СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК B21C23/00 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к устройствам для прессования цветных металлов при изготовлении проволоки и профилей из длинномерных и непрерывных заготовок, а также из гранулированных материалов.

В последние годы все более широкое практическое применение находит разработка экономичной технологии получения проволоки для электропроводников, профилей и труб методом непрерывного экструдирования металла на роторных установках получивших название "Конформ" [1]
Этот процесс прессования происходит непрерывно в деформационной зоне, образованной профильной канавкой экструзионного колеса и пристыкованной к нему рабочей заходной частью поворотного прижимного башмака с пятой, в которой размещена матрица.

После введения прутковой заготовки в рабочую полость подается предварительное давление на башмак, прижимающий заготовку к дну канавки по всей длине образованного при этом контейнера, затем приводится во вращение колесо. Металл заготовки под активным действием сил трения разогревается по всей длине контейнера, переходит в пластическое состояние и перемещается по рабочей канавке, образуя "зону осадки" перед матрицей. Выдавливание через матрицу начинается тогда, когда при дальнейшем вращении достигаются необходимые сжимающие напряжения и температура. Особенностью начальной стадии этого процесса является распрессовка переднего конца заготовки, которая происходит по всей длине деформационной зоны одновременно при высоком давлении материала в контейнере.

Известное устройство для непрерывного прессования состоит из приводного экструзионного колеса с профильной канавкой по окружности (калибром) и с горизонтальной осью вращения. В зависимости от материала заготовки примерно 1/8-1/4 часть колеса закрыта поворотным башмаком, рабочая часть которого образует с канавкой колеса полость (контейнер) для подачи прутковой заготовки.

Башмак заканчивается подпятником, в котором размещены упор и расширительная камера с прессовой матрицей. Башмак снабжен приводом прижима его к колесу.

Недостатком известных устройств является то, что условия проведения распрессовки не обеспечивают требуемого качества переднего конца прессуемого изделия (проводника) по механическим свойствам и удельному электрическому сопротивлению, что сопровождается отбраковкой ощутимого количества материала в пресс-остаток.

Это объясняется тем, что при постоянном угле захвата заготовки башмаком (по всей длине контейнера) в пусковой момент контактное трение заготовки с колесом не обеспечивает разогрева ее до температуры разупрочнения. В то же время величина контактного трения достаточна для начала процесса экструзии. В результате экструзия начинается уже при температуре меньшей температуры рекристаллизации металла заготовки и передний конец пресс-изделия выходит из матрицы нагартованный, что и обуславливает его низкие эксплуатационные качества.

Кроме того, при исследовании дефектных частей или короткой части заготовки, оставшейся в контейнере после прессования, оказывается что при низких вытяжках заготовка не полностью заполняет контейнер, создавая возможность захвата воздуха. Несмотря на улучшение заполнения путем прижима опоры, это часто приводит к волнистости заготовки на входе в контейнер.

При этом для устройства с неподвижным башмаком осевая распрессовка холодной заготовки в начальной стадии процесса требует повышения пускоовго момента в 3 раза по отношению к установившемуся режиму из-за потерь на трение сопротивляющегося действия между холодной заготовкой и неподвижными частями устройства на всей длине контейнера.

Повышение энергозатрат связано и с гидроприжимом башмака, требующего установки насосно-аккумуляторной станции, что в результате усложняет конструкцию устройства в целом.

Для устранения выявленных недостатков, обусловленных такой распрессовкой, разработана усовершенствованная конструкция на уровне патентной чистоты с подвижным башмаком выполненным в виде диска, который вращается в сторону вращения колеса с кольцевой канавкой, образующей с диском контейнер. На выходе из контейнера установлена матрица [2]
Однако, несмотря на то, что здесь силы трения сопротивляющегося действия при распрессовке сведены к минимуму, осевая распрессовка холодной заготовки также по всей длине дуги захвата в сочетании с различным направлением действия и колеса на заготовку приводят по прежнему к нагартовке пресс-изделия, искажению кристаллической решетки, и как следствие, к нежелательному упрочнению и ухудшению эксплуатационных свойств.

Остается нерешенной также и проблема исключения захвата воздуха прессуемым материалом в контейнере из-за неплотного заполнения его в зоне первичного захвата.

При этом необходимые мероприятия по уплотнению стыков вращающихся сопрягаемых плоскостей колеса и башмака с одновременным их прижатием и подводом матрицы к желобу колеса значительно усложняет конструкцию, требует повышенных энергозатрат и в итоге вызывают сомнение в целесообразности практической реализации такой схемы.

Технический результат, достигаемый изобретением, выражается в уменьшении пускового момента, снижении энергозатрат на экструзию, повышении технических характеристик пресс-изделия.

Это обеспечивается тем, что в способе непрерывного прессования цветных металлов и сплавов, включающем подачу переднего конца заготовки в деформационную зону, прижим его к рабочей поверхности экструзионного колеса и разогрев под активным действием контактного трения, распрессовку на упоре матрицы, а также экструзию пресс-изделия, распрессовку ведут с нагревом переднего конца заготовки до температуры разупрочнения начиная от упора матрицы с последовательным увеличением угла захвата деформационной зоны от нуля до рабочего значения.

При этом в устройстве, для непрерывного прессования цветных металлов и сплавов, содержащем приводное экструзионное колесо с профильным окружным желобом и прижимной башмак с упором, рабочая заходная часть которого образует с желобом колеса контейнер для подачи заготовки, заканчивающийся упором перед матрицей и сообщающийся с прессовой матрицей, согласно изобретению, башмак установлен в вертикальных направляющих с возможностью гравитационного перемещения до замыкания полости контейнера, при этом башмак снабжен ответным упором рабочего положения, установленным на указанных направляющих.

Кроме того, ответный упор рабочего положения башмака установлен от оси экструзионного колеса на расстоянии, превышающем расстояние между названной осью и упором перед матрицей. При этом башмак установлен с возможностью фрикционного подъема при обратном ходе экструзионного колеса из рабочего положения и вывода из направляющих с укладкой на крышку корпуса устройства в резервную позицию.

Именно данная конструктивная установка башмака обеспечивает в пусковой момент согласно способу постепенный разогрев переднего конца заготовки на всей длине деформационной зоны.

Уменьшение пускового момента достигается при снижении усилий контактного трения на колесе, за счет уменьшения фактического размера контейнера в пусковой момент до минимального, постепенного прижатия (заклинивания) и разогрева переднего конца заготовки от упора матрицы до полного ее обхвата по всей длине контейнера.

В сочетании с исключением привода прижатия башмака к колесу то позволяет изготовить пресс-изделие с требуемыми свойствами по всей его длине и сократить энергозатраты на экструзионный процесс.

Кроме того, при взаимодействии башмака с заготовкой обнаружен неожиданный эффект при повороте башмака во время работы в пределах его установочных зазоров с колесом. При этом повороте в нижней части контейнера образуется расширительная зона, а в его верхней части за счет дополнительного прижима башмака к колесу плотный контакт с заготовкой по сечению, исключающий захват воздуха прессуемым материалом в контейнер и связанную с этим волнистость.

Дополнительный прижим башмака к заготовке за счет момента сил улучшает заполнение канавки колеса материалом, увеличивает активные силы трения, что позволяет уменьшить рабочий угол захвата, снизить мощность привода и практически полностью исключить пресс-остаток в контейнере.

На фиг. 1 представлен главный вид устройства в начальной стадии процесса; на фиг. 2 положение башмака в рабочем положении; на фиг. 3 схема распределения усилий; на фиг. 4 поперечное сечение контейнера; на фиг. 5 схема вывода башмака в резервную позицию.

Способ непрерывного прессования реализуется следующим образом.

Пример осуществления способа с коэффициентом вытяжки 5.

Башмак заводят в направляющие таким образом, чтобы между упором башмака и его ответным упором рабочего положения имелся зазор, а упор матрицы совпадал с желобом экструзионного колеса диаметром 250 мм. Конец холодной заготовки-катанки диаметром 9 мм из алюминия марки А5 ставят на упор матрицы и опускают башмак до заклинивания переднего конца заготовки между рабочими профилями колеса и башмака. Сообщают вращение колесу со скоростью, не превышающей 20 об/мин, при этом прижатый носком рабочей части башмака конец заготовки разогревается в точке контакта до температуры рекристаллизации 250-350^оС, размягчается и под действием веса башмака и давления на упор матрицы распрессовывается, охватывая желоб и вовлекая в зону контактного трения следующие участки.

Башмак постепенно опускается и при достижении угла захвата номинального значения начинается заполнение канала матрицы и экструзия пресс-изделия проволоки диаметром 3,9 мм.

Режимы экструзионного процесса, особенно условия распрессовки и его основные конструктивные параметры (диаметр колеса, угол захвата башмака) определяются с учетом материала заготовки, степени вытяжки, температуры ее рекристаллизации и связанной с ней скоростью деформации.

Устройство состоит из экструзионного колеса 1, одетого на вал привода 2, работающего от электродвигателя мощностью 50 кВт с регулируемой частотой вращения 0-1000 об/мин (не показан). На колесе 1 выполнен окружной профильный желоб 3, соответствующий сечению прессуемой заготовки 4. Башмак 5 с упором 6 установлен в направляющих 7 и снабженных ответным упором рабочего положения 8 и охлаждающими каналами 9. В башмак 5 вмонтирована вставка 10 с рабочим профилем 11, упором 12 перед матрицей, матрицей 13 и матрицедержателем 14. В рабочем положении башмака 5 (фиг.2) его рабочий профиль 11 с желобом 3 колеса 1 образуют контейнер 15 для приема и распрессовки заготовки. Над колесом 1 размещена крышка 16 корпуса 17 с наклонной площадкой 18 в окне 19. Вал привода 2 выполнен с обратным ходом вращения. Все вышеназванные элементы смонтированы в корпусе 17.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы башмак 5 весом до 10 кг вручную заводится в направляющие 7 таким образом, чтобы между упором 6 башмака 5 и ответным упором 8 имелся зазор, а упор 12 матрицы 13 совпадал с желобом 3 колеса 1.

Конец заготовки 4 вводят в желоб колеса до касания ее торца с упором 12 матрицы 13. Башмак 5 собственным весом зажимает конец заготовки вблизи ее торца рабочим профилем 11.

Затем включается привод, передний конец заготовки постепенно разогревается до температуры рекристаллизации 250-350^оС со стороны вращающегося колеса 1, становится пластичным, поднимается под весом башмака 5, который при этом опускается на ответный упор рабочего положения 8.

С нарастанием температуры и осевого давления конец заготовки 4 распрессовывается на упоре 12 перед матрицей 13 и заполняет ее канал прессуемым материалом.

Для предотвращения в установившемся режиме перегрева инструмента и для повышения качества пресс-изделий включают систему охлаждения 9 вставки 10 с матрицей 13.

В процессе захвата конца заготовки на башмаке 5 появляется опрокидывающий момент, создающий дополнительный прижим рабочего профиля 10 к заготовке 4 по длине дуги предварительного захвата, определяемой углом Φ₁. Причина появления опрокидывающего момента М видна на фиг.3, где присутствуют две основные силы: сила Т, вызванная давлением материала заготовки на упор 12 матрицы 13 и реакция Р на ответный упор 8 башмака 5. В связи с тем, что между силами Р и Т существует расстояние, появляется момент сил М. Кроме того, появлению момента сил способствуют силы трения между боковыми стенками желоба 3 колеса 1 и боковыми стенками желоба 3 колеса 1 и боковыми стенками рабочего профиля 11 через облой 20.

Следует добавить, что при окончании процесса прессования, задний конец заготовки 4 проходит по всей длине контейнера 15 без образования пресс-остатка, чему также способствует опрокидывающий момент М на башмаке 5, наклоняющий башмак на колесо 1 и выжимающий оставшийся материал заготовки 4 из контейнера 15.

Для вывода в конце работы заклиненного башмака 5 из устройства включают обратный ход привода и башмак за счет сцепления упора 12 матрицы 13 с колесом 1 чеpез облой 20 в зазорах контейнера 15 поднимается и при смещенном к оси колеса его центра тяжести, опрокидывается на площадку 18 крышки 16.

Процесс и установка испытаны в промышленных условиях ТЭО "Уралэнерго" на заготовке из технически чистого алюминия марки АМ. Полученный новым способом образец проволоки, диаметром 3,9 мм по характеристикам временного сопротивления разрыву и удельному электрическому сопротивлению полностью на всей длине 1000 м, соответствует требованиям ТУ 16.П 71-088-90 без отбраковки переднего и заднего концов в пресс-остаток.

Кроме того, благодаря значительному уменьшению сил трения сопротивляющегося действия при распрессовке, установленная мощность нового устройства в эквивалентных размерах контейнера сокращена в сравнении с данными зарубежных источников примерно на 25%

Сущность изобретения: способ непрерывного прессования цветных металлов и сплавов заключается в том, что перед началом процесса башмак заводят в направляющие и в его промежуточном положении на упор перед матрицей ставят конец заготовки. После включения привода конец заготовки разогревается со стороны вращающегося экструзионного колеса, распрессовывается и при опускании под собственным весом башмак на упор его рабочего положения заполняет прессуемым материалом канал матрицы. Устройство содержит приводное экструзионное колесо с профильным желобом. Башмак с упором установлен в направляющих, на которых смонтирован ответный упор. В башмаке вмонтирована вставка с рабочим профилем перед матрицей, матрицедержателем и охлаждающими каналами. В рабочем положении башмак с желобом образуют контейнер для приема и распрессовки заготовки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ непрерывного прессования цветных металлов и сплавов, включающий подачу переднего конца заготовки в деформационную зону, прижим его к рабочей поверхности экструзионного колеса и разогрев под активным действием контактного трения, распрессовку на упоре матрицы, а также экструзию пресс-изделия, отличающийся тем, что распрессовку ведут с нагревом переднего конца заготовки до температуры разупрочнения, начиная от упора матрицы, с последовательным увеличением угла захвата деформационной зоны от нуля до рабочего значения. 2. Устройство для непрерывного прессования цветных металлов и сплавов, содержащее приводное экструзионное колесо с профильным окружным желобом и прижимной башмак с упором, рабочая заходная часть которого образует с желобом колеса контейнер для подачи заготовки, заканчивающийся упором перед матрицей и сообщающийся с прессовой матрицей, отличающееся тем, что башмак установлен в вертикальных направляющих с возможностью гравитационного перемещения до замыкания полости контейнера, при этом упор башмака снабжен ответным упором рабочего положения, установленным на указанных направляющих. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ответный упор рабочего положения башмака установлен от оси экструзионного колеса на расстоянии, превышающем расстояние между названной осью и упором перед матрицей. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что башмак установлен с возможностью фрикционного подъема при обратном ходе экструзионного колеса из рабочего положения и вывода из направляющих с укладкой на крышку корпуса устройства и резервную позицию.