НЕПРЕРЫВНЫЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАПИЛЛЯРОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2022 года по МПК B21C23/08 B21C1/22 F25B41/00 

Настоящее изобретение относится к непрерывному способу изготовления капилляров, выполненных из цветных металлов и сплавов. Хотя способ по изобретению может применяться к широкому сортаменту цветных металлов и сплавов, например, к меди, цинку, свинцу, магнию, серебру, золоту и т.д., и их сплавам, было установлено, что он особенно пригоден при обработке алюминиевых сплавов, которые имеют широкое коммерческое применение.

Применение капилляров становится все более широко распространенным в области терморегулирующих вентилей/клапанов, используемых в контурах охлаждения бытовых электроприборов.

Широкое применение этих вентилей потребовало разработки способов массового производства таких капилляров, которые обеспечивают количество и качество капилляров, например, с учетом высокой производительности и постоянных конструктивных характеристик. При этом было установлено, что медь и ее сплавы лучше всего подходят для удовлетворения требований в отношении высокой производительности и постоянных конструктивных характеристик. Однако вследствие высокой стоимости меди возникла необходимость в изготовлении капилляров из альтернативных, более дешевых материалов, в частности, из алюминиевых сплавов.

Применение алюминиевых сплавов для массового производства капилляров потребовало определенных исхищрений для удовлетворения требований в отношении надлежащих конструктивных и механических характеристик для обеспечения возможности непрерывного производства, без каких-либо дефектов и разрывов, мотков достаточной длины, например, длины, которая превышает 100 м, а предпочтительно превышает 1000 м, например, вплоть до 5 км и более. Процессы, используемые в настоящее время для непрерывного массового производства мотков капилляров, как правило, включают горячее прессование исходных материалов, имеющих сплошное поперечное сечение, полученных литьем, например, круглых заготовок, за которым следуют последующие этапы холодного волочения. При применении таких традиционных процессов было установлено, что не все алюминиевые сплавы пригодны для непрерывного производства вследствие того, что они приводят к недостаточной конструктивной прочности и поломкам, или по меньшей мере к дефектам капилляров при значительных длинах, например, свыше 100 м.

Для преодоления вышеупомянутых проблем в EP 1840487 был предложен конкретный состав алюминиевого сплава, который, хотя и принадлежит к серии UNI 3103 таких сплавов, представляет собой специфический выбор. Согласно данному патенту заявлен селективный состав алюминиевого сплава, который, как заявлено, представляет собой единственный алюминиевый сплав, способный выдерживать непрерывное производство капилляров с длинами, превышающими 100 м, без возникновения разрывов и/или дефектов, и который, как заявлено, обеспечивает возможность изготовления капилляров с по существу постоянными внутренними диаметрами. Помимо заявленного в нем конкретного состава, в EP 1840487 также заявлен соответствующий способ непрерывного производства алюминиевых сплавов, который предусматривает горячее прессование исходных круглых заготовок, их последующее волочение до желаемых диаметров капилляров, промывку внутренних поверхностей мотков капилляров и, наконец, окончательную термообработку для повышения пластичности полученных капилляров.

В уровне техники также известны процессы производства трубок посредством ротационного холодного прессования, например, из US 3765216. Согласно данному методу между вращающимся вокруг оси колесом и неподвижной стенкой устройства создают интенсивное трение, которое приводит к выделению тепла, необходимого для обеспечения текучести прессуемого металла, при отсутствии необходимости в подводе тепла извне. В US 5167138 описано устройство для непрерывного ротационного прессования, которое содержит средства охлаждения для обеспечения однородности размеров зерен прессованного изделия. В заявке на патент Китая CN 102615139 предложен конкретный сплав Al с высоким содержанием Si для повышения производительности непрерывного процесса ротационного прессования обычных трубок с диаметром 10-12 мм. Применение данного сплава не было предложено в производстве капилляров ввиду проблем с холодным прессованием, например, описанных в вышеуказанных документах.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ массового производства капилляров, в частности, исходя из алюминиевых сплавов, которые выгодны в отношении затрат по сравнению с капиллярами на основе меди и ее сплавов, при этом такой способ упрощен, является более экономически выгодным и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с процессами формования, используемыми до настоящего времени.

В рамках данной цели задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ непрерывного, практически «бесконечного», производства трубок, которые не имеют структурных дефектов, возникающих, как правило, в результате горячего прессования, например, бамбукообразных участков, разбухания, растрескивания и включений, и которые имеют внутреннее сечение, которое является по существу постоянным, что позволяет использовать их для изготовления капилляров, при отсутствии необходимости в дополнительных этапах для их получения.

Дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ изготовления капилляров, который может быть применен к цветным сплавам в целом и, в частности, к алюминиевым сплавам с составами, которые могут изменяться в широких пределах, включая широко используемые сплавы, которые не имеют никаких особых ограничений или ограничивающих факторов, соответствующих их химическому составу, и которые имеются в свободном доступе на рынке, например, в виде полуфабрикатов со сплошным поперечным сечением.

Эта цель и эти и другие задачи, которые станут более понятными в дальнейшем, достигается/решаются посредством способа изготовления капилляров из цветных сплавов, который включает непрерывное холодное ротационное прессование исходной заготовки со сплошным поперечным сечением, полученной литьем, для получения трубки, имеющей полое поперечное сечение, при этом деформирование прессуемой заготовки достигается только посредством силы трения, охлаждение полученной прессованием трубки до температуры окружающей среды и по меньшей мере один этап холодного волочения полученной прессованием трубки для уменьшения ее диаметра до диаметров, соответствующих капилляру.

Следовательно, способ согласно изобретению включает первый этап непрерывного холодного ротационного прессования в соответствии с методом, описанным, например, в US 3765216 или US 4055979, в котором подлежащую прессованию заготовку подают в холодном состоянии, без ее нагрева заранее, и она достигает необходимой деформации только посредством силы трения, создаваемой в машине для прессования. В частности, в соответствии с таким методом исходную заготовку, которая обычно представляет собой катанку, имеющую сплошное поперечное сечение, полученную обычно посредством литья и холодной прокатки на производственной линии, подают холодной в машину для ротационного прессования, которая содержит стальное вращающееся колесо, приводимое в движение посредством двигателя и редуктора. Колесо снабжено наружной, проходящей по периметру, бесконечной канавкой, в которую вставляется катанка, которая увлекается через камеру прессования и подвергается в ней воздействию большой силы трения, создаваемой за счет трения между колесом и участком стенки камеры, например, благодаря расположенным на ней выступам или штырям, которые входят в контакт с канавкой колеса во время вращения. При этом в зоне трения катанка в канавке достигает такого уровня текучести или деформации сплава, из которого она выполнена, который позволяет продавливать ее через матрицедержатель, например, комбинированную матрицу со встроенной иглой, который(ая) расположен(а) в камере прессования. Таким образом, на данном первом этапе способа происходит непрерывное ротационное прессование, при котором этот уровень деформируемости достигается в любом случае и прессование катанки происходит без подвода тепла извне или индукционного нагрева.

На практике может быть использована исходная катанка в виде мотка массой, которая может быть значительно большей, чем используемая в процессе горячего прессования. В целях иллюстрации, может использоваться моток массой 2000 кг, размещенный, например, на поддоне, который разматывают и очищают на внешней поверхности посредством обработки щетками или пропускания через водные растворы на производственной линии и который затем подают на непрерывное ротационное прессование. Катанка может иметь исходный наружный диаметр, составляющий, например, 9,5-15 мм. Несмотря на то, что способ может быть применен к различным цветным металлам и сплавам, например, включая медь, он особенно выгоден при изготовления капилляров из алюминиевых сплавов, требующихся в широком ассортименте, например, в области терморегулирующих вентилей, за счет их низкой стоимости по сравнению с медью и медными сплавами. Было фактически установлено, что, преимущественно, способ по настоящему изобретению может быть использован с широким рядом алюминиевых сплавов с механическими характеристиками, подходящими для легкой деформируемости выдавливанием, без других ограничивающих факторов или ограничений с точки зрения химического состава. Следовательно, могут быть использованы алюминиевые сплавы, определяемые стандартом UNI EN 573-3, серия 1000-6000, например, сплавы серии 3000, например, сплав EN-AW 3103, содержащий Si, Fe и Mg, которые значительно превосходят сплавы Al, описанные в EP 1840487.

Трубку, выходящую из машины для холодного ротационного прессования, пропускают через ванну охлаждения и сушки для охлаждения ее до температуры окружающей среды.

Полученную в результате прессования трубку затем направляют на контроль качества посредством индуцированного тока, например, через направляющие петли, для маркирования любых линейных дефектов, и затем она может быть направлена на последующие этапы холодного волочения, либо сразу, либо после намотки посредством моталок для ожидания таких последующих процессов.

Способ по изобретению в конце включает по меньшей мере одну конечную стадию холодного волочения, а, предпочтительно, последовательность стадий волочения для постепенного уменьшения диаметра полученной прессованием трубки до тех пор, пока она не достигнет желаемого диаметра капилляра, обычно внутреннего диаметра в диапазоне 0,2-4,5 мм. На практике холодное волочение является обычным, при котором одну или более операций уменьшения поперечного сечения трубок в холодном состоянии осуществляют на линиях волочения, с помощью имеющих соответствующие размеры волок и оправок.

Как можно видеть из вышеизложенного, способ согласно изобретению обеспечивает значительные преимущества за счет использования непрерывного холодного ротационного прессования, при котором не используется индукционный нагрев, в сочетании с конечным холодным волочением. При замене обычного горячего прессования холодным ротационным прессованием, при котором тепло подводится за счет силы трения и деформирование осуществляется посредством вращающегося колеса, заметно уменьшается потребление электроэнергии, при этом расход электроэнергии, выраженный в кВт на тонну продукции, равен одной трети от соответствующего расхода при обычном процессе изготовления капилляров на основе горячего прессования. Кроме того, непрерывный процесс холодного прессования, помимо неиспользования индукционного нагрева, за счет используемого в нем способа деформирования на вращающемся колесе обеспечивает уменьшение образования оксидов и не требует смазочных веществ на производственных инструментах, что делает промывание капиллярной трубки необязательным и несущественным. Действительно, в способе горячего прессования может быть необходимым, помимо смазывания инструментов, смазывание контейнера для заготовок графитом, маслом или полимерами специального состава.

Воздействие на окружающую среду заметно ослабляется за счет того, что потребление водных ресурсов уменьшается ниже 50 м³/ч воды, а расход гидравлического масла для приведения в действие машин – ниже 1 м³, и в то же время уменьшаются углеродсодержащие выбросы. Действительно, при отсутствии необходимости в индукционном нагреве не требуется нагревательная печь, которая обычно представляла бы собой электрическую индукционную печь и, следовательно, требовала бы системы охлаждения, с являющимся следствием этого увеличением необходимого объема воды. Альтернативно, устраняется потребление газообразного метана, используемого для работающих на метане нагревательных печей.

Наконец, способ по изобретению позволяет изготавливать капилляры неограниченной длины, в любом случае превышающей 10000 мм, и с по существу постоянными внутренними диаметрами, которые делают возможными минимальные изменения скорости потока текучей среды, и с оптимальной шероховатостью наружной и внутренней поверхностей.

Раскрытия изобретения в заявке на патент Италии № 102018000006938, по которой данная заявка испрашивает приоритет, включены сюда по ссылке.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении капилляров из цветных сплавов, в частности алюминиевых. Путем непрерывного холодного ротационного прессования исходной заготовки со сплошным поперечным сечением, полученной литьем, получают трубку, имеющую полое поперечное сечение. При этом деформирование прессуемой заготовки осуществляют только с использованием силы трения. Полученную трубку охлаждают до температуры окружающей среды и по меньшей мере за один этап холодного волочения уменьшают ее диаметр до диаметров, соответствующих капилляру. В результате обеспечивается возможность производства капилляров неограниченной длины с постоянными внутренними диаметрами, не имеющих структурных дефектов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления капилляров из цветных сплавов, который включает непрерывное холодное ротационное прессование исходной заготовки со сплошным поперечным сечением, полученной литьем, для получения трубки, имеющей полое поперечное сечение, при этом деформирование прессуемой заготовки достигается только посредством силы трения, охлаждение полученной прессованием трубки до температуры окружающей среды и по меньшей мере один этап холодного волочения полученной прессованием трубки для уменьшения ее диаметра до диаметров, соответствующих капилляру.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий этап намотки полученной прессованием трубки в виде мотка перед подачей на этап холодного волочения.

3. Способ по п.1 или 2, в котором упомянутый цветной сплав представляет собой алюминиевый сплав, выбранный из серии от 1000 до 6000 по стандарту UNI EN 573-3.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором сплав представляет собой алюминиевый сплав серии UNI 3103.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, включающий множество этапов холодного волочения, которые выполняют последовательно до тех пор, пока не будет получен внутренний диаметр капилляра в диапазоне от 0,2 до 4,5 мм.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором непрерывное ротационное прессование обеспечивают с использованием колеса с проходящей по периметру бесконечной наружной канавкой, в которой упомянутую заготовку размещают и подают в камеру прессования посредством контакта с выступами в камере для создания достаточного трения для достижения деформации, необходимой для прессования заготовки.

7. Применение непрерывного холодного ротационного прессования, которое создает трение, достаточное для деформирования и прессования заготовки, имеющей сплошное поперечное сечение, в сочетании с по меньшей мере одним этапом холодного волочения для изготовления капилляров из цветных сплавов.

8. Применение по п.7, в котором цветной сплав представляет собой алюминиевый сплав серии 1000-6000 по стандарту UNI EN 573-3, в частности, алюминиевый сплав серии UNI 3103.

9. Применение по п.7 или 8, в котором капилляр имеет внутренний диаметр 0,2-4,5 мм.