СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШНЕКА И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B21H3/12 B21C37/22 

Изобретения относятся к области изготовления изделий, имеющих элементы винтовой формы, и могут быть использованы при изготовлении шнека для центрифуги.

Известны способы изготовления спиралей шнека (см., например, авт. св. СССР NN 1696072, 996014, 546139, кл. B 21 H 3/12, патент ФРГ N 947696, кл. B 21 H 3/12), заключающиеся в обработке заготовки давлением. При этом используются валки различной формы (например, цилиндрической, конусной или гиперболической) и в ее различных сочетаниях. Заготовки также используются разного сечения (например, прямоугольного, клинового и т.д.) и прокатываются в зазоре разного вида (например, клинового), с целью деформирования материала с разной степенью и в разных направлениях. Кроме того, для формирования спирали в заготовке могут прикладываться моменты (например, для скручивания витка).

Недостатком рассмотренных способов являются: низкая надежность кромок спирали больших диаметров для шнеков центрифуг, работающих в абразивной среде.

Известны способы изготовления шнеков (см., например, авт. св. СССР, NN 878401 - прототип, 648304, 265850, кл. B 21 H 3/12), заключающиеся в установке на вал (трубу) и закреплении ранее изготовленной спирали известными, рассмотренными выше способами.

Недостатками данных способов являются: низкая производительность и низкие эксплуатационные характеристики шнека, например, для центрифуги, т.к. невозможно обеспечить точность параметров (угол наклона и подъема) при закреплении на трубе ранее сформированной спирали.

Известны устройства для изготовления шнеков (стенды, станы, установки), содержащие следующие общие элементы конструкции: станину и приспособления для установки и закрепления сформированной спирали на трубе; и устройства для формирования спирали, содержащие станину, прокатывающее и направляющее устройство, выполненное в виде подающих валков, приводных прокатных валков, установленных с зазором, и узел отвода готовой спирали с приданием ей заданного шага. Образование спирали происходит при прохождении полосы заготовки между прокатными валками. Прокатка осуществляется с дополнительным усилием на входе, действующим на полосу заготовки, создаваемым подающими валками (см, например, авт. св. СССР NN 878401, 1107941, патент ФРГ N 947696 - прототип, кл. B 21 H 3/12).

Общими недостатками рассмотренных устройств являются: низкая производительность, низкие эксплуатационные характеристики изготовленных шнеков (точность, надежность), а также невозможность изготовления шнеков, имеющих конические части.

Задачи настоящих технических решений - создание способа изготовления шнека, обеспечивающего его высокую точность и надежность из различных материалов, различных диаметров, со значительными толщинами и высотами витков, разношаговых и имеющих конические части; а также создание установки, обеспечивающей осуществление созданного способа с высокой производительностью.

Технический результат поставленных задач достигается тем, что в способе изготовления шнека, заключающемся в установке на трубе исходной заготовки спирали, предлагается использовать исходную заготовку кольцевой формы с прямоугольным сечением, а формирование спирали и ее закрепление осуществлять одновременно при дискретном вращении трубы, соответствующем шагу прихватки витка путем последовательной установки и прокатки каждого витка заготовки с заданным шагом, углом подъема и наклона спирали с усилием, равным

при среднем контактном давлении

в зоне прокатки, при этом зоной прокатки является площадь, ограниченная высотой витка и хордой двойного угла наклона контактной поверхности, а при наличии усилия натяжения со стороны входа и/или выхода

Усилие натяжения может быть создано вращением трубы шнека и/или дополнительными устройствами.

Технический результат поставленных задач достигается также тем, что установку для изготовления шнека, содержащую станину и устройство, прокатывающее и направляющее исходную заготовку спирали предлагается снабдить механизмами крепления и вращения шнека, а также - дополнительным направляющим устройством для обеспечения перемещения прокатывающего и направляющего устройства под заданным углом конуса, при этом устройство, прокатывающее и направляющее исходную заготовку спирали, выполнить в виде установленного с возможностью перемещения относительно оси шнека по двум взаимно перпендикулярным осям манипулятора с трехкоординатным гидрофицированным захватом, обеспечивающим регулирование усилия прокатки в широких пределах, в котором установлены сменные шарико-роликовые кассеты, а дополнительное направляющее устройство выполнить в виде линейки, подвижно соединенной тягой с манипулятором и установленной в криволинейных пазах основания, имеющего шкалу и установленного посредством планок на станину.

Шарико-роликовую кассету предлагается выполнить в виде корпуса Г-образной формы, в котором установить шарики-ролики с возможностью вращения.

Гидросхема управления усилием прокатки при этом содержит два золотниковых распределителя, соединенных входом с напорной P и сливной T магистралями гидросистемы; гидроусилитель, соединенный бешстоковой полостью с одним золотником, а штоковой - с другим золотником; запорные вентили и редукционные клапаны, соединенные с подпружиненными гидроцилиндрами; сливы редукционных клапанов соединены со сливной магистралью Т, при этом выходы редукционных клапанов, штоковая полость гидроусилителя, напорная Р и сливная Т магистрали соединены также с переключателем, соединенным с манометром.

На фиг. 1 представлена схема, иллюстрирующая процесс деформации заготовки прокаткой сменной шарико-роликовой кассетой; на фиг. 2 - общий вид заготовки; на фиг. 3 - общий вид установки для изготовления шнека (вид спереди); на фиг. 4 - то же (вид сверху); на фиг. 5 - то же (вид сбоку на манипулятор и дополнительное направляющее устройство); на фиг. 6 - схема гидравлического регулирования усилия прокатки шарико-роликовыми кассетами; на фиг. 7 - конструкция элемента прокатывающего устройства в виде шариковой кассеты; на фиг. 8 - конструкция элемента прокатывающего устройства в виде роликовой кассеты.

Установка для изготовления шнека (фиг. 3, 4, 5) содержит станину 1, механизм 2 крепления и вращения шнека 3, устройство 4, прокатывающее и направляющее исходную заготовку 5 спирали, установленное на станине 1 с возможностью перемещения относительно оси шнека 3 по двум взаимно перпендикулярным осям и выполненное в виде манипулятора 6 с трехкоординатным гидрофицированным П-образной формы захватом 7, обеспечивающим регулирование усилия прокатки в широких пределах. В захвате 7 установлены сменные шарико-роликовые кассеты 8 (фиг. 7. 8), состоящие из корпуса 9 и элементов прокатки 10 в виде шариков-роликов. Гидросхема 11 (фиг. 6) управления усилием прокатки содержит два золотниковых распределителя 12, соединенных входом с напорной Р и сливной Т магистралями гидросистемы, гидроусилитель 13, соединенный бесштоковой полостью с одним золотником, а штоковой - с другим золотником; запорные вентили 14 и редукционные клапаны 15, служащие для раздельной регулировки поджима шариков-роликов 10 (фиг. 7, 8) с помощью подпружиненных гидроцилиндров 16. Сливы редукционных клапанов 15 через золотник соединены со сливной магистралью Т. Переключатель 17 с манометром 18 служат для контроля давления во всех линиях гидросхемы 11. Для обеспечения перемещения прокатывающего и направляющего (фиг. 5) устройства 4 под заданным углом конуса установка снабжена дополнительным направляющим устройством 19, выполненным в виде поворотной линейки 20, подвижно соединенной тягой 21 с манипулятором 6. Поворотная линейка 20 закреплена в криволинейных пазах основания 22, имеющего шкалу и установленного посредством планок 23 на станину 1.

Изготовление шнека на установке осуществляется следующим образом.

Установить и закрепить трубу шнека 3 с надетыми на ее правый конец кольцевыми заготовками 5 прямоугольного сечения, расположенными в соответствующем порядке. Гидрофицированным захватом 7 манипулятора 6 взять первую заготовку 5 и установить на соответствующее место на трубе шнека 3 по чертежу. Настроить установку: механизм вращения для осуществления дискретного вращения трубы шнека 3 на угол, соответствующий шагу прихватки витка, манипулятор 6 - на заданные шаг витка и углы подъема и наклона спирали. В гидрофицированный захват 7 манипулятора 6 установить соответствующие кассеты 8. Начало витка заготовки 5 приварить к трубе шнека 3. Формирование спирали и ее закрепление сваркой осуществляются одновременно. Установить в гидроцилиндрах 16 усилие прокатки P_пр, равным

при среднем контактном давлении

в зоне прокатки.

Зоной прокатки является площадь, ограниченная высотой витка и хордой двойного угла наклона контактной поверхности. При наличии усилия натяжения со стороны входа и/или выхода

Причем:

где
σ*т

- вынужденный предел текучести, кгс/см²;
b - высота витка, см;
h₀, h₁ - толщина витка до и после прокатки, см;
Δh - абсолютное обжатие, см;
l_d - длина участка заготовки витка спирали в пределах зоны прокатки, см;
- коэффициент, зависящий от f_y и ϕ для материалов заготовки спирали и прокатывающих элементов;
f_y - коэффициент трения при установившемся процессе;
ϕ - угол наклона контактной поверхности, град.;
q_o - удельное усилие переднего натяжения, кгс/см²;
q₁ - удельное усилие заднего натяжения, кгс/см ²;
К_см - коэффициент, учитывающий природу смазки;
ε - относительное обжатие, в %;
R_z - высота неровностей по прокатывающей поверхности, мкм;
ν₅₀ - кинематическая вязкость смазки при 50^oC, см²/с
V_b - скорость прокатки (окружная скорость шариков-роликов), см/сек,
Усилие прокатки (давление поджима шариков-роликов сменных кассет 8) устанавливается редукционными клапанами 15, вентилями 14 и контролируется с помощью манометра 18 и переключателя 17. Последовательно прокатываются каждый виток и вся спираль. При формировании спирали на конической части трубы шнека 3 подключить дополнительное направляющее устройство 19 (фиг. 4). Формирование спирали осуществляется аналогично.

Изобретения относятся к области изготовления изделий, имеющих элементы винтовой формы, и могут быть использованы при изготовлении шнека для центрифуги. Способ изготовления шнека заключается в установке на трубе исходной заготовки спирали, в качестве которой используют заготовку кольцевой формы с прямоугольным сечением, а формирование спирали и ее закрепление осуществляются одновременно при дискретном вращении трубы, соответствующем шагу прихватки витка путем последовательной установки и прокатки каждого витка заготовки с заданным шагом, углом подъема и наклона спирали и с определенным усилием, при определенном среднем контактном давлении, в зоне прокатки, при этом зоной прокатки является площадь, ограниченная высотой витка и хордой двойного угла наклона контактной поверхности. Установка для изготовления шнека содержит станину и устройство, прокатывающее и направляющее исходную заготовку спирали с механизмами его крепления и вращения, а также дополнительное направляющее устройство для обеспечения перемещения прокатывающего и направляющего устройства под заданным углом конуса, при этом устройство, прокатывающее и направляющее исходную заготовку спирали выполнено в виде установленного с возможностью перемещения относительно оси шнека по двум взаимно перпендикулярным осям манипулятора с трехкоординатным гидрофицированным захватом, обеспечивающим регулирование усилия прокатки в широких пределах, в котором установлены сменные шарико-роликовые кассеты, а дополнительное направляющее устройство выполнено в виде линейки, подвижно соединенной тягой с манипулятором, и установленной в криволинейных пазах основания, имеющего шкалу и установленного посредством планок на станину. Способ и установках обеспечивают высокую производительность при высокой точности и надежности изготавливаемых изделий. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ изготовления шнека, заключающийся в установке и закреплении на трубе спирали, сформированной из исходной заготовки, отличающийся тем, что исходную заготовку выполняют в виде колец прямоугольного сечения, каждое из которых образует виток спирали, а формирование спирали и ее закрепление осуществляют одновременно при дискретном вращении трубы на угол, соответствующий шагу прихватки витка, путем последовательной установки и прокатки каждого витка заготовки с заданным шагом, углом подъема и наклона спирали, с усилием, равным

при среднем контактном давлении, равном

в зоне прокатки, при этом зоной прокатки является площадь, ограниченная высотой витка и хордой двойного угла наклона контактной поверхности, с усилием натяжения со стороны входа и/или выхода

где σ^* - вынужденный предел текучести, кгс/см²,
b - высота витка, см;
Δh₀, h₁ - толщина витка до и после прокатки, см;
Δh - абсолютное обжатие, см;
hν - толщина витка в нейтральном сечении, см;
l_d - длина участка заготовки витка спирали в пределах зоны прокатки, см;
коэффициент, зависящий от f_у и ϕ для материалов заготовки спирали и прокатывающих элементов;
f_у - коэффициент трения при установившемся процессе;
ϕ - угол наклона контактной поверхности, град;
q₀ - удельное усилие переднего натяжения, кгс/см²;
q₁ - удельное усилие заднего натяжения, кгс/см². 2. Установка для изготовления шнека, содержащая размещенные на станине устройство для установки и фиксации трубы, устройство для формирования спирали, включающее направляющий узел и узел прокатки, механизм закрепления спирали на трубе, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом поворота трубы на заданный угол относительно ее оси симметрии, дополнительным направляющим узлом для обеспечения перемещения узла прокатки под заданным углом относительно оси шнека при формировании спирали на конической части трубы шнека, при этом направляющий узел и узел прокатки выполнены в виде установленного с возможностью перемещения относительно оси шнека по двум взаимоперпендикулярным осям и имеющего гидросхему управления усилием прокатки манипулятора с трехкоординатным гидрофинированным захватом, несущим сменные кассеты с деформирующими элементами, а дополнительный направляющий узел выполнен в виде линейки, подвижно соединенной посредством тяги с манипулятором и установленной в криволинейных пазах основания, закрепленного посредством планок на станине. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что кассета с деформирующими элементами выполнена в виде корпуса Г-образной формы, в котором с возможностью вращения установлены деформирующие элементы в виде шариков. 4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что кассета с деформирующими элементами выполнена в виде корпуса Г-образной формы, в котором с возможностью вращения установлены деформирующие элементы в виде роликов. 5. Установка по п.2, отличающаяся тем, что гидросхема управления усилием прокатки выполнена в виде двух золотниковых распределителей, соединенных входом с напорной и сливной магистралями гидросхемы, гидроусилителя, соединенного бесштоковой полостью с одним золотником, а штоковой - с другим золотником, запорных вентилей и редуцированных клапанов, соединенных с подпружиненными гидроцилиндрами, воздействующими на кассеты с деформирующими элементами, причем сливы редукционных клапанов, штоковая полость гидроусилителя, напорная и сливная магистрали соединены с переключателем, связанным с манометром.