RU156614U1 - Устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ - Google Patents

Abstract

1. Устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ, содержащее дозатор, кристаллизатор в виде выполненного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости диска с кольцевой канавкой на верхней части, имеющего сопряженный с упомянутой канавкой неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и установленную в зоне кристаллизации металла между дозатором и неподвижным дугообразным сегментом промежуточную неподвижную сегментную вставку, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей втулкой, установленной на неподвижной сегментной вставке, закрепленным в верхней части направляющей втулки посредством стержня эксцентриком с рычагом, прижимной вилкой с ползуном, контактирующим с эксцентриком, опорной втулкой, размещенной в прижимной вилке, роликом с подшипником, установленным на опорной втулке с возможностью возвратно-поступательного движения относительно направляющего отверстия в промежуточной неподвижной сегментной вставке, при этом неподвижный дугообразный сегмент выполнен с входным углом α, соответствующим условию:где ƒ- коэффициент трения между основным неподвижным дугообразным сегментом и деформируемым металлом.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в направляющей втулке выполнены боковые отверстия, в которых установлены фиксирующие винты для регулирования высоты опускания ролика относительно дна 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 неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и выступом, перекрывающим кольцевую канавку, а в неподвижном дугообразном сегменте выполнена сообщающаяся с кольцевой канавкой в перпендикулярном ее дну направлении глухая полость, в которой установлена игла соосно по отношению к матрице (Патент RU №111783 Российская Федерация, МПК B21C 25/00, B21C 23/08. Устройство для непрерывного литья-прессования металлов, заявл. 08.06.2011; опубл. 27.12.2011 г. бюл. №36).

Данное устройство обеспечивает изготовление 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 снижается контакт 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 цветных металлов и сплавов методом конформ, включающее 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, 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 (Патент RU №119659 Российская Федерация, МПК B22D 11/06 B21C 23/04. Устройство для непрерывного литья и прессования металла методом конформ, заявл. 22.03.2012; опубл. 27.08.2012 г. бюл. №24).

Данное устройство принимаем 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 полезной модели является повышение качества пресс-изделий из цветных металлов и сплавов

Для решения поставленной задачи, устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ, содержащее дозатор, кристаллизатор в виде выполненного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости диска с кольцевой канавкой на верхней части, имеющего сопряженный с упомянутой канавкой неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и установленную в зоне кристаллизации металла между дозатором и неподвижным дугообразным сегментом промежуточную неподвижную сегментную вставку, устройство снабжено направляющей втулкой, установленной на неподвижной сегментной вставке, закрепленным в верхней части направляющей втулки посредством стержня эксцентриком с рычагом, прижимной вилкой с ползуном, контактирующим с эксцентриком, опорной втулкой, размещенной в прижимной вилке, роликом с подшипником, установленным на опорной втулке с возможностью возвратно-поступательного движения относительно направляющего отверстия в промежуточной неподвижной сегментной вставке, при этом неподвижный дугообразный сегмент выполнен с входным углом α_Б, соответствующему условию:

где ƒ_Б - коэффициент трения между основным неподвижным дугообразным сегментом и деформируемым металлом.

В направляющей втулке выполнены боковые отверстия, в которых установлены фиксирующие винты для регулирования высоты опускания ролика относительно дна кольцевой канавки.

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

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки:

- основной неподвижный дугообразный сегмент выполнен с входным углом α_Б, соответствующему условию:

где ƒ_Б - коэффициент трения между башмаком и деформируемым металлом;

- на промежуточной неподвижной сегментной вставки установлена направляющая втулка, в верхней части которой на стержне закреплен эксцентрик с рычагом, контактирующий с ползуном и прижимной вилкой, в которой размещена опорная втулка для ролика на подшипнике с возможностью совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки относительно направляющего отверстия, выполненного в неподвижной сегментной вставке.

- в боковых отверстиях направляющей втулки установлены винты для регулирования высоты опускания ролика относительно дна кольцевой канавки.

Следует отметить, что промежуточная неподвижная сегментная вставка с дополнительными элементами, указанными выше, располагается в том месте, где полностью заканчивается кристаллизация металла, поэтому ее месторасположение будет определяться конструктивными и технологическими параметрами процесса непрерывного литья и прессования. В начальный момент времени при реализации процесса непрерывного литья и прессования во время прохода деформируемым металлом через промежуточную неподвижную сегментную вставку с помощью эксцентрика с рычагом происходит вдавливание ролика в деформируемый 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 глубина вдавливания ролика Δh_П в деформируемый металл определяется условиями захвата деформируемого металла роликом и зависит от размеров ролика и опорной втулки, коэффициентов трения на границе контакта и регулируется с помощью винтов, вкрученных в направляющую втулку:

где ƒ_P, ƒ_П - коэффициенты трения на границе контакта ролика и деформируемого металла и в подшипнике соответственно;

R_Р, r_П - радиусы ролика и опорной втулки соответственно.

Далее деформируемый металл поступает в основной неподвижный дугообразный сегмент с входным углом α_Б, что также обеспечивает условия

захвата деформируемого металла. 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 устройства для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ, имеющего указанную выше совокупность отличительных признаков, позволяет повысить качество пресс-изделий.

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

Заявляемое устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ включает дозатор 1 (печь-миксер с питателем не показаны 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 сегментом 4 расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка 8, которая снабжена направляющей втулкой 9, в верхней части которой, на стержне 10 закреплен эксцентрик 11 с рычагом 12, контактирующий с ползуном 13 и прижимной вилкой 14, в которой размещена опорная втулка 15 для ролика 16 на подшипнике 17 с возможностью совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки 3. При этом в боковых отверстиях направляющей втулки установлены винты 18 для регулирования высоты опускания ролика 16 относительно дна кольцевой канавки 3, а основной неподвижный дугообразный сегмент 4 выполнен с входным участком с углом

, где ƒ_Б - коэффициент трения между сегментом 4 и деформируемым металлом 7.

Во время работы устройства приводится во вращение кристаллизатор 2, выполненный в виде диска. Расплавленный металл из печи-миксера с питателем (на чертеже не показаны) поступает в дозатор 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 рационального ее заполнения находится в строгом соответствии с частотой вращения кристаллизатора 2. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки 8 расплавленный металл 7 охлаждается, кристаллизируется и принимает форму поперечного сечения канавки 3. Во время прохождения деформируемым металлом через промежуточную неподвижную сегментную вставку 8 с помощью эксцентрика 11 с рычагом 12 происходит вдавливание ролика 16 в деформируемый металл 7 на необходимую глубину, при которой обеспечивается полный контакт деформируемого металла 7 со стенками кольцевой канавки 3. Далее деформируемый металл 7 в кольцевой канавке 3 по ходу вращения кристаллизатора 2 достигает неподвижный дугообразный сегмент 4, где под действием активных сил контактного трения между стенками кольцевой канавки 3 и деформируемым металлом 7 происходит его захват, который обеспечивается благодаря входному углу α_Б, и последующее выдавливание деформируемого металла 7 в пресс-изделие 19 через рабочий канал матрицы 5.

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

- печь-миксер с питателем и дозатором;

- горизонтальный карусельный кристаллизатор диаметром 360 мм с кольцевой канавкой размерами 10×14 мм на верхней части диска, в которой установлены сопрягающийся с ней сегмент с матрицей с рабочим отверстием диаметром 6,0 мм, и в зоне кристаллизации металла между дозатором и сегментом была расположена промежуточная неподвижная сегментная вставка, на которой была установлена направляющая втулка, в верхней части которой на стержне закрепили эксцентрик с рычагом, контактирующий с ползуном и прижимной вилкой, в которой разместили опорную втулку диаметром 20 мм для ролика диаметром 60 мм на подшипнике с возможностью совершать возвратно-поступательного движение ко дну кольцевой канавки относительно направляющего отверстия, выполненного в промежуточной неподвижной сегментной вставке. При этом в боковых отверстиях направляющей втулки были установлены винты для регулирования высоты опускания ролика относительно дна кольцевой канавки до 4 мм, а основной неподвижный дугообразный сегмент выполнен с входным углом α_Б=30°. Изготавливали пруток диаметром 6,0 мм из припойного сплава СвАК12. Расплавленный металл, нагретый до температуры 680°C из печи-миксера с питателем через дозатор непрерывно подавали в кольцевую канавку, выполненную на верхней части диска кристаллизатора, который вращался с частотой 2,0 об/мин. За время движения до промежуточной неподвижной сегментной вставки расплавленный металл полностью кристаллизовался и охлаждался до температуры 550°C. Во время прохождения обрабатываемым металлом через промежуточную неподвижную сегментную вставку с помощью прижимного устройства под действием силы происходило вдавливание ролика в обрабатываемый металл на глубину 4 мм, и это положение фиксировали с помощью винтов для регулирования высоты опускания ролика относительно дна кольцевой канавки. 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 6,0 мм через рабочий канал вертикальной матрицы с вытяжкой λ=3,54.

Для сравнения заявляемого устройства с прототипом изготовление прутка проводили без вдавливания ролика 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 заявляемого устройства процесс выдавливания прутка происходило плавно, без рывков, а получаемый пруток по всей длине имел стабильные размеры.

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

Claims (2)

1. Устройство для непрерывного литья и прессования цветных металлов и сплавов методом конформ, содержащее дозатор, кристаллизатор в виде выполненного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости диска с кольцевой канавкой на верхней части, имеющего сопряженный с упомянутой канавкой неподвижный дугообразный сегмент с матрицей и с выступом, перекрывающим поперечное сечение кольцевой канавки, и установленную в зоне кристаллизации металла между дозатором и неподвижным дугообразным сегментом промежуточную неподвижную сегментную вставку, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей втулкой, установленной на неподвижной сегментной вставке, закрепленным в верхней части направляющей втулки посредством стержня эксцентриком с рычагом, прижимной вилкой с ползуном, контактирующим с эксцентриком, опорной втулкой, размещенной в прижимной вилке, роликом с подшипником, установленным на опорной втулке с возможностью возвратно-поступательного движения относительно направляющего отверстия в промежуточной неподвижной сегментной вставке, при этом неподвижный дугообразный сегмент выполнен с входным углом α_Б, соответствующим условию:

$${\alpha }_{Б}<\frac{2{ƒ}_{Б}}{1-{ƒ}_{Б}^2},$$

где ƒ_Б - коэффициент трения между основным неподвижным дугообразным сегментом и деформируемым металлом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в направляющей втулке выполнены боковые отверстия, в которых установлены фиксирующие винты для регулирования высоты опускания ролика относительно дна кольцевой канавки.

Images