автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Технологические основы получения высококачественных профилей из тяжелых цветных металлов с использованием эффективных процессов полного цикла

МАГНИТОГОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ШРНО-МЕТАЛЛУРГЙЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени Г.И.НОСОВА

ОД

1 о ЯПВ 1320

ТОКАРЬ ВИКТОР СТЕПАНОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ ПЗ ТЯЖЕЛЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТА ЛЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ПОЛНОГО ЦИКЛА

Специальность 05.16.05 - "Обработка металлов давлением"

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного на соискание ученой доктора техничесм

Магнитогорск - 1998

Работа выполнена

на Каменск-Уральском заводе по обработке цветных металлов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зиновьев A.B., -доктор технических наук, профессор Паршнн B.C., доктор технических наук, профессор Поляков М.Г.

Ведущее предприятие - Московский экспериментальный завод качественных сплавов

Защита состоится 25 января 1996 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.04.01 в Магнитогорской горнометаллургической академии им. Г.И.Носова по адресу:

455000, г. Магнитогорск, пр.Лешша, 38, МГМА, малый актовый зал

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им. Г.И.Носова

Диссертация в виде научного доклада разослана 18 декабря 1995 года.

Ученый секретарь Р&Ж^К

диссертационного Совета {TL (Dd/lt^^ -С&жванов ВМ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие производства широкого сортамента полуфабрикатов из тяжелых цветных металлов, являющихся основным сырьем для изготовления продукции машиностроительного, электротехнического и специального назначения, предусматривает значительное увеличение качества этих профилей, снижение трудозатрат при их производстве, повышение уровня механизации и автоматизации производственных процессов.

Ужесточение требований к химическому составу сплавов, сужение поля допуска механических свойств профилен, получение новых свойств уже известных сплавов, применение принципиально нового оборудования, изменение компоновки существующего оборудования, расширение сортамента и повышение требований к качеству выпускаемых профилей, определяющих в большей мере и качество изготавливаемых из них изделий, требуют решения целого ряда новых технологических и организационно-технических проблем по обеспечению интенсивного, устойчивого производства высококачественной продукции.

Отечественный опыт решения таких проблем показал, что необходимо уделять особое внимание разработке процессов полного технологического цикла, а также совершенствованию технологии получения литой заготовки из цветных металлов и сплавов, совершенствованию технологии процессов обработки металлов давлением, обеспечивающих высокое качество продукции с гарантированным уровнем свойств, уменьшением потерь металла и снижением расхода эпергоресурсов.

Несмотря на то, что многие из существующих проблем в той или иной степени изучались отечественными и зарубежными учеными, специфические проблемы получения высококачественных профилей из тяжелых цветных металлов и сплавов, начиная от создания, специализированного оборудования и кончая разработкой безотходной и малоотходной технологий, позволяющих получать изделие с заданными служебными свойствами, требуют своего решения и делают актуальным проведение соответствующих комплексных исследований.

Целью диссертации является разработка новых я совершенствование существующих технологии получения профилей, обеспечивающих высокое качество изделии с минимальными затратами.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

- анализ состояния производства с обобщением проблем существующих технологий получения заготовки и профилей;

- совершенствование существующих технологических процессов производства;

- разработка новых способов и процессов получения профилей;

- расширение эффективного сортамента профилей;

- достижение высокого уровня качества изделий и экономических показателей технологических процессов.

Научная новизна

Разработаны новые технологии прокатки па стане "250", обеспечивающие получение проката с повышенными механическими свойствами без промежуточных отжигов с использованием новых калибровок, основанных на принципах безкалиберной прокатки.

Предложены способ и устройства для деформации профилен и конических валках, защищенные а.с. № 1509149, разработана математическая модель управления геометрическими параметрами профилей (кривизной, формой, размерами).

Разработаны новые процессы получения круглых, прямоугольных и шестигранных профилей деформацией в роликовых волоках; разработаны математическая модель процесса протяжки, алгоритмы и программа расчетов технологических режимов; предложены конструкции деформирующих устройств, защищенные авторскими свидетельствами [42, 43, 45, 46, 48, 49].

Для деформации медных и никелевых сплавов предложен способ и конструкция стана для прокатки-ковки круглых, прямоугольных и шестигранных профилей, доказана возможность получения изделий из литой круглой заготовки сплавов ЛС-63.

- У-

Опробована конструкция установки непрорывного прессования в сквозной технологической цепочке производства, разработана математическая модель процесса. На основе экспериментальных исследований доказана целесообразность использования для производства латунной заготовки совмещенных процессов: непрерывное литье-пепрерывное прессование.

Комплекс проведенных экспериментальных исследований позволил получить новые научные знания по структуре и свойствам изделий.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Полученные результаты обеспечивают значительную интенсификацию процесса производства профилей из тяжелых цветных металлов и их сплавов на оборудовании нового типа. Разработаны и внедрены рациональные технологические режимы для производства изделий из цветных металлов н сплавов.

Разработань^принлты к проектированию и изготовлению: узел валков рабочей клети для прокатки и волочения (а.с.СССР 1480907); прокатный стан (а.с.СССР 1475741); рабочая клеть для прокатки и волочения (а.с.СССР1555000). Разработана, изготовлена и опробована прокатная клеть для производства коллекторных полос (а.с.СССР 1554999). Уточнены параметры отливки ряда цветных сплавов, внедрен новый флюс (а.с.СССР 1013095).

Впервые в отечественной практике на современной установке непрерывной горизонтальной отливки разработана и реализована ресурсосберегающая технология производства бухтовой заготовки мелкого сечения из сплава МНЦ 15-20, позволяющая значительно повысить качество получаемой из нее проволоки, снизить расход металла на 1 т годного. Использование результатов работ автора позволило обеспечить устойчивое производство проволоки из МНЦ 15-20 с требуемыми механическими свойствами, микроструктурой п качеством поверхности, улучшить качество изделий пз свинцовистых латуней и различных марок бронз.

Результаты работ, изобретения и рационализаторские предло-* женил использованы при реконструкции плавильных, ирес^о-

вых, волочильных н прокатных цехов Каменск-Уральского оаво-ди по обработке цветных металлов.

Разработана технология, обеспечивающая прочность схватывания гранул, доказана перспективность развития производства изделии из гранул алюминиевых сплавов.

Разработана система управления качеством в соответствии с требованиями международных стандартов и ИСО-9000. Разработан бизнес-план развития производства завода. Завод вошел в федеральные программы и международную программу ЮНИДО(ООН).

Апробация работы

Материалы диссертации доложены и обсуждены:

- на научно-технических конференциях Челябинского государственного технического университета (ЧПИ) г.Челябинск, с 1979 . по 1995гг.;

- на научно-технических Советах Каменск-Уральского завода ОЦМ, г.Каменск-Уральский, с 1988 по 1995гг.;

- на Всесоюзной научно-технический конференции "Новые технологические процессы прокатки, интенсифицирующие производство и повышающие качество продукции", г.Челябинск, 1984г.;

- на республиканской научно-технической конференции "Повышение эффективности технологии и качества продукции цветной металлургии", г.Красноярск, 1984г.;

- на Международной конференции "Машины и оборудование для производства прутков и проволоки из цветных металлов", г.Москва, 1987г.;

• на Международном семинаре "Современные технологии н оборудование для производства трапецеидальных и специальных профилей из цветных металлов и их сплавов", г.Прага (Чехословакия), 1988 г.;

- на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Технология и оборудование волочильного производства", г.Алма-Ата, 1989г.;

- на Международном семинаре "Технология, машины и оборудование для производства прутков и профилей", Венгрия, 1989 г.;

- на республиканской паушо-технической конференции "Производство, применение и свойства медных сплавов общего и специального назначения", г.Москпа, 1990г.;

- на семинаре фирмы "Маннесман Демаг Закг" "Оборудование и технология для производства медной катанки", Г.Дюссельдорф (Германия), 1990;

- на региональной научно-технической конференции "Уральское отделение АН СССР городу Каме иск-Урал ьскому", г. Каменск-Уральский, 1990г.;

- на Международном симпозиуме "Оборудование и технология производства электроэррозионных проводов", г.Херборн (Германия), 1991г.;

- па техническом совещании фирм "Штроляйн", "Спектро" "Методы и оборудование для определения химического состава

• сплавов цветных металлов", г. Клепе(Германия), 1994г.;

- на Международной конференции "Пути реконструкции предприятий металлургической промышленности", г.Женева (Швейцария), 1995г.;

- на Международном симпозиуме "Выживание предприятий в трудных экономических условиях, в условиях кризиса", г.Бнр-мннгем (США), 1995г.;

- на Международной конференции "Новые технологии получения слоистых материалов и композиционных покрытий", г.Сочи, 1992г.;

- на Меяедународной конференции "Новые технологии получения слоистых материалов", г.Сочи, 1993г.;

- на Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии", г.Москва, МАТИ, 1994г.;

- на Международной конференции "Композиционные материалы, технология и производство", п.Песчаное (Украина), 1994г.:

- на семинаре-школе "Обработка металлов давлением в металлургии и металлообработке в современных кризисных условиях (наука, технология, менеджмент)", г.Сочн, 1994г.

- на Международной научно-технической конференции "Напыление и покрытия-95", г.С.-Петербург, СПГТУ, 1995г.;

- на Международной научно-технической российско-германской конференции "Пластическая и термическая обработка современных металлических материалов", г.С.-Петербург, 1995г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 61 работа, в том числе 3 монографин, 4 брошюры, 20 нзобрс гений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Необходимость улучшения качества профилей из деформируемых тяжелых цветных металлов и их сплавов, увеличения объемов производства выдвигают важные задачи выбора методов и средств интенсификации технологических процессов, поиска новых технических решений по совершенствованию оборудования, расширению конкурентоспособного сортамента профилей.

Существенный вклад в развитие теории, технологии и оборудования, используемых в области деформации сплавов из тяжелых цветных металлов, внесен сотрудниками института "Гнпро-цветметобработка", учеными МИСиС, УГТУ (УПИ), МША, ЧГТУ (ЧПИ), КрАЦМиЗ, ЛГТУ(ЛПИ).

Вопросами расширения сортамента, внедрением новых технологий много и эффективно занимаются творческие коллективы Кольчугинского, Кировского, Орского, Ревдинского предприятий по обработке цветных металлов, а ташке Московского экспериментального завода качественных сплавов и предприятия "Красный Выборжеи" (г.Санкт-Петербург).

Известны фундаментальные работы по рассматриваемым научным проблемам отечественных ученых Шевакина Ю.Ф., Арку-лиса Г.Э., Выдрина В.Н., Никифорова Б.А., Федорова В.Н., Зиновьева A.B., Полякова М.Г., Богатова A.A., Ермав-ка М.З., Гуна Г.С., Паршина B.C., Павлова H.H., Смирнова B.IC., Хайкина Б.Е., Шеркунова В.Г., Арефьева Б.А., Коваля Г.И., Жилкина В.З., Куманина В.И., Мысик Р.К., Фигуровского Д.К.

Тем не менее, ряд проблем, связанных с расширением сортамента, улучшением качества заготовки и готовой продукции, разработкой новых высокоэффективных технологических процессов, остаются актуальными и требуют своего решения.

Проведенный анализ состояния производства профилей нз тяжелых цветных металлов и сплавов показал, что в отечественной практике требуют рационализации, а в ряде случаев и кардиналыюго изменения все стадии технологического процесса. Практически все виды оборудования нуждаются либо в модернизации," либо в замене на новое прогрессивное оборудование, что позволит значительно поднять качество, сделать продукцию кон-хсурентноспособной. В связи с этим потребовалось изучение влияния различных факторов на устойчивость и стабильность процессов прокатки, волочения, литья сплавов, резко различающихся по свойствам и методам обработки.

Процесс прокатки - копки

Особенностью заводов, обрабатывающих тяжелые металлы и их сплавы, является широкая номенклатура получаемых изделий. Так, на Каменск-Уральском заводе обработки цветных металлов обрабатывается более 15 тысяч типоразмеров из 115 различных марок сплавов. Конфигурация профилей различна: от простых (круг, квадрат и т.д.) до сложных фасонных сечений.

Поскольку формирование качественного изделия начинается с деформирования слитка, а заканчивается на последних проходах при изготовлении готовой продукции, комплексное решение указанной проблемы затрагивает всю технологическую цепочку.

Для деформации слитка предложено использовать процесс прокатки-ковки (ПК), суть которого заключается в пошаговом деформировании металла рабочим инструментом - специально профилированными сегментными бойками, способными плавно обкатывать заготовку, обеспечивая благоприятную схему деформации (близкую к схеме всестороннего сжатия) и значительные степени деформации [1].

Для реализации различных вариантов технологии разработаны: способ ПК, позволяющий прокатывать полосы с большими вытяжками без их кантовки, включая прямоугольные полосы,

имеющие в поперечном сечении различные соотношения сторон, и также способ ПК несимметричных фасонных профилей с автоматическим устранением их изгиба [16, 28]. В ходе экспериментов пластической деформации подвергались следующие спла-вы:БрОЦ4-3, БрБ2, БрКМцЗ-1, БрКд-1 (МК).

Отливка слитков сплава БрКд-1 (МК) и БРОЦ4-3, предназначенных для деформации способом ПК, проводилась наполнительным методом в водоохлаждаемую изложницу диаметром 194 мм и длиной 1500 мм, а слитки из сплавов БрБ2 и БрКМцЗ-1 отливались полунепрерывным методом в кристаллизатор диаметром 194 мм. Длина слитков составляла от 1400 до 3200 мм. Для получения заведомо пористого слитка (длиной 3200 мм) отливка ряда слитков производилась с повышенной скоростью литья. Анализ структур слитков,деформированных способом ПК/показал следующее:

1. В деформированных слитках наблюдается резкое измельчение зерна по сечению заготовки (в 4-10 раз), снижение разнородности металла, отсутствие различий между зонами по сечению профилей.

2. Уровень поврежденности литого металла снизился на два порядка. В деформированном металле практически отсутствуют дефекты в виде пор, мнкротрещнн и др.

Подробно результаты исследования опубликованы в работах автора [1, 16, 28], здесь же отметим, что впервые в производственных условиях для труднодеформируемых медных сплавов реализован процесс горячей деформации заготовок способом прокатки-ковки, при этом обеспечивается улучшение структуры полуфабрикатов из сплавов БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и БрКд-1, что приводит к повышению уровня пластичности в 2-4 раза и существенно облегчает осуществление деформации этих сплавов на следующих этапах.

Прокатка фасонных профилен на стане "250"

Совершенствование дальнейшей технологии связано с прокатным переделом. Разработаны калибровки для прокатки на мелкосортном полунепрерывном стане 250 прямоугольных, трапецеидальных и круглых заготовок.

- Ю-

Отсутствие отечественных и зарубежных аналогов прокатки указанного сортамента на подобных станах потребовало нетрадиционного подхода к процессу принятия технологических решении при освоении широкой номенклатуры профилен. Для соблюдения условий гибкого перехода при частой сменяемости профилей использованы схемы прокатки, включающие плющение заготовки в гладких валках [3]:

- с использованием системы "гладкая бочка-ребровой калибр" (он нарезан на валках горизонтальной клети) разработана и внедрена технология прокатки медных прямоугольных шин и меднокадмиепых трапециевидных полос шириной более 50 мм;

- о использованием системы "гладкая бочка-круг" разработана и внедрена технология прокатки медных круглых профиле^ диаметром 20-30 мм;

- применено плющение круглых промежуточных заготовок в гладких валках для получения медных прямоугольных шин шириной 30-40 мм.

Разработапы скоростные режимы и калибровки для прокатки медных шип шириной более 50 мм, а также калибровка для прокатки медной катанки диаметром 7-8 мм.

Разработка процессов получения аюносиммстркчаых профилен

Чрезвычайно важной и сложной в решении является проблема получения клиновидных профилей. Область применения моносимметричных профилей весьма обширна. Ежегодная потребность, например, в клиповидных профилях из стали, алюминия, меди п медных сплавов для изготовления коллекторов электромашин, кабелей контактных проводов транспортных средств и других изделий машиностроения составляет сотни тысяч тонн. В настоящее время выпускается более 000 типоразмеров коллекторных профилей, а в кабельной промышленности, где клиновидные профили являются готовой продукцией, нх число достигает 2000.

Специфические особенности производства клиновидных профилей заключаются в большом количестве типоразмеров, широ-'ком диапазоне годовой потребности в каждом конкретном профиле (от нескольких десятков килограммов до нескольких сотен

тонн), быстрой смене сортамента по времени (2-3 года), высоких требованиях к качеству готовой продукции. Указанные проблемы эффективно решаются при внедрении нового способа деформации клиновидных профилей в конических валках с пересекающимися осями вращения. Ввиду ограниченного объема не представляется возможным изложить результаты исследований, проведенных автором на протяжении почти двадцати лет. Поэтому, заинтересованных исследователей отошлем к опубликованным работам [2, 3, 5, 8-10, 20, 23, 26]. Суть способа иллюстрирует рис. 1. Деформация металла осуществляется в валках, бочка которых выполнена конусной, а оси вращения не параллельны. Щель между валками может быть как не изменяющейся по высоте (рис. 1а), так и клиновидной (рис. 16). В основе предложенной математической модели лежит использование закона сохранения энергии, записанного для системы полоса-валок. Модель позволяет определить основные технологические параметры и их взаимовлияние [3, 5, 8-10].

Поскольку важнейшим вопросом при производстве клиновидных профилей является обеспечение их прямолинейности, остановимся на этой проблеме несколько подробнее. Изгиб полосы в горизонтальной плоскости по В.Н.Выдрпну происходит в результате несимметрии процесса прокатай в упомянутой плоскости. Этот изгиб может сопровождаться также поворотом заднего конца полосы как жесткого тела в горизонтальной плоскости, что приводит к смещению всей полосы вдоль бочек валков в сторону поворота заднего конца полосы. Сер пение полосы "чаще всего происходит в результате неодинаковой величины обжатия левой и правой частей полосы, что бывает при клиновидной форме поперечного сечения полосы на входе в валки, а также при непараллельносги валков в плоскости их осей. Несмотря на то, что вопросы изгиба полосы в горизонтальной плоскости изучались многими учеными, специфика излагаемого способа в этих исследованиях не учтена.

Условуем прямолинейного выхода полосы из конических валков является равенство

VII = У12 , ( 1 )

Рис.1. Схема деформации в конических еолкол с пересекающимися осями вращения а - образующие валков параллельны; б - валки образуют клиновидную щель.

Выраженное через угловую скорость волков со, радиусы валков по кромкам В.1 н Яг, опережение ¿/ и ¿л равенство (1) можно представит!» в виде:

со III ( 1 + П ) = со Ег ( 1 + ¡2 ) ( 2 )

Используя кинематические условия в очаге деформации, получены выражения для определения опережения но кромкам

полосы

ТУ 2 , , , 1ч

(3)

Я:

2

где /Гв = , а критические углы у1 и 72 находятся из энергетического баланса по уравнениям, приведенным в работе [5]. Все это позволило установить взаимосвязь параметров, обеспечивающих прямолинейность профиля на выходе из очага деформации при неравномерном обжатии по ширине полосы, в виде:

•

Ф = агевт Г — 1 1 01

51-55

1+52

С08^], (4)

здесь 61, 52 - коэффициенты, учитывающие геометрию очага деформации и условия трения на контакте полоса-валок ;

Л 1 , Л 2 - соответственно, толщина кромок на входе и выходе из валков;

Ф* = ( 2 щ - 2 <р ) - угол клпновидности профиля.

Таким образом, на сегодняшний день имеются теоретические зависимости, по которым с достаточной степенью точности можно определить основные технологические параметры процесса прокатки прямолинейных клиновидных профилей" в конических валках с пересекающимися осями вращения и геометрию инструмента (рабочих валков) в зависимости от размеров и формы исходной заготовки, радиуса валков, деформации параметров и условий трения.

- /?-.

Комплекс экспериментальных исследований, выполненных как в лабораторных, так и в производственных условиях, позволил осуществить проверку теоретических положений и показать адекватность теоретических и экспериментальных результатов.

Поскольку реализация указанного способа деформации требует специализированного оборудования, на уровне изобретений была создана серия деформирующих устройств [43, 45-49], в которую входят и роликовые волоки, описанные шике.

Роликовая полона для получения проволоки и профилей

Роликовая волока [49] с двумя парами роликов, смещенных друг относительно друга на определеннее расстояние вдоль оси волочения, предназначена для обработки давлением малотоннажных партий проволоки сечением от 50 мм ~ до 5 мм " . Профиль в предлагаемой волоке формируется в гладких цилиндрических валках. Роликовая волока (рис.2), устанавливаемая на волочильный стан, содерлшт разъемную станину 4, состоящую из двух половин, стянутых между собой шпильками 3. В цилиндрических расточках станины расположены подушки 5, выполненные в виде эксцентриковых втулок, в полостях которых па подшипниках качения установлены рабочие валки 1. Оси каждой пары рабочих роликов лежат в плоскостях, смещенных вдоль оси волочения. Для настройки калибра па требуемый размер волока снабжена механизмом 1 осевой установки. Радиальная (высотная) настройка калибра осуществляется поворотом эксцентриковой втулки 5 вокруг своей оси с помощью червячного редуктора 6, корпус которого установлен на удлиненном хвостовике эксцентриковой втулки 5. Сущность процесса деформации в роликовой волоке со смещенными вдоль оси волочения парами роликов заключается н поочередном обжатии заготовки горизонтальными и вертикальными валками.

Для производства клиновидных в сечении профилей в условиях волочильных цехов разработана роликовая волока ВКН-110М с коническими рабочими валками и фиксированными (постоянными) углами установки осей рабочих валков.

Роликовая волока ВКН-110М (рнс.З), устанавливаемая на волочильный стан типа ВСГ, содержит моноблочную станину 1,

г ? V г <5-

Рис.2. Роликовая волока для производства проволоки

Рис.3. Роликовая волока ВКН-110М

Таблица I

Техническая характеристика роликовой волоки BICH-11 ОМ

№ п/п Параметры Размерность Величина

1 Диаметр большого основания конуса бочки рабочего валка мм 110

2 Ширина бочки рабочего валка . мм 30

3 Твердость бандажей рабочих валков после термообработки (не менее) 1ЖС 56 - 61

4 Нагрузочная способность подшипникового узла рабочего валка ТС 8,5

5 Максимальное сечение стального профиля, деформируемого в холодном состоянии мм2 25

6 Максимальное сечение деформируемых профилей па основе меди, алюминия и ДР. мм2 75

7 Угол установки валков (нерегулируемый) град. 10,30

1 8 Величина осевой установки валков мм 20

1 9 Скорость волочения (допустимая) м/с 0-6

10 Габаритные размеры волоки мм 200х300х 370

11 Массд волоки кг 70 |

в цилиндрических расточках которой установлены на подшипниках качения рабочие валки. Валки имеют, коническую бочку. Цилиндрические расточки в станине выполнены под углом, поэтому и осп рабочих валков имеют тот же угол установки. Доста-

точно иметь несколько станин с различными углами наклона расточек под подушки рабочих валков, чтобы охватить широкий диапазон типоразмеров клиновидных профилей, деформируемых на стане, снабженном данной волокон. Волока проста по конструкции, обладает большей жесткостью по сравнению с конструкциями, обеспечивающими плавное изменение угла установки рабочих валков. Волока снабжена механизмом о осевого перемещения валков. На рис.4 схематично показана установка роликовой волоки па волочильном стане типа ВСГ-650. Волока снабжена вводной арматурой, позволяющей осуществлять задачу полосы в калибр без предварительной подготовки переднего конца - операции острения. Техническая характеристика волоки представлена в табл.1.

Универсальная роликовая иол ока

Для производства профилей как трапециевидного, так н простого поперечного сечения предназначена универсальная роликовая волока ВКР-170. Она содержит (рнс.5) моноблочную станину 4, в цилиндрических расточках которой установлены подушки 5. Цилиндрические расточки в станине выполнены под угломо<. Подушки 5 имеют также цилиндрические расточки для установки в них вала 1 с рабочим валком 2, опирающегося на подшипники качения 3. Подшипниковый узел рабочего валка 2 фиксируется в подушке крышкой 7. Цилиндрическая расточка в подушке выполнена под углом к внешней образующей подушки, что позволяет при вращении подушки вокруг своей оси изменять угол между осями рабочих валков от нуля до требуемой величины, определяемой технологическими параметрами процесса деформации клиновидных профилей. Подушка 5 с помощью внита 6 может перемещаться вдоль своей оси, что обеспечивает радиальную регулировку калибра, образуемого противорасположениыми рабочими валками. Таким образом, данная конструкция роликовой волоки позволяет деформировать профили как в валках с параллельными, так и с пересекающимися осями вращения.

Техническая характеристика роликовой волоки универсального типа ВКР-170 представлена в табл. 2.

Таблица 2

Техническая характеристика роликовой волоки ВКР-170 .

№ п/п Параметры Размерность Величина

1 Диаметр бочки рабочего валка мм 170

2 Ширина бочки рабочего валка мм 40

3 ТверД9сть бандажей рабочих валков после термообработки (не менее) ИКС 56-61

4 Нагрузочная способность подшипникового узла рабочего валка ТС 15

5 Максимальное сечение стального профиля, деформируемого в холодном состоянии мм2 75

6 Максимальное сечение деформируемых профилей на основе меди, алюминия и др. мм2 150

7 Угол установки валков (регулируемый, плавный) град. 0-10

8 Величина осевой установки валков мм 20 |

9 Скорость волочения (допустимая) м/с 0-10 |

10 Габаритные размеры волоки мм 240х400х 500

11 Масса волоки кг 150

Все рассмотренные выше роликовые волоки могут применяться не только на заводах по обработке цветных металлов, но и на метизных, машиностроительных и металлургических заводах, выпускающих малотоннажные партии трапециевидных в сортовых профилей [2, 13].

Процессы обработки давлением коллекторных профилей

Получение клиновидных профилей с использованием валковых систем можно разделить па два принципиально отличающихся друг от друга способа: формирование клиновидных профилей в двухвалковых калибрах и формирование клиновидных профилей в многовалкозых калибрах.

Способ получения клиновидных профилей в двухвалковых калибрах, имеет несколько разновидностей, обладающих опреде-' ленными отличиями:

- прокатка (волочение) в конических роликах с параллельными осями вращения (= 0; ф -а 0);

- прокатка (волочение) в цилиндрических роликах с пересекающимися осями вращения ( фу ^ 0; ф = 0);

- прокатка (волочение) в конических роликах с пересекающимися осями вращения ( <ру & 0; <р ф 0).

Прокатка в роликах с параллельными осями вращения осуществляется в калибрах, ось симметрии которых молсет располагаться как параллельно осям роликов, так и перпендикулярно, с ребровым врезом в один нз рабочих валков. При прокатке по данному способу размеры поперечного сечения профилей контролируются по двум взаимно перпендикулярным направлениям только в случае ребрового вреза калибра в один из рабочих валков. Однако, при этом существует опасность окопа рабочих валков.

Прокатка клиновидных коллекторных профилей в роликах с параллельными ссямп прощения и осью симметрии калибра, параллельной осям рабочих роликов, из прямоугольной заготовки связана с неравномерным распределением обжатия по ее ширине, что порождает стремление заготовки к боковому угону перед входом в ролики и к ее серпснию после выхода из роликов, а также появлению в связи с этим значительных давлений на проводки.

При прокатке (волочении) клиновидных профилей в цилиндрических валках с пересекающимися осями вращения нз прямоугольной полосы, вследствие ее неравномерного обжатия но ши-

рнне, скорость металла на выходе из очага деформации будет также неравномерна и обусловлена величиной опережения по ширине очага деформации, что в конечном итоге приводит к серпению деформируемого профиля, интенсивному износу про-водковой арматуры и появлению дефектов на боковых кромках профиля (риски, закаты и др.), а также к необходимости введения дополнительной операции правки, требующей наличия в технологической линии соответствующего оборудования.

Одним из основных недостатков прокатки (волочения) клиновидных профилей в роликах является серпение, которое молено устранить частично или полностью, если деформацию полосы осуществлять в клети с коническими рабочими валками и пересекающимися осями вращения. Данный способ позволяет формировать коллекторные профили с углом клиновидности до 8 град, в линии непрерывного стана. Однако для формирования клиновидного профиля в линии непрерывного стана необходимо иметь как минимум две клети с коническими рабочими валками и пересекающимися осями вращения в предчистовой и чистовой группах клетей. Из-за наличия лишь одной клети с коническими рабочими валками и пересекающимися осями вращения в каждой группе на валках предшествующей ей клети нарезают трапецеидальные калибры с фиксированными углами, что затрудняет настройку стана, удлиняет время перехода с одного профиля па другой и ухудшает использование валков, так как при износе одного из калибров может возникнуть необходимость перевалки и переточки всего комплекта валков. Следует отметить также, что способ деформации клиновидных профилей в двухвалковых калибрах имеет существенный недостаток, который заключается в том, что при прокатке (волочении) контролируется только высотный размер профиля.

Предлагаемая технология решает задачу производства простых и прямолинейных клиновидных в сечении профилей с использованием как существующего, так и нового оборудования, составляющего со старым единый комплекс. Состав оборудования комплекса предполагает наличие таких устройств и механизмов, которые позволяют изготовить самый сложный в технологическом плане производства профиль, а для производства простых профилей из состава оборудования комплекса задействуется только необходимая минимальная его часть.

При производстве простых профилей исходной заготовкой являются прутки и проволока круглого поперечного сечения. Клиновидные профили могут быть получены как из круглой, Tai: и из прямоугольной гот клпповндной заготовок.

Наиболее эффективно предлагаемая технология может быть использована для получения клиновидных заготовок (предчисто-вых профилей) под окончательную обработку, например, в сочетании с волочешгем в монолитных фильерах, прокаткой (волочением) в многовалковых калибрах, так как использование клиновидных заготовок для окончательной обработки клиновидных профилей значительно уменьшает серповидность готового профиля, а большая трудоемкость изготовления фильер и несколько меньшая стойкость (по сравнению с двухвалковыми) рабочих валков многовалковых калибров предполагает использование их ц качестве инструмента для окончательной, чистовой обработки клнновпдпых профилей. Разработка технологии производства клиновидных а простых профилей на комплексе предшествовал анализ сортамента и выбор профилей для an труп к и комплекса. При этом, в первую очередь, учитывались состав оборудования, объем производства, типоразмер и марка материала, а также требования х: качеству прокатанного (волоченного) профиля.

С учетом этих требований опробована новая технолопш к оборудование для производства простых и клиновидных профилей.

Получение клиновидных профилей на предлагаемом комплексе осуществляется по следующей схеме (рис.О). Исходная зпготов'-ка 1 круглого поперечного сечения (как правило, п бунте) подается к острильной машине 2, где осуществляется зарубка ее переднего конца для задачи в калибр роликовой волоки 4. После остреипя переднего конца заготовки бунт устанавливается на барабан 3 разматывателя волочильного стана 5. На стане 5 заготовка исходного круглого сечепия деформируется в прямо-уголытый профиль требуемого размера. Прямоугольник требуемого размера получают, как правило, за один проход. Калибр роликовой волоки 4 образован двумя парами роликов, смещетшх вдоль оси волочения на требуемое расстояние. После получения заготовки прямоугольного сечения требуемых размеров бунт передается иа волочильный стан типа ВСГ, снабженный ролнко-

вой волокон 6 с коническими валками, установленными с пересечением своих осей. В роликовой волоке 6 получают клиновидную заготовку с минимальными припусками под окончательную (финишную) операцию и передают ее на барабанный волочильный cran, снабженный монолитной фильерой 7. В монолитной фильере формируют окончательно требуемые размеры клиновидного сечения профиля. Затем, если клиновидный профиль поставляется потребителю в бунтах, осуществляется контроль качества продукции и складирование. Если же клиновидный профиль поставляется потребителю в прутках, то на правильной машине 8 осуществляют правку, порезку на мерные длины на нолсннцах О, контроль качества на установке 10 и складирование.

S .<■

л л,

Рис. 6. Схема производства коллекторных профилей.

На технологическом комплексе отсутствуют операции и оборудование для термообработки деформируемых профилей. Технология производства простых и клиновидных профилей на комплексе построена таким образом, что используя определенную исходную заготовку, за минимальное число проходов без промежуточных отжигов в деформирующих устройствах комплекса , получают готовый профиль с требуемыми механическими характеристиками. Для получения прямоугольных (в т.ч. квадратных) в сечении профилен используется только роликовая волока со смещенными вдоль оси волочения роликами. При этом, перерас-;

нределяя обжатия мелсду двумя .парами рабочих роликов, из заготовки одпого размера молено получить целую гамму прямоугольных профилей. В качестве исходной заготовки моясет быть использована полоса круглого, квадратного и прямоугольного сечений. Требуемое сечение получают за меньшее число проходов по сравнению с волоченном через монолитные фильеры. Виды поставки прямоугольных профилей определяют окончательный вид обработки: постазка п прутках требует использования для правки правильной машины, поставка в бунтах не предполагает такой операции. Круглые профили рационально получить на клетн универсального типа по известной схеме "круг-овал-круг".

Солмсщсшвди процесс лсирертлтшан разливка - непрерывное прессование

Значительное внимание уделено автором повышению качества проволоки из неди и ее сплавов. С этой целыо выполнен комплекс исследований по изучению влияния способов деформации и режимов термической обработки на механические свойства и структуру получаемого изделия. Подробно результаты исследования опубликованы в работах автора [G, 10, 34, 38].

Например, известно, что у проволоки из технически чистой меди действующие стандарты регламентируют как уровень механических свойств, так и величину ее удельного элехстросопротив-ленля. Поэтому для разработки технологии ее получения необходимо оцетшть влияние условий деформации и режима отжига на отмеченные хорактеристнкп металла. С этой целью проведено специальное „¡'„'следование с использованием методов математического планирования экспериментов.

Предварительные опыты доказали, что механические и электротехнические свойства проволоки из меди М1 практически не зависят от ее дпамс что позволило ограничиться исследованием влияния на них только степени деформации е, температуры t °С) н времена выдержки металла при отжиге т.

Tait как общее количество факторов, определяющих процесс, сравнительно невелико, удалось использовать схему полного центрального композиционного уннформ-ротатабельного плана типа ПФЭ 2 2, обеспечивающего получение результатов с дисперсией, не зависящей от радиуса сферы, на которой находится

предсказываемая точка, лишь оы она находилась к пределах рассматриваемой области.

Использованная матрица в общем случае позволяет получать уравнения регрессии вида:

F ■= а о + aixi + 02X2 + ... + btjxixj 4- bi23X}X2X3 , ( 5 ) где F - функция отклика;

x;j - кодированные значения факторов процесса;

Ol, btj - коэффициенты уравнении регрессии, вычисляемые по формулам:

N . N

V Wi 1 -о

и° = L # » ai = N ^ ха Уи '

Л=1 ¿=1

N N

blj = jj У) У к , bl2S ~ ff ^ XI Х2 ХЗ \J и .

В этих формулах (i,j) 1, 2, 3; i/£ - опытное значение исследуемой величины.

1 0,09735 ' 50 ' 3~ 80 1 '

Было принято:

Cm in - 14,07%; Emax - 34,14%; fmin = 050 °C;

imex ^ 750 °C; Tmin = 30 мни; Tmax = 90 мин.

Для "звездных" точек найдено:

!:min « 7,02%; Cmax - 42,28%; tmin = 615 °C;

tu,ах — 785 °C; tmin — 10 Mira.; тто:.; = 110 мин.

Эксперименты провели в лабораторных условиях на образцах проволоки из меди М1 с исходным диаметром 7,0 ым, ав » 229 МПа; 5 48%; для нагрева образцов использовали трубчатую электрическую печь с терморегулятором, механические испытания и замеры удельного электросопротивления осуществляли на повременных серийных установках.

По результатам обработки экспериментальных данных и статистического анализа полученных зависимостей нашли:

аа = 230 ± 15 МПа ( 7 ) , 5 = 45±3%(8)

р = 0,0182 + 0,000512 х3 - 0,000520 х% -- 0,000703 xl ± 0,0008 Ом-м ( 9 )

Как видно из соотношений (7) - (9), в пределах указанных выше значений параметров обработки проволоки ее механические свойства остаются постоянными, а удельное электросопротивление не зависит от степени деформации заготовки, но достаточно заметно определяется условиями последующего отжига.

Аналогичным образом обработаны также данные для неото-:кжсипого металла. Судя по виду этих уравнений, для неотожжеп-ного металла степень деформации достаточно сильно влияет на величины са , 5 (в противоположность отожженной проволоке), но также почти пе сказывается на значениях р.

Установлено, что выражения ( 7 ) - (12 ) хорошо коррелируют с имеющимися экспериментальными данными и могут оказаться полезными для прогнозирования, а следовательно, и для обеспечения требуемого качества изделий из меди М1. Подробно результаты исследования опубликованы в работах автора [G, 10, IG, 37, 38, 41] .

Золочение медной проволоки

Kai: показали исследования, весьма эффективными являются процессы ОМ/Г, использующие литую заготовку. Под руководством и непосредственном участии автора на КУЗОДМ впервые в отечественной практике разработана и внедрена установка непрерывной разливки прутковой заготовки, подвергаемой в дальнейшем золочению. При разработав технологии были использованы материалы автора, опубликованные в работах [1, 20, 22, 25, 36].

В частности, впервые в России была получена непрерывно-литая проволочная заготовка из бронзы Бр0ф6,5-0,4, что потребовало разработки технологии и маршрутов волочения для получения проволоки диаметром 3,4 мм.

В результате анализа литературных данных и предварительных расчетов было предложено четыре маршрута волочения для получения проволоки диаметром 3,4 мм из заготовки диаметром 12,0 мм:

1. 12,0 -> 10,5 о> 9,0 о> 7,6 о> 0,5 о> 5,5 «> 4,7 е> 4,0 о> 3,4 ;

2. 12,0 10,5 о> 9,0 о> 7,2 о> 0,5 о> 3,4 ;

3. 12,0 -> 9,0 о> 7,6 6,5 о> 3,4 ;

4. 12,0 10,5 о> 9,0 о> 0,0 о> 3,4 .

Здесь индексом "о>" обозначен проход с отжигом.

Волочение в первом проходе осуществлялось на машинах однократного волочения ВС'Г 1/650, затем при волочении по первой схеме до конечного размера, по второй схеме до размера диаметром 6,5 мм, а по схемам 3 и 4 до диаметра 6,0 мм использовалась машина однократного волочения ВСТ 1/650. Конечный размер получали с размеров диаметром 6,5 (второй и третий варианты) и диаметром 6,0 мм (четвертый) на многократной волочильной машине по маршрутам:

6,5 -> 5,0 4,5 ->• 4,0 -> 3,75 -» 3,4;

С,0 4,5 -> 4,0 -» 3,6 3,4;

В качестве смазки использовалась чистая молотая мыльная стружка. После каждого прохода производился отбор образцов для определения влияния степени деформации и режимов термообработки на механические свойства и структуру деформируемого , металла.

Механические свойства литой заготовки составляли св = 31,0 -37,0 кгс/мм2; 8 - 43 - 45%.

Принимая во внимание ограниченный объем данной роботы, остановимся в дальнейшем на анализе четвертого маршрута волочения, поскольку именно он оказался наиболее рациональным.

В табл.3 приведены данные изменения по проходам мохаиц-ческнх свойств деформируемого сплава н твердом и отожженном состояниях.

Таблица 3

Механические свойства проволоки БрОФ 6,5-0,4 до и после отлсига

Диаметр проволоки, мм Механические свойства Режим отжига

до отлсига после отжига Температура, Время, т, с

СГд, кг/мм " 5 ,% <Ув, кг/мм " о ,%

12,0 31,037,0 43-45 - - - -

10,5 49,0 10,0 39,0 60,0 600 4,6

9,0 60,0 9,0 39,0 68,0 600 3,5

6,0 85,0 4,0 40,0 68,0 600 2,5

3,4 101,0 2,5 42,0 39,0 600 2,5

Отяснг протянутых прутков с1 = 10,5 мм при 600 °С в течение 4,5 ч в шахтной печи приводит к полной рекристаллизации, в результате протекания которой образовались полиэдрические зерна с множеством двойников. Размеры зерен 0,048 мм. Пластичность металла повысилась до 5 = 60 %, а ств уменьшилось до

С)

39 кгс/мм" . Близкие результаты получены после термообработки металла, деформированного на <1 = 9,0 и 6,0 мм, однако, размеры зерен в последнем случае несколько меньше ( 0,037 мм). Деформация металла с <1 = 6,0 на с? = 3,40 мм приводит к заметному

л

повышению Од = 101 кгс/мм , удлинение такой проволоки типично для твердых материалов и составлчзт 2,5 %.

Опыт показывает, что параметры промежуточного отжига существенно влияют на механические свойства конечной продукции. В качестве примера приведем методику исследования по выбору рационального режима промежуточного отжига прутка 11 = 10,5 мм. Исходная заготовка в твердом состоянии с параметрами механических свойств, приведенных в табл.3, подвергалась отжигу при температуре 560- 570 и 600 °С в течение 1,5; 3,0; 4,5

н 6,0 ч. Результаты определения механических свойств приведены л табл.4.

Исследования показали, что при нагреве в интервале 560-600 0 С и выдержке до 2 ч структура металла практически одинаково равномерна по всему сечению проволоки и представляет собой структуру деформации.

Таблица 4

Влияние температуры и времени на механические свойства проволочной заготовки (исходные ав = 49 кгс/мм " ; 5 = 10%)

Режим отжига Механические свойства после термообработки

Температура ° С Время т, с л а в, кгс/мм 5,%

560-570 1.5 49,0 11'

560-570 2,5 45,0 14

600 1,5 49,0 12 '

600 2,5 43,0 16

600 4,5 39,0 60

600 6,0 35,0 66 |

Разупрочнение начинается при выдержке 2,5 ч. При температуре отжига t - 600 °С с увеличением времени от 2,5 до 6 ч ав падает, а относительное удлинение растет. При выдеряске т — 4,5 ч структура получается однородной, равномерной, величина зерна 0,048 мм.. Увеличение выдержки до 6 ч приводит (при незначительном уменьшении стЛ) к значительному укрупнению зерна ( до 0,22 мм), что объясняется интенсифицированием процесса собирательной рекристаллизации, которое приводит к разупрочнению материала. Таким образом, данные исследования позволяют рекомендовать после деформации на с? 10,5 мм осуществлять термообработку при t •=* 600 ° С в течение 4,5 ч.

Наиболее рациональные режимы термообработки после следующих проходов приведены в табл.3. Причем в размере й — 6,0 и 3,4 мм термообработка осуществляется в конвейерных печах при скорости V — 5,1 м/мин.

Проведенные исследования позволили определить влияние степени деформации к режимов промежуточного отжига на механические- свойства и структуру проволоки из бронзы Бр0Ф6,50,4, а также разработать технологические режимы получения проволоки (1 - 3,4мм для производства металлических сеток из непрерывно-литой заготовки (1 ~ 12,0 мм.

Перспективным способом полугения проволоки из сплавов на основе меди является способ непрерывной разливки - непрерывного прессования [1, 3]. В брошюре автора [1] приведена математическая модель процесса, позволяющая определить основные технологические параметры процесса, а также результаты экспериментальных исследований.

Для успешного использования процесса литья и непрерывного прессования необходимо иметь данные по определению времени .остывашш заготовки до необходимой температуры, поскольку этот технологический параметр существенно влияет на структуру металла, свойства заготовки, условия и режимы работы установки. Основными факторами, влияющими на продолжительность остывания, являются температура рабочей канавки, интенсивность теплоотбора, температура пластической деформации. Для учета этих факторов была разработана математическая модель, реализованная на ЭВМ.

В результате получепо выражение для определения температуры остывания * в виде:

* ~ 130,02 - 0,057*/ + 0,24*2 + 15*з + 0,0025x4 ( 13 ) где х\ - коэффициент теплообмена;

Х2 - температура поверхности канавки;

Хз - площадь поперечного сечения канавки;

Х4 - заданная температура пластической деформации.

В качестве основного условия при определении энерго-силовых параметров процесса непрерывное литье - непрерывное прессование использован закон сохранения энергии, записанный в виде:

N0 =? ЛГф + .Мгр + ( 14 )

где Ыа - мощность, подводимая в зону деформации;

Ыф - мощность формоизменения;

Ытр - мощность, затрачиваемая на трение' о башмак;

Мт - мощность трения в зоне деформации.

В результате реализации математической модели получены зависимости для определения мощности, подводимой к рабочему

колесу:

2

Ыа = Тп<* ( 2 Ь0) • фкол ( 2 Но + во ) , ( 15 )

угла полного контакта в зоне деформации

Трврщ__4 ст8 УХ_

фкол 2 + „

Т„ (2 ¡10 + Ьо) Тп со ( 2 + Ьо) ( 2 Ло + &о)

■[»/«А +-, х « Ь (16)

1 + СОЗ Р

усилия прессования

--^-¡7- (И)

В равенствах ( 15 ) - ( 17 ) приняты следующие обозначения:

Тп - удельные силы трения между заготовкой и колесом;

Тр - удельные силы трения между заготовкой и башмаком;

о) - угловая скорость вращения колеса;

5/, VI - соответственно площадь поперечного сечения и скорость полосы на выходе из матрицы;.

срб - угол, определяющий протяженность зоны контакта металла и башмака;

ho, во - глубина и ширина калибра (канавки) кристаллизатора;

П!: - радиус внутренней грани калибра;

Л - вытяжка;

п - коэффициент неравномерности деформации;

I - длина рабочей зоны матрицы;

ß - полный угол матрицы;

г - радиус готового изделия.

Комплекс экспериментальных исследований включил в себя научение тепловых режимов остывания заготовки из жидкого металла, определение зависимости температуры прессования и силовых параметров процесса от величины вытяжки, скорости двгженпя рабочего колеса и угла матрицы.

Выявленные закономерности совмещенного процесса непрерывного литья - прессования дают возможность для научно-обоснованного проектирования технологии получения изделий различного сортамента. Так по результатам исследований разработана технология получения латунного прутка из сплава JIC59-1 диаметром б мм. Из практики прессования известно, что для проработки литой структуры заготовки с целью получения изделий с хорошим качеством коэффициент вытяжки должен быть не менее 10. Поэтому площадь поперечного сечения заготовки выбрана равной 400 мм2.

Начальные условия процесса назначены следующим образом: коэффициент теплоотдачи а, обеспечивающий максимальный теплосъем, равен 580 вт/мм2 , что соответствует охлаждению кристаллизатора с толщиной стенки 15 мм проточной водой; оптимальное соотношение сторон калибра рабочего колеса-кристаллизатора равно 5:1, а с учетом того, что вставка входит в калибр на глубину 10 мм, камера прессования имеет размеры поперечного сечения 40x10 мм"; температура стенки калибра рабочего колеса-кристаллизатора в момент заливки металла

[твиа 50 °С. Температура заготовки в золе прессования для ' даьного сплава равна 600 °С.

Разработанная модель позволяет при наличии указанных дан- . пых определить время остывания расплава тост, скорость процесса и¡ц рациональные энергосиловые параметры, угол матрицы р и найти место установки миксера относительно рабочего колеса-кристаллизатора. Для проводимого варианта эти параметры

равны: хост = 40 с, Иъ — 0,15 м/с, ^ = 70 .

На данных режимах отпрессована партия профиля круглого сечения диаметром 6 мм. Замер температуры металла в зоне прессованна показал, что ее значения колеблются в пределах 580-620 °С, что доказывает достоверность полученных зависимостей.

Основными технологическими параметрами непрерывного прессования являются крутящий момент на валу колеса, температура прессования, степень деформации, доходный угол матрицы, скорость подачи заготовки в камеру прессования.

С целью проверки теоретических данных и создания рациональной технологии получения изделий непрерывным пресса лани«,;. экспериментальным путем было изучено влняпие на процесс прессования перечисленных факторов. Па экспериментальной установке проводили серию опытов ко прессованию из латунной заготовки ЛС59-1 с размерами поперечного сечения 18x18мм" проволоки диаметром 6,0 и 4,0 мм. Исследования показали, что зависимости, действующие при традиционных способах прессования, не достаточно точно описывают процесс непрерывного прессования. Это связано, прежде всего, с различием в кинематических условиях обычного и непрерывного прессования. При непрерывном прессовании усилие, необходимое для выдавливания пресс-изделия через матрицу, создается силами контактного трения заготовки о поверхность движущегося калибра, величина которых зазисит от площади контакта, коэффициента трения и сопротивления деформации материала заготовки. Два последних фактора, в свою очередь, зависят от температуры металла, которая изменяется по мере продвижения заготовки от входа в камеру прессования до матрицы.

Изменение усилия прессования (для получения изделия меньшего поперечного сечения при неизменном сечении заготовки) прежде acero увеличивает зону полного контакта заготовки с калибром и, следовательно, с неподвижной кольцевой вставкой. . Изменение площади контакта заготовки с калибром (инструментом) приводит к изменению величины температуры металла, достигшего матрицы. Следовательно, условия прессования заготовки постоянно меняются при изменении одного из факторов процесса вследствие саморегулирования отношения величины попы полного л неполного контакта. Подробно результаты исследования приведены в работе автора [1, 7]. Приведем практические рекомендации для осуществления непрерывного прессования латуни ЛС59-1:

- непрерывное прессование ЛС59-1 целесообразно вести из заготовок квадратного сечения;

- диаметр рабочего колеса-кристаллизатора должен составлять не менее 320 мм, центральный угол о::вата колеса вставкой около 40° , a заходный угол матрицы - порядка 80° ;

- скорость подачи заготовки в калибр колоса ■ "),15 м/с;

- температура нагрева заготовки перед прессованием должна быть 750°С , вставки - 400°С , калибра - 200°С ;

- для достижения коэффициента вытяжки порядка 10 при прессовании заготовок размерами 18x18 мм" необходимо использовать электродвигатель мощностью не менее 50 кВт.

Совершенствование качества слитков с целыо создания эффективных технологий полного цикла

Качество готового изделия в значительной степени зависит от того, какие технологии и оборудование ОМД используются для его получения. Однако, никакие самые современные процессы ОМД не способны полностью исправить дефекты, внесенные в металл на стадии формирования слитка. Более двадцати лет посвятил автор проблеме повышения качества литой заготовки и изучению влияния ряда физических аспектов на структурообра-зованпе в процессе кристаллизации слитка.

Особенности производства слнтков, характерные для всех, в том числе и Каменск-Уральского завода ОЦМ (незначительная продолжительность технологического цикла, разнообразная и непрерывно изменяющаяся номенклатура выпускаемых сплавов с большим количеством контролируемых компонентов и жесткими допусками на их содержание) требуют максимальной оперативности аналитического контроля и высокой точности получаемых результатов.

Для решения этой проблемы была разработана и внедрена автоматизированная система аналитического контроля химического состава, обеспечивающая управление технологическим процессом выплавки сплавов [1, 11-14, 20, 22, 25, 31, 33].

В результате выполненной работы разработана и внедрена технология производства слитков сплава МНЦ 15-20 с применением электромагнитного перемешивания и модифицирования при использовании в шихте чистых металлов, отходов собственного производегва и ломов ВЦМ (до 75% от общей массы шихты). За счет уменьшения использования чистых шихтовых материалов и вовлечения более-дешевого вторичного сырья обеспечивается снижение себестоимости слнтков.

При дальнейшей обработке процесса получения высококачественного нейзильбера впервые в России была разработана и внедрена технология производства бухтовой заготовки из этого сплава методом горизонтального непрерывного литья на многоручьевой установке через графитовый кристаллизатор [20].

При разработке процесса освоена технология непрерывного расплавления сплава в печи и получения качественного расплава. Разработана технология литья прутков и оптимизирована температура литья. Разработаны режимы вытягивания прутков в процессе литья, отлиты прутки с заданными параметрами по разработанной программе и исследована поверхность прутков их микро-, макроструктура и механические свойства. Отработаны и освоены последующие режимы волочения, отжига и осуществлен выбор оборудования. В результате внедрения выход годного повысился на 15% при одновременном улучшении качества заготовки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ ситуации, сложившейся в области производства и потребления продукции из сплавов на основе меди, позволяет сделать вывод о том, что многие отрасли промышленности (машиностроение, электротехническая, радиоэлектронная, моторо-, самолето-, ракетостроение и др.) требуют от металлургов изделия, имеющие как простое, так и фасонное сечение, обладающие высокими потребительскими свойствами. Существующие технологии в основном обеспечивают возможность получения такого рода продукции, однако при этом тратится значительное количество энергетических, материальных и трудовых ресурсов. Коренное изменение положения возможно лишь в результате комплексного влияния на весь технологический процесс создания изделия, начиная от получения отливки до последних проходов при изготовлении конечной продукции.

В результате проведенного анализа сформулирована и обоснована научная проблема, суть которой заключается в создании научных оспов технологических процессов, входящих в технологическую цепочку производства профилей, а также в разработке, исследовании и промышленном применении новых технологий и оборудовать.

Разработан, защищенный а.с. СССР № 1509149, способ получения трапециевидных профилей в конических валках с пересекающимися осями вращения. Создана математическая модель предложенного способа деформации, позволяющая определить основные технологические параметры процесса, разработана математическая модель управления геометрическими параметрами получаемых профилей (кривизной, формой, размерами). Выполнен комплекс экспериментальных исследований по определению влияния способов деформации и режимов промежуточных термических обработок на служебные свойства готовых изделий, что ■позволило научно-обосновано назначать технологические режимы. Предложен для деформации слитков из тяжелых цветных металлов способ прокатки-ковки, разработана, защищенная авторским свидетельством, конструкция стана для реализации процесса прокатки-ковки.

•экспериментальная проверка математических моделей производилась как в лабораторных, тшс и в промышленных условиях. Сравнительная оценка теоретических и экспериментальных данных позволила сделать вывод об адекватности полученных результатов.

Выполнен комплекс исследовании по изучению совместного влияния электро-магнитного перемешивания и модифицирования на структуру и механические свойства сплавов на основе меди, результатом которого явились новые представления о формировании механических свойств литой заготовки, предназначенной для дальнейшей обработки давлением.

На уровне изобретений создан, спроектирован и наготовлен комплекс телеологического оборудования. Новизна инженерных решений защищена 20 изобретениями. Результаты исследования позволили, осуществить управление технологией на различных этапах технологического процесса и обеспечили значительное снижение энергетических, материальных и трудовых затрат.

Прогрессивность использования разработанных технологий и оборудования подтверждается опытом их эксплуатации в промышленности. Отличительной особенностью работы является ее комплексный характер.

*

Таким образом, научное и практическое значение работы состоит в обобщении результатов имеющихся и проведенных автором исследовании сквозной технологии, в создании новых научных представлений, теории, технологии и оборудования для обеспечения изготовления изделий с заданными служебными свойствами.

Основные хюложЁшш диссертации опубликованы

в монографиях:

1. Токарь B.C. Получение качественных полуфабрикатов из медных сплавов. Магнитогорск. 1994. 84с.

2. Эффективные процессы получешш фасошшх профилей / B.C. Тжарь, А.А.Гостев, И.Г.Гун а др. Магнитогорск. 1994. 115с.

3. Широкосортаментная прокатка профилен из медных сплавов на полунепрерывном стане /Л.М.Железняк, В.И.Свишш, В.С.Токарь и др. Екатеринбург. 1995. 154с.

в брошюрах:

4. Роликовые волоки /В.Г.Шеркунов, В.С.Токарь, В.В.Барич-ко и др. Свердловск-Каменск-Уральский, УО АН СССР, 1989. 39с.

5. Гайдабура В.В., Коршунова Т.Н., Токарь B.C. Производство коллекторных профилей в роликовых клетях. Свердловск-Камен-скУральскпй, УО АН СССР, 1990. 32с.

G. Исследование механических свойств и структуры проволоки и прутков из цветных металлов и сплавов /В.С.Токарь, В.Г.Шеркунов, В.Г.Морозов и др. Свердловск-Каменск-Уральский, УО АН СССР, 1990. 40с.

7. Производство латунной заготовки методом совмещенного литья и непрерывного прессования /В.Г.Шеркунов, В.М.Сергеев, В.С.Токарь и др. Свердловск-Каменск-Уральскнй, УО АН СССР, 1990. 30с.

в статьях:

8. Вопросы теории и практики производства клиновидных фасонных профилей /Н.А.Кремсов, И.А. Коппель, Л.А.Пономарев, В.С.Токарь //Цветные металлы. М.1980. №9. с.84-86.

9. Новое в производстве клиновидных полос /Н.А.Кремсов, В.С.Токарь, М.Ф.Чистякова и др. // Цветные металлы. М.1980. Лг»8. с.111-112.

10. Влияние режимов сбжатия на механические свойства коллекторных полос при прокатке в конических валках /Н.А.Кремсов, И.А.Коппель, В.С.Токарь, Л.А.Пономарев //Цветные металлы. М. 1985. №4. с. 79-81.

11. Применение электромагнитного перемешивания расплава с целью повышения пластичности слитков сплава МНЦ15-20 при горячей деформации /В.С.Токарь, Д.К.Фигуровский, Н.И.Ермолаева и др. Свердловск, СЦНТИ, 1989 - инф. №620.

12. Индуктор для перемешивания металла и его использование при полунепрерывной отливке МНЦ15-20 /В.С.Токарь, И.А.Кри-

лэнощенко, Ю.С.Прудников, Д.К.Фнгуровский, Свердловск, СЦКТИ, 1989 - ннф. №622.

13. Спектометр рентгеновский многоканальный СРМ-18 с УВК ЫОООО для экспрессного анализа цветных металлов /Токарь B.C., Лриетархоа Н.П., Свердловск, СЦНТИ, 1984 - инф. №532.

14. Автоматизированная система аналитического контроля промпродуктов Каменск-Уральского завода по обработке цветных металлов (ОЦМ) и опыт ее реализации /В.П.Дощечкип, А.М.Самарин, Н.П.Аристархова, В.С.Токарь //Цветные металлы. М. 1987, №6. с.77-80.

15. Горячая прокатка профилей электротехнического назначения на полунепрерывном стане /Токарь B.C., Хайкнн Б.Е., Железняк JI.M., Свердловск, СЦНТИ, 1989 - инф. №004.

1G. Применение процесса проката-ковка для обработки давлением медных и ннкелиевых сплавов /В.Н.Выдрин, Л.К.Палки-чев, Г.И.Коваль, В.С.Токарь //Цветные металлы. М. 1989. №4. с.90-91.

17. Гапдабура В.В., Коршунова Т.Н., Токарь B.C. Волочильный стан с роликовой ьолокой для производства клиновидных профилей. Челябинск, ЧЦЕТИ, - инф. №37.

18. Токарь B.C., Крнвонищенко И.А. Электромагнитный насос для цинка. Свердловск, СЦНТИ, 1989 - ннф. №590.

19. Токарь B.C., Юрьев 10.11. Внедрение электроприводов группы клетей 300 полунепрерывного стана 250 на базе САРТ. Свердловск, СЦНТИ, 1990 - инф. №595.

20. Токарь B.C. Технология производства бухтовой заготовки из сплава МНЦ 15-20 методом горизонтального литья.Свер-длоьск, 1990, СЦНТИ - инф. Хг319.

21. Исследование применения горячей шаговой прокатки в технологии получения проволоки из цветных металлов и сплавов /Г.И. Коваль, В.С.Токарь, В.С.Климов, В.П.Котельников и др. //Цветные металлы. М.1994, №4, с.50-53.

22. Тгкарь B.C. Совершенствование ч^хнологии производства ■> полуфабрикатов из тяжелых цветных металлов, и их сплавов

//Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. Магнитогорск, МГМА, 1994. с.38-45.

23. Гайдабура В.В., Коршунова Т.Н., Токарь B.C. Получение клиновидных профилей в конических валках //Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуа.сб. Магнитогорск, МГМА, 1994. с.69-70.

24. Опыт освоения технологии прокатки медной катанки на полунепрерывном стане 250 /Железняк Л.М., Хапкпн Б.Е., Токарь B.C., Свншш В.И. и др. //Цветные металлы, М.1994, №4, с.50-53.

25. Механизм воздействия электромагнитного поля на формирование структуры слитков при непрерывной! литье свинцовистой латуни /Измайлов В.А., Ермолаегч Н.И., Токарь B.C. //Цветные металлы, М.1994, №7, с.52-57.

26. Гун И.Г., Токарь B.C. Управление качеством продукции с использованием принципов квалпметрни.// Новые материалы и технологии: Материалы Российской науч.-техн. конф., Москва,

1994, с.13.

27. Гостев А.А, Чукин М.В., Токарь B.C. Функциональные покрытия прокатных валков // Напыление и покрытия- 95: Материалы мелсд. науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, СПГТУ,

1995, с. 53.

28. Токарь B.C. Разработка технологии горячей шаговой прокатки трудиодеформнруемых материалов // Новые материалы и технологии: Материалы Российской науч.-техн. конф., Москва, МАТИ, 1994, с.112.

29. Разработка технологии формирования композиционных покрытий на тянущие кольца волочильных станов /Чукин М.В., Фоменко А.Н., Токарь B.C. и др. //Композиционные материалы, технология и производство: Материалы Мсждун. конф. Киев, 1994, с.47-48.

30. Электромагнитное перемешивание /В.С.Токарь, Б.А.Сара-,пулов, Ф.Н.Сарапулов и др.//Электромеханика и электротехно-логня: Материалы Междун. конф. Суздаль, 1994.

31. Применение электромагнитного перемешивания в процессе литья /Токарь B.C., Сокунов Б.А., Снрылышков А.И. //Литейное производство, Новосибирск, 1995, № 4-5, с.11.

- '//-

32. liftучно-техmiчеаkgo сотрудничество Уральского государственного технического университета с Каменск-Уральским заводом ОЦМ /Л.М.Железняк, Р.К.Мыснк, В.С.Токарь и др.//Цвет-иые металлы. М.1995. М> 9, с. 15-19.

33. Влияние электромагнитного перемешивания на структуру бронзы н нейзильбера /Фигуровскнй Д.К., Балуков Б.Е., Токарь B.C.// Управление процессами структурообразования металлических сплавов в жидком и твердом состояниях: Сб. науч.тр. Москва, МГАПИ, УГТУ, 1СУ30ЦМ. 1995. с.27-38.

34. Влияние термической обработки на залечивание литейных мнкропор /Куманин В.И., Токарь B.C., Балуков Б.Е. и др. //Управление процессами структурообразования металлических сплавов в жидкой и твердом состояних: Сб. науч. тр. Москва, МГАПИ, УГГУ, КУЗОЦМ. 1995. с.42-46.

35. Инженерная методика расчета устройства для электромагнитного воздействия на жидкие металлы /Сокунов Б.А., Токарь B.C., Прудников IO.C. и др.//Унравленне процессами структурообразования. металлических сплавов в жидком и твердом состояниях: Сб.науч.тр. МГАПИ, УГТУ, КУЗОЦМ. 1995. с.63-71.

36. Специальная электрическая машина в литейном деле /Са-ранулов Ф.Н., Сокунов Б.А., Кривоннщенко А.К., Токарь B.C. н др. //Электротехнические системы автотранспортных средств и их роботизированных пронзводств:Межвуз. сб. Москва, МАМИ. 1995. с.155-159.

37. Токарь B.C. Формоизменение волоченой проволоки марки Ml. // Обработка сплошных н слоистых материалов: Межвуз. сб. Магнитогорск, МГМА, 1995, с.3-6.

38. Токарь B.C. Разработка режимов волочения бронзовой проволоки ОФ 6,5-0,4 //Обработка сплошных и слоистых материалов: Межвуз. сб. Магнитогорск, МГМА. 1995, с.40-43.

39. Электромагнитное воздействие на металлы /Ф.Н.Сарапу-лов, Б.А.Сокунов, В.С.Токарь и др. //Электромеханика и электротехнология: Материалы юбилейной конф. Екатеринбург. 1995. с. 264-270

, 40. Двухкональный насос для жидких металлов /Б.А.Сокунов, Ю.С.Прудииков, В.С.Токарь и др. //Электромеханика и электро-

технология:Материалы юбилейной конф. Екатеринбург. 1995. с. 275-280.

41. Нагрев полосовой заготовки /Б.А.Сокунов, Ю.С.Прудпн-icoB, В.С.Токарь и др. //Электромеханика и электротехнологнл: Материалы юбилейной конф. Екатеринбург. 1995. с. 280-285.

в изобретениях:

42. A.c. 624678 СССР, 2В21С 3/08. Роликовая волока /Стукач А.Г., Токарь B.C., Железняк JI.M. и др. Опубл. 25.09.78. Бюл. №35.

43. A.c. 939106 СССР, В21В 13/10. Прокатная клеть для прокатки клиновидных профилей /Выдрин В.Н., Кремсов H.A., Киселев А.М., Токарь B.C. и др.

44. A.c. 1013095 СССР, В22Д27/06. Флюс для непрерывного литья кадмиевой бронзы /Резник Б.И., Ерофеев А.Е., Стрельцов Ф.Н., Токарь B.C. и др. Опубл. 23.04.83. Бюл. №15.

45. A.c. 1480907 СССР. В21В13/10, В21СЗ/08, В21В13/10. Узел валков рабочей клети для прокатки и волочения /Гайдабу-ра В.В., Панов В.В., Токарь B.C. и др. Опубл. 23.05.89. Бюл. №19.

46. A.c. 1475741 СССР. В21В1/00. Прокатный стан /Ттщабу-ра В.В., Панов В.В., Нагорный B.C., Токарь B.C. и др. Опубл. 30.04.89. Бюл. №16.

47. A.c. 1509149 СССР, В21СЗ/00.5/00. Способ волочения клиновидных профилей /Гайдабура В.В., Баричко Б.В., Коршунова Т.Н., Токарь B.C. и др. Опубл. 23.09.89. Бюл. №35.

48. A.c. 1555000 СССР. В21В13/10, В21Н1/06. Рабочая клеть для прокатки п волочения /Гайдабура В.В., Панов В.В., Нагор-нов B.C., Токарь B.C. Опубл. 07.04.90. Бюл. №13.

49. A.c. 155499 СССР. В21В13/00,13/10. Прокатная клеть /Гайдабура В.В., Шеркунов В.Г., Токарь B.C. и др. Опубл. 07.04.88. Бюл. №13.

50. A.c. 1767884 СССР. С21С5/54. Флюс для электрошлакового переплава /Тимошин А.Г., Иванов П.И., Зиниград М.И., Шалимов М.П., Токарь B.C.

51. A.c. 1759909 СССР. С21Д9/50.27В9/28. Агрегат для скоростного нагрева металла /Попов Д.Н., Пономарева Т.В., Мысик А.Ф., Юрьев Ю.И., Токарь B.C. и др.Опубл. 30.07.90.

52. A.c. 5036816/02 РФ. 2001136С1, 5С22В9/18. Способ электрог'чакового переплава цветных металлов, преимущественно никеля /Измаилов В.А., Фрнндлянский P.M., Орлова A.M., Клевцов A.A., Мельникова М.С., Токарь B.C. Опубл. 10.04.92. Бюл. №37-38.

53. Патент РФ № 2001136 на изобретение "Способ электрошлакового переплава цветных металлов, преимущественно никеля" /Измаилов В.А., Фрнндлянский P.M., Орлова Л.М., Клевцов A.A., Мельникова М.С., Токарь B.C.. М.Роспатент.15.10.93. ,

54. Решение о выдаче патента по заявке № 94013668/ 02/ 013546 от 18.04.94. на изобретение "Способ производства асси-метрнчных пятигранных высокоточных полосовых профилей" /Панов В.В., Барков JI.A., Шеркунов В.Г., Токарь B.C. Роспатент.

55. Решение о выдаче патента по заявке № 94013 576/02 /013524 от 18.04.94. на изобретение "Способ производства прецизионных полосовых профилей с центрально расположенным желобом" /Панов В.В., Барков JI.A., Шеркунов В.Г., Токарь B.C. и др. Роспатент.

56. Решение о выдаче патента по заявке № 94013 595/02/013479 от 18.04.94. на изобретение "Способ производства швеллерного профиля" /Панов В.В., Барков JI.А., Шеркунов В.Г., Токарь B.C., Свишш В.И. Роспатент.

57. Решение о выдаче патента по заявке №94020011/02 /019813 от 31.05.94. на изобретение "Способ производства полосовых прямоугольных высокоточных профилей" /Панов В.В., Токарь B.C., Шеркунов В.Г., Барков Л.А. и др. Роспатент.

58. Решение о выдаче патента по заявке № 94023096/02/ 021728 от 15.06.94. на изобретет', j "Привалковая арматура сортопрокатной клети" /Панов В.В., Токарь B.C., Козловских Н.Ф., Шеркунов В.Г.. Роспатент.

59. Решение о выдаче патента по заявке № 94023102 /021021734 от 15.06.94. на изобретение "Способ производства многогранных ассиметричных высокоточных профилей"

/Попов В.В., Барков JI.A., Шеркунов В.Г., Токарь B.C.. Роспатент.

60. Решение о выдаче патента по заявке № 95102448/02/ 004464 от 20.02.95. на изобретение "Способ производства прецизионных полосовых профилен с :келобом" /Панов В.В., Барков JI.A., Токарь B.C., Шеркунов В.Г. Роспатент.

61. -""Решение о выдаче патента по заявке № 95102354/02/ 004437 от 20.02.95. на изобретение "Способ производства прецизионных, полосовых профилей с желобом" /Панов В.В., Барков Л.А., Токарь B.C., Шеркунов В.Г. Роспатент.