давильный охватывающий инструмент - кольцо
Классы МПК: | B21D22/16 на оправках или формах |
Автор(ы): | Степанов Юрий Сергеевич (RU), Киричек Андрей Викторович (RU), Мальцев Анатолий Юрьевич (RU), Афанасьев Борис Иванович (RU), Фомин Дмитрий Сергеевич (RU), Самойлов Николай Николаевич (RU), Тарасов Дмитрий Евгеньевич (RU), Бурцев Василий Сергеевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-10-16 публикация патента:
10.02.2011 |
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к инструменту для ротационной вытяжки оболочек и давильной обработки. Давильный охватывающий инструмент содержит установленный в корпусе давильный элемент, выполненный в виде кольца, которое охватывает обрабатываемую заготовку, с внутренней скругленной рабочей поверхностью. При этом кольцо наружной периферийной поверхностью установлено на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения. Причем на торце давильного кольца закреплено игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности давильного кольца на величину двойного натяга. Расширяются технологические возможности, повышается качество и производительность обработки. 4 ил.
Формула изобретения
Давильный охватывающий инструмент для обкатки полых изделий, содержащий установленный в корпусе давильный элемент, отличающийся тем, что давильный элемент выполнен в виде кольца для охватывания обрабатываемой заготовки с внутренней скругленной рабочей поверхностью, при этом кольцо наружной периферийной поверхностью установлено на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения, причем на торце кольца закреплено игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости, внутренний диаметр которого меньше внутреннего диаметра рабочей поверхности кольца на величину двойного натяга.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к инструменту для формовки рельефа на полых изделиях, а также для ротационной вытяжки оболочек и давильной обработки.
Известна конструкция инструмента для обкатки тонкостенных полых изделий, содержащая ролик, выполненный в виде дисков, расположенных на оси роликодержавки, при этом диск жестко закреплен на оси болтами и установлен с возможностью регулировочного осевого перемещения [1]. Диски соединены между собой шпонкой. Давильный элемент, выполненный из полимерного материала, размещен концентрично оси между дисками.
Известная конструкция инструмента имеет существенные недостатки: узкие технологические возможности, невысокое качество обработанных изделий, невысокая производительность, короткий срок службы давильного инструмента из-за быстрого износа рабочей поверхности и малый диапазон регулирования жесткости полимерного давильного материала.
Известны конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса скругления и ширины пояска [2]. Однако недостатком известных давильных роликов является сложность восстановления формы в результате износа, так как для этого необходимо перешлифовывать все внешние поверхности с изменением радиусов шлифовки для сохранения сопряжения радиусов. При этом требуется внесение корректив в технологические режимы. Кроме того, недостатком является их малая контактная поверхность, взаимодействующая с деталью, не обеспечивающая высокой шероховатости отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающая низкое качество поверхности и требующая большого количества технологических переходов, что резко снижает производительность.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, увеличение контактной поверхности, взаимодействующей с заготовкой и обеспечивающей высокую шероховатость отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающей высокое качество поверхности и не требующей большого количества технологических переходов, что резко повышает производительность, улучшение условий деформирования и течение металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, повышение стойкости давильного инструмента.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого давильного охватывающего инструмента для обкатки полых изделий, содержащего установленный в корпусе давильный элемент, выполненный в виде кольца, которое охватывает обрабатываемую заготовку, с внутренней скругленной рабочей поверхностью, при этом кольцо наружной периферийной поверхностью установлено на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения, причем на торце давильного кольца закреплено игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности давильного кольца на величину двойного натяга N.
Сущность конструкции предлагаемого давильного охватывающего инструмента - кольца и его работа поясняется чертежами.
На фиг.1 показана схема давильной выглаживающей обработки полой заготовки с цилиндрической поверхностью, установленной на оправке, предлагаемым давильным охватывающим инструментом - кольцом, продольный разрез; на фиг.2 - предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо, вид с торца по А на фиг.1; на фиг.3 - предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо, общий вид сбоку; на фиг.4 - элемент Б на фиг.1.
Предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо служит для обкатки и выглаживания полых изделий. Давильный охватывающий инструмент - кольцо содержит установленный в корпусе 1 давильный элемент 2, выполненный в виде кольца, которое охватывает обрабатываемую заготовку 3. Инструмент - кольцо 2 имеет скругленную с радиусом R рабочую поверхность 4, которая расположена внутри кольца 2. На наружной периферийной поверхности инструмента - кольца 2 установлен подшипник качения 5, с помощью которого инструмент - кольцо 2 смонтировано в отверстии корпуса 1 с возможностью свободного вращения, передаваемого давильному элементу 2 от принудительно вращающейся заготовки 3 со скоростью VЗ за счет сил трения.
На торце инструмента - кольца 2 закреплено игольчатое кольцо 6, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности 4 давильного кольца на величину двойного натяга N. Игольчатое кольцо 6 может быть установлено как с левого, так и с правого торцов инструмента - кольца 2, однако предпочтение следует отдать установки с левой стороны (см. фиг.1), когда игольчатое кольцо 6 движется впереди давильного кольца 2 по необработанной поверхности заготовки 3, при направлении продольной подачи S ПР справа налево. Это связано с тем, что диаметр необработанной поверхности заготовки больше, чем диаметр обработанной поверхности, поэтому иголки игольчатого кольца будут прогибаться больше и сцепляемость инструмента с заготовкой будет больше и надежнее. Кроме того, иголки игольчатого кольца при набегании на обработанную поверхность заготовки будут внедряться в нее и оставлять нежелательные следы, увеличивая высоту микронеровностей.
Регулирование жесткости игольчатого кольца 6 осуществляется путем закручивания или отпуска винтов 7 через шайбу 8.
Предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо работает следующим образом. Установленный, например, на суппорте токарного станка инструмент подводят к заготовке, закрепленной на оправке на шпинделе станка, вводят заготовку в центральное отверстие инструмента - кольца и поджимают заготовку прижимом задней бабки станка. После этого включают поперечную подачу SПОП суппорта, на котором установлен давильный инструмент - кольцо. При подходе к заготовке 3 давильный инструмент касается игольчатым кольцом 6 поверхности принудительно вращающейся заготовки и инструмент - кольцо начинает вращаться. При дальнейшем поперечном движении давильного инструмента - кольца площадь контакта игольчатого кольца 6 увеличивается и вращение от заготовки передается давильному инструменту - кольцу, вследствие этого выравниваются окружные скорости вращения VЗ заготовки и давильного инструмента - кольца VИ и при врезании его не происходит проскальзывания относительно заготовки. Пучки ворса, находящиеся в игольчатом кольце и установленные с натягом N относительно давильной рабочей поверхности 4, будут прогибаться и за счет упругих сил улучшать сцепляемость инструмента - кольца с заготовкой, препятствуя проскальзывание его относительно заготовки. После врезания давильной рабочей поверхности 4 на необходимую глубину включают продольную подачу SПР и производят обкатывание и вытяжку изделия, вращение давильного кольца осуществляется за счет сил трения и сцепляемости, возникающих на поверхности контакта инструмента с заготовкой.
Для обеспечения надежного контакта давильного инструмента с упругим игольчатым кольцом 6 с заготовкой и исключения попадания иголок игольчатого кольца под давильную рабочую поверхность 4 производится регулировка поперечного сечения упругого игольчатого кольца 6, осуществляемая винтами 7 и шайбой 8, момент затяжки которых определяется опытным путем. В качестве ворса применяют стальную пружинную проволоку, например, диаметром 0,5 1,5 мм из стали 65Г, при этом натяг устанавливают N=1,2 1,5 мм.
Усилие прижатия давильного инструмента - кольца к заготовке составляет 200 300 Н и зависит от глубины внедрения давильного элемента в заготовку.
Выбор соответствующего давления зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга N.
Для получения высокого класса шероховатости на внутренней рабочей поверхности 4 давильного кольца предусматривают калибрующий цилиндрический поясок шириной - К=1,5 3 мм. При большом участке К значительно возрастают усилия деформирования.
Продольную подачу при обкатывании и выглаживании определяют по формуле:
SПР =(0,2 0,5) K,
где К - ширина цилиндрического пояска на деформирующем элементе.
При подаче SПР =(0,2 0,3) К достигается шероховатость обработанной поверхности от Ra=40 мкм до Ra=1,25 мкм.
В результате обкатывания и выглаживания предлагаемым инструментом - кольцом улучшается шероховатость на один класс, усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200 300 Н на 10 мм длины рабочей поверхности инструмента.
Предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок. Радиус R давильного элемента зависит от толщины to выглаживаемой оболочки и принимают равным - R=(1 1,5)to.
Диаметр инструмента - кольца принимают из конструктивных соображений. С уменьшением внутреннего диаметра инструмента - кольца площадь контакта его с заготовкой увеличивается, растут усилия деформирования и изгибающие моменты, действующие на суппорт станка. Необходимо стремиться для каждого станка применять инструмент - кольцо одного диаметра. Особенно это важно для станков с ЧПУ.
Образующийся в результате обкатывания и выглаживания микрорельеф поверхности обусловливается следующими основными факторами: кинематикой процесса (направлением взаимного перемещения инструмента и обрабатываемой заготовки); исходной шероховатостью; формой и размерами исходной части и обкатывающего инструмента; величиной подачи; пластическим течением металла, обуславливающим появление вторичной шероховатости; шероховатостью рабочей части инструмента; величиной упругого восстановления поверхности после выглаживания; вибрациями технологической системы станок-приспособление-инструмент-заготовка.
При обкатывании и выглаживании деталей из стали, латуни и алюминиевых сплавов хорошие результаты дает применение в качестве смазочного материала индустриального масла И-20А или сульфофрезола.
При обкатывании и выглаживании предлагаемым охватывающим инструментом - кольцом на обрабатываемой поверхности резко снизилась вероятность появления продольной и поперечной волнистости благодаря увеличению площади контакта и использования упругого иглокольца, при этом колебания технологической системы сведены до минимума.
При традиционной обработки на больших скоростях начинаются интенсивные вибрации, приводящие к резкому ухудшению обрабатываемой поверхности.
Вынужденные колебания, вызываемые биением шпинделя станка, биением обрабатываемой заготовки, волнистостью и т.д. гасятся предлагаемым охватывающим инструментом с упругим иглокольцом, однако могут возникнуть автоколебания, обусловленные явлениями, присущими самому процессу обработки.
При обкатывании оболочек максимальную скорость выбирают в пределах 60 130 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы.
Использование предлагаемого давильного охватывающего инструмента позволяет расширить технологические возможности обкатывания и выглаживания благодаря схватыванию деформирующим инструментом обрабатываемой заготовки, повысить качество и производительность обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, а также прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности; увеличить износостойкость материала давильного инструмента.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР, № 1558534, МКИ B21D 22/16. Зубарев В.В., Хмелев С.В., Гладких Ф.Ф. и др. Инструмент для обкатки тонкостенных полых изделий. Заявка 4443728/25-27, 20.06.88; 23.04.90. Бюл. № 15.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. С.147, рис.9.6.
Класс B21D22/16 на оправках или формах