Можно выделить четыре основных группы комбинирования процессов литья и обработки давлением: литьё-прокатка; литьё- прессование; литьё-прессование-прокатка, литье-прокатка-армирование. Литьё—прокатка является одним из первых реализованных совмещенных процессов. Процесс осуществляется в режиме непрерывно отливаемой заготовки и в нагретом состоянии подачи её в прокатный стан, где заготовка подвергается пластическому формоизменению. Для реализации процесса были созданы мощные технологические линии, совмещающие плавку, литье и прокатку, а оборудование названо литейно-прокатными агрегатами. К середине восьмидесятых годов использование этих агрегатов обеспечивало выпуск высококачественной катанки и ленты, объём которых значительно превысил потребности многих стран.
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. Недостатком непрерывного литья через такой кристаллизатор является сравнительно низкая скорость движения отливаемой заготовки по сравнению со скоростью её прокатки.
Решение проблемы выравнивания скоростей литья и прокатки заключается в использовании роторных (карусельных) кристаллизаторов. Новейшие изобретения, относящиеся к агрегатам с роторными литейными машинами, направлены на повышение стойкости литейных лент, совершенствование системы охлаждения, конструкции деталей и узлов, и в целом повышение рентабельности производства.
Литьё—прессование осуществляется на базе способа Конформ и карусельной литейной машины Кастекс (рис. 1). Машина такой конструкции оснащена системой подачи жидкого металла из тигля 1 через металлопровод 4 непосредственно в ручей, образованный поверхностями колеса 5 и башмака 9. Скорость подачи жидкого металла изменяется регулятором 2. Охлаждение колеса 5 осуществляется водой, циркулирующей по каналам внутреннего оребрения 6.
Быстрое охлаждение металла позволяет получить литую заготовку с незначительной ликвацией и мелким зерном, что обеспечивает высокую пластичность металла. В процессе вращения колеса происходит перемещение металла вдоль ручья и выдавливание через матрицу 8.
Стабильность процесса во многом зависит от системы непрерывной подачи расплавленного металла в ручей. Скорость перемещения расплавленного металла должна быть постоянной и соответствовать скорости его затвердевания, определяемой интенсивностью теплоотвода от рабочего колеса.
Рисунок 1 — Схема реализации процесса непрерывного литья- прессования по способу Конформ-Кастекса: 1 – тигель; 2 – регулятор; 3 – жидкий металл; 4 – металлопровод; 5 – колесо; 6 – внутреннее оребрение; 7 – изделие; 8 – матрица; 9 – башмак
Литьё—прокатка—прессование осуществляется по схеме, приведённой на рисунке 2.
Рисунок 2 — Схема реализации совмещения процессов литья- прокатки-прессования: 1 – тигель; 2 – расплав; 3 – валки; 4 – отверстие; 5 – матрица; 6 – изделие;
H1 – высота участка кристаллизации и поперечного сжатия заготовки (литье-прокатка); H2 – высота участка продольного перемещения заготовки; H3 – высота участка прессования заготовки
Расплав 2 непрерывно поступает в валки 3 и кристаллизируется в виде заготовки прямоугольной формы. С целью интенсификации процессов кристаллизации и охлаждения валков в них выполнены отверстия 4, по которым циркулирует вода. На участке высотой H1 под действием нормальных сил со стороны валков заготовка обжимается в поперечном сечении.
На участке H2 контактными силами трения со стороны валков заготовка перемещается к отверстию матрицы 5 и на участке H3 происходит выдавливание заготовки через отверстия.
Контактные силы трения на участке H2 между заготовкой и валками направлены по ходу движения заготовки. На участке H3 контактные силы трения между заготовкой и поверхностью отверстия матрицы, наоборот, направлены против движения заготовки.
Контактные силы трения на участках H1 и H3 направлены навстречу друг другу и обеспечивают сжатие заготовки по всей длине.
Принимая во внимание, что в поперечном направлении на участках H1 и H3 заготовка подвергается сжатию, можно констатировать, что по всему объёму очага деформации имеет место объёмное сжатие, обеспечивающее мелкозернистую плотную структуру и сводящее к минимуму внутренние напряжения.
Литье—прокатка—армирование осуществляется по схеме, представленной на рисунке 3. В валковый кристаллизатор непрерывно подается сплав 4 и армирующая сетка 3. В зазоре между валками происходит кристаллизация сплава, его соединения с армирующей сеткой, сжатие и уплотнение в поперечном направлении с образованием биметаллической ленты 1.
Рисунок 3 — Схема непрерывного литья-прокатки-армирования биметаллических лент: 1 – армированная лента; 2 – валки-кристаллизаторы; 3 – армирующая сетка; 4 – расплав