Лекция 14. Совмещение процессов литья и обработки металлов давлением. Производство изделий методом совмещенного литья и прокатки, литейно-прокатные агрегаты

План лекции:

1 Совмещение операций литья и обработки металлов давлением

2 Оборудование для реализации совмещенного процесса литейно

прокатными агрегатами (ЛПА)

3 Процессы совмещения литья и прессования

Процессы непрерывного литья появились в середине девятнадцатого века, при этом начали формироваться наиболее общие, традиционные способы непрерывных процессов, совмещающих плавку, литьё и дальнейшую обработку металлов давлением. Одним из первых совмещенных способов считается процесс введения непрерывно отлитой заготовки в нагретом состоянии в прокатный стан, где значительно уменьшалось её поперечное сечение, и сама заготовка соответствующим образом профилировалась.

На основе традиционных способов ведения непрерывных процессов были созданы мощные технологические линии, совмещающие плавку, литьё и прокатку, а оборудование для реализации совмещенного процесса названо литейно-прокатными агрегатами (ЛПА). Начиная с середины двадцатого века для осуществления совмещённых процессов плавки, литья, прокатки и других операций при производстве полуфабрикатов и готовых изделий из цветных металлов и их сплавов создаются мощные, высокосовершенные и автоматизированные агрегаты на базе горизонтальных графитовых и металлических кристаллизаторов скольжения, роторных, ленточных и валковых кристаллизаторов.

Все промышленные линии независимо от типа применяемого в них кристаллизатора имеют общую структуру, а их конструкционные различия определяются видом получаемого изделия, типом применяемых литейных машин, производительностью агрегатов в целом. Наиболее просты по конструкции горизонтальные кристаллизаторы скольжения и агрегаты на их основе. Особенностью непрерывного литья через такой кристаллизатор с графитовыми вставками является сравнительно низкая скорость движения отлитой заготовки.

Одним из методов решения проблемы совмещения процессов литья и прокатки является использование станов периодической прокатки, дающих возможность вводить в зону деформации заготовки с пониженной скоростью и обеспечивающих высокую степень обжатия за один проход. Однако при прокатке на таких станах не обеспечивается оптимального распределения деформаций, что в ряде случаев приводит к возникновению дефектов прокатываемого материала.

Совмещение литья и прокатки в одной технологической линии предполагалось как необходимый последующий шаг при разработке способа литья в роторные кристаллизаторы, позволяющие вести процесс с высокими скоростями. Начало современной эпохи этих машин связано с агрегатом для производства алюминиевой катанки, состоящей из роторной литейной машины и непрерывного прокатного стана.

На рисунке 45 показана схема ЛПА-АК8П, применяемого для получения алюминиевой катанки со среднечасовой производительностью 8 т. Агрегат имеет в своем составе роторную литейную машину для получения заготовки трапециевидного сечения площадью 3300 мм² и прокатный стан с 12 чередующимися двухвалковыми рабочими клетями, расположенными в две группы. При прокатке используется калибровка овал-круг, а диаметр выпускаемой катанки колеблется от 9 до 19 мм. Суммарная установленная мощность электродвигателей составляет 1500 кВт.

1 – литейная машина; 2 – линия транспортировки заготовки; 3 – прокатный стан;

4 – участок охлаждения катанки; 5 – моталка

Рисунок 45. Схема литейно-прокатного агрегата

Для получения тонких полос и фольги методом совмещённого литья и прокатки используется способ непосредственного литья в валки прокатного стана.

Разнообразие способов непрерывного литья и видов кристаллизаторов привело к созданию во многих странах множества различного типа технологических линий, включающих непрерывные процессы, совмещающие плавку, литьё, прокатку и другие операции обработки металлов. В наши дни на их основе созданы мощности, обеспечивающие выпуск продукции, превысивший потребности многих стран.

Процессы совмещения литья и прессования появились позже, в начале двадцатого века. Процессы 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 рисунке 46.

Машина такой конструкции оснащена системой подачи жидкого металла и башмаком большего размера. 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.

1 – заливочный ковш; 2 – регулятор уровня; 3 – жидкий металл; 4 – напорная трубка; 5 – пресс-изделие; 6 – прессовый башмак; 7 – башмак для затвердевания   Рисунок 46. Схема реализации процесса непрерывного литья – прессования способом Conform-Castex

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.

Контрольные вопросы:

5. К каким преимуществам ведет совмещение операций литья и обработки металлов давлением?

6. Каковы преимущества при использовании станов периодической прокатки при совмещении процессов литья и прокатки?

7. Какие вы знаете совмещенные процессы обработки металлов и сплавов?

8. Сущность процесса непрерывного литья – прессования способом Сonform

-Castex