Мухъл за непрекъснато леене на заготовки

Притежатели на патент RU 2336970:

Изобретението се отнася до металургията. Формовата обвивка с квадратно или правоъгълно напречно сечение е направена с горна фуниевидна част и долна част. Дължината на фуниеобразната част е 0,6-0,9 пъти по-голяма от дължината на формата. Вътрешната повърхност на втулката се описва с уравнението a (x, z) = a0 + u (z) + 2v (x, z), където a (x, z) е разстоянието между противоположните страни на вътрешната кухина, x е напречната координата в напречното сечение на втулката, измерена от геометричния център на напречното сечение, z е надлъжната координата, измерена от горния ръб на втулката в посока на изтегляне на детайла, a0 е размер на страната на правоъгълния участък на втулката на изхода на детайла от матрицата, u (z) е промяната в размера на вътрешната кухина, за да се компенсира термичното свиване на заготовката, v (x, z) е повърхност на вътрешната кухина на фуниевидната част на ръкава. Функцията u (z) се определя от израза функцията v (x, z) от израза v (x, z) = v0 (z) [1-Ф (x)/Ф (aV/2)]. Осигурява равномерно охлаждане по периметъра на втвърдяващата се заготовка, подобрявайки качеството на повърхността и намалявайки ромбичността на заготовките, намалявайки вероятността от пробиви, увеличавайки трайността на втулката от медна форма и увеличавайки скоростта на леене на стомана. 4 кал.

Изобретението се отнася до металургията, по-специално до проектирането на кристализатори, и е предназначено за производството на непрекъснато отливани заготовки.

В технологичния процес на непрекъснато леене на стомана на матрицата се възлага една от най-основните функции - образуването на слитък от необходимия участък. Именно калъпът има най-голямо влияние върху образуването на дефекти на формата и повърхностни дефекти в детайлите. Основното изискване към матрицата е да осигури необходимото отнемане на топлина от втвърдяващата се стомана и да получи на изхода на матрицата здрава обвивка на слитъка с добра повърхност, която не би била разрушена от топлината на течната фаза и феростатично налягане.

За да се създаде достатъчно здрава втвърдена обвивка на слитъка на изхода от матрицата, която осигурява възможност за високоскоростно леене, е необходимо да се подобрят условията за пренос на топлина от втвърдяващия слитък към стените на матрицата. Когато обвивката на слитъка се втвърди и се охлади, кората се свива и се образува газова междина между повърхността на слитъка и стените на втулката, което води до „топене“ на ъглите, по-свободно положение на слитъка в мухъл и, като следствие, до асиметрично охлаждане на слитъка и изкривяване на формата на напречното сечение на слитъка (ромбичност). В този случай топлопредаването между слитъка и облицовката на матрицата рязко се влошава, което значително ограничава скоростта на леене.

По този начин геометрията на ръкава трябва да осигурява:

- равномерен и близък до симетричен термичен контакт на обвивката на детайла със стените на матрицата,

- предотвратяват отдалечаването на ъглите на детайла от повърхността на втулката и последващото им нагряване,

- намаляване на деформацията в ъглите на втвърдяващата се обвивка на слитъка и намаляване на риска от почти ъглово напукване,

- достатъчна якост на формиращата обвивка на детайла (нивото на натрупаната деформация или повреда не трябва да надвишава критична стойност).

Съществуват различни опции за дизайна на матричната форма, които до известна степен гарантират спазването на тези изисквания. Общата идея е да се придаде оригиналната форма на напречното сечение на втулката в началния етап на втвърдяване на слитъка с издутини, които биха намалели при преминаването на слитъка през матрицата, превръщайки оригиналната форма в даден квадрат или правоъгълник . В резултат на това, когато слитъкът се движи в матрицата, разстоянието между стените на втулката намалява, което води до подобряване на термичния контакт между повърхността на слитъка и стените на матрицата и съответно дава възможност за значително увеличават скоростта на леене.

Съгласно ЕР 0498296 B2, B22D 11/04, матрицата за непрекъснато леене на квадратни заготовки включва дъгообразни издатини отстрани на втулката, а в горната част на втулката напречното сечение на вътрешната кухина има ъгли по-големи от 90 ° с постепенен подход към прави ъгли в долната част. Тук също трябва да се отбележи, че постепенното изправяне на първоначално криволинейната обвивка на слитъка за дадена форма на стената на черупката не води до равномерен контакт на повърхността на слитъка със стените на формата и следователно от от гледна точка на равномерния растеж на дебелината на обвивката на слитъка, топлопредаването между слитъка и обвивката на матрицата няма да бъде оптимално.

Общите характеристики на известното решение с предложеното са матрица за втулка за високоскоростно леене, която включва квадратна или правоъгълна втулка, с отворена вътрешна кухина в двата края. Формата на повърхността на вътрешната кухина се състои от две части:

- горната фуниевидна част на втулката от металната изливаща страна, която е направена в напречно сечение под формата на издатини на четири стени със заоблени ъгли,

- долната оформяща част на ръкава с плоски стени и заоблени ъгли.

Дълбочината на издутините намалява монотонно от максимума в горния край на кухината на облицовката до нула на границата на горните фуниевидни и долни оформящи части на облицовката.

Техническият резултат на заявеното устройство е равномерно охлаждане на втвърдяващата се заготовка по периметъра и в резултат подобряване на качеството на повърхността и намаляване на ромбичността на заготовките, намаляване на вероятността от пробиви, увеличаване на издръжливостта на втулка от медна форма, увеличаване на скоростта на леене на стомана.

Посоченият технически резултат се постига чрез създаване на матрица със специална форма на повърхността на вътрешната кухина на втулката, която се описва със следното уравнение:

където a (x, z) е разстоянието между противоположните страни на вътрешната кухина,

x - напречна координата в напречното сечение на втулката, измерена от геометричния център на напречното сечение,

z - надлъжна координата, измерена от горния ръб на втулката в посока на издърпване на детайла,

a0 - размерът на страната на правоъгълния участък на втулката на изхода на матрицата,

u (z) - промяна в размера на вътрешната кухина, за да се компенсира температурното свиване на детайла,

v (x, z) - промяна в размера на вътрешната кухина за фуниеобразната част на матрицата.

Промяната на размера на вътрешната кухина за компенсиране на температурното свиване на детайла зависи от надлъжната координата като:

където u0 е средната конусност в ъглите на втулката,

L - дължина на формата.

Термичното свиване се определя чрез изчисляване на състоянието на термична деформация на втвърдяващата се заготовка и зависи от скоростта на леене и вида на отлитата стомана. Анализът на изчисленията за скорости на отливане от 2,6 m/min ни позволява да препоръчаме числените стойности на параметрите u0 = 0,8. 1,4%/m и k = 0,45. 0,55.

Посочената същност на устройството е илюстрирана от фиг. 1-4, където:

Фиг. 1. Промяна на геометрията на вътрешната повърхност по височината на матрицата, където 1 е вътрешната повърхност в горната част на матрицата; 2, 3 - междинни напречни сечения в средната част на матрицата; 4 - правоъгълна (или квадратна) секция със заоблени ъгли в долния ръб на матрицата.

Фиг. 2. Основните параметри на геометрията на вътрешната повърхност на матрицата, където 2 е междинното напречно сечение в средната част на матрицата; 4 - напречно сечение в долния ръб на матрицата, 5 - размер на страната на правоъгълния участък на втулката a0 на изхода на детайла от матрицата; 6 - промяна на размера на вътрешната кухина a0 + u (z), за да се компенсира температурното свиване на детайла; 7 - допълнително увеличение на разстоянието v (x, z) между противоположните стени на вътрешната кухина поради кривината на стените.

Фиг. 3. Надлъжен разрез на матрицата, където 8 е дължината на матрицата L; 9 - дължината на "фуниеобразната" част на формата, 10 - размерът на страната на правоъгълния участък на втулката на изхода на формата a0; 11 - промяна в размера на вътрешната кухина a0 + u (z) за компенсиране на температурното свиване на детайла; 12 - повърхността на вътрешната кухина на матрицата, като се вземе предвид v (x, z) по дължината на "фуниевидната" част.

При проектирането на формата на вътрешната повърхност на втулката, на първо място, е необходимо да се вземе предвид процесът на пълзене на втвърдяващата се обвивка на слитъка. Високотемпературното пълзене на материал се характеризира със степенна зависимост на скоростта на деформация ξ c от напрежението σ и температурата T:

където A и n са експериментално определени температурни зависимости и коефициент на мощност за определен клас стомана.

Нека разгледаме условието за равномерен контакт между стената на матрицата и обвивката на слитъка по време на огъването му. При постоянно контактно налягане по периметъра на втвърдяващата обвивка на детайла, огъващият момент в черупката ще бъде пропорционален на квадратната функция

където М (х) е квадратна функция, отразяваща разпределението на огъващия момент в обвивката на слитъка, съответстващ на равномерно контактно налягане по време на изправянето му,

аV - ширина на извитата част на стената на матрицата,

kM - коефициент, отразяващ разликата в интензитета на деформация на централната и близо до ъгловата част за челото на детайла.

Условието на равномерен контакт тук се разбира като постоянно контактно налягане върху обвивката на слитъка в определен хоризонт на матрицата. В резултат на това ще получим равномерно охлаждане на формиращия слитък без „отпадъци“ на обвивката на слитъка от стените на матрицата и риск от образуване на „копчета“.

В резултат на това, след интегриране на диференциалните уравнения на огъване при условия на нелинейна деформация на обвивката на слитъка, получаваме уравнението на криволинейната форма на вътрешната кухина на напречното сечение на матрицата (уравнението е написано за х≥ 0)

където v0 е максималното отклонение (амплитуда) от правия генератор в центъра на лицето на вътрешната кухина на матрицата,

функция v (x, z) е симетрична функция по отношение на произхода на координатата x-v (x, z) = v (-x, z),

Коефициентът n в степента на закон на пълзене за индустриално лети стомани може да приеме стойности в рамките на 3.5. 6.5. За повечето стомани стойността на коефициента n е в рамките на 4. 5. Следователно, ако матрицата е проектирана за широка гама от лети стомани, коефициентът n може да се приеме равен на 4,5.

Наклонът на кривата ϑ се определя от следното уравнение

Налични са следните опции за формата на издутините:

а) ъгълът между съседните стени в ъглите на матрицата във всяко напречно сечение е 90 ° - в този случай коефициентът kM = kM (n) се определя от условието ϑ (аV/2) = 0 (за n = 4,5, коефициентът kM = 0,8348);

б) интензитетът на деформация на централната и почти ъгловата част на обвивката на слитъка е еднакъв, което води до условието за равенство на огъващите моменти в тези части - в случая kM = 1 и ъгъла между страните Δ = (90 + 229,2 · v0/av) °;

в) междинен случай, когато kM (n) m, при 0≤z≤Lv,

m - коефициент, равен на 1,5-2,5;

n - коефициент в силовия закон на пълзене, в зависимост от механичните свойства на стоманата и равен на 3,5-6,5;

V0 - максимално отклонение на извитата стена на фуниеобразната вътрешна кухина на облицовката от праволинейната генерация на горния разрез на матрицата, m;

Lv е дължината на фуниеобразната част по височината на формата, m.