижает выход годного.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков, по технической сущности и достигаемому результату является устройство для непрерывной прокатки и прессования профилей (Патент 102542 РФ от 20.08.2010, опубл. 10.03.2011 бюл. 7), содержащее валок с ручьем и валок с выступом, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, выполненная 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.

В данном устройстве за счет геометрии поверхности матрицы образуется равномерный зазор между поверхностями валков и матрицы, что приводит к образованию заусенца заданной толщины. Однако при длительном процессе деформации образовавшийся заусенец может достигать большой длины, сворачиваться в крупные металлические образования, перемещаться в разные стороны и попадать в движущие детали установки, что приведет к остановке процесса. В частных случаях заусенец может попадать между рабочими бочками валков, что нарушает стабильность процесса, увеличивает нагрузку на валки и способствует их повышенному износу. Все это приводит к необходимости остановки устройства для удаления заусенца и, следовательно, снижает непрерывность и технологичность процесса прессования.

Основной задачей полезной модели является повышение непрерывности и технологичности процесса прокатки и прессования.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для непрерывной прокатки и прессования, включающем валок с выступом и валок с ручьем, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица, выполненная в виде прямой трапецеидальной призмы, которая имеет трапецеидальную выемку в торцевой части с возможностью прижима краев матрицы к валкам, при этом геометрические параметры выемки должны соответствовать условию

где h_В - высота выступа образованного трапецеидальной выемкой; l_В - длина трапецеидальной выемки; =25÷60° - угол наклона боковых граней трапецеидальной выемки;

- удаление матрицы от оси прокатки;

- приведенный радиус валков;

R₁ - радиус выступа валка; R₂, R₃ - внутренний и наружный радиусы валка с ручьем;

h_М и h₁ - высота матрицы в плоскости контакта с валками и рабочего зазора между валками, соответственно.

Конструктивные особенности заявляемого устройства по сравнению с прототипом характеризуются отличительными признаками и позволяют повысить непрерывность и технологичность процесса прокатки и прессования.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: матрица имеет трапецеидальную выемку в торцевой части с возможностью прижима краев матрицы к валкам, тем самым, перекрывает калибр валков и препятствует образованию заусенца. При этом геометрические параметры выемки должны соответствовать условию (1).

Исходя из условия (1) геометрические параметры трапецеидальной выемки h_В и l_В зависят от высоты матрицы в плоскости контакта с валками h_В и угла наклона боковых граней трапецеидальной выемки , соответственно. При этом параметры h_В=0,15h _М и l_В при меньшем угле =25° будут соответствовать минимально допустимой высоте h_В и предельной длине l_В, обеспечивающих достаточную прочность краев матрицы A и D. Тогда как, h_В =0,25h_М и l_В при большем угле =60°, наоборот, будут соответствовать предельной высоте h_В и минимальной длине l_В. Дальнейшее повышение высоты h_В и уменьшение длины l_В приведет к значительному уменьшению камеры распрессовки металла ABCD и, как следствие, снижению качества получаемых изделий.

Использование матрицы, имеющей трапецеидальную выемку в торцевой части с возможностью прижима краев матрицы к валкам, позволяет перекрывать калибр валков и препятствовать образованию заусенца во время непрерывной прокатки и прессования, что повышает непрерывность и технологичность получения изделий.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение устройства для непрерывной прокатки и прессования, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, обеспечивает повышение непрерывности и технологичности процесса получения изделий.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 общий вид устройства, фиг. 2 матрица с трапецеидальной выемкой.

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

Устройство работает следующим образом. Заготовка 4 начальной высоты h₀ захватывается валками 1 и 2, деформируется до высоты h₁ в закрытом ящичном калибре прямоугольного сечения и выдавливается в виде изделия 6 через рабочий канал матрицы 5, имеющей высоту рабочей полости матрицы h_М. При этом матрица 3 в рабочем положении в калибре располагается на расстоянии L_ПМ от оси валков O ₁O₂ (см. фиг. 1), а края матрицы A и D образованные трапецеидальной выемкой ABCD в ее торцевой части препятствуют образованию заусенца во время непрерывной прокатки и прессования, что повышает непрерывность и технологичность получения изделий.

В качестве примера практического использования устройства приведем результаты экспериментальных исследований. С помощью лабораторной установки на базе прокатного стана ДУО 200 с валками радиусами R₁=107 мм R₂=80 мм и R₃ =110 мм, образующими закрытый ящичный калибр шириной b_К =20 мм с высотой обжатия h₁=10 мм, моделировали процесс непрерывной прокатки и прессования для получения прутков диаметром 9 мм из технически чистого алюминия марки A85. Температура прессования составляла 550°C. Прессование прутков проводили через обычную матрицу (прототип) и через предлагаемую (заявляемое устройство) с вытяжкой 6,2 и высотой рабочей полости h_М=20 мм. Исходные заготовки имели размеры h₀·b₃ ·l₀=20×20×350 мм. В заявленном устройстве матрица (фиг. 2) была выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, имеющей трапецеидальную выемку в ее торцевой части с геометрическими параметрами, определенными по формуле (1) и равными h_В=4 мм, =25° и l_В=8,5 мм. При этом матрица в рабочем положении в калибре располагалась на удалении от оси валков на расстоянии L_ПМ=30 мм.

В прототипе матрица была выполнена в виде прямой трапецеидальной призмы, на заходной части которой длиной l_ЗМ=4 мм на наклонных гранях имелись вогнутые поверхности с радиусами закругления, соответствующими радиусам валков, а в конце вогнутого участка наклонные грани были расположены по касательной к поверхности валков и имели углы наклона боковых граней ₁=19,4° и ₂=26,7° соответственно.

Далее проводили непрерывную прокатку-прессование, используя матрицу (прототип) и предлагаемую (заявляемое устройство). При прокатке в прототипе образовывался заусенец толщиной 0,2-0,3 мм, вследствие упругих деформаций валков при прокатке. В заявляемом устройстве металл, попав в камеру распрессовки, образованную трапецеидальной выемкой матрицы, компенсировал упругие деформации валков, прижимая края матрицы к поверхностям валков и, тем самым, перекрывал калибр валков и препятствовал образованию заусенца.

Таким образом, применение заявляемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить непрерывность и технологичность получения изделий.

Устройство для непрерывной прокатки и прессования изделий из цветных металлов и сплавов, содержащее валок с выступом и валок с ручьем, образующие закрытый ящичный калибр прямоугольного сечения, на выходе из которого установлена матрица в виде прямой трапецеидальной призмы, отличающееся тем, что торцевая часть матрицы выполнена с трапецеидальной выемкой с возможностью прижима краев матрицы к валкам, при этом параметры выемки соответствуют условиям:

где h_B - высота выступа выемки;

l_B - длина выемки;

=25÷60° - угол наклона боковых граней выемки,

при этом матрица расположена от оси валков на расстоянии ,

где - приведенный радиус валков;

R₁ - радиус выступа валка;

R ₂ - внутренний радиус валка с ручьем;

h_M - высота матрицы в плоскости контакта с валками;

h ₁ - рабочий зазор между валками.