RU2629134C1

RU2629134C1 - Device for continuous pressing of metals and alloys

Info

Publication number: RU2629134C1
Application number: RU2016119477A
Authority: RU
Inventors: Игорь Петрович Мазур; Абдрахман Батырбекович Найзабеков; Сергей Николаевич Лежнев; Евгений Александрович Панин; Руслан Олегович Ведищев
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2017-08-24

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: device for continuous pressing contains two horizontal rolls with a smooth barrel, at which output the matrix is mounted. The matrix is made with three consecutive channels of equal cross section. The input and output channels are parallel to each other. The middle channel is located at an angle to the input and output channels in three planes. There are two vertical rolls made with grooves forming working calibre at the matrix output.

EFFECT: increase the quality of the workpiece material produced in the result of pressing with a smaller number of passes without significant change of initial dimensions of the workpiece.

4 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к прессованию заготовок, и может быть использовано в цехах металлургических и машиностроительных заводов.The invention relates to the processing of metals by pressure, namely, the pressing of blanks, and can be used in the shops of metallurgical and engineering plants.

Задачей данного изобретения является повышение производительности процесса прессования и улучшение качества металла заготовки без существенного изменения исходных размеров заготовки.The objective of the invention is to increase the productivity of the pressing process and improve the quality of the metal of the workpiece without significantly changing the initial dimensions of the workpiece.

Известно устройство для непрерывного прессования металлов и сплавов, включающее две пары гладких валков и равноканальную ступенчатую матрицу, которая имеет три канала, два из которых (входной и выходной) параллельны друг другу, а средний канал расположен под углом к входному и выходному каналам [Инновационный патент РК №27262 B21J 5/00. Устройство для непрерывного прессования металлов и сплавов. / Найзабеков А.Б., Лежнев С.Н., Панин Е.А., 2013].A device is known for continuous pressing of metals and alloys, including two pairs of smooth rolls and an equal channel stepped matrix, which has three channels, two of which (input and output) are parallel to each other, and the middle channel is located at an angle to the input and output channels [Innovative patent RK No. 27262 B21J 5/00. Device for continuous pressing of metals and alloys. / Naizabekov A.B., Lezhnev S.N., Panin E.A., 2013].

Однако известное устройство для прессования имеет два существенных недостатка. Во-первых, из-за низкой степени накопления сдвиговой деформации при деформировании в матрице для получения ультрамелкозернистого металла потребуется большое количество проходов. Во-вторых, после каждого прохода толщина заготовки существенно изменяется, поскольку за один проход происходит двойное обжатие заготовки по высоте (в первой и второй паре валков). Это приводит к тому, что помимо свода валков необходимо устанавливать новую матрицу с каналами меньшего размера по высоте, т.к. предыдущая матрица не сможет обеспечить реализацию деформации сдвига, а только лишь пластический изгиб. Таким образом, для получения ультрамелкозернистой структуры потребуется количество матриц, равное количеству проходов, что резко снижает общую производительность процесса.However, the known pressing device has two significant drawbacks. Firstly, due to the low degree of accumulation of shear deformation during deformation in the matrix, a large number of passes will be required to obtain ultrafine-grained metal. Secondly, after each pass, the thickness of the workpiece varies significantly, since in one pass there is a double compression of the workpiece in height (in the first and second pair of rolls). This leads to the fact that in addition to the set of rolls, it is necessary to install a new matrix with smaller channels in height, because the previous matrix cannot provide the implementation of shear deformation, but only plastic bending. Thus, to obtain an ultrafine-grained structure, the number of matrices equal to the number of passes is required, which sharply reduces the overall productivity of the process.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для непрерывного прессования металла, включающее два валка с гладкой бочкой, на выходе из которых установлена матрица, имеющая три канала одинакового поперечного сечения, два из которых (входной и выходной) параллельны друг другу, а средний канал расположен под углом к входному и выходному каналам в трех плоскостях [Патент РК №26892 B21J 5/00. Устройство для непрерывного прессования металла. / Лежнев С.Н., Панин Е.А., 2014].Closest to the claimed technical solution is a device for continuous pressing of metal, including two rolls with a smooth barrel, the output of which has a matrix having three channels of the same cross section, two of which (input and output) are parallel to each other, and the middle channel is located at an angle to the input and output channels in three planes [Patent RK No. 26892 B21J 5/00. Device for continuous pressing of metal. / Lezhnev S.N., Panin E.A., 2014].

Использование в данном устройстве матрицы, у которой промежуточный канал меняет свое направление сразу в трех плоскостях, реализуется гораздо большая степень сдвиговой деформации за один проход, что позволяет получить ультрамелкозернистую структуру за меньшее количество проходов.The use of a matrix in this device, in which the intermediate channel changes its direction immediately in three planes, a much greater degree of shear deformation is realized in one pass, which makes it possible to obtain an ultrafine-grained structure in fewer passes.

Недостатком наиболее близкого устройства является то, что данное устройство обеспечивает непрерывность процесса деформирования не в полной мере, так как после того, как все заготовки будут продеформированы, в матрице останется последняя, недодеформированная заготовка.The disadvantage of the closest device is that this device does not provide the continuity of the deformation process, since after all the blanks are deformed, the last, undeformed blank will remain in the matrix.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в возможности повышения общей производительности процесса, реализации непрерывности процесса деформирования в полной мере и улучшения качества металла заготовки за меньшее количество проходов и без существенного изменения исходных размеров заготовки.The technical result obtained by using the invention consists in the possibility of increasing the overall productivity of the process, realizing the continuity of the deformation process in full and improving the quality of the metal of the workpiece in fewer passes and without significant changes in the initial dimensions of the workpiece.

Устройство для непрерывного прессования металлов и сплавов, включающее два валка с гладкой бочкой, на выходе из которых установлена матрица, имеющая три канала одинакового поперечного сечения, два из которых (входной и выходной) параллельны друг другу, а средний канал расположен под углом к входному и выходному каналам в трех плоскостях, отличается тем, что на выходе из матрицы установлены два вертикальных валка, выполненные с ручьями, образующими рабочий калибр.A device for the continuous pressing of metals and alloys, including two rolls with a smooth barrel, at the output of which there is a matrix having three channels of the same cross section, two of which (input and output) are parallel to each other, and the middle channel is located at an angle to the input and the output channels in three planes, characterized in that at the exit from the matrix two vertical rolls are installed, made with streams forming a working gauge.

Имеющиеся в устройстве две пары валков, установленные на входе и выходе из матрицы, за счет активных сил трения проталкивают заготовку неограниченной длины через каналы матрицы, а затем вытягивают ее из матрицы, тем самым обеспечивая непрерывность процесса прессования. Наличие в матрице среднего канала, расположенного под углом к входному и выходному каналам в трех плоскостях, позволяет развивать значительные сдвиговые деформации во всем объеме обрабатываемой заготовки при незначительном изменении ее начальных размеров.The two pairs of rolls installed in the device, which are installed at the entrance and exit of the die, push the workpiece of unlimited length through the channels of the die due to the active friction forces and then pull it out of the die, thereby ensuring the continuity of the pressing process. The presence in the matrix of the middle channel, located at an angle to the input and output channels in three planes, allows you to develop significant shear deformations in the entire volume of the workpiece with a slight change in its initial size.

При этом в матрице реализуется два акта интенсивной пластической деформации: при первой интенсивной пластической деформации происходит опережение слоев боковой и нижней граней заготовки, а при второй интенсивной пластической деформации - опережение слоев второй боковой и верхней граней. Искажение торцевых участков при этом оказывается минимальным.In this case, two acts of intense plastic deformation are realized in the matrix: during the first intense plastic deformation, the layers of the lateral and lower faces of the workpiece are advanced, and in the second intense plastic deformation, the layers of the second lateral and upper faces are advanced. The distortion of the end sections in this case is minimal.

Использование на входе горизонтальных гладких валков, а на выходе из матрицы вертикальных калиброванных валков приводит к попарному обжатию высоты и ширины заготовки, что позволяет использовать данную заготовку в этом же устройстве без замены матрицы и существенного сведения валков. В результате существенно повышается общая производительность процесса. Наличие калибра позволяет контролировать уширение при обжатии, в результате после прокатки во второй паре валков заготовка будет иметь высоту, не превышающую требуемого значения, что весьма затруднительно получить в гладких валках.The use of horizontal smooth rolls at the inlet, and at the exit from the matrix of vertical calibrated rolls, leads to pairwise compression of the height and width of the workpiece, which allows you to use this workpiece in the same device without replacing the matrix and significant roll information. As a result, the overall productivity of the process is significantly increased. The presence of caliber allows you to control the broadening during compression, as a result, after rolling in a second pair of rolls, the workpiece will have a height not exceeding the required value, which is very difficult to obtain in smooth rolls.

Изобретение поясняется рисунком, представленным на Фиг. 1 - Устройство для непрерывного прессования металлов и сплавов, где 1 - первая пара валков с гладкой бочкой, 2 - заготовка, 3 - равноканальная ступенчатая матрица, 4 - вторая пара калиброванных валков, I - входной канал матрицы, II - промежуточный (деформирующий) канал матрицы, III - выходной канал матрицы.The invention is illustrated in the drawing shown in FIG. 1 - Device for continuous pressing of metals and alloys, where 1 is the first pair of rolls with a smooth barrel, 2 is the workpiece, 3 is an equal channel stepped matrix, 4 is the second pair of calibrated rolls, I is the input channel of the matrix, II is the intermediate (deforming) channel matrix III - the output channel of the matrix.

Прессование в данном устройстве осуществляется следующим образом. Предварительно нагретая до температуры начала деформирования заготовка подается к прокатным валкам, которые за счет сил контактного трения захватывают ее в зев валков, а на выходе из него проталкивают через каналы равноканальной ступенчатой матрицы. После того как заготовка передним концом выйдет из матрицы, она попадает во вторую пару калиброванных вертикальных валков, которые вытягивают продеформированную заготовку из матрицы.Pressing in this device is as follows. The billet preheated to the temperature of the onset of deformation is fed to the rolling rolls, which, due to the forces of contact friction, capture it in the bore of the rolls and are pushed through the channels of an equal-channel stepped matrix at the exit from it. After the workpiece with the front end leaves the matrix, it enters the second pair of calibrated vertical rolls that pull the deformed workpiece from the matrix.

Для проверки эффективности деформирования заготовок в предлагаемом устройстве было проведено моделирование процесса прессования. Результаты моделирования сравнивались с результатами моделирования прессования в известном устройстве для прессования, а также в наиболее близком устройстве. Моделирование проводилось в программном комплексе DEFORM-3D. Во всех трех случаях моделировали деформирование заготовки с размерами поперечного сечения h×b=20×15 мм. В качестве материала произвольно из базы данных DEFORM-3D была выбрана сталь 15, нагретая до температуры 1100°C.To test the effectiveness of deformation of the workpieces in the proposed device, a simulation of the pressing process was carried out. The simulation results were compared with the results of pressing simulations in the known pressing device, as well as in the closest device. Modeling was carried out in the DEFORM-3D software package. In all three cases, the workpiece deformation was modeled with the cross-sectional dimensions h × b = 20 × 15 mm. As the material, steel 15, heated to a temperature of 1100 ° C, was arbitrarily selected from the DEFORM-3D database.

Для оценки эффективности реализации интенсивной пластической деформации в предлагаемом устройстве было проведено сравнение распределения накопленной деформации (Фиг. 2 - Распределение накопленной деформации, где а - известное устройство; б - наиболее близкое устройство; в - предлагаемое устройство). Также было исследовано формоизменение переднего конца заготовок для определения степени изменения коэффициента использования металла (Фиг. 3 - Формоизменение переднего конца заготовок, где а - известное устройство; б - наиболее близкое устройство; в - предлагаемое устройство).To assess the effectiveness of the implementation of intensive plastic deformation in the proposed device, a comparison of the distribution of accumulated deformation was carried out (Fig. 2 - Distribution of accumulated deformation, where a is a known device; b is the closest device; c is the proposed device). It was also investigated the shape change of the front end of the workpieces to determine the degree of change in the utilization of metal (Fig. 3 - Formation of the front end of the workpieces, where a is a known device; b is the closest device; c is the proposed device).

Как видно из результатов исследований деформирования заготовок в вышерассмотренных инструментах, во всех трех случаях передний конец заготовки при деформировании практически не заостряется и сохраняет форму прямоугольных торцов. Это можно объяснить тем, что конструкция расположения каналов в матрице подразумевает опережение слоев на гранях попарно в двух плоскостях (известное устройство) и в трех плоскостях (наиболее близкое и предлагаемое устройство). Таким образом, сохраняется исходная геометрия поперечного сечения на переднем конце заготовки.As can be seen from the results of studies of the deformation of workpieces in the above tools, in all three cases, the front end of the workpiece during deformation is practically not sharpened and retains the shape of rectangular ends. This can be explained by the fact that the design of the arrangement of channels in the matrix implies advancing layers on the faces in pairs in two planes (known device) and in three planes (the closest and proposed device). Thus, the original geometry of the cross section at the front end of the workpiece is preserved.

При анализе распределения накопленной деформации видно, что наиболее оптимальная схема деформирования реализуется в предлагаемом устройстве. По сравнению с известным и наиболее близким устройствами уровень накопленной деформации значительно выше из-за дополнительного обжатия металла второй парой прокатных валков на выходе из матрицы и более интенсивной проработки металла из-за осуществления интенсивной пластической деформации в матрице сразу в трех плоскостях. В то же время наличие схемы тройного изменения направления течения металла является, по сути, схемой знакопеременного деформирования, приводящей к более равномерному распределению накопленной деформации по всему сечению заготовки. Так, среднее значение накопленной деформации в известном устройстве достигает 1,0-1,2; в наиболее близком устройстве оно равно 1,4-1,5; в предлагаемом устройстве среднее значение накопленной деформации достигает 1,9-2,0.When analyzing the distribution of accumulated deformation, it is seen that the most optimal deformation scheme is implemented in the proposed device. Compared with the known and closest devices, the level of accumulated deformation is much higher due to the additional compression of the metal by the second pair of rolling rolls at the exit from the matrix and more intensive processing of the metal due to the implementation of intense plastic deformation in the matrix immediately in three planes. At the same time, the presence of a scheme of triple changes in the direction of metal flow is, in fact, a scheme of alternating deformation, leading to a more uniform distribution of the accumulated deformation over the entire cross section of the workpiece. So, the average value of the accumulated deformation in the known device reaches 1.0-1.2; in the closest device, it is 1.4-1.5; in the proposed device, the average value of the accumulated deformation reaches 1.9-2.0.

Помимо этого, было доказано, что использование вертикальных валков на выходе из матрицы позволяет получать заготовку с такой формой поперечного сечения, которая будет пригодна для повторного деформирования в данной установке без замены матрицы (Фиг. 4 - Технологическая схема деформирования, где а - заталкивание заготовки первой парой валков в первом проходе; б - вытягивание заготовки второй парой валков в первом проходе; в - заталкивание заготовки первой парой валков во втором проходе).In addition, it was proved that the use of vertical rolls at the exit from the matrix allows you to get a workpiece with a cross-sectional shape that will be suitable for repeated deformation in this installation without replacing the matrix (Fig. 4 - Technological scheme of deformation, where a is the workpiece pushing first a pair of rolls in the first pass; b - pulling the workpiece with a second pair of rolls in the first pass; c - pushing the workpiece with the first pair of rolls in the second pass).

Таким образом, помимо повышения общей производительности процесса (по сравнению с известным устройством) и обеспечения непрерывности процесса (в сравнении с наиболее близким устройством) использование предлагаемого устройства дает возможность развивать в металле более высокий уровень деформаций, что в конечном счете позволит снизить требуемое количество циклов деформирования для достижения заданного уровня проработки металла.Thus, in addition to increasing the overall productivity of the process (compared to the known device) and ensuring the continuity of the process (compared to the closest device), the use of the proposed device makes it possible to develop a higher level of deformation in the metal, which ultimately will reduce the required number of deformation cycles to achieve a given level of metal processing.

Claims

A device for continuously pressing a metal or alloy billet containing two horizontal rolls with a smooth barrel and a matrix installed at the exit from the rolls, made with three consecutive channels of the same cross section, of which the input and output channels are parallel to each other, and the middle channel is located under angle to the said input and output channels in three planes, characterized in that it is equipped with two vertical rollers installed at the exit from the matrix, made with p by the teachings of the working caliber.