Способ непрерывного прессования изделий из цветных металлов и сплавов

 

Сущность изобретения: способ непрерывного прессования изделий из цветных металлов и сплавов включает подачу металла в контейнер, выдавливание его через матрицу и наматывание полученного изделия на катушки моталки. Перед началом процесса в рабочую зону матрицы со стороны ее входной зоны помещают вставку, имеющую раструб и глухое отверстие. Дно вставки при помощи гибкого элемента соединяют с катушкой моталки, затем осуществляют выдавливание переднего конца изделия через раструб в глухое отверстие вставки. При этом величину предела прочности материала вставки выбирают не менее чем у выдавливаемого металла. 6 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к получению проволоки и различных профилей из длинномерных и непрерывных заготовок с использованием экструзии.

Известен способ непрерывного прессования цветных металлов и сплавов, при котором металл подают в контейнер и при достижении необходимых сжимающих напряжений и температуры выдавливают через матрицу. Далее полученное изделие наматывают на катушку моталки. При этом до настоящего времени существует проблема заправки переднего конца изделия на катушку моталки, которая заключается в том, что во многих случаях передний конец заправляют на катушку вручную. Для осуществления этой операции приходится отключать электропривод экструзионного колеса, т.е. прерывать процесс экструзии. При этом резко изменяется скорость деформации, вследствие чего растут напряжения в прессуемом материале, находящемся в контейнере, обусловленные процессом ползучести. Это ведет к возникновению дефектов в вязком материале изделия. Применение для захвата переднего конца изделий тележек с клещевыми захватами различных конструкций не устраняет этого недостатка. В силу того, что начало прессования во времени может иметь циклический характер (время на разогрев матрицы, например), невозможно тележке задать постоянное усилие натяжения, учитывая к тому же, что тележка имеет большую массу, и, следовательно, большую инерционность. Эти явления могут быть причиной изменения скоростей деформации. Существенным недостатком применения тележек является их дорогостоимость.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в передаче переднего конца изделия из матрицы на катушку моталки без резкого изменения скорости деформации прессуемого материала, без применения сложного технологического оборудования.

Для решения этой задачи перед началом процесса в рабочую зону матрицы со стороны ее входной зоны помещают вставку, имеющую раструб и глухое отверстие, после чего соединяют ее с катушкой моталки, а выдавливание переднего конца изделия осуществляют через раструб в отверстие вставки. При этом величину предела прочности материала вставки выбирают не менее, чем у выдавливаемого металла.

Захват переднего конца в заявляемом способе осуществляется следующим образом. В процессе экструзии экструдируемый металл под действием выталкивающих усилий последовательно заполняет отверстие внутри вставки и стремится вытолкнуть ее из рабочей зоны матрицы. При выталкивании вставки экструдируемым металлом в стенках раструба возникают напряжения сжатия по радиусу и окружности. В результате в очаге деформации возникает обжатие раструба по стенке и диаметру. Раструб вставки увлекается металлом, проходит через входную зону матрицы и растягивается по поверхности металла, находящегося в отверстии вставки с одновременной вытяжкой в продольном направлении. В результате этого осуществляется прочный захват переднего конца изделия деформированным раструбом вставки. При этом способность вставки деформироваться без образования дефектов при давлении в контейнере, начиная от 40 кг/см², и прочно зажимать передний конец изделия обеспечивается предлагаемой формой и материалом вставки, величина предела прочности которого при режимах прессования должна быть не менее чем у выдавливаемого металла. Если для вставки выбрать материал менее прочный, чем выдавливаемый, то она может быть расплющена при выдавливании.

Вытолкнутая при выдавливании вставка вместе с прочно зажатым передним концом изделия (предварительно соединенная с катушкой моталки) подтягивается к катушке и наматывается на нее с постоянным усилием натяжения, которое задается задатчиком регулятора натяжения перед началом процесса прессования и автоматически поддерживается в течение всего процесса. Таким образом, передача переднего конца изделия из матрицы на катушку моталки осуществляется без остановки процесса экструзии и с постоянным усилием натяжения при рабочей скорости экструзионного колеса. Это исключает резкое изменение скорости деформации и как, следствие, вероятность возникновения дефектов в материале изделий. Наряду с этим раструб вставки обеспечивает также следующий эффект. При пониженной пластичности экструдируемого материала раструб вставки предотвращает появление на поверхности переднего конца изделия поперечных трещин в начальный момент прессования. В этот момент раструб вставки создает противодавление на мениск прессуемого металла. В результате создания противодавления появляются более благоприятные условия прессования переднего конца изделия, а именно снижается градиент скоростей истечения внутренних и наружных слоев металла пресс-изделия при выдавливании его через отверстие матрицы, т.к. в начальный момент прессования наружные и внутренние слои металла находятся в оболочке, что снижает осевые напряжения вблизи боковой поверхности изделия при скольжении его о стенки матрицы. Это позволяет устранить поперечные трещины на поверхности переднего конца изделия, которые являются следствием осевых напряжений растяжения при пониженной пластичности экструдируемого металла.

На фиг. 1 изображена схема начала процесса получения проволоки; на фиг. 2 схема захвата переднего конца изделия вставкой; на фиг. 3 схема распределения напряжений при выталкивании вставки экструдируемым металлом; на фиг. 4 схема начала процесса получения плоских профилей (шин); на фиг. 5 - сечение получаемой шины; на фиг. 6 схема начала процесса получения полых изделий (труб).

Пример 1. Методом непрерывного прессования получали проволоку диаметром 2 мм. Материалом для экструзии служил свинец марки C3 комнатной температуры, имеющий следующие механические характеристики: σ_0,2 5 МПа, σ_в 14 МПа, δ 50% j 100% Вытяжка составляла 6,25. Пруток диаметром 5 мм закладывали в контейнер и сжимали плунжером, имеющим диаметр 5 мм.

Перед началом процесса в рабочую зону 1 матрицы 2 со стороны ее входной зоны помещали цилиндрическую вставку 3 их технически чистого, мягкого, отожженного алюминия марки А5, имеющего следующие механические характеристики: s_в 80 МПа, σ_0,2 35 МПа, δ 35% HB 250 МПа.

Вставку 3 помещали таким образом, чтобы раструб 4 находился внутри контейнера, между передней поверхностью 5 матрицы 2 и экструдируемым материалом 6. Дно 7 вставки 3 при помощи гибкого элемента 8 соединяли с катушкой моталки (не показана) и при помощи задатчика регулятора натяжения задавали усилие, в данном случае равное 0,15 кг.

Выдавливание осуществляли через раструб 4 во внутреннее отверстие 9 вставки 3, имеющее цилиндрическую форму. Выдавленный передний конец изделия, прочно захваченный вставкой 3, предварительно соединенной с катушкой моталки, наматывался на нее, после чего наматывалось все изделие, с постоянным усилием натяжения, величина которого задавалась меньше, чем сила, вызывающая деформацию горячего металла, выходящего из матрицы. При этом привод моталки включали в следующих режимах: одновременно с пуском экструзионного колеса или с небольшим опережением, либо запаздыванием. В любом случае усилие натяжения поддерживали постоянным независимо от скорости прессования.

Для повышения прочности сцепления вставки с передним концом изделия на внутренней поверхности раструба 4 можно выполнить углубления (лунки), а внутреннее отверстие вставки 3 можно выполнить под некоторым углом к передней поверхности матрицы.

Пример 2. Методом непрерывного прессования получали проволоку из алюминия марки А5. Все технологические операции выполняли в соответствии с примером 1.

Материал экструдировали в горячем состоянии при Т 300^oC. Механические характеристики А5 при Т 300^oC следующие: s_в 18 МПа, σ_0,2 10 МПа, δ 80% вытяжка составляла 5. Материалом для вставки служил также алюминий марки А5, характеристики которого соответствует характеристикам, приведенным в примере 1.

Процесс осуществляется аналогично описанному в примере 1.

Как видно из сравнения механических свойств материалов вставок и экструдируемого металла, материал вставки выбирают пластичным, но он должен иметь более высокие или равные с экструдируемым металлом прочностные свойства. При испытании материалов с указанными свойствами расплющивания вставок не происходило.

Пример 3. Методом непрерывного прессования получали плоские изделия (фиг. 4, 5), а именно электротехнические шины из материала согласно примеру 1. Отличие состояло в том, что для изготовления этого вида изделий вставку 10 выполняли в виде пластины с раструбом 11, изготовленным в форме "зева". Кромки "зева" выполняли заостренными, либо с лунками для удержания переднего конца изделия при выходе из рабочей зоны матрицы.

Пример 4. Методом непрерывного прессования получали полые изделия (трубы) (фиг. 6). Материал для экструзии и материал вставки соответствовали примеру 1. Все технологические операции также выполняли в соответствии с примером 1. При этом вставку 12 выполняли в форме стакана. Захват переднего конца изделия производили аналогично способу, описанному в примере 1. Отличие заключалось в том, что обжатие экструдируемого металла раструбом стакана происходило между матрицей 13 и неподвижной оправкой 14.

Таким образом, предложенный способ существенно расширяет технические возможности известного способа непрерывного прессования различных профилей из длинномерных и непрерывных заготовок, позволяя осуществлять операцию наматывания изделия на катушку моталки в качестве неотъемлемой части процесса непрерывного прессования изделий.

Предлагаемым способом можно изготавливать широкую номенклатуру полых и сплошных профилей "бесконечной" длины, таких как проволока, электротехнические шины, уголки, радиаторные трубы, кабели со стальным сердечником и пр.

Способ успешно прошел экспериментальные испытания в АО "Свердловэнерго".

Формула изобретения

Способ непрерывного прессования изделий из цветных металлов и сплавов, включающий подачу металла в контейнер, выдавливание его через матрицу и наматывание полученного изделия на катушку моталки, отличающийся тем, что перед началом прессования в рабочую зону матрицы со стороны ее входной зоны помещают вставку, имеющую раструб и глухое отверстие, после чего соединяют ее с катушкой моталки, а выдавливание переднего конца изделия осуществляют через раструб в отверстие вставки, при этом величину предела прочности материала вставки выбирают не менее, чем у выдавливаемого металла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6