СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ШАРОВ И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B21H1/14 B21D51/08 

Изобретение относится к области изготовления полых деталей вращения с профильной наружной поверхностью, преимущественно сферической, и центральным сквозным отверстием путем механической обработки давлением (накаткой) наружной поверхности металлических втулок.

В наибольшей мере данное изобретение может быть использовано при изготовлении шаровых запорных элементов, применяемых в конструкциях запорной арматуры (клапанах, кранах и пр.), входящий в состав трубопроводов различного назначения. Данный способ следует рассматривать как предварительную операцию перед окончательной чистовой обработкой (доводкой) поверхности. Следует отметить также, что данный способ наиболее предпочтителен при изготовлении шаровых элементов из нержавеющей стали, т.к. после накатки получается поверхность высокой степени чистоты, повышенной твердости от нагартовки и достаточно высокой точности (некруглость не более 0,2...0,3 мм). Перечисленные свойства, являющиеся важными показателями качества запорных элементов, невозможно получить одновременно при обычной механической обработке резанием или штамповке.

Известны различные способы изготовления полых шаров, например в способе [1] цилиндрическую заготовку заполняют водой, которую перед формообразованием замораживают, а после формообразования выпаривают; способ [2] заключается в получении заготовки в виде втулки с коническими наружной и внутренней поверхностями, у которой большие основания ориентированы во взаимно противоположные стороны, и последующей штамповки, которую ведут с ограниченным течением металла заготовки со стороны торца с меньшей толщиной стенки. Способ [3], принятый авторами за прототип, предназначен в основном для изготовления шаровых шарниров в узлах подвески колес автомобилей и включает получение полой заготовки в виде толстостенной втулки, размещение ее с оправкой, вставленной в ее центральное отверстие, между вращающимися роликами с профилем на боковых формообразующих поверхностях, повторяющим профиль наружной поверхности изготавливаемой детали, перемещение одного из роликов на заданное расстояние или до достижения заданного усилия в направлении оси вращения другого ролика и деформирование.

Однако всем перечисленным выше способам присущи недостатки, значительно ограничивающие их использование. Так способ, предлагаемый в аналоге [1], обладает малой производительностью (большое количество технологических операций), а также требует использования в механическом производстве специального оборудования для заполнения цилиндрических заготовок водой, замораживания воды и ее выпаривания из изготовленных деталей. Способы, предложенные в аналоге [2] и прототипе [3], обеспечивают недостаточно высокую точность получения наружной сферической поверхности изготовленной детали. Способ [2] также требует при обработке заготовки выполнения двух слабоконических поверхностей с малыми угловыми допусками.

Предлагаемый авторами способ исключает все перечисленные выше недостатки, присущие прототипу и аналогам. Он предполагает применение высокопроизводительного оборудования и заключается в том, что втулку на оправке, вставленной в ее центральное отверстие, помещают между двумя вращающимися в одну и ту же сторону роликами с профилем на боковых формообразующих поверхностях, повторяющим профиль наружной поверхности изготавливаемой детали, один из которых перемещается на заданное расстояние или до достижения заданного усилия в направлении оси вращения другого ролика, при этом оправку опирают на нож с выемкой под втулку, расположенной напротив формообразующих поверхностей роликов. Ось оправки при этом располагают несколько ниже осей роликов.

В том случае, если при изготовлении полых шаров после деформирования заготовки роликами в готовой детали появляется овальность наружной сферической поверхности, то ее можно устранить путем обжатия детали в приспособлении.

Выполнение наружных фасок на противоположных концах заготовки обеспечивает более равномерное распределение усилий в процессе деформации материала заготовки, что исключает появление местных участков с повышенной степенью деформации, которые являются причиной образования трещин на готовой детали. Кроме того, наличие фасок способствует правильной ориентации заготовки в начальный момент обработки, что важно для придания заготовке устойчивого вращения.

Как показывает опыт технологической отработки способа изготовления полых шаров, оптимальные размеры фасок на заготовке, обеспечивающие исключение растрескивания материала в готовой детали, в зависимости от марки материала должны находиться в следующих пределах:
- угол наклона относительно продольной оси заготовки - от 30 до 60 градусов;
- длина - от 0,1 до 0,3 длины втулки.

Для изготовления полых деталей со сферической наружной поверхностью по предлагаемому способу авторы предлагают выполнять на оправке в месте установки втулки поясок с выпускной поверхностью радиусом, равным радиусу формообразующих поверхностей роликов, и с максимальным диаметром, равным или меньшим диаметра центрального сквозного отверстия втулки. Более точное значение радиуса выпуклой поверхности пояска подбирается экспериментально в зависимости от размера фасок. Наличие такого пояска на оправке обеспечивает наилучшее течение металла при деформировании заготовки роликами, исключая растрескивание материала. Если радиус выпуклой поверхности пояска будет превышать радиус формообразующих поверхностей роликов, который соответствует радиусу сферической поверхности изготавливаемой детали, то, как показывает опыт технологической отработки, готовая деталь получает растяжение вдоль продольной оси оправки, т.е. приобретает форму эллипсоида с большей осью, направление которой совпадает с продольной осью оправки. Варьирование величиной указанного радиуса пояска оправки в сторону его уменьшения позволяет изменять форму наружной поверхности готовой детали от сферы до эллипсоида, сплющенного в направлении, совпадающем с продольной осью оправки. Такая сплющенная форма готовой детали имеет по мнению авторов то преимущество, что указанная выше по тексту операция обжимки детали в приспособлении для выправления формы наружной сферической поверхности детали облегчает извлечение оправки из центрального отверстия готовой детали.

Вместе с тем следует отметить, что уменьшение радиуса пояска на оправке, при котором его величина становится меньше половины радиуса сферической поверхности готовой детали, приводит к большой неустойчивости положения втулки на оправке, выражающейся в "качании" втулки на оправке в течение всего процесса деформирования заготовки, что приводит к появлению неисправимого брака в готовых деталях. Указанное "качание" втулки связано с тем, что размеры пояска на оправке оказываются недостаточными для того, чтобы в процессе деформации заготовки обеспечить плотное прилегание материала втулки к части поверхности пояска на оправке. Тем самым создаются условия для угловых колебаний деформирующейся втулки на оправке в пределах зазора между наружной поверхностью пояска на оправке и внутренней поверхностью центрального сквозного отверстия в деформируемой заготовке (изготавливаемой детали).

Для точной фиксации пояска относительно формообразующих поверхностей роликов на ноже предлагается выполнить уступ, в который должен упираться торец оправки. Этим обеспечивается быстрое и правильное размещение оправки относительно роликов.

Сущность предлагаемого авторами изобретения поясняется прилагаемым иллюстративным материалом.

На фиг. 1 и 2 показан вид обрабатываемой заготовки (втулки) 1, установленной на оправке 2, при деформировании ее вращающимися в одну и ту же сторону роликами 3 и 4, один из которых в процессе деформирования заготовки перемещается в направлении оси вращения другого ролика со скоростью S, при этом оправка опирается на нож 5, в котором выполнена выемка под заготовку, расположенная напротив формообразующих поверхностей роликов. На оправке 2 в зоне установки втулки 1 выполнен поясок B, имеющий выпуклый профиль поверхности с радиусом R (см. фиг. 2). На ноже 5 напротив формообразующих поверхностей роликов имеется выемка Г, охватывающая втулку 1, а также уступ Д, в который упирается своим торцом оправка 2.

На фиг. 3 представлен вариант исполнения втулки 1, отличающийся от приведенного на фиг. 2 тем, что на обоих ее концах выполнены наружные фаски с углом наклона их поверхности 50^o и размером h.

Процесс изготовления полых деталей вращения с профильной наружной поверхностью и центральным сквозным отверстием в случае использования предлагаемого авторами способа происходит в следующей последовательности. В центральное сквозное отверстие заготовки 1, имеющей вид втулки, вставляют оправку 2 и помещают их на нож резьбонакатного станка между роликами 3 и 4, которые вращаются в одну и ту же сторону и имеют на боковых формообразующих поверхностях профиль, повторяющий профиль наружной поверхности изготавливаемой детали. В процессе деформирования заготовки один из роликов перемещают на заданное расстояние или до достижения заданного усилия в направлении оси вращения другого ролика, при этом оправку 2 прижимают к уступу Д и опирают на нож 5, в котором выполнена выемка под втулку, расположенная напротив формообразующих поверхностей роликов. Второй конец оправки придерживают рукой. После завершения операции деформирования заготовки ролики раздвигают в исходное положение. Оправку с установленной на ней теперь уже изготовленной деталью снимают со станка. Снимают деталь с оправки. Если при изготовлении детали в форме полого шара наружная поверхность изготовленной детали приобрела яйцевидную форму, то деталь помещают в технологическое приспособление, где она обжимается и наружная поверхность детали приобретает сферическую форму. Затем процесс изготовления деталей повторяют.

Предложенный авторами способ ориентирован на использование высокопроизводительного оборудования для холодной обработки металла давлением (резьбонакатных станков) и обеспечивает получение высококачественных деталей вращения со сложным профилем наружной поверхности.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1779456, B 21 H 1/14, 1992.

2. Авторское свидетельство СССР N 1409386, B 21 D 51/08, 1988.

3. Патент США N 3740986, B 21 H 1/14, 1973.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления полых деталей вращения с профильной наружной поверхностью. Способ заключается в том, что полую заготовку в виде толстостенной втулки с размещенной в ней оправкой помещают между двумя вращающимися роликами, которые имеют профиль, повторяющий профиль наружной поверхности получаемой детали. Один из роликов перемещают на заданное расстояние или до достижения заданого усилия в направлении оси вращения другого ролика и производят деформирование. Ролики вращают в одну сторону, при этом оправку опирают на нож с выемкой под втулку, расположенной напротив формообразующих поверхностей роликов. На оправке выполняют поясок с выпуклой поверхностью диаметром, равным или меньшим отверстия втулки. Для устранения овальности полученной детали ее обжимают в приспособлении. На торцах втулки выполняют наружные фаски. На ноже имеется уступ для фиксации оправки с установленной на ней втулкой в процессе деформации. Изобретение позволяет повысить производительность процесса и качество получаемых деталей. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления полых шаров и других деталей вращения с профильной наружной поверхностью и центральным сквозным отверстием, включающий получение полой заготовки в виде толстостенной втулки, размещение ее с оправкой, вставленной в ее центральное отверстие, между двумя вращающимися роликами с профилем на боковых формообразующих поверхностях, повторяющим профиль наружной поверхности изготавливаемой детали, перемещение одного из роликов на заданное расстояние или до достижения заданного усилия в направлении оси вращения другого ролика и деформирование, отличающийся тем, что ролики вращают в одну и ту же сторону, а оправку опирают на нож с выемкой под втулку, расположенной напротив формообразующих поверхностей роликов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на оправке в месте установки втулки выполняют поясок с выпуклой поверхностью, имеющей максимальный диаметр, равный или меньший диаметра центрального сквозного отверстия втулки. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после деформирования заготовки роликами для устранения овальности наружной сферической поверхности детали и извлечения оправки из ее центрального отверстия деталь обжимают в приспособлении. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что на обеих торцевых поверхностях толстостенной втулки выполняют наружные фаски. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что на ноже выполняют уступ для фиксации положения оправки с установленной на ней втулкой относительно роликов в процессе деформации втулки.