RU146555U1 - Установка для непрерывного литья и прессования металла методом конформ - Google Patents

Abstract

1. Устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, содержащее дозатор металла, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и расположенной в зоне кристаллизации металла между дозатором и основным неподвижным дугообразным сегментом промежуточной неподвижной сегментной вставки, отличающееся тем, что в промежуточной неподвижной сегментной вставке выполнено направляющее отверстие, расположенное над кольцевой канавкой, в котором размещена плита с пуансоном с возможностью возвратно-поступательного движения ко дну кольцевой канавки по направляющим подпружиненным колонкам, расположенным на промежуточной неподвижной сегментной вставке.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на промежуточной неподвижной сегментной вставке расположены винты для регулирования высоты опускания пуансона относительно дна кольцевой канавки.3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что пуансон имеет выпуклую рабочую поверхность, состоящую из двух участков, первый из которых выполнен наклонным с входным углом α, а второй выполнен параллельным дну кольцевой канавки.

Description

Полезная модель относится к области металлургии, в частности к обработке металлов совмещенными методами непрерывного литья и прессования, и может быть использована для изготовления пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.

Известно устройство для непрерывного литья-прессования металлов методом конформ, включающее колесо-кристаллизатор, кольцевую канавку в его верхнем основании, сопрягающийся с ней дугообразный сегмент (башмак) с матрицей и выступом, перекрывающим кольцевую канавку, а в дугообразном сегменте выполнена сообщающаяся с кольцевой канавкой в перпендикулярном ее дну направлении глухая полость, в которой установлена игла соосно по отношению к матрице (Пат. на полезную модель 111783 Российская Федерация, МПК B21C 25/00, B21C 23/08. Устройство для непрерывного литья-прессования металлов [Текст] / Горохов Ю.В., Солопко И.В., Суслов В.П. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (RU) - №2011123338/02; заявл. 08.06.2011; опубл. 27.12.2011 г. бюл. №36).

Данное устройство обеспечивает непрерывность процесса изготовления пресс-изделий из цветных металлов и сплавов непрерывным совмещенным процессом литья и прессования методом конформ полых пресс-изделий.

Однако во время кристаллизации расплавленного металла в кольцевой канавке диска на поверхности охлажденного металла практически всегда наблюдается образование литейных дефектов, усадочной раковины и т.п. Кроме того после кристаллизации происходит объемная усадка расплава и возможна потеря контакта отлитого прутка со стенками кольцевой канавки с появлением дефектов геометрии по длине и в поперечном сечении прутка. Все это отрицательно сказывается на качестве получаемых пресс-изделий.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, содержащее печь-миксер с питателем и дозатором, кристаллизатор в виде выполненного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости диска с кольцевой канавкой на верхней части, имеющего сопряженный с упомянутой канавкой основной неподвижный дугообразный сегмент (башмак) с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, при этом в зоне кристаллизации металла между дозатором и основным неподвижным дугообразным сегментом расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка, имеющая неравномерную внутреннюю рабочую поверхность, состоящую по крайней мере из трех участков, первый из которых - входной с наклонным входным углом, второй - продольный, параллельный дну кольцевой канавки и третий - калибрующий с рабочим пояском, выступающим над рабочей поверхностью продольного участка, обращенным ко дну кольцевой канавки и частично перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки (Пат. на полезную модель 119659 Российская Федерация, МПК B22D 11/06 B21C 23/04. Устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ [Текст] / Горохов Ю.В., Беляев С.В., Шеркунов В.Г. и др.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» (RU) - №2012111078/02; заявл. 22.03.2012; опубл. 27.08.2012 г. бюл. №24).

Данное устройство принято за прототип.

Данное устройство позволяет получать пресс-изделия из цветных металлов и сплавов непрерывным совмещенным процессом литья и прессования методом конформ пресс-изделий, сводя до минимума образование литейных дефектов на поверхности и в объеме обрабатываемого металла, что положительно сказывается на качестве получаемых пресс-изделий. Однако после прохождения обрабатываемым металлом промежуточной неподвижной сегментной вставки интенсивность контакта отлитого прутка со стенками кольцевой канавки остается на недостаточном уровне, что существенно снижает эффективность воздействия активных сил трения на стенках кольцевой канавки в башмаке во время выдавливания обрабатываемого металла через рабочий канал матрицы. При определенных условиях возможна потеря контакта деформируемого металла со стенками кольцевой канавки, его пробуксовка с последующим нарушением стабильности непрерывного процесса деформирования. Все это отрицательно сказывается на качестве получаемых пресс-изделий.

Основной задачей изобретения является повышение качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.

Для решения поставленной задачи установка для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, включающая печь-миксер с питателем и дозатором, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и расположенной в зоне кристаллизации металла между дозатором и основным неподвижным дугообразным сегментом промежуточной неподвижной сегментной вставки, на которой дополнительно установлена плита с пуансоном, которая под действием прижимного устройства имеет возможность совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки по направляющим колонкам с пружинами относительно направляющего отверстия для пуансона, выполненного в промежуточной неподвижной сегментной вставке. При этом на поверхности промежуточной неподвижной сегментной вставки расположены винты для регулирования высоты опускания пуансона относительно дна кольцевой канавки, а пуансон имеет выпуклую рабочую поверхность, состоящую из двух участков: первый - наклонный с входным углом α_ВХ, а второй - продольный, параллельный дну кольцевой канавки.

Конструктивные особенности заявляемой установки по сравнению с прототипом, характеризующиеся отличительными признаками, обеспечивают повышение качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.

По отношению к прототипу у предлагаемой установки имеются следующие отличительные признаки: на промежуточной неподвижной сегментной вставки установлена плита с пуансоном, которая под действием прижимного устройства имеет возможность совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки по направляющим колонкам с пружинами относительно направляющего отверстия для пуансона, выполненного в промежуточной неподвижной сегментной вставке. При этом на поверхности промежуточной неподвижной сегментной вставки расположены винты для регулирования высоты опускания пуансона относительно дна кольцевой канавки, а пуансон имеет выпуклую рабочую поверхность, состоящую из двух участков: первый - наклонный с входным углом, а второй - продольный, параллельный дну кольцевой канавки.

Данная промежуточная неподвижная сегментная вставка с дополнительными элементами, указанными выше, располагается в том месте, где полностью заканчивается кристаллизация металла, поэтому в общем случае ее месторасположение будет определяться конструктивными и технологическими параметрами процесса непрерывного литья и прессования. В начальный период времени при реализации процесса непрерывного литья и прессования при прохождении обрабатываемым металлом через данную промежуточную неподвижную сегментную вставку с помощью прижимного устройства происходит вдавливание пуансона в обрабатываемый металл на необходимую глубину, при которой обеспечивается полный контакт деформируемого металла со стенками кольцевой канавки, и, как следствие, достижение максимально возможного значения активных сил трения на стенках кольцевой канавки в башмаке во время выдавливания обрабатываемого металла через рабочий канал матрицы. Следует отметить, что протяженность вдавливания пуансона в деформируемый металл и глубина вдавливания зависит в основном от реологических свойств деформируемого металла, степени заполнения им кольцевой канавки и регулируется с помощью винтов, вкрученных в промежуточную неподвижную сегментную вставку. Время прижима пуансона зависит от скорости вращения кристаллизатора и должно быть не меньше временного промежутка от начала прижима до момента выхода профиля из канала матрицы. После чего отключается прижимное устройство, и пуансон с помощью пружин, расположенных на направляющих колодках, возвращается в исходное положение. Выпуклая форма пуансона увеличивает площадь контакта деформируемого контакта со стенками кольцевой канавки во время выдавливания и увеличивает этим самым активные силы трения во время прессования. Наклонный участок пуансона при последующем поступлении деформируемого металла в башмак улучшает условия захвата. Все это в совокупности повышает стабильность осуществления непрерывного процесса литья и прессования металла методом конформ, обеспечивает постоянство размеров и механических свойств получаемых пресс-изделий по длине, т.е. качество продукции.

Таким образом, между отличительными признаками и решаемой задачей существует следующая причинно-следственная связь. Выполнение установки для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, имеющей указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 показан вид сверху предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез Α-A, на фиг. 3 - разрез Б-Б, 4 - разрез В-В.

Заявляемая установка для непрерывного литья и прессования металла методом конформ включает печь-миксер с дозатором 1 (питатель не показан на чертеже), кристаллизатор 2, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющим кольцевую канавку 3 на верхней части диска, и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент (башмак) 4 с матрицей 5 и с выступом 6, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки 3. В зоне кристаллизации металла 7 между дозатором 1 и башмаком 4 расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка 8, на которой установлена плита 9 с пуансоном 10, которая под действием прижимного устройства (не показано на чертеже) имеет возможность совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки 3 по направляющим колонкам 11 с пружинами 12 относительно направляющего отверстия 13 для пуансона 10, выполненного в промежуточной неподвижной сегментной вставке 8. При этом на поверхности промежуточной неподвижной сегментной вставки 8 расположены винты 14 для регулирования высоты опускания пуансона 10 относительно дна кольцевой канавки 3, а пуансон 10 имеет выпуклую рабочую поверхность 15, состоящую из двух участков: первый - наклонный 16 с входным углом α_ВХ, а второй - продольный 17, параллельный дну кольцевой канавки 3.

Во время работы установки приводится во вращение кристаллизатор 2, выполненный в виде диска. Расплавленный металл из питателя (на чертеже не показан) поступает в печь-миксер с дозатором 1 и далее заливается в кольцевую канавку 3, выполненную на верхней части диска кристаллизатора 2. При этом скорость заливки расплавленного металла в кольцевую канавку 3 для оптимального ее заполнения находится в строгом соответствии с частотой вращения кристаллизатора 2. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки 8 расплавленный металл охлаждается, кристаллизируется и принимает форму поперечного сечения канавки 3. Во время прохождения обрабатываемым металлом через промежуточную неподвижную сегментную вставку 8 с помощью прижимного устройства (не показано на чертеже) под действием силы Ρ происходит вдавливание пуансона 10 в обрабатываемый металл на необходимую глубину, при которой обеспечивается полный контакт деформируемого металла со стенками кольцевой канавки 3. Далее обрабатываемый металл в кольцевой канавке 3 по ходу вращения кристаллизатора 2 достигает основного неподвижного дугообразного сегмента 4, где под действием активных сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 3 и обрабатываемым металлом происходит его выдавливание в пресс-изделие 18 через рабочий канал вертикальной матрицы 5.

Пример. С помощью лабораторной установки для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, включающей следующие устройства:

- печь-миксер с питателем и дозатором;

- прижимное устройство;

- горизонтальный карусельный кристаллизатор диаметром 360 мм с кольцевой канавкой размерами 10×14 мм на верхней части диска, в которой установлены сопрягающийся с ней башмак с вертикальной матрицей с рабочим отверстием диаметром 5 мм, и в зоне кристаллизации металла между дозатором и башмаком расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка, на которой установлена плита с пуансоном, которая под действием прижимного устройства имеет возможность совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки по направляющим колонкам с пружинами относительно направляющего отверстия для пуансона, выполненного в промежуточной неподвижной сегментной вставке. На поверхности промежуточной неподвижной сегментной вставки расположены винты для регулирования высоты опускания пуансона относительно дна кольцевой канавки на 4 мм, а пуансон имеет выпуклую рабочую поверхность с радиусом закругления 4 мм и длиной 40 мм, состоящую из двух участков: первый - наклонный с входным углом α_ВХ=5°, а второй - продольный, параллельный дну кольцевой канавки.

Изготавливали пруток диаметром 5,3 мм из припойного сплава ПСр 2,5.

Расплавленный металл, нагретый до температуры 380°C из печи-миксера с питателем через дозатор непрерывно подавали в кольцевую канавку, выполненную на верхней части диска кристаллизатора, который вращался с частотой 1,5 об/мин. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки расплавленный металл кристаллизовался, принимал форму поперечного сечения канавки и охлаждался до температуры 40°C. Во время прохождения обрабатываемым металлом через промежуточную неподвижную сегментную вставку с помощью прижимного устройства под действием силы

происходило вдавливание пуансона в обрабатываемый металл на глубину 4 мм в течение 3 секунд. После чего отключали прижимное устройство и пуансон возвращался в исходное положение. Далее по ходу вращения кристаллизатора обрабатываемый металл упирался в выступ в башмаке, где под действием активных сил контактного трения между стенками кольцевой канавки и обрабатываемым металлом происходило его выдавливание в пруток диаметром 5,3 мм через рабочий канал вертикальной матрицы с вытяжкой λ=6,3.

Для сравнения заявляемой установки с прототипом изготовление прутка проводили без вдавливания пуансона в деформируемый металл. В этом случае на начальном этапе деформирования происходило проскальзывание обрабатываемого металла в башмаке, и процесс выдавливания шел неравномерно, рывками, а получаемый пруток имел пережимы по длине, что являлось браком. С использованием заявляемой установки процесс выдавливания прутка происходил плавно, без рывков, а получаемый пруток по всей длине имел стабильные размеры.

Таким образом, использование заявляемой установки по сравнению с прототипом позволяет повысить качество пресс-изделий из цветных металлов и сплавов.

Claims (3)

1. Устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, содержащее дозатор металла, кристаллизатор, выполненный в виде диска с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, имеющий кольцевую канавку на верхней части диска и сопрягающийся с ней основной неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и расположенной в зоне кристаллизации металла между дозатором и основным неподвижным дугообразным сегментом промежуточной неподвижной сегментной вставки, отличающееся тем, что в промежуточной неподвижной сегментной вставке выполнено направляющее отверстие, расположенное над кольцевой канавкой, в котором размещена плита с пуансоном с возможностью возвратно-поступательного движения ко дну кольцевой канавки по направляющим подпружиненным колонкам, расположенным на промежуточной неподвижной сегментной вставке.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на промежуточной неподвижной сегментной вставке расположены винты для регулирования высоты опускания пуансона относительно дна кольцевой канавки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что пуансон имеет выпуклую рабочую поверхность, состоящую из двух участков, первый из которых выполнен наклонным с входным углом α_вх, а второй выполнен параллельным дну кольцевой канавки.

Images