×
12.01.2017
217.015.5fd3

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области обработки металлов давлением. Способ включает формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры. Возможность обработки заготовок некруглого поперечного сечения, например, плоских, обеспечивается за счет того, что формоизменение осуществляют двумя валками, при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков в направлении протягивания заготовки, на последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, при этом заданную температуру нагрева обеспечивают выбором соотношения скорости протягивания и скорости вращения валков. 3 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области производства полуфабрикатов плоского поперечного сечения методом прокатки.

Обычно в практике прокатного производства стремятся выровнять скорость прокатки со скоростью вращения валков [1], добиваясь минимального скольжения, что позволяет уменьшить износ инструмента и снизить энергетические затраты [2]. Полностью исключить скольжение при прокатке не удается из-за наличия зон опережения и отставания [3]. Из практики прокатного производства известно, что при чрезмерно больших углах захвата может реализовываться режим пробуксовки полосы относительно поверхности валков. В этом случае при конечной скорости вращения валков скорость полосы оказывается равна нулю, а скорость скольжения становится равной скорости вращения валков.

При прокатке также может применяться переднее натяжение, цель применения которого - уменьшить уровень давлений, действующих на рабочие валки, и тем самым снизить упругий прогиб валков и повысить точность получаемого проката. Переднее натяжение можно назначить такой величины, что привод валкам не потребуется, и деформация перейдет в стадию роликового волочения [4-6].

Из уровня техники известны способы деформации с одновременным нагревом заготовок до входа в очаг деформации [7, 8]. Цель применения приема нагрева заготовки перед деформацией волочением состоит в повышении уровня пластичности металла, благодаря чему становится возможным применение способа волочения, несмотря на высокий уровень растягивающих напряжений, характерных для этого способа деформации. Недостатком предложенных способов деформации является необходимость использования расплавов металлов в качестве теплоносителей для передачи тепла заготовке. Во многих случаях применение расплавов крайне нежелательно из-за возможной его диффузии в поверхностные слои заготовки.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ обработки металлов по патенту РФ №2252091 [9], включающий формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры.

В способе по прототипу протягивание осуществляется через деформирующий инструмент, в роли которого выступает волока. Нагрев от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры, осуществляется путем применения приема вращения волоки. Повышенное тепловыделение осуществляется за счет дополнительных перемещений в тангенциальном направлении рабочей поверхности волоки относительно поверхности протягиваемого изделия. Естественно, что такое тангенциальное перемещение возможно, если обе поверхности образованы вращением образующих относительно оси волочения. Тем самым способ по прототипу направлен только на обработку заготовок круглого сечения. Следует отметить, что продуктами обрабатывающих производств являются не только круглые профили, включая проволоку, но и плоский прокат, который невозможно обработать приемами способа по прототипу. Недостатком способа по прототипу являются ограниченные технологические возможности, а более конкретно, возможность обработки заготовок только круглого поперечного сечения.

Предлагаемый способ обработки металлов, как и способ по прототипу, включает формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения за счет повышения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, с обеспечением выделения тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры.

Способ отличается тем, что формоизменение осуществляют двумя валками, при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков в направлении протягивания заготовки, на последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, при этом заданную температуру нагрева обеспечивают назначением соотношения скорости протягивания и скорости вращения валков.

Сущность предложения состоит в том, что на начальной стадии валки захватывают металл и втягивают его в очаг деформации, часть заготовки при этом прокатывается на расстояние, достаточное для закрепления ее устройством вытягивания. После закрепления передней части заготовки в устройстве вытягивания привод вращения реверсируют. Очаг деформации теперь имеет развитую контактную поверхность, на которой за счет трения можно создать источник тепловыделения. Мощность тепловыделения зависит от площади контактной поверхности, коэффициента трения, удельного давления и скорости скольжения. Таким образом, управлять температурой можно, изменяя скорость вращения валков. Ограничением процесса является соотношение величины контактной поверхности и поперечного сечения. При малом сечении (тонкая полоса) и большой контактной поверхности (большой диаметр валка и большое обжатие) полоса может быть порвана усилием натяжения. В противоположном случае будет наблюдаться режим пробуксовки с величиной тепловыделения, зависящей от указанных выше параметров.

На фиг. 1 показана схема начального периода прокатки в момент захвата при вращении валков в направлении прокатки. На фиг. 1 показана схема начального периода прокатки при вращении валков в направлении прокатки с выходом части заготовки, достаточной для ее закрепления в устройстве вытягивания. На фиг. 3 показана схема стационарной стадии, в которой задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки.

Способ осуществляется следующим образом.

Формоизменение заготовки 1 осуществляют двумя валками 2 и 3 (фиг. 1), при этом на начальной стадии обработки задают направление вращения валков (показано круговыми стрелками) в направлении протягивания заготовки (показано прямой стрелкой). На фиг. 2 показано, что часть заготовки при этом прокатывается на расстояние, достаточное для закрепления ее устройством вытягивания. На последующей стационарной стадии задают направление вращения валков против направления протягивания заготовки, что показано сменой направления круговых стрелок на фиг. 3, действующая на переднюю часть заготовки сила показана вектором G.

Из закона сохранения энергии практически вся мощность, расходуемая на трение, превращается в тепло, т.е. за счет процесса трения можно повысить температуру заготовки.

Энергия, необходимая для нагрева в очаге деформации массы m металла теплоемкостью с при разности конечной и начальной температур Δt, равна

Масса m может быть рассчитана через объем V и плотность ρ:

Объем V очага деформации определяется через его длину l, ширину В и среднюю за период обжатия толщину заготовки hc:

После подстановки (4) и (5) в (3) получим

Для определения необходимой мощности N следует правую часть разделить на время нахождения металла в очаге деформации τ:

Скорость протягивания ν может быть рассчитана как путь l, который проходит частица через очаг деформации в течение времени τ:

Тогда формулу (7) можно представить в виде

Тепловыделение W на поверхностях двух валков радиусом R в результате трения в очаге деформации определяется формулой

где F=R*α*B - площадь поверхности трения, α - угол захвата, τт=ψ*τs - напряжения трения, ψ - показатель трения по Зибелю; τs - сопротивление деформации на сдвиг; Δu - скольжение.

Мощность источника тепла Nт определяется тепловыделением в единицу времени, с учетом скорости скольжения νs=Δu/τ получим:

Используя закон сохранения энергии, приравняем правые части уравнений (7) и (9):

откуда соотношение скоростей скольжения и прокатки выражается формулой

В соответствии с последней формулой можно назначить температуру нагрева заготовки и определить соотношения скоростей скольжения и прокатки для достижения заданной температуры. Необходимая скорость скольжения будет тем выше, чем выше параметры: толщина заготовки, плотность материала, его теплоемкость, и ниже параметры: показатель трения, сопротивление деформации, радиус валка и угол захвата.

Пример 1. Заготовкой является лист из электротехнической меди толщиной h0=10 мм который прокатывают до толщины h1=7 мм. Температура начала рекристаллизации электротехнической меди зависит от чистоты и степени предшествующей деформации и ее величина составляет около 200°C [10], т.е. надо обеспечить повышение температуры от комнатной 20°C на Δt=180°C.

При обжатии в валках радиусом 200 мм угол захвата равен . Средняя толщина заготовки равна hc=(0,010+0,007)/2=0,085 м.

При величине сопротивления деформации для меди σs=80 МПа получим сопротивление деформации на сдвиг Показатель трения ψ=0,4; плотность ρ=8900 кг/м3.

Рассчитанное по формуле (10) соотношение скоростей составляет величину k=νS/ν=58,3. Если назначить скорость протягивания ν=0,1 м/с, то следует обеспечить скорость скольжения νS=ν∗k=0,1∗58,3=5,83 м/с.

Скорость скольжения равна νS=ν-(-νв)=ν+νв, где νв - скорость вращения валков, здесь показано, что скорости протягивания и вращения валков складываются из-за противоположности их направлений. Из последней формулы следует, что νвS-ν=5,83-0,10=5,73 м/с. Для упрощения расчетов здесь не учтено, что при деформации происходит дополнительное выделение тепла. Предполагается, что это дополнительное тепловыделение компенсируется потерями тепла за счет диссипации энергии в окружающее пространство. Предложенные приемы управления процессом позволяют решить поставленную техническую задачу.

Пример 2. Заготовкой является лист из алюминиевого сплава Д16 толщиной h0=13 мм, который необходимо прокатать до толщины h1=6 мм. Температура начала рекристаллизации алюминиевого сплава Д16 зависит от чистоты и степени предшествующей деформации и ее величина составляет около 300°C, т.е. необходимо обеспечить повышение температуры от комнатной 20°C на Δt=280°C.

Обжатие происходит в валках радиусом R=250 мм. Угол захвата равен Средняя толщина заготовки при этом равна hc=(0,013+0,006)/2=0,095 м.

При величине сопротивления деформации для сплава Д16 σs=140 МПа, получим сопротивление деформации на сдвиг

Показатель трения для данного случая прокатки примем равным ψ=0,3. Плотность сплава Д16 - ρ=2770 кг/м3.

Соотношение скоростей, рассчитанное по формуле (10), составляет величину k=νS/ν=33,56. Если назначить скорость протягивания ν=0,3 м/с, то следует обеспечить скорость скольжения νS=ν∗k=0,3∗33,56=10,07 м/с.

Скорость вращения валков является разницей между скоростью скольжения и скоростью протягивания листа и равна νвS-ν=10,07-0,30=9,77 м/с. В данном расчете, выделение тепла при деформировании, для упрощения, не учитывается. Предполагается, что это дополнительное тепловыделение компенсируется потерями тепла за счет диссипации энергии в окружающее пространство.

Таким образом, здесь показано, что назначением соотношения скорости протягивания и линейной скорости вращения валков можно достичь заданной температуры нагрева.

Технический результат от применения заявляемого объекта в сравнении с прототипом заключается в расширении технологических возможностей, а более конкретно, в возможности обработки заготовок некруглого поперечного сечения, например, плоского проката.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2135314. Способ автоматического управления процессом непрерывной прокатки с минимальным натяжением или подпором сортового металла. МПК В21В 37/52. Заявка 98104480/02 от 12.03.1998. / Пазухин М.А., Бурмин М.Г., Черкасов Ю.Д., Коробов А.И., Никитин Г.С. Опубл. 27.08.1999.

2. Логинов Ю.Н. Анализ энергозатрат при горячей прокатке листовых полуфабрикатов из алюминия. Производство проката. 2005. №4. С. 19-24.

3. Коновалов Ю.В. Справочник прокатчика. T. 1. М.: Теплотехника. 2008. 640 с.

4. А.с. СССР №799856. Роликовая волока / Новожонов В.И., Логинов Ю.Н., Железняк Л.М. Заявка от 12.04.1978 №2603354/22-02. Бюл. №4 от 30.01.1981.

5. А.с. СССР №812374. Роликовая волока / Логинов Ю.Н., Железняк Л.М. Заявка №2751614/22-02 от 13.04.1979. Опубл. 15.03.1981. Бюл. №10.

6. А.с. СССР №835554. Роликовая волока / Железняк Л.М., Стукач А.Г., Логинов Ю.Н. Заявка №2553771/22-02 от 13.12.1977. Опубл. 7.06.1981. Бюл. №21.

7. А.с. СССР №591244. Устройство для теплого волочения проволоки из малопластичного материала. / Колмогоров В.Л., Новожонов В.И., Логинов Ю.Н. Опубл. 05.02.1978. Бюл. №5.

8. А.c. СССР №710714. Устройство для теплого волочения проволоки. / Колмогоров В.Л., Новожонов В.И., Логинов Ю.Н., Бюл. №3 от 25.01.1980

9. Патент РФ №2252091. Способ волочения заготовок круглого поперечного сечения. Заявка 2004107760/02 от 15.03.2004. / Логинов Ю.Н., Буркин С.П. Опубл. 20.05.2005. Бюл. №14.

10. Патент РФ №2496103. Способ изучения первичной рекристаллизации / Демаков С.Л., Логинов Ю.Н., Илларионов А.Г., Иванова М.А., Степанов С.И. Заявка: 2012107942/28 от 01.03.2012. МПК G01N 19/00. Опубл. 20.10.2013. Бюл. №29.

Способ обработки металлов, включающий формоизменение заготовки протягиванием ее через деформирующий инструмент с нагревом от тепла деформации и трения скольжения на поверхности контакта между деформирующим инструментом и заготовкой, при этом обеспечивают выделение тепла, достаточного для нагрева заготовки до заданной температуры, отличающийся тем, что используют деформирующий инструмент в виде двух валков, которые на начальной нестационарной стадии обработки вращают в направлении протягивания заготовки, а на последующей стационарной стадии обработки - против направления протягивания заготовки, причем температуру нагрева задают соотношением скорости протягивания заготовки и скорости вращения валков.
СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 221 items.
27.02.2013
№216.012.2a09

Способ волочения заготовок

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам интенсивной проработки структуры металла пластической деформацией. Способ включает многопереходное волочение через отверстие волоки одной из мерных трубных заготовок, полученной резкой исходной длинномерной полой заготовки на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476288
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.05.2013
№216.012.4428

Способ переработки глиноземсодержащего сырья

Изобретение относится к области цветной металлургии. Способ переработки глиноземсодержащего сырья включает выщелачивание сырья, содержащего глинозем, с получением алюминатного раствора, отделение его от красного шлама и направление алюминатного раствора на стадию кристаллизации с получением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483025
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.08.2013
№216.012.5cb5

Способ переработки глиноземсодержащего сырья

Изобретение относится к области цветной металлургии. Выщелачивают глиноземсодержащее сырье с получением алюминатного раствора и красного шлама, отделяют красный шлам от алюминатного раствора и его подают на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489354
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.6000

Способ переработки глиноземсодержащего сырья

Изобретение относится к области цветной металлургии. Глиноземсодержащее сырье выщелачивают с получением алюминатного раствора, отделяют его от красного шлама и направляют алюминатный раствор на стадию кристаллизации с получением маточного раствора и осадка, содержащего гидроксид алюминия....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490208
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.10.2013
№216.012.727c

Способ переработки бокситов на глинозем

Изобретение относится к способу переработки бокситов на глинозем. Способ включает размол боксита в оборотном растворе, выщелачивание, сгущение с получением алюминатного раствора и красного шлама, промывку красного шлама, декомпозицию алюминатного раствора с получением гидроокиси алюминия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494965
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.76eb

Способ изучения первичной рекристаллизации

Использование: для изучения первичной рекристаллизации. Сущность: заключается в том, что осуществляют нагартовку образца и повышение его температуры до температуры прохождения рекристаллизации, при этом к образцу прикладывают постоянную нагрузку, приводящую к упругой деформации, а при повышении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496103
Дата охранного документа: 20.10.2013
20.01.2014
№216.012.97f3

Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению труб из технически чистого титана с радиальной структурой. Для получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой изготавливают заготовки в виде колец, деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504598
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9c9b

Способ определения коэффициента трения при пластической деформации

Изобретение относится к области изучения трения при обработке металлов давлением, предпочтительно в технологиях ковки. Сущность: осуществляют изготовление испытуемого образца, фиксацию его начальных геометрических параметров, осадку с уменьшением толщины образца, фиксацию геометрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505797
Дата охранного документа: 27.01.2014
20.08.2014
№216.012.ec82

Способ получения цилиндрической заготовки из армированного металлического композиционного материала

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам получения заготовок типа дисков или колец из композиционных материалов литейными технологиями. Способ включает расплавление металлического материала матрицы, размещение в изложнице с цилиндрической внутренней поверхностью проволоки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526354
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.02.2015
№216.013.2a0c

Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам получения заготовок типа прутков из композиционных материалов литейными технологиями. Способ включает размещение в цилиндрической емкости проволоки из упрочняющего металлического материала, расплавление металла матрицы, заполнение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542221
Дата охранного документа: 20.02.2015
Showing 1-10 of 88 items.
20.02.2015
№216.013.2a0c

Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала

Изобретение относится к области металлургии, а именно к методам получения заготовок типа прутков из композиционных материалов литейными технологиями. Способ включает размещение в цилиндрической емкости проволоки из упрочняющего металлического материала, расплавление металла матрицы, заполнение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542221
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.01.2016
№216.013.a04f

Способ получения литой цилиндрической заготовки

Предлагаемое изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения заготовок типа дисков или колец из композиционных материалов. Способ включает получение расплавленного металлического материала матрицы, погружение в расплав трубки из кварцевого стекла, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572681
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.01.2016
№216.013.a050

Способ получения многослойной полой заготовки

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении многослойных полых заготовок. Первую полую заготовку исходных размеров подвергают прокатке на кольцепрокатном стане с получением заготовки первого перехода. Внутренний диаметр указанной заготовки увеличен до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572682
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.04.2016
№216.015.2b7a

Способ получения полос из немерных отрезков труб

Изобретение относится к методам утилизации немерных концов труб предпочтительно из нержавеющей стали. Способ включает разделку исходной трубы на мерные и немерные отрезки, плющение отрезков с получением плоского профиля. Получение товарного продукта без применения энергоемких процессов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579856
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.04.2016
№216.015.2eb1

Способ получения изделий типа стакан из немерных концов труб

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к методам утилизации немерных концов труб, предпочтительно из нержавеющей стали. Способ включает разделку исходной трубы на мерные и немерные отрезки. При этом немерные отрезки дополнительно нарезают на заготовки определенной длины....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580257
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.08.2016
№216.015.4acb

Способ удаления мелких частиц из крупнозернистого слоя сыпучих материалов

Изобретение относится к области разделения компонентов дисперсной сыпучей среды, различающихся размером, и может быть использовано в сельском хозяйстве для удаления посторонних примесей при очистке сельскохозяйственных зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень и др.) от мелкодисперсной среды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594494
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e31

Реактор для аэробной ферментации биомассы

Изобретение используется в сельском и лесном хозяйстве. Цилиндрический термостатированный корпус реактора установлен вертикально и содержит трубу загрузочного устройства, соединенную через подшипниковые узлы с кольцевой пустотелой трубой мешалки, на выходе которой подключена гребенка с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595143
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4e4e

Система управления тепловым режимом в комплексе "печь ванюкова - котел-утилизатор"

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано, например, в печи Ванюкова. Система дополнительно снабжена корректирующим регулятором соотношения шихта/кислородно-воздушная смесь по температуре в котле-утилизаторе, датчиком температуры котла-утилизатора, установленным на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595188
Дата охранного документа: 20.08.2016
20.08.2016
№216.015.4f6a

Способ упрочнения поверхности деталей обработкой трением с перемешиванием вращающимся инструментом

Изобретение относится к упрочнению плоских поверхностей заготовок. Осуществляют перемещение вращающегося упрочняющего инструмента по всей поверхности механически обработанной заготовки с установленными нагрузкой и скоростью по заданной траектории. Используют упрочняющий инструмент с рабочим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595191
Дата охранного документа: 20.08.2016
10.08.2016
№216.015.548e

Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра

Изобретение относится к гамма-спектрометрам с неорганическими сцинтилляторами, имеющими зависимость световыхода от энергии образованных в них гамма-квантами вторичных электронов. Способ улучшения энергетического разрешения сцинтилляционного гамма-спектрометра включает преобразование с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593617
Дата охранного документа: 10.08.2016
+ добавить свой РИД