Колосниковый профиль для производства щелевых сеток и способ его изготовления

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к сортовой прокатке, и может быть использовано при холодной прокатке высокоточных периодических профилей мелкого сечения, а конкретно для получения холоднокатаных профилей с односторонним периодом, имеющих одинаковую ширину по длине, которые могут быть применимы при изготовлении щелевых сеток. Колосниковый профиль выполнен из круглой проволоки и содержит полотно в виде прямоугольника определенной толщины, на одной из широких сторон которого выполнены периодически повторяющиеся с определенным шагом, определенной формы и размеров выступы. Способ его изготовления включает подготовку поверхности исходной катанки к волочению, ее волочение и холодную деформацию в колосниковый профиль в закрытом четырехвалковом калибре, один из валков которого имеет канавки, соответствующие выступам профиля. Упрощается технология изготовления сеток и уменьшается трудоемкость их изготовления. 2 с. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к сортовой прокатке, и может быть использовано при холодной прокатке высокоточных периодических профилей мелкого сечения, а конкретно для получения холоднокатаных профилей с односторонним периодом, имеющих одинаковую ширину по длине, периодические выступы высотой 0,3...2,5 мм, которые могут быть применены при изготовлении щелевых сеток.

Щелевые сетки изготовляют с плоской и криволинейной поверхностью в виде пустотелых цилиндров (колец) или конусов, их используют для обезвоживания, фильтрации и сортировки различных сыпучих и кусковых материалов. Щелевые сетки изготавливают из проволоки фасонного профиля ("колосниковых профилей") различной формы и размеров. Щелевые сетки получают путем параллельной установки колосниковых профилей на ребра жесткости и их крепления посредством соединительных стержней или сварки. Перспективным направлением является изготовление щелевых сеток методом сварки из колосниковых профилей, полученных прокаткой [1].

Известны колосниковые профили из нержавеющих марок сталей, имеющие трапециевидное сечение по всей длине профиля, применяемые для изготовления щелевых сит обезвоживающих центрифуг, используемых в угольной и химической промышленности. Плоские карты щелевых сеток получают путем параллельной установки колосниковых профилей на ребра жесткости с заданной шириной щели и последующей сварки мест контакта колосниковых профилей с ребрами жесткости. Щелевые сетки в виде колец (цилиндров) получают гибкой плоских щелевых карт на гибочных машинах. Данные трапециевидные профили изготавливаются штамповкой или волочением через монолитные волоки, при этом профиль имеет радиусы закруглений между рабочей плоскостью и боковыми плоскостями в пределах 0,25. ..0,4 мм, что снижает эффективность обезвоживающих центрифуг. Известна также технология производства трапециевидной проволоки с острыми кромками из нержавеющих марок сталей методом холодной прокатки в фасонных калибрах за три прохода [2].

Недостатки данного колосникового профиля: - требуются довольно сложные специальные приспособления для точной установки колосников с заданной шириной щели по всей длине сетки, которая может быть длиной до 2,5 м; - сложность и значительная трудоемкость изготовления дуговых и цилиндрических сит в связи с тем, что вначале делается плоская карта, а затем из нее методом гибки получают сетку с криволинейной поверхностью.

Недостатком способа изготовления данного колосникового профиля с острыми кромками является использование трехклетевого стана с фасонными калибрами.

Известен колосниковый профиль, используемый для изготовления щелевых конических сит и представляющий собой катаный профиль с односторонними периодическими выступами, поперечное сечение профиля по полотну выполнено в виде асимметричного клина, а по выступам в виде трапеции, при этом угол между боковой гранью и большим основанием трапеции равен углу конуса щелевого конусного сита [3].

Недостатком данного колосникового профиля является невозможность его использования при навивке цилиндрических щелевых сит и изготовлении плоских щелевых сеток в виде карт, так как угол между большим основанием трапеции и боковой гранью меньше 90^o.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению - колосниковому профилю - является колосниковый профиль из коррозионно-стойких сталей для изготовления щелевых сеток, выполненный из круглой проволоки диаметром d, содержащий полотно, на котором выполнены периодически повторяющиеся с определенным шагом выступы.

Для обеспечения высокой точности размера для щели шириной до 0,5 мм на колосниковом профиле между петлями предусматривают один или два выступа. Точность размера для щели шириной более 0,5 мм достигается при помощи калиброванных дистанционных шайб, надеваемых на соединительные стержни между колосниками [4].

Недостатки колосниковых профилей с петлями: - для сборки щелевых сеток требуются стяжные стержни и калиброванные по толщине дистанционные шайбы с толщиной, равной ширине щели; - для изготовления данных профилей требуются специальные дорогостоящие автоматизированные линии для получения петель с заданным шагом по длине профиля и штамповочные прессы с усилием прессования до 1000 тс; - сложность и значительная трудоемкость изготовления щелевых сеток с криволинейной поверхностью в виде колец и полых цилиндров.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии и уменьшение трудоемкости их изготовления.

Для решения этой задачи колосниковый профиль из коррозионно-стойких сталей для изготовления щелевых сеток, выполненный из круглой проволоки диаметром d, содержит полотно, на котором выполнены периодически повторяющиеся с определенным шагом выступы, полотно выполнено в виде прямоугольника, толщиной 2-3 мм и шириной 1,0-1,2 d, выступы выполнены на одной из широких его сторон с шагом, равным 7,5-10 d, каждый из которых имеет трапециевидную форму высотой, равной 0,3 - 2,5 мм, шириной вершины выступа, равной 1,5 - 1,8 мм и углом наклона его граней, составляющим 35 - 45^o.

Для сетки, изготовленной из предлагаемого колосникового профиля, "живое" сечение сетки F: F = (T - K_ср)S/T(S + 1), где T - шаг между выступами, мм; K_ср - средняя по высоте ширина выступа, мм; S - ширина щели в сетке, равная высоте выступа h, мм;
t - толщина полотна колосникового профиля, мм.

Для заданной ширины щели S "живое" сечение сетки, а следовательно, и пропускная способность сетки тем выше, чем меньше у колосникового профиля толщина полотна t, ширина выступа K и количество выступов на профиле.

Толщина полотна t определяется износостокостью сетки (чем тоньше полотно профиля, тем быстрее вырабатывается сетка), поэтому при разработке конкретной конструкции сетки толщина полотна закладывается проектировщиком в пределах 2...3 мм.

Минимальная ширина вершины выступа K определяется способом его формирования и пластичностью металла исходной заготовки, при прочих равных условиях с уменьшением ширины выступа K заполнение его металлом ухудшается. При разработке данного колосникового профиля на основании экспериментальных исследований заполнения металлом выступов при деформации круглых заготовок в четырехвалковом калибре минимальная ширина вершины K трапециевидного выступа принята равной 1,5...1,8 мм при наклоне боковых граней выступа 35...45^o.

Количество выступов на профиле зависит от расстояния T между выступами, которое определяется требуемой жесткостью щели. Чем больше T, тем меньше жесткость щели. На основании аналитических расчетов установлено, что шаг T, равный 7,5....10 d, является максимальным, при котором обеспечивается необходимая жесткость щели.

Известен способ изготовления колосникового профиля из коррозионно-стойких сталей для изготовления щелевых сеток, включающий подготовку поверхности исходной катанки к волочению, волочение катанки на конечный диаметр d проволоки с единичными относительными обжатиями 20....25%, нормализационный отжиг готовой проволоки и холодную деформацию круглой проволоки в колосниковый периодический профиль [5].

Недостатком способа изготовления колосниковых профилей с петлями являются:
- необходимость очень жесткого выдерживания точного расстояния между центрами петель и размера внутреннего диаметра петли, в противном случае сборка щелевой сетки становится невозможной;
- невозможность получения штамповкой на колосниковом профиле приливов (выступов) между петлями высотой более 0,5 мм.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии изготовления и уменьшение трудоемкости при повышении качества изделия. Для решения этой задачи способ изготовления колосникового профиля из коррозионно-стойких сталей для изготовления щелевых сеток включает подготовку поверхности исходной катанки к волочению, волочение катанки на конечный диаметр d проволоки с единичными относительными обжатиями 20...25%, нормализационный отжиг готовой проволоки и холодную деформацию круглой проволоки в колосниковый периодический профиль, формирование готового профиля осуществляют за один проход в закрытом четырехвалковом калибре, один из горизонтальных валков которого имеет расположенные с заданным шагом трапециевидные канавки глубиной, равной высоте трапециевидного выступа колосникового профиля, при этом диаметр проволоки d и ширину калибра B определяют по формулам:
d = t + h + δ, (1)
B = d + K_у (d - t) - Δh_верт, (2)
где t - толщина полотна;
h - высота выступа;
δ - минимальное обжатие по выступам, равное 0,25 - 0,4 мм;
K_у - показатель уширения, равный 0,8 - 0,9;
Δh_верт - обжатие вертикальными валками, равное 1,1 - 1,3 мм.

Для прокатки периодических профилей с постоянной шириной по длине наиболее целесообразно применять закрытые четырехвалковые калибры, образованные двумя горизонтальными и двумя вертикальными валками, оси которых находятся в одной вертикальной плоскости, в которых отсутствует свободное уширение. В случае переполнения калибра, вызванного увеличением обжатия, металл не уходит в "ус", так как уширение ограничено вертикальными валками. Ввиду этого суммарное уширение остается постоянным при периодическом уширении обжатия по длине полосы. Деформация металла в четырехвалковом калибре существенно улучшает заполнение калибра по высоте. Все это позволяет увеличить обжатие за проход и получать периодические профили без "усов" с постоянной шириной полосы по длине без технологических уклонов в калибре.

Формулы (1) и (2) аппроксимированы на основании известных аналитических методов расчета деформации при прокатке и экспериментальных исследований уширения при холодной прокатке круглых заготовок диаметром 3...6 мм в четырехвалковых калибрах. В формуле (1) минимальное обжатие по выступам δ, гарантирующее полное формирование выступа, составляет 0,25...0,4 мм и чем больше высота выступа, тем больше δ. В формуле (2) показатель уширения K_у колеблется в пределах 0,8...0,9, а обжатие вертикальными валками Δh_верт, которое гарантирует качественное формирование боковых кромок полотна, составляет 1,1. . .1,3 мм, при этом с увеличением выступа значения K_у и Δh_верт повышаются.

На фиг. 1 показан колосниковый периодический профиль (вид сбоку); на фиг. 2 - профиль (вид сверху); на фиг. 3 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 4 - схема деформации проволоки в четырехвалковом калибре; на фиг. 5 - щелевое сито в виде цилиндра; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - щелевая сетка в виде плоской карты; на фиг. 8 - разрез Г-Г на фиг. 7.

Колосниковый профиль 1 из коррозионно-стойких сталей, полученный из круглой заготовки диаметром d, имеет полотно 2, выполненное в виде прямоугольника, на одной из широких граней которого сформированы трапециевидные выступы 3 высотой 0,3...2,5 мм с шагом T, равным 7,5....10d, а ширина B полотна 2 составляет 1,0. ..1,2d в зависимости от высоты выступа (чем больше выступ, тем больше значение B), при этом ширина вершины K выступа 3 равна 1,5...1,8 мм, а угол наклона граней α выступа 3 равен 35...45^o.

Колосниковый профиль 1 изготавливается из коррозионно-стойких марок сталей, технологический процесс производства профиля включает подготовку поверхности исходной катанки диаметром 6,5 мм к волочению, волочение катанки на проволоку диаметром 3,0. ..6,0 мм с единичными обжатиями 20...25% и нормализационный отжиг готовой проволоки для снятия наклепа, полученного при волочении, формирование готового колосникового профиля 1 из круглой проволоки диаметром d осуществляется холодной прокаткой за один проход в закрытом четырехвалковом калибре (фиг. 4), составленным двумя приводными горизонтальными 5 и двумя неприводными вертикальными 6 валками, при этом один из горизонтальных валков имеет с заданным шагом трапециевидные канавки глубиной h, равной высоте выступа 3, а остальные валки гладкие.

Для прокатки колосникового профиля 1 с толщиной полотна t и гарантированной высотой h выступа 3 диаметром d исходной проволоки принимается по формуле (1) с учетом высоты h выступа 3.

В связи с тем что при обжатии круглой заготовки в гладких горизонтальных валках 5 боковые грани прокатанной полосы со значительной выпуклостью, то для получения полотна 2 с торцевыми параллельными кромками предусматривается определенное обжатие выпуклых граней вертикальными валками 6. Ширина B закрытого четырехвалкового калибра, гарантирующего качественное формирование торцевых кромок полотна 2, определяется по формуле (2).

Применение предлагаемого колосникового профиля для производства щелевых сеток с шириной щели 0,3...2,5 мм имеет в сравнении с профилем-прототипом следующие преимущества:
- существенно упрощается технология изготовления цилиндрических щелевых сеток (фиг. 5 и 6), которые могут изготавливаться на станке посредством плотной спиральной навивки колосникового профиля 1 на разъемной цилиндрической оправке с последующей приваркой продольных ребер жесткости 4 с внешней стороны сетки после навивки заданной длины цилиндрической сетки и снятия сетки с разъемной цилиндрической оправки;
- при изготовлении щелевых сеток цилиндрических (фиг. 6) и плоских в виде карт (фиг. 7 и 8) не требуются стяжные стержни и дистанционные калиброванные шайбы, так как крепление колосниковых профилей 1 к ребрам жесткости 4 осуществляется методом сварки, а ширина щели между колосниками 1 гарантируется высотой h выступов 3, расположенных с заданным периодом T по длине колосникового профиля 1;
- на колосниковом периодическом профиле 1 не требуется жесткого выполнения расстояния T между выступами 3, так как колебание длины периода между выступами практически не влияет на качество изготовления и сборки щелевой сетки.

Опытная партия предлагаемого колосникового периодического профиля получена на Череповецком сталепрокатном заводе. Исходный материал - катанка диаметром 6,5 мм из стали 12Х18Н9Т. После подготовки поверхности катанки к волочению она протянута на проволоку диаметром 4,2 мм с единичными обжатиями 20. . . 25% и отожжена для снятия наклепа, полученного в процессе волочения проволоки. Из проволоки диаметром 4,2 мм холодной прокаткой за один проход в закрытом четырехвалковом калибре с приводными горизонтальными валками диаметром 170 мм получен готовый профиль с размерами H = 3,85; B = 5; t = 2,35; T=32 и высотой выступов h = 1,5 мм. Отклонения размеров элементов профиля от номинальных находились в пределах ± 0,05....0,1 мм, что свидетельствует о высокой точности периодического профиля. Из данного колосникового профиля изготовлена партия цилиндрических щелевых сит, которые успешно прошли эксплуатационные испытания.

Источники информации
1. Производство метизов. Шахпазов и др. - М.: Металлургия, 1977, с. 193 - 201, 212 и 213.

2. Производство фасонных профилей высокой точности методом холодной прокатки. Черметинформация, Серия 9, информация 1, 1970, с. 8 - 10.

3. Патент РФ N 2129477, B 21 F 27/18, B 01 D 39/12.

4. Воронцов Н. М. и др. Периодические профили продольной прокатки (оборудование и технология). - М.: Металлургия, 1978, с. 57 - 59 и рис. 90б.

5. Воронцов Н. М. и др. Периодические профили продольной прокатки (оборудование и технология). - М.: Металлургия, 1978, с. 21 - 24.

Формула изобретения

1. Колосниковый профиль из коррозионностойких сталей для изготовления щелевых сеток, выполненный из круглой проволоки диаметром d, содержащий полотно, на котором выполнены периодически повторяющиеся с определенным шагом выступы, отличающийся тем, что полотно выполнено в виде прямоугольника толщиной 2-3 мм и шириной 1,0-1,2 d, выступы выполнены на одной из широких его сторон с шагом, равным 7,5-10 d, каждый из которых имеет трапециевидную форму высотой, равной 0,3-2,5 мм, шириной вершины выступа, равной 1,5-1,8 мм и углом наклона его граней, составляющим 35-45°.

2. Способ изготовления колосникового профиля из коррозионностойких сталей для изготовления щелевых сеток, включающий подготовку поверхности исходной катанки к волочению, волочение катанки на конечный диаметр d проволоки с единичными относительными обжатиями 20-25%, нормализационный отжиг готовой проволоки и холодную деформацию круглой проволоки в колосниковый периодический профиль, отличающийся тем, что формирование готового профиля осуществляют за один проход в закрытом четырехвалковом калибре, один из горизонтальных валков которого имеет расположенные с заданным шагом трапециевидные канавки глубиной, равной высоте трапециевидного выступа колосникового профиля, при этом диаметр проволоки d и ширину калибра В определяют по формулам
d = t + h + δ,
B = d + K_у (d - t) - Δh_верт.,
где t - толщина полотна;
h - высота выступа;
δ - минимальное обжатие по выступам, равное 0,25-0,4 мм;
K_у - показатель уширения, равный 0,8-0,9;
Δh_верт. - обжатие вертикальными валками, равное 1,1-1,3 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8