способ производства металлических ромбических профилей

Классы МПК:B21B1/16 для прокатки проволоки и прочих изделий малого сечения 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Алдунин Анатолий Васильевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-12-28
публикация патента:

Изобретение предназначено для получения длинномерных ромбических профилей из легких сплавов, используемых для изготовления деталей фюзеляжа летательных аппаратов. Способ включает нагрев заготовок прямоугольного сечения и их обжатие в валках с ромбическим калибром в положении «плашмя». Повышение механических свойств ромбических профилей и стабильность их формы при выходе из валков обеспечивается за счет того, что перед обжатием определяют степень деформации сдвига в момент разрушения образца из того же металла при его испытании на кручение, толщину и ширину заготовки прямоугольного сечения определяют по математическим зависимостям, а в процессе обжатия заготовки регламентируют степень деформации сдвига металла заготовки. 2 ил., 3 пр. способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Формула изобретения

1. Способ производства ромбических профилей из легких сплавов, включающий нагрев заготовки прямоугольного сечения и ее обжатие в валках с ромбическим калибром в положении «плашмя», отличающийся тем, что перед обжатием определяют степень деформации сдвига способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p в момент разрушения образца из того же металла при его испытании на кручение, при этом толщину заготовки прямоугольного сечения определяют по соотношению:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где h1 - длина меньшей диагонали ромбического профиля, мм;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 hспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 0,3 - относительное обжатие заготовки по толщине, а ширину заготовки устанавливают, исходя из соотношения:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где b1 - длина большей диагонали ромбического профиля, мм;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 b - относительное уширение заготовки,

причем обжатие заготовки производят при степени деформации сдвига металла заготовки способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 <0,25·способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев заготовки перед обжатием производят до температуры, при которой усилие Р, действующее на валки при обжатии заготовки, ограничено соотношением:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где J - момент инерции ромбического профиля;

E - модуль упругости металла;

Lк - расстояние между направляющими роликами стана на входе и выходе из ромбического калибра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при получении длинномерных ромбических профилей из легких сплавов, используемых для изготовления деталей фюзеляжа летательных аппаратов.

Известен способ производства металлических ромбических профилей, по которому осуществляют нагрев заготовки прямоугольного сечения и ее обжатие в вытяжных калибрах по системе «ромб-квадрат» в сортовой профиль конечных размеров [1].

Недостаток известного способа состоит в том, что металлические ромбические профили имеют низкие и нестабильные механические свойства.

Известен также способ производства металлических сортовых профилей из стали марки ШХ15, включающий нагрев заготовки прямоугольного сечения и ее обжатие в вытяжных калибрах по системе «ромб-квадрат» с гидросбивом окалины и кантовкой заготовки после первого прохода на угол 90° [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что он непригоден для производства профилей ромбического сечения из легких сплавов для изготовления деталей фюзеляжа летательных аппаратов из-за низких и нестабильных механических свойств.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства металлических (стальных) ромбических профилей, включающий нагрев заготовки прямоугольного сечения и ее обжатие в валках с ромбическим калибром в положении «плашмя» на стане трио 750 горячей прокатки [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что ромбические длинномерные профили после обжатия в положении «плашмя» заготовок прямоугольного сечения в ромбическом калибре имеют низкие и нестабильные механические свойства. Помимо этого из-за неравномерной деформации заготовки по ширине имеет место искажение формы профилей на выходе из валков.

Технической задачей изобретения является повышения механических свойств ромбических профилей и их стабильности.

Для решения технической задачи в известном способе производства металлических ромбических профилей, включающем нагрев заготовок прямоугольного сечения и их обжатие в валках с ромбическим калибром в положении «плашмя», согласно изобретению перед обжатием определяют степень деформации сдвига в момент разрушения образца из того же металла при его испытании на кручение, толщину заготовки прямоугольного сечения определяют по соотношению:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где h1 - длина меньшей диагонали ромба;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 hспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 0,3 - относительное обжатие заготовки по толщине, а ширину заготовки устанавливают, исходя из соотношения:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где b1 - длина большей диагонали ромба;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 b - относительное уширение заготовки,

при этом

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 <0,25·способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p,

где способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 - степень деформации сдвига для процесса обжатия;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p - степень деформации сдвига в момент разрушения образца при испытании на кручение.

В варианте реализации способа нагрев заготовки перед обжатием ведут до температуры, при которой усилие, действующее на валки при обжатии заготовки, соответствует ограничению:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 ,

где J - момент инерции ромба;

Е - модуль упругости металла;

Lк - расстояние между направляющими роликами стана на входе и выходе из ромбического калибра.

Это способствует уменьшению изгибов полученных ромбических профилей вследствие неравномерности деформации по сечению заготовки.

На фиг.1 показана исходная металлическая заготовка прямоугольного сечения (профиль 1) и полученный из нее после обжатия в валках ромбический профиль (профиль 2). На фиг.2 изображено взаимное расположение направляющих роликов 1 на входе в валки 2 с ромбическим калибром и направляющих роликов 3, удерживающих полосу 4 на выходе из валков 2.

Сущность изобретения состоит в следующем. В процессе получения металлического профиля ромбического сечения с высоким и стабильным комплексом механических свойств, являющегося заготовкой для получения деталей фюзеляжа летательного аппарата, необходимо использовать заготовку оптимальной формы, что позволит получить после деформирования ромбический профиль с равномерной микроструктурой и механическими свойствами при наиболее полной степени использования запаса пластичности металла заготовки и при устойчивости полосы против искривлений и скручиваний в процессе обжатия. Это повышает уровень и стабильность механических свойств изделия.

Экспериментально установлено, что наиболее высокий и стабильный комплекс механических свойств ромбического профиля достигается при использовании заготовок прямоугольного сечения, задаваемых для обжатия в ромбический калибр «плашмя». При этом оптимальная толщина заготовки прямоугольного сечения устанавливается по экспериментально

определенной эмпирической зависимости: способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 , справедливой для случая, когда максимальное относительное обжатие по толщине не превышает 30%, т.е. shспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 0,3.

Поскольку деформация прямоугольной заготовки в ромбическом калибре осуществляется как по ее толщине, так и по ширине, для повышения уровня и стабильности механических свойств полосы оказалось необходимым регламентировать деформацию и в поперечном направлении. Поэтому ширину заготовки устанавливают по соотношению способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Регламентирование толщины и ширины заготовки по приведенным соотношениям, как показали эксперименты, обеспечивает снижение неравномерности деформации по сечению металлической заготовки, за счет чего достигается равномерная микроструктура при рекристаллизации деформированного металла, высокий уровень и стабильность механических свойств ромбических профилей.

Экспериментально установлено, что при обжатии заготовки с относительным обжатием по ширине способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 h>0,3 имеет место переполнение калибра, искажается форма ромбического профиля, возрастает неравномерность механических свойств.

Также экспериментально установлено, что дополнительное воздействие на прокатываемый профиль со стороны направляющих роликов 1 и 3 при выполнении условия способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 обеспечивает уменьшение кривизны (изгиба) ромбического профиля 4 на выходе из валков 2 (Фиг.2). Причем в случаях, когда способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 , полного устранения кривизны ромбического профиля не происходит.

Примеры реализации способа 1.

Для изготовления стойки фюзеляжа самолета необходима полоса из титанового сплава ВТ-6 с ромбическим поперечным сечением и размерами диагоналей ромба h1=24 мм и b1=65 мм (Фиг.1).

Первоначально с помощью торсионного пластометра (или по справочным данным) определяют истинную степень деформации сдвига в момент разрушения образца из того же титанового сплава ВТ-6 при его испытании на кручение:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p=0,55.

Для относительного обжатия по толщине sh=0,2 определяют толщину заготовки прямоугольного сечения:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Приняв по справочным данным коэффициент уширения заготовки из титанового сплава равным способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 h=0,15, определяют исходную ширину заготовки:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

После этого определяют выполнение условия отсутствия образования разрывов в процессе обжатия заготовки в ромбический профиль:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Так как полученное значение Л=0,36 не превышает предельно допустимого значения способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 p=0,55, деформация сдвига в процессе обжатия заготовки гарантированно не приведет к образованию трещин и разрывов в готовом ромбическом профиле. Более того, ромбический профиль приобретет высокий комплекс механических свойств, что необходимо для его дальнейшей обработки.

Примеры реализации способа

1. Заготовку прямоугольного сечения (профиль 1) из сплава ВТ-6 нагревают до температуры деформирования t=900°C.

Нагретую заготовку плашмя задают в валки и обжимают за один проход в одноклетевом прокатном стане между двумя горизонтальными валками 2 диаметром D=350 мм, ручьи на которых образуют ромбический калибр. В процессе обжатия заготовки формируется полоса 4 с ромбической формой поперечного сечения с размерами диагоналей ромба h 1=24 мм и b1=65 мм. Прокатанный ромбический профиль выходит из валков 2 без разрывов, но с продольным изгибом с амплитудой -0,15 м. После охлаждения ромбический профиль имеет следующий комплекс механических свойств:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 в, МПаспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 5, %KCU, кДж/м2
90013 800

Разброс механических свойств не превышает ±5%.

2. Все те же операции, что и в примере 1, только вначале производят расчет правой части неравенства способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Для заданных значений:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 - момент инерции ромбического профиля;

Е=1,6·105 МПа - модуль упругости титанового сплава ВТ-6;

Lk=700 мм - расстояние между направляющими роликами 1 и 3 (Фиг.2), после подстановки имеем:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

Усилие прокатки Р по формуле А.А.Королева составляет:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781

где способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 - среднее относительное давление в очаге деформации;

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 - базисное значение сопротивления пластической деформации, определяемое исходя из температуры нагрева заготовки;

Kспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 =1,2 - коэффициент упрочнения для сплава ВТ-6, определяемый

по справочным данным;

l=48,25 мм - длина дуги захвата.

Исходя из этой формулы необходимо, чтобы:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 .

По справочным данным определяют, что способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 800 МПа для сплава ВТ-6 достигается при его нагреве до температуры t=970°С и выше.

Заготовку (профиль 1) нагревают до температуры деформирования t=970°С, пропускают через направляющие ролики 1, обжимают в валках 2 и задают в направляющие ролики 3. Благодаря тому, что в процессе прокатки выполняется условие способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 и направляющие ролики 1 и 3 удерживают полосу, неравномерность деформации заготовки по толщине не вызывает разброса механических свойств и ее искривлений. Прокатанный ромбический профиль после охлаждения имеет следующие механические свойства:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 в, МПаспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 5, %KCU, кДж/м2
90013 800

Разброс механических свойств не превышает ±5%.

В случаях невыполнения предложенного способа, в частности при способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 h=0,4>0,3, а также реализации известного способа [3], имеет место снижение уровня и стабильности механических свойств:

способ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 в, МПаспособ производства металлических ромбических профилей, патент № 2515781 5, %KCU, кДж/м2
600-800 7-12630-720

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что определение размеров заготовки прямоугольного сечения исходя из размеров ромбического профиля, ограничения по допустимой сдвиговой деформации и по усилию, действующему на валки, обеспечивает повышение механических свойств металлических ромбических профилей и их стабильности. Нагрев заготовки температуры, определяемой исходя из усилия прокатки, и удержание профиля перед валками и после них с помощью направляющих роликов предотвращает искривление готового ромбического профиля.

В качестве базового объекта при определении технико-экономической эффективности предложенного способа принят известный способ получения ромбических профилей [3].

Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности металлических ромбических профилей для перспективных отраслей экономики на 20-25%.

Источники информации

1. Зотов В.Ф. Производство проката. М.: Интермет Инжиниринг, 2000, с.230-231.

3. Патент РФ № 2085309, МПК В21В 1/16, 1997 г.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2515781

patent-2515781.pdf

Класс B21B1/16 для прокатки проволоки и прочих изделий малого сечения 

высокопрочный, высоковязкий тонкий стальной пруток и способ его изготовления -  патент 2494165 (27.09.2013)
способ производства круглого сортового проката из автоматной стали -  патент 2493267 (20.09.2013)
способ производства катанки -  патент 2491358 (27.08.2013)
способ прокатки стальных сортовых профилей -  патент 2465079 (27.10.2012)
способ производства горячекатаной канатной катанки -  патент 2457911 (10.08.2012)
способ регламентирования упругих перемещений ручьев калибра валков сортопрокатной клети -  патент 2408444 (10.01.2011)
способ транспортировки проката для укладки на холодильник и устройство для его осуществления -  патент 2390394 (27.05.2010)
прокатный стан с несколькими выходными секциями -  патент 2380178 (27.01.2010)
способ производства круглого сортового проката в бунтах и устройство для его реализации -  патент 2368436 (27.09.2009)
способ производства проволоки -  патент 2350410 (27.03.2009)
Наверх