СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КОЛЛЕКТОРНЫХ ПРОФИЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к способам производства высокоточных трапециевидных профилей, имеющих одну ось симметрии, из черных и цветных металлов, и может быть использовано для производства коллекторных профилей.

В практике обработки цветных металлов наиболее широкое распространение получило производство коллекторных профилей путем многопроходного волочения горячекатаных полос на однократных и многократных цепных и барабанных станах [1]
Большое количество проходов волочения, промежуточных термообработок, операций по острению переднего конца и подготовки поверхности, необходимых для осуществления известного способа производства [1] отрицательно сказываются на себестоимости коллекторных профилей.

В этой связи выбор оптимального способа осуществления операций, входящих в процесс производства коллекторных профилей, например, острения, равно как и создание альтернативных технологических схем производства на основе сочетания различных способов обработки металлов, имеет важное значение.

Острение фасонных профилей очень сложная операция, которая до настоящего времени не получила еще оптимального решения. При производстве фасонных профилей наибольшее распространение получил способ поштучного острения путем обжатия переднего конца заготовок в калиброванных острильных вальцах.

Длина заостренного конца профиля обычно зависит от сечения профиля и колеблется в пределах от 100 до 300 мм [2] Обжатие переднего конца производят с таким расчетом, чтобы конец на заданном расстоянии был утонен на 0,1 1 мм по отношению к соответствующим размерам поперечного сечения канала волоки с плавным переходом к основному сечению заготовки, при этом чем меньше величина утонения (чем выше точность формирования заданного поперечного сечения переднего конца заготовки), тем больше, особенно в случае производства коллекторных профилей из малопластичных сплавов, производительность процесса волочения.

Для достижения последнего технологический процесс обжатия переднего конца заготовок в острильных вальцах осуществляется в несколько проходов в калиброванных ручьях по различным схемам калибровки, например, гладкая бочка - ребровой калибр [3] При этом количество проходов при острении переднего конца заготовки однозначно определяется количеством проходов волочения (суммарной вытяжкой).

Бочки вальцев [3] имеют гладкую часть для плющения переднего конца заготовок и несколько ребровых калибров, размеры которых зависят от сортамента. В сечении по гладкой части и по калибрам вальцы имеют переменный диаметр, что обеспечивает возможность пропуска утоняемого участка переднего конца заготовки между вальцами до начала деформации на заданную длину до упора.

Невозможность получения трапециевидного поперечного сечения заготовки ограничивает технологические возможности устройства [3] при производстве коллекторных профилей, стадией чернового формоизменения переднего конца заготовки.

Для чистового формоизменения переднего конца заготовки в случае производства коллекторных профилей известно устройство [4] содержащее два приводных вальца, выполненных в виде секторов переменного радиуса, оси вращения которых расположены под углом друг к другу, а торцы их со стороны меньшего зазора скошены, при этом на одном из скосов размещен нож.

Назначение устройства [4] выполнять подготовку переднего конца заготовки перед волочением коллекторных профилей посредством комбинированного процесса и, исходя из конструктивного исполнения вальцев, вначале имеет место резка, а потом совместное осуществление резки и вальцовки. При этом в процессе подготовки переднего конца на устройстве [4] наблюдается:
осевое перемещение нижнего вальца;
серпение полосы и ее сброс в направлении менее обжимаемых участков (неравенство обжатий по ширине калибра);
поворот заготовки при взаимодействии с ножом.

Указанные факторы отрицательно сказываются на точности формирования поперечного сечения переднего конца заготовки. Поэтому при производстве коллекторных профилей операция обжатия переднего конца заготовки в пластовом трапециевидном калибре и удаления элемента сечения (участка со стороны большего основания на длине 100 300 мм) резанием осуществляется на отдельном агрегате [5]
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ производства коллекторных профилей, включающий предварительную поштучную прокатку исходной заготовки на гладкой бочке, подготовку переднего конца прокатанной заготовки к волочению многопроходным формоизменением в калибрах острильных вальцев и чистовую многопроходную деформацию в монолитных волокнах [6]
Получение после предварительного плющения в прокатной клети поперечного сечения заготовки в виде плоского овала, предопределяет при производстве коллекторных профилей из-за их клиновидности использование для чистового формоизменения 3 5 проходов волочения в монолитных волокнах, что отрицательно сказывается на производительности способа, существенно увеличивает парк монолитных волок и ограничивает технологические возможности оборудования, в части его реализации при производстве коллекторных профилей из малопластичных сплавов на высокопроизводительных непрерывных прокатно-волочильных станах.

Необходимо отметить, что острение переднего конца плющенной заготовки многопроходным формоизменением в острильных вальцах с получением его поперечного сечения в последнем проходе в виде трапеции путем деформации в пластовом трапециевидном калибре и удаление участка со стороны большего основания на длине 100 300 мм (зарубка переднего конца) [4, 5] связано со следующим.

Получение заданной клиновидности переднего конца заготовки путем деформации последнего в трапециевидном пластовом калибре сопровождается серпением полосы и сбросом последней в направлении менее обжимаемого участка. А это обуславливает введение в технологический процесс острения дополнительной трудоемкой и не механизированной операции правки переднего конца. Кроме того, осевой сброс полосы в трапециевидном пластовом калибре отрицательно сказывается на точности формоизменения поперечного сечения заостряемого участка заготовки, что в сочетании с низкой точностью операции "зарубка" приводит, особенно при производстве высокоточных коллекторных профилей из малопластичных сплавов, например, БрКд1 по ГОСТ 4134-75, к повышенной обрывности и снижает производительность. Отрицательное влияние операции "зарубка" на производительность при производстве коллекторных профилей из малопластичных сплавов усугубляется тем, что плоскость реза является явно выраженным концентратом напряжений, что приводит из-за повышенной обрывности к увеличению промежуточных термообработок, а в ряде случаев и проходов волочения.

Учитывая большое количество типоразмеров коллекторных профилей и многопроходность процесса волочения (неоднократное выполнения острения при производстве каждого профиля) для их производства, необходимо иметь большой парк вальцев с различными типоразмерами трапециевидных калибров, что отрицательно сказывается на производительности процесса волочения (большое количество перевалок вальцев) коллекторных профилей и их себестоимости.

В основу изобретения положена задача устранения этих недостатков, а именно повышение производительности способа при производстве коллекторных профилей из высоко- и малопластичных сплавов, сокращение парка острильных вальцев и монолитных волок и расширение его технологических возможностей в случае производства профилей из малопластичных сплавов.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе производства коллекторных профилей, включающем предварительную прокатку исходных заготовок, острение их передних концов многопроходным формоизменением в калибрах острильных вальцев с получением клиновидного поперечного сечения и последующую деформацию в монолитных волоках, согласно изобретению идентичные исходные заготовки попарно выравнивают по длине их передних концов и стыкуют по одноименным боковым поверхностям, прокатку и острение концов заготовок производят попарно без изменения взаимного положения заготовок в паре, острение осуществляют в два этапа, первый из которых производят в общем ребровом калибре острильных вальцев перед прокаткой, после чего парную заготовку кантуют на 90^o, второй в общем ромбическом калибре острильных вальцев после прокатки, прокатку осуществляют в общем ромбическом калибре прокатной клети, при этом перед деформацией в монолитных волоках парные заготовки разделяют, а формирование клиновидности поперечных сечений заготовок производят в соответствии с зависимостью α₁< α₂< α₃= α_п, где α₁, α₂, α₃- углы клиновидности поперечных сечений заготовок, получаемых на выходе, соответственно из общего ребрового калибра острильных вальцев и общих ромбических калибров прокатной клети и острильных вальцев, α_п угол клиновидности готового профиля.

Выполнение прокатки заготовок и подготовки их передних концов к волочению в спаренном виде в общих калибрах позволяет интенсифицировать процесс производства коллекторных профилей на стадиях прокатки и подготовки передних концов заготовок к волочению за счет одновременной деформации двух заготовок.

Последовательное формоизменение составной заготовки (и ее переднего конца) без изменения взаимного положения идентичных заготовок в составной заготовке в общих ребровом и ромбических калибрах, на выходе из которых идентичные заготовки имеют трапециевидное поперечное сечение, и состыкованы по большим основаниям в сочетании с увеличением от прохода к проходу клиновидности поперечных сечений идентичных заготовок с получением ее величины на выходе из общего ромбического калибра острильных вальцев, равной по величине клиновидности готового профиля, обеспечивает:
сокращение количества проходов волочения и острения соответственно в монолитных волоках и калибрах острильных вальцев;
качественное формирование трапециевидного поперечного сечения заостренного переднего конца;
прямолинейный выход передних концов заготовок из общих калибров;
исключение операции правки и зарубки передних концов после их острения.

Сокращение количества проходов волочения и острения достигается за счет максимального приближения несимметрии формы поперечного сечения идентичных заготовок после прокатки к форме поперечного сечения готового профиля, что, в свою очередь, позволяет существенно повысить производительность способа и сократить парк острильных вальцев и волок.

Кроме того, сокращение количества проходов волочения, а следовательно, и исключение промежуточных отжигов расширяет технологические возможности способа при производстве коллекторных профилей из малопластичных сплавов путем его реализации, например, по технологической схеме бунт-бунт на высокопроизводительных прокатно-волочильных станах [6]
Качественное формирование трапециевидного поперечного сечения заготовок (передних концов) и прямолинейный выход концов заготовок (передних концов) из очага деформации обеспечивается следующим.

При касании идентичных заготовок наклонных стенок любого из общих калибров осуществляется выборка зазоров внутри составной заготовки и между последней и наклонными стенками общего калибра и происходит захват составной заготовки вальцами (валками).

Благодаря тому, что левая и правая части калибра симметрична друг к другу, поперечные сечения деформируемых участков заготовок идентичны, а величины обжатий, равно как и смещаемых площадей единичных заготовок наклонными стенками соответствующих частей калибра, равны между собой и возрастают в направлении от вертикальной оси симметрии калибра к его периферийным частям, при деформации обеспечивается надежная фиксация заготовок от осевых перемещений с расположением плоскости контакта по горизонтальной (вертикальной) оси симметрии калибра.

Выполнение деформации составной заготовки и ее передних концов в предлагаемой последовательности, а именно острение передних концов заготовок в общем ребровом калибре острильных вальцев-кантовка составной заготовки на 90^oC прокатка составной заготовки в общем ромбическом калибре острение переднего конца составной заготовки в общем ромбическом калибре острильных вальцев, в сочетании с неизменностью взаимного положения идентичных заготовок в составной заготовке при осуществлении упомянутого цикла позволяет:
снизить обрывность при заправке переднего конца в монолитную волоку за счет повышения точности формирования поперечного сечения остренных концов заготовок и исключения операции "зарубка", путем контроля размеров их поперечных сечений и по высоте и по ширине и следовательно повысить производительность;
улучшить условия захвата в общем ромбическом калибре при осуществлении прокатки составной заготовки, и в результате этого за счет увеличения вытяжки (величины обжатия) при прокатке интенсифицировать процесс производства высокоточных коллекторных профилей;
исключить влияние внешних недеформированных участков на точность формирования передних концов заготовок и обеспечить прямолинейность переходных участков (участков с переменным поперечным сечением) при острении переднего конца составной заготовки в общем ромбическом калибре острильных вальцев.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает при производстве коллекторных профилей из высоко- и малопластичных сплавов повышение производительности, сокращение парка острильных вальцев и монолитных волок и расширение технологических возможностей в случае производства профилей из малопластичных сплавов путем его реализации, например, по технологической схеме бунт-бунт на высокопроизводительных прокатно-волочильных станах [6]
На фиг. 1 показана схема деформации передних концов составной заготовки в общем ребровом калибре острильных вальцев; на фиг. 2 схема деформации составной заготовки в общем ромбическом калибре прокатной клети; на фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1, но в общем ромбическом калибре.

Способ осуществляется следующим образом.

Передние концы двух идентичных исходных заготовок 1, например прямоугольного поперечного сечения, выравнивают по длине и стыкуют по боковым граням. Полученную парную (составную) заготовку 2 задают с помощью привалковой арматуры (на черт. не показано) в общий ребровой калибр 3, образованный вальцами 4, 5 острильного устройства. Общий ребровой калибр 3 имеет две оси симметрии (X X, Y Y), при этом угол α₁ между гранями ручьев калибра 3 выполнен меньшим, чем угол α_п между боковыми гранями готового профиля. Задачу составной заготовки 2 осуществляют примаксимальном зазоре между вальцами 4, 5 на заданную длину до упора. При встречном вращении вальцев наклонные грани ручьев калибра 3 касаются внешних кромок составной заготовки 2, в результате чего происходит выборка зазоров внутри составной заготовки 2 и ее захват вальцами 4, 5. Благодаря тому, что калибр 3 и составная заготовка имеют по две оси симметрии, а вращение вальцев не совпадает с направлением задачи составной заготовки при деформации передних концов составной заготовки обеспечивается:
прямолинейный выход передних концов из очага деформации;
идентичность черновых трапециевидных поперечных сечений продеформированных концов 6 с расположением плоскости контакта в составной заготовке 2 строго по горизонтальной оси X X симметрии калибра 3 (фиг. 1).

Далее составную заготовку 2 без изменения взаимного положения идентичных заготовок 1 кантуют на 90^o и с помощью привалковой арматуры (на черт. не показано) задают продеформированными передними концами 6 в общий ромбический калибр 7, образованный валками 8, 9 прокатной клети. Включается привод валков 8, 9 и вследствие того, что левая и правая части калибра 7 симметричны друг другу, поперечные сечения деформируемых участков заготовок 6 (1) идентичны, а величины обжатий, равно как и смещаемых площадей единичных заготовок наклонными стенками соответствующих частей калибра 7, равны между собой и возрастают в направлении от вертикальной оси симметрии калибра к его периферийным частям (угол α₂ между оппозитно расположенными гранями ручьев разноименных валков выполнен большим, чем угол α₁ клиновидности поперечных сечений передних концов 6 заготовок 1), при деформации обеспечивается надежная фиксация заготовок от осевых перемещений с расположением плоскости контакта строго по вертикальной оси Y Y симметрии калибра (фиг. 2).

После прокатки передний конец составной заготовки 2 без изменения углового положения последней и взаимного положения ее составных частей задают с помощью привалковой арматуры (на чертеже не показано) в общий ромбический калибр 10, образованный вальцами 11, 12 острильного устройства. Угол α₃ между оппозитно расположенными гранями общего ромбического калибра 10 выполнен большим, чем угол α₂ клиновидности поперечных сечений прокатных заготовок 1 (передних концов 13), и равным углу α_п между боковыми гранями готового профиля. Содержание и последовательность выполнения операций при осуществлении чистого прохода острения переднего конца составной заготовки 2 в общем ромбическом калибре 10 острильных вальцев аналогичен описанному выше при острении в общем ребровом калибре 3, а характер взаимодействия вальцев 11, 12 с составной заготовкой 2 и ее частями при прокатке составной заготовки 2 в общем ромбическом калибре 7. По завершению острения переднего конца составная заготовка 2 разделяется на отдельные части и известным образом производится получение готового профиля и известным образом производится получение готового профиля путем его волочения в монолитной волоке за 1 2 прохода.

Для определения эффективности предлагаемого способа производства были выпущены опытные партии высокоточного коллекторного профиля с размерами поперечного сечения 1,33 0,02 х 3,2 0,02 х 7,1 0,04 мм, (где 1,33 0,02 мм ширина малого основания, 3,2 мм ширина большого основания, 7,1 0,04 мм высота высокоточного коллекторного профиля), по двум технологическим схемам известной и предлагаемой. Материал профиля медный сплав БрКд1 по ГОСТ 4134-75. В качестве исходной заготовки в первом случае использовалась заготовка круглого поперечного сечения диаметром 7,2 мм, а во втором - прямоугольного с мерами поперечного сечения 4х7,2 мм.

Технологический процесс производства высокоточного коллекторного профиля по известному способу включал в себя операции травления и промывки (осуществлялись перед прокаткой и после промежуточного отжига), подготовки переднего конца (осуществлялись перед первым и третьим проходами волочения), плющения исходной заготовки в цилиндрических валках прокатной клети и три прохода волочения на непрерывном прокатно-волочильном стане, один промежуточный отжиг (после третьего прохода волочения) и чистовой проход волочения на однократном волочильной стане с диаметром барабана 650 мм.

Острение перед первым волочением производилось следующим образом.

Передний конец от бунта с исходной заготовкой подвергали плющению на гладкой бочке, обжатию в ребровом и пластовом трапециевидном калибрах острильных вальцев. Далее передний конец подвергали правке и с помощью летучих ножниц осуществляли зарубку переднего конца со стороны большого основания трапеции.

Аналогично осуществлялось острение переднего конца перед третьим волочением за исключением того, что обжатие переднего конца выполнялось в два прохода в ребровом и пластовом трапециевидном калибрах острильных вальцев.

Суммарная вытяжка по пределу для заготовки по известному способу составила λ_Σ 2,54, а для ее переднего конца l_S 3,4 (измерялась площадь поперечного сечения переднего конца после чистового волочения).

Технологический процесс производства высокоточного коллекторного профиля по предлагаемому способу включал в себя операции травления и промывки (осуществлялись перед прокаткой), подготовки переднего конца (в два прохода
до и после прокатки) один проход прокатки и один проход волочения. Прокатки и волочение осуществлялись на непрерывном прокатно-волочильном стане.

Суммарная вытяжка l_S каждой из исходных идентичных заготовок по переделу составила l_S 1,778, в том числе при прокатке составной заготовки в общем ромбическом калибре l_п.р. 1,376, а суммарная вытяжка при острении передних концов λ_Σo 1,905, в том числе при деформации в общем ребровом калибре острильных вальцев λ_о.р 1,232.

Клиновидность поперечных сечений заготовок, полученных на выходе из общих ребрового калибра острильных вальцев, ромбических калибров прокатной клети и острильных вальцев, составляла соответственно 10^o, 14^o, 15^o (угол между боковыми гранями высокоточного коллекторного профиля α_п 15^o).

Необходимость выполнения предлагаемого соотношения (α₁< α₂< α₃= α_п) была проверена экспериментальной прокаткой парных образцов в общем ромбическом калибре с углом между оппозитно расположенными гранями α 14^o. Всего было подготовлено восемь пар идентичных заготовок, имеющих трапециевидное поперечное сечение. При этом в 1 4 парах клиновидность сечений заготовок была выполнена равной 14^o, 5 8 15^o. В результате проведенной прокатки было установлено, что прямолинейность и точность геометрических размеров поперечных сечений, особенно при прокатке заготовок с углом исходной клиновидности a 15^o, существенно уступают аналогичным показателям, полученным при выпуске опытной партии высокоточного коллекторного профиля 1,33-0,02х3,2-0,02х7,1-0,04 мм по предлагаемому способу.

Процесс деформации составной заготовки в острильных вальцах и прокатной клети протекал устойчиво. Непрямолинейность заготовок и их передних концов после прокатки и острения не превышала 2 4 мм на погонный метр. Точность размеров поперечного сечения, полученных после волочения профилей и их прямолинейность, соответствовала требованиям ГОСТ 4134-75.

Сравнительный анализ точности формирования передних концов, полученных по известному и предлагаемому способам показал, что в первом случае колебания размеров поперечного сечения по длине заправочного конца достигают 1,5 мм, а во втором не превышают 0,15 мм. (Проверка выполнялась измерением величины просвета между каналом волоки и заготовкой).

Следует также отметить, что при подготовке переднего конца заготовки к волочению согласно известному техническому решению точность сформированного конца заготовки, в отличие от предлагаемого способа обязательно проверялась путем контрольной заправки конца в волоку и зачастую, при однократном выполнении цикла (обжатие-зарубка-контрольная заправка), добиться завершения процесса острения переднего конца не удавалось. Причем, когда при резке удалялся слишком большой участок, остренный конец полностью обрезался и вновь подвергался обжатию в вальцах.

Таким образом, положительный эффект, достигаемый использованием предлагаемого изобретения по сравнению с известными техническими решениями, состоит в повышении производительности, сокращении парка острильных вальцев и монолитных волок и расширение технологических возможностей в случае производства профилей из малопластичных сплавов.

Повышение производительности и сокращение парка острильных вальцев и монолитных волок обеспечивается:
одновременной деформацией двух заготовок;
сокращение количества проходов волочения и острения;
исключением операций правки переднего конца и его зарубки.

Расширение технологических возможностей способа достигается путем организации производства коллекторных профилей из малопластичных сплавов на современных, высокопроизводительных непрерывных прокатно-волочильных станах.

Целесообразно использование предлагаемого изобретения и при производстве трапециевидных высокоточных профилей из черных и цветных металлов и сплавов. При этом, в качестве исходной заготовки может быть использована заготовка с поперечным сечением отличным от прямоугольного, например, круглого, либо трапециевидного с углом киновидности меньше, чем угол клиновидности на готовом профиле, так как характер взаимодействия наклонных стенок общего ромбического (ребрового) калибра с составной заготовкой, образованной из идентичных заготовок круглого или трапециевидного поперечного сечения, также обеспечивает высокое качество продеформированных профилей.

Источники информации.

1. Брабец В.И. Проволока из тяжелых цветных металлов и сплавов. Справ. издание, 1984, с. 217.

2. Уральский В.И. Плахотин В.С. Производство фасонных профилей методом гидропрессования. М. Металлургия, 1978, с. 10-11.

3. Патент ГДР N 243440. МКИ B21C 5/00, 1987 г.

4. Авт. свид. СССР N298401, МПК B21C 5/00, 1971 г. Б N 11.

5. Работа на малых гильотинных ножницах. Рабочая инструкция N РИЦМО 15/953-78
6. Василевский П. А. Железняк Л.Ж. Красикова А.Е. и др. Производство медных электортехнических профилей на прокатно-волочильном стене. Информационный листок N562-94, Свердловский центр научно-технической информации, 1994 г.

Использование: повышение производительности при производстве высокоточных коллекторных профилей, сокращение парка острильных вальцев и волок и расширение технологических возможностей в случае производства профилей из малопластинчатых сплавов. Сущность: предварительную прокатку и острение переднего конца заготовок 1 осуществляют в спаренном виде в общих калибрах без изменения взаимного положения идентичных заготовок в составной заготовке, при сборке последней передние концы идентичных заготовок выравнивают по длине и стыкуют по одноименным боковым поверхностям, кроме того, острение передних концов заготовок выполняют в два прохода, при этом первый проход осуществляют перед прокаткой в общем ребровом калибре, далее составную заготовку кантуют на 90^o и производят ее прокатку и острение в общих ромбических калибрах соответственно прокаткой клети и острильных пальцев, а формирование клиновидности поперечных сечений идентичных заготовок производят по зависимости α₁< α₂< α₃= α_п, где α₁, α₂, α₃ - углы клиновидности поперечных сечений идентичных заготовок, полученных на выходе соответственно общего рабочего калибра острильных вальцев и общих ромбических калибров прокатной клети и острильных вальцев, α_п - угол между боковыми гранями высокоточного коллекторного профиля. 3 ил.

Способ производства коллекторных профилей, включающий предварительную прокатку исходных заготовок, острение их передних концов многопроходным формоизменением в калибрах острильных вальцов с получением клиновидного поперечного сечения и последующую деформацию в монолитных волоках, отличающийся тем, что идентичные исходные заготовки попарно выравнивают по длине их передних концов и стыкуют по одноименным боковым поверхностям, прокатку и острение концов заготовок производят попарно без изменения или с сохранением взаимного положения заготовок в паре, острение осуществляют в два этапа, первый из которых проводят в общем ребровом калибре острильных вальцов перед прокаткой, послечего парную заготовку кантуют на 90^o, второй в общем ромбическом калибре острильных вальцов после прокатки, прокатку осуществляют в общем ромбическом калибре прокатной клети, при этом переддеформацией в монолитных волоках парные заготовки разделяют, а формирование клиновидности поперечных сечений заготовок производят в соответствии с зависимостью
α₁< α₂< α₃= α_n,
где α₁, α₂, α₃ - углы клиновидности поперечных сечений заготовок, получаемых на выходе соответственно из общего ребрового калибра острильных вальцов и общих ромбических калибров прокатной клети и острильных вальцов;
α_n - угол клиновидности готового профиля.