Совмещенные процессы литья и пресссования

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ  ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ И ПРЕССОВАНИЯ………..……3

 

 

СОВМЕЩЕННЫЙ ПРОЦЕСС  ЛИТЬЯ И ПРЕССОВАНИЯ……………….….4

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………………………..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ  ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ И ПРЕССОВАНИЯ

 

Литье получение металлических изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в литейную форму. Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, затвердевая при охлаждении, приобретает конфигурацию и размеры нужного изделия.

Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью – способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали. Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы – это сталь, ковкий чугун и литейный чугун. К цветным относятся все другие металлы, не содержащие в значительных количествах железа. Для литья применяются, в частности, сплавы на основе меди, никеля, алюминия, магния, свинца и цинка.

Прессованием называют выдавливание металла из замкнутого объема через отверстие. Широко используют прессование для получения прутков, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов, сталей, титана и других тугоплавких металлов. В качестве разновидностей прессования можно выделить дискретное (прерывное), полунепрерывное и непрерывное прессование.

Сортамент пресс-изделий  следующий: прутки диаметром 50–400 мм, трубы диаметром 20–400 мм с толщиной стенки более 1 мм, фасонные профили с площадью поперечного сечения до 500 см2, которые невозможно получить другими способами обработки давлением. Из плоского контейнера прессуют ребристые панели шириной до 1 м, из круглого – до 2,5 м. Изделия могут иметь утолщения на концах («законцовки») или плавно изменяющиеся размеры поперечного сечения. Наиболее разнообразны пресс-изделия из алюминия и его сплавов. Промышленный сортамент прессованных профилей из алюминиевых сплавов в настоящее время включает десятки тысяч типоразмеров. Однако, несмотря на столь широкий сортамент, профили по геометрической форме могут быть подразделены на четыре группы: профили сплошного сечения; профили переменного сечения; пустотелые (полые) профили; проволока; панели.

 

 

 

 

 

 

 

СОВМЕЩЕННЫЙ ПРОЦЕСС ЛИТЬЯ И ПРЕССОВАНИЯ

 

Процессы  совмещения литья  и прессования появились позже, в начале двадцатого века. Одним из таких процессов можно считать разработанный фирмой «Алформ аллойс» (Великобритания) на базе способа Конформ и карусельной литейной машины процесс Кастекс для получения высококачественных алюминиевых профилей. Наряду с хорошим качеством изделий процесс характеризуется высокими скоростями плавки.

 

 

Рис. 1. Схема реализации процесса непрерывного литья – прессования способом Conform-Castex: 1 – заливочный ковш; 2 – регулятор уровня; 3 – жидкий металл; 4 – напорная трубка; 5 – пресс-изделие; 6 – прессовый башмак; 7 – башмак для затвердевания.

 

Промышленная установка  «Кастекс СЗООН» работает на заводе фирмы «Алформ аллойс» с 1986 г. Возможность значительного сокращения продолжительности технологического цикла, повышения качества получаемых изделий благоприятствует созданию новых современных и высокопроизводительных агрегатов, совмещающих плавку, непрерывное литьё и прессование. Кроме того, способ совмещенного литья и прессования позволяет значительно снизить капитальные затраты на проектирование и изготовление промышленной линии, существенно сократить энергозатраты на изготовление продукции, получить широкую гамму изделий из цветных металлов и сплавов, получить изделия со стабильными свойствами и качеством по всей длине. Принципиальная схема реализации этого процесса, приведена на рис. 2.

Машина такой конструкции  оснащена системой подачи жидкого металла  и башмаком большего размера по сравнению  с установками Конформ, который охватывает всю нижнюю половину колеса. Расплав из миксера через литейную насадку попадает в канавку охлаждающегося колеса машины. Быстрое охлаждение металла позволяет получить литую заготовку с незначительной ликвацией и мелким зерном, что дает высокую пластичность. По мере вращения колеса происходит накопление металла перед матрицей и его прессование. Этот способ и позволяет получать пресс-изделия с производительностью до 6 тонн в час. Стабильность его реализации во многом зависит от эффективной работы системы непрерывной подачи расплавленного металла в ручей рабочего колеса.

 

Рис. 52. Устройства для получения  сварных труб (а)

и длинномерных полых изделий (б)

 

Эта система должна отвечать следующим требованиям: расплавленный металл не затвердевает в начальной фазе процесса; скорость перемещения расплавленного металла постоянна и соответствует скорости его затвердевания, определяемой интенсивностью теплоотвода от рабочего колеса; в потоке расплавленного металла нет завихрений, иначе в его центральный слой могут попасть окислы, газовые пузыри и прочее, что приводит к дефектам пресс-изделий.

Активно развиваются процессы совмещенного литья и прессования  в России. В работе даны основные положения и подходы к реализации процесса совмещенного литья и прессования, где базовым является метод непрерывного прессования Конформ. При этом выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, который позволил определить тепловые режимы обработки алюминиевых сплавов, установить геометрические параметры деформационной зоны, дать зависимости для расчета энергосиловых параметров процесса.

Учеными Красноярского института  цветных металлов предложена установка  совмещенного литья и прессования  на основе метода Конформ для получения прутка диаметром 6 мм из алюминиевых сплавов, при этом базовым оборудованием является литейная машина карусельного типа. Данное оборудование предназначено для производства профилей мелких сечений из расплавленной заготовки путем ее непрерывной кристаллизации и прессования через калибрующее отверстие матрицы.

Установка рис. 3 состоит из приводного карусельного кристаллизатора 1, разливочного устройства 2, прямоугольной канавки 3, выполненной в кристаллизаторе и играющей роль изложницы, кольцевого сегмента 4, неподвижного относительно кристаллизатора, кольцевой вставки 5, выступа 6 и матрицы 7. Привод кристаллизатора осуществляется двигателем мощностью 90 кВт через червячный редуктор. Расплавленный металл через разливочное устройство, выполненное в виде прямоугольной емкости с отверстием в дне, подается в канавку движущегося колеса кристаллизатора.

 

Рис. 3. Схема установки непрерывноголитья и прессования:

1 – рабочее колесо (кристаллизатор); 2 – литниковая коробка; 3 – кольцевая канавка; 4 – неподвижная часть контейнера («башмак»); 5 – дугообразный выступ «башмака»; 6 – упор«башмака»; 7 – матрица для прессования

 

По мере продвижения жидкого  металла вместе с колесом к  матрице, закрепленной в кольцевом сегменте, происходит его кристаллизация и охлаждение до заданной температуры, при которой металл выдавливается из камеры, образованной тремя сторонами канавки кристаллизатора и поверхностью кольцевой вставки, сопрягающейся с этой канавкой. Для предотвращения выхода металла из камеры по направлению движения канавки в сегменте имеется выступ, который перекрывает поперечное сечение канавки в конце участка ее сопряжения с кольцевой вставкой. Затвердевший в канавке металл достигает выступа в сегменте, после чего распрессовывается по всему сечению камеры. при этом силы трения металла с поверхностью движущейся канавки возрастают до величины, достаточной для его выдавливания через калибрующее отверстие матрицы.

Процесс непрерывного литья  и прессования, осуществляемый на данной установке, имеет следующие преимущества перед традиционными способами  прессования: реализуется совмещение непрерывных процессов литья и прессования металла; силы контактного трения между заготовкой и контейнером способствуют созданию усилия, необходимого на прессование заготовки; устраняется операция по производству слитка и его нагрева перед прессованием; повышается выход годного металла.

Основным недостатком  развития совмещенного процесса является различная организация процесса, так как на большинстве заводов  процесс прессования остался  дискретным, а процесс литья –  непрерывным. При реализации процесса непрерывной подачи заготовок в  очаг деформации, что характерно для методов непрерывного прессования, задача становится разрешимой. При этом экономия энергозатрат, например для алюминия, составит около 600 кДж/кг.

По сравнению с затратами  на прессование экономия энергозатрат при обработке алюминия составит от 100 до 350 %, причем чем меньше коэффициент вытяжки, тем больше эта экономия. Таким образом, способы непрерывного прессования должны совмещаться с методами непрерывной разливки металла, что существенно повышает экономические показатели предлагаемых технологий.

Применение ЛПА выгодно  при больших объемах производства и не большой номенклатуре выпускаемых изделий. При этом в значительной степени сокращаются нерациональные потери времени, энергии и металла, снижаются затраты на установку дополнительного оборудования (нагревательных печей), сокращается производственный цикл, уменьшается объем незавершенного производства и достигается высокая степень механизации и автоматизации. Применение таких агрегатов широко распространено в России и за рубежом для производства алюминиевой и медной катанки, однако используемые ЛПА требуют больших затрат и производственных площадей, их технологические возможности производства ограничены в связи с узостью сортамента выпускаемой продукции.

Новые разработки в области непрерывного прессования способом «Конформ» расширяют сферу их применения. Однако потери энергии в заявленных конструкциях машин Конформ настолько значительны, что приводят к увеличению мощности приводного электродвигателя в 5–7 раз по сравнению с методом совмещенной прокатки-прессования, а также к сильному нагреву деформирующего узла. С учетом того, что инструментальный блок расположен в неподвижной части установки (башмаке), усложнение его конструкции, как правило, ведет к снижению надежности процесса и стойкости инструмента.

Одним из новых решений  для производства пресс-изделий  небольшого сечения из алюминиевых сплавов является схема совмещенного литья и прокатки-прессования. В состав линии входят: установка непрерывного литья заготовок, правильно-задающее устройство, агрегат непрерывной обработки металла, инструментальный узел, поджимное устройство с гидроцилиндром поджима матрицы, охлаждающее устройство, накопитель, стол обрезки с ручными ножницами, моталка, механические ножницы рис. 4.

 

Рис. 4. Принципиальная схема линии непрерывной обработки алюминия

и его сплавов.

Ориентировочные габаритные・размеры проектируемого оборудования, таким образом, составили 12700х5100х4000 мм. Последовательность работы линии следующая. Расплавленный металл из плавильной печи загружается в миксер, где поддерживается постоянная температура расплава, составляющая около 720 ˚С. Далее из миксера по летке расплавленный металл поступает на установку непрерывного литья заготовок. В состав последней могут входить, в зависимости от варианта технологической цепочки, устройство подачи металла в валки с разливочной коробкой, кристаллизатор, причем тип кристаллизатора зависит от формы, размеров и назначения получаемого изделия. Например, для получения прутков используется роторный кристаллизатор, где формируется заготовка трапецеидальной формы с площадью поперечного сечения около 1600 мм2. Затем при помощи правильно-задающего устройства литая заготовка поступает в валки прокатного стана, где подвергается прокатке и последующему экструдированию через матрицу с заданным диаметром калибрующего отверстия. Полученное пресс-изделие охлаждается и через накопитель поступает для смотки на моталку со сменной катушкой.

Для резки литой заготовки  предусмотрены механические ножницы, а для резки изделий – ручные ножницы, установленные на столе. Для гарантированного поджима матрицы к валкам используется гидроцилиндр, имеющий привод от маслостанции. Ориентировочная часовая производительность установки, рассчитанная исходя из параметров кристаллизатора, должна составить от 300 до 500 кг. Возможен также вариант использования только узла совмещенной прокатки-прессования. При этом подогретая до температуры деформации заготовка обрабатывается только путем прокатки-прессования. В данном случае производительность при непрерывной подаче заготовки может быть увеличена в 2–5 раз.

Представленные новые  технические решения могут оказаться  более эффективными в случае их совмещения с установками непрерывного литья, так как это позволит не только исключить промежуточный нагрев заготовки, но и получить пресс-изделия неограниченной длины без сварных стыков. Для