способ механической обработки прецизионных длинномерных труб

Формула изобретения

1. СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ, включающий вращение заготовки, центрируемой относительно оси станка в нескольких поперечных сечениях по предварительно выполненным опорным пояскам с постоянной по окружности толщиной стенки, расстояние между которыми определяют в зависимости от исходной непрямолинейности заготовки, и поступательное движение инструмента, отличающийся тем, что заготовку с окончательно расточенным осевым отверстием обтачивают последовательно по отдельным участкам, длину которых определяют в зависимости от исходной непрямолинейности осевого отверстия заготовки и поперечные сечения осевого отверстия по концам и в середине которых устанавливают концентрично оси вращения заготовки, причем на заготовке предварительно вблизи торцов и равномерно по ее длине с шагом, равным длине отдельно обрабатываемых участков, выполняют опорные пояски с постоянной по окружности толщиной стенки и диаметром, превышающим наружный диаметр готовой трубы, в середине расстояния между каждой парой опорных поясков аналогичным способом выполняют контрольные пояски устанавливают заготовку в четырехкулачковый патрон и роликовые ленты станка, один израсположенных вблизи обрабатываемого участка опорных поясков устанавливают в роликовой монете с эксцентриситетом относительно оси вращения, например, с помощью муфты, позволяющей смещать закрепляемое сечение заготовки относительно оси вращения, измеряют биение наружной поверхности контрольного пояска на обрабатываемом участке заготовки, смещают закрепленное эксцентрично оси вращения поперечное сечение заготовки до исчезновения биения контрольного пояска и обтачивают наружную поверхность заготовки, после чего переходят к обработке смежного участка заготовки, а после окончания точения всех участков заготовки последовательно обтачивают опорные пояски, для чего заготовку вблизи обтачиваемого пояска устанавливают по окончательно обработанной поверхности в роликовый люнет, измеряют биение наружной поверхности обработанной части заготовки с другой стороны пояска, перемещением удаленного от места обработки сечения заготовки, установленного в роликовый люнет эксцентрично оси биения, устраняют биение и протачивают опорный поясок в размер годной детали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке средних участков заготовки и концевого участка, удаленного от патрона станка, заготовку устанавливают опорными поясками , ограничивающими обрабатываемый участок, в роликовые люнеты станка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке части заготовки, примыкающей к четырехкулачковому патрону станка, один из концов обрабатываемой части заготовки устанавливают в патрон, чтобы отсутствовало биение наружной поверхности расположенного у патрона опорного пояска, а второй опорный поясок, ограничивающий обрабатываемый участок, устанавливают в роликовом люнете.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что длину обрабатываемых участков заготовки выбирают из соотношения

l/L < 1,4([e]/E)^2/3,

где l - длина каждого обрабатываемого последовательно участка заготовки;

L - общая длина заготовки;

[e] - допустимая разностенность детали;

E - наибольшая возможная непрямолинейность внутренней поверхности отверстия на всей длине заготовки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении гидроцилиндров, сосудов и трубопроводов высокого давления, деталей химического и энергетического машиностроения с высокоточными осевыми цилиндрическими полостями.

Известны способы обточки труб с высокой степенью равностенности, по которому при обтачивания вращающейся резцовой головкой трубы, установленной в люнете, применяют следующую систему управления люнетом, выполненным подвижным в двух взаимно перпендикулярных направлениях в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости, перпендикулярной оси резцовой головки, в которой слежение осуществляется пересекающими трубу перпендикулярными ее оси четырьмя пучками радиоактивных лучей, образующих квадрат, симметричный оси резцовой головки [1]

Недостатком известных способов является невысокая точность обработки, что связано с большими погрешностями измерения разностенности, погрешностью позиционирования и пониженной жесткостью подвижного люнета.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному способу является принятый за прототип способ обработки длинномерных деталей, включающий центрирование детали концентрично оси станка в нескольких поперечных сечениях по предварительно выполненным равностенным опорным пояскам и последующую механическую обработку. В известном способе деталь центрируется в трех сечениях, положение двух из которых определяется размерами детали и фиксировано, а третье промежуточное сечение выбирается в зависимости от исходной непрямолинейности детали [2]

Недостатком известного, принятого за прототип способа механической обработки является недостаточная точность обработки, а именно повышенная разностенность труб, так как результат обработки зависит от разностенности и непрямолинейности канала исходной заготовки.

Задачей изобретения является получение технического результата, заключающегося в повышении точности обработки труб за счет снижения разностенности.

Указанный результат достигается тем, что в способе механической обработки, включающем вращение заготовки, центрируемой в нескольких поперечных сечениях по предварительно выполненным опорным пояскам с постоянной по окружности толщиной стенки, расстояние между которыми определяют в зависимости от исходной непрямолинейности заготовки, и поступательное движение инструмента, заготовку с окончательно расточенным осевым отверстием обтачивают последовательно по отдельным участкам, длину которых определяют в зависимости от исходной непрямолинейности осевого отверстия заготовки и поперечные сечения осевого отверстия по концам и в середине которых устанавливают концентрично оси вращения заготовки.

Для обеспечения установки заготовки поверхностью канала концентрично оси вращения и концентричности наружной и внутренней поверхностей трубы в обрабатываемых сечениях на заготовке предварительно вблизи торцов и равномерно по ее длине с шагом, равным длине отдельно обрабатываемых участков, выполняют опорные пояски с постоянной по окружности толщиной стенки и диаметром, превышающим наружный диаметр цилиндра, в середине расстояния между каждой парой опорных поясков аналогичным способом выполняют контрольные пояски, устанавливают заготовку в четырехкулачковый патрон и роликовые люнеты станка, один из расположенных вблизи обрабатываемого участка заготовки опорных поясков устанавливают в роликовом люнете с помощью специальной муфты или другим известным способом, позволяющим смещать закрепляемое сечение заготовки относительно оси вращения, измеряют биение наружной поверхности контрольного пояска на обрабатываемом участке заготовки, смещают закрепленное с помощью муфты поперечное сечение заготовки до исчезновения биения контрольного пояска и обтачивают наружную поверхность заготовки, после чего переходят к обработке смежного участка заготовки, а по окончании точения всех участков заготовки последовательно обтачивают опорные пояски, для чего заготовку вблизи обтачиваемого пояска устанавливают по окончательно обработанной поверхности в роликовый люнет, измеряют биение наружной поверхности обработанной части заготовки с другой стороны пояска, перемещением удаленного от места обработки сечения заготовки, установленного в роликовый люнет с помощью муфты, устраняют биение и протачивают опорный поясок в размер годной детали.

При обработке средних участков заготовки и концевого участка, удаленного от патрона станка, заготовку устанавливают опорными поясками, ограничивающими обрабатываемый участок, в роликовые люнеты станка.

При обработке части заготовки, примыкающей к четырехкулачковому патрону станка, один из концов обрабатываемой части заготовки устанавливают в патрон таким образом, чтобы отсутствовало биение наружной поверхности расположенного у патрона опорного пояска, а второй опорный поясок, ограничивающий обрабатываемый участок, устанавливают в роликовом люнете.

Для достижения требуемой точности обработки длину обрабатываемых участков заготовки выбирают из соотношения

l/L < 1,4 ([e]/E) ^2/3, где l длина каждого обрабатываемого последовательно участка заготовки;

L общая длина заготовки;

[e] допускаемая разностенность детали;

Е наибольшая возможная непрямолинейность оси внутренней поверхности (отверстия) на всей длине заготовки.

Сущность предложенного способа растачивания поясняется следующим образом.

При обработке отдельного участка трубы заготовка устанавливается по концам этого участка в роликовые люнеты по опорным пояскам, предварительно обработанным соосно каналу заготовки, следовательно при точении в крайних сечениях этого участка обеспечивается концентричность наружной и внутренней поверхностей трубы, то есть высокая равностенность детали. В средней части этого участка располагается контрольный поясок, предварительно обточенный также концентрично поверхности канала заготовки. Перемещая одно из расположенных вне обрабатываемого участка сечений трубы, установленное в роликовом люнете с помощью муфты, обеспечивающей смещение оси трубы относительно оси вращения, деформируют трубу, добиваясь концентричности контрольного пояска на обрабатываемом участке трубы оси ее вращения. Таким образом обеспечивается равностенность трубы и в среднем сечении обрабатываемого участка трубы. Длина обрабатываемого участка трубы выбирается таким образом, чтобы величина разностенности на отрезках трубы между контрольным и опорными поясками не превышала допускаемую величину. Численное соотношение предложенного способа обработки выбрано исходя из анализа точности обработки труб с различной исходной непрямолинейностью. Данное соотношение получено на основе зависимостей статьи И.В. Шендерова "Статистическое описание технологических погрешностей машинной обработки протяженных поверхностей деталей и его применение при имитационном моделировании //Техника. Технология. Управление. 1992, N 3-4. С. 41-45// применительно к точению труб с исходной непрямолинейностью оси внутренней поверхности. При большей длине обрабатываемого участка возможно получение детали с недопустимо большой разностенностью, при существенно меньшей длине излишне увеличится трудоемкость обработки. Особенности установки заготовки для обработки средней и примыкающей к четырехкулачковому патрону частей трубы направлены на повышение точности обработки и оптимизацию приемов предложенного способа.

В патентно-технической литературе не обнаруженные известные технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа. Указанные признаки обеспечивают появление у заявленного объекта свойства (повышение точности обработки внутренних цилиндрических поверхностей). Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1 показана общая схема установки заготовки при обработке; на фиг. 2 сечение заготовки, установленное в роликовом люнете; на фиг.3 сечение заготовки, установленное в роликовом люнете станка эксцентрично оси вращения.

Осуществляют данный способ следующим образом.

По имеющимся производственным данным или исходя из опыта обработки труб заготовок с расточенной внутренней поверхностью оценивают возможное наибольшее отклонение от прямолинейности оси внутренней поверхности заготовки. Такие данные могут быть получены, например, при изготовлении установочной партии деталей. По приводимой в формуле изобретения зависимости в соответствии с требованиями к точности изготовления определяют предельно допустимую длину обрабатываемых последовательно участков трубы. Выбирают значение длины, меньшее предельной, так, чтобы получить целое число обрабатываемых участков детали. Размечают заготовку 1 по длине, отмечая такие участки. По концам каждого участка протачивают равностенные опорные пояски (а), а в середине равностенные контрольные пояски (б). Для обработки поясков заготовку устанавливают в патрон и роликовые люнеты токарного станка. В один из люнетов, который располагают вблизи обрабатываемого пояска, устанавливают специальную муфту для эксцентричного закрепления трубы в люнете. Регулируя положение детали в муфте, обеспечивают нулевой или минимальное биение наружной поверхности трубы при ее медленном вращении вокруг ее оси. В одной из плоскостей радиального смещения детали в муфте с использованием ультразвукового толщиномера измеряют толщину стенки трубы, поворачивают деталь вокруг оси на половину оборота, снова измеряют толщину стенки, вычисляют разность и, контролируя перемещение детали индикатором, установленным на станине станка, смещают деталь в муфте в направлении стенки большей толщины на величину, равную половине вычисленной разности. То же производят в другой плоскости смещения детали в муфте. Протачивают поясок, снимая небольшой припуск металла, измеряют толщину стенки и рассчитывают разностенность детали. При необходимости повторяют перечисленные операции до получения пренебрежимо малого значения разностенности детали. Для обработки опорного пояска у торца заготовки вместо люнета с муфтой используют четырехкулачковый патрон станка.

Устанавливают заготовку 1 с проточенными поясками в токарный станок в четырехкулачковый патрон 2 и в роликовые люнеты 3-6 по нескольким опорным пояскам (а) заготовки. При обработке средней части трубы по крайней мере 3 роликовых люнета устанавливают на соседних опорных поясках. При обработке торцевого участка, пpилегающего к патрону станка, вместо одного из люнетов используют четырехкулачковый патрон станка, в котором заготовку устанавливают так, чтобы отсутствовало биение поверхности краевого равностенного пояска вблизи патрона. Участок трубы между двумя люнетами 3 и 4 (заготовка установлена в ролики 7) или между патроном 2 станка и люнетом 3 подлежит обработке в очередном технологическом переходе (8 суппорт токарного станка с закрепленным в нем резцом), в третьем люнете 6 труба установлена с помощью муфты 9, допускающей эксцентричную установку заготовки. Индикатором, установленным на станине станка, измеряют биение поверхности расположенного на обрабатываемом участке заготовки контрольного пояска, и смещая сечение заготовки в муфте третьего люнета, добиваются нулевого или минимального биения поверхности контрольного пояска. Затем снимают со станка индикатор и протачивают выверенный участок трубы. Перемещают люнеты для обработки следующего участка заготовки, либо перемещают только муфту, если смежный опорный поясок также установлен в роликовом люнете и повторяют все перечисленные выше операции.

П р и м е р. Из предварительно расточенных трубных заготовок 60 х 14 мм длиной 3500 мм из нормализованной стали 38ХМЮА точением получали трубы 52 х 8,5 мм. Требуемая разностенность готовых труб не более 0,4 мм.

Заготовки кованые трубы, расточенные до диаметра 35 мм. Отклонение оси поковок от прямолинейности достигало 3 мм. При растачивании заготовки устанавливались в четырехкулачковых патронах вертлюжной приводной бабки и двух люнетах станка для глубокого сверления и растачивания мод. РТ-602 в деформированном состоянии с выверкой по наружной поверхности. Исходная непрямолинейность при растачивании практически сохранялась.

По значениям возможной исходной непрямолинейности и требуемой максимальной разностенности определялась длина обрабатываемых последовательно участков заготовок:

l < 3500 мм х 1,4 х (0,4 мм/3мм)^2/3

1280 мм.

На основании этого расчета заготовка разделена для обработки на 3 участка длиной 1150-1170 мм каждый.

Токарная обработка производилась на токарно-винторезном станке мод. 1М63 в четырехкулачковом патроне и 3 роликовых люнетах станка. В один из люнетов устанавливалась муфта, позволяющая смещать закрепляемое сечение трубы относительно оси вращения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (труба закрепляется в муфте двумя парами установочных винтов). При токарной обработке сохранилась исходная непрямолинейность труб.

Биение наружных поверхностей измерялось индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм, устанавливаемом на станке на магнитном штативе. Толщина стенки заготовок и готовых труб измерялась ультразвуковым толщиномером мод. DM-2 LCDM фирмы Krautkamer-Branson (производство Krautkamer GMBH, ФРГ) с ценой деления 0,1 мм.

Исходная непрямолинейность оси канала и разностенность (разность между наибольшим и наименьшим значениями толщины стенки в одном поперечном сечении) после токарной обработки одной из труб приведены в таблице.

Из приведенных данных, являющихся типичными для обработанной партии труб, следует, что при значительной непрямолинейности заготовок разностенность обработанных труб не превышает 0,4 мм. Дальнейшее повышение точности обработки требует увеличения числа последовательно обрабатываемых участков (свыше 3) и ответствующего повышения трудоемкости обработки.

Опыт промышленного изготовления труб показывает, что при обработке труб такой длины и с такой же исходной непрямолинейностью известными способом в том числе и способом, принятым в качестве прототипа, получается разностенность до 0,7-0,9 мм. Следовательно, предложенный способ обеспечивает повышение точности в 2 раза.