РАСКАТНАЯ ГОЛОВКА Российский патент 1999 года по МПК B21H1/02 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а более конкретно к конструкции раскатного инструмента для раскатки деталей из заготовок, нагретых до состояния сверхпластического течения металла и может быть использовано при изготовлении дисков и других осисимметричных деталей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции относится конструкция раскатной головки, описанная в книге Н. И.Могильный "Ротационная вытяжка и оболочковых деталей на станках, М., "Машиностроение", 1983 г., стр. 25 рис. 3.2, которая выбрана в качестве прототипа заявляемого технического решения.

Раскатная головка содержит державку в виде вилки, давильный ролик, закрепленный на оси перпендикулярной оси вилки, подшипники, установленные в полости, выполненной в осевой части ролика соосно с последней. Данная конструкция компактна, но не позволяет создавать значительные усилия раскатки, а расположение вращающихся элементов и элементов крепления вблизи рабочей поверхности ролика ограничивает область применения инструмента областью обработки при невысоких температурах нагрева.

Заявляемым изобретением решалась задача расширения диапазона температур раскатки при использовании раскатной головки, и повышение надежности работы при высоких усилиях раскатки.

Поставленная задача решается тем, что в раскатной головке, содержащей державку в виде вилки, ролик, установленный на оси перпендикулярной оси державки, подшипники, размещенные соосно с роликом, согласно изобретению головка снабжена автономной системой охлаждения ролика, подшипники размещены вне зоны контакта с роликом, вилка снабжена оболочкой, охватывающей ее наружную поверхность, ролик снабжен теплоизолирующим экраном, охватывающим поверхность ролика, расположенную в полости вилки, каналы отвода и подвода хладагента размещены в оболочке и сопряжены с кольцевой полостью, выполненной на посадочной поверхности вилки под подшипник, в кольцевой полости установлен штифт, прерывающий последнюю, причем сопряжение с каналом подачи хладагента выполнено по одну сторону от штифта и по другую сторону с каналом отвода, каналы подвода и отвода хладагента ролику выполнены в виде полостей на валу подшипников.

Система охлаждения ролика содержит каналы подвода и отвода хладагента, размещенные по оси вращения ролика и каналы циркуляции хладагента, выполненные эквидистантно наружной поверхности ролика. Оболочка и экран выполнены из материала с теплоизоляционными свойствами, например из кремнеземистой ткани.

Возможность решения поставленной задачи обусловлена тем, что компактное размещение ролика и вращающихся элементов, при одновременно принятых мероприятиях по защите от влияния высоких температур раскатки, создают благоприятные условия работы элементов раскатной головки в зоне повышенных температур, предотвращая перегрев ролика, за счет системы его охлаждения, которая одновременно, располагая каналы подвода и отвода хладагента в полости образованной в теле вала, на котором установлены подшипники повышает эффективность охлаждения внутренних частей подшипников. Защитный экран предотвращает передачу тепла излучением с ролика на подшипники, а оболочка, охватывающая наружную поверхность вилки предотвращает нагрев подшипников от контакта с нагретой атмосферой зоны раскатки. Все это позволяет осуществлять работу устройства в течение рабочей смены без перегрева, повысить надежность работы устройства в широком диапазоне температур нагрева и при этом обеспечить высокие усилия раскатки, за счет близкого расположения ролика и подшипников, но подшипники при этом удалены от вертикальной оси ролика, создавая плечо, позволяющее снизить усилия на подшипник.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "новизна".

В процессе поиска не выявлено технических решений, содержащих признаки сходные с отличительными признаками заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 приведен общий вид раскатной головки.

На фиг. 2 приведено сечение одной из опор с подшипником.

Раскатная головка содержит ролик 1, закрепленный на державке 2 в виде вилки. На валу 3 между опорами 4 вилки 2 установлен ролик 1, а в полостях 5 опор 4 размещены подшипники б. Оболочка 7 установлена на наружной поверхности вилки 2. Экран 8 охватывает поверхность ролика 1, размещенную в полости вилки 2. Каналы 9 подвода хладагента сопряжены с кольцевой полостью 10, в которой установлен штифт 11, перекрывающий полость 10, а сопряжение с каналом 9 через вход 12 размещено с одной стороны штифта 11, а сопряжение с каналом 13 - отвода хладагента, через выход 14 размещенный с другой стороны штифта 11.

Система охлаждения ролика 1 содержит канал подвода хладагента 15 и отвода хладагента 16, циркуляционные каналы 17 расположены эквидистантно наружной поверхности 17 ролика 1.

Устройство работает следующим образом. Нагретую заготовку размещают под кожухом-нагревателем (на фигурах не показано) и в горячую зону под кожухом подводят раскатную головку. Контактная поверхность рабочей части ролика невелика. Ролик 1 и заготовка непрерывно вращаются, время контакта незначительно поэтому охлаждение ролика не приводит к значительному охлаждению раскатываемой заготовки и позволяет избежать отрицательного влияния охлаждения ролика, в то же время увеличивается срок службы ролика, т.к. созданы условия, исключающие возникновение уровня термических напряжений в материале ролика, которые могли бы привести к его разрушению. Кроме того экран 8, охватывающий поверхность ролика 1 защищает от нагрева подшипники вынесенные в полость вилки 2, а расположение подшипников на значительном расстоянии от оси вилки, позволяет повысить усилия раскатки, которые не нарушают работоспособности раскатной головки и снижают вероятность перегрева подшипников, т. к. позволяют повысить эффективность их охлаждения. Оболочка 7 предотвращает контакт подшипников с атмосферой в полости под кожухом в горячей зоне раскатки. Подвод и отвод охлаждающего вещества к ролику по оси подшипников повышает эффект их охлаждения. Воздушноохлаждаемые каналы предотвращают перегрев оболочки. Кольцевая полость, перекрытая штифтом, создает кольцевой незамкнутый канал для охлаждения подшипников. При этом штифт выполнен полым и в нем установлен контакт термопары 18, позволяющий контролировать температуру на обойме подшипника.

В институте в процессе отработки конструкции проведена экспериментальная отработка эффективности работы раскатной головки в условиях раскатки деталей нагретых до температуры 400^oC-1100 ^oC.

Расчетами и экспериментами доказано, что при использовании в качестве материала оболочки и экрана МКРВ-340 толщиной 10 мм и совместной системе охлаждения для подшипников и ролика с расходом хладагента 2 - л/с возможно получить непревышение критической температуры колец подшипника равной 200^oC в течение 8-9 минут.

Создание отдельных систем охлаждения для подшипников и ролика и использование в качестве материала оболочки и экрана кремнеземистую ткань КТ-11-08/3-ТО, ТУ6-48-64-91, при толщине слоя оболочки 20 мм показывает возможность реализации требуемых температурных режимов ролика и подшипников в течение времени рабочей смены при приемлемых значениях расхода хладагента.

Использование: для раскатки деталей типа колес в состоянии сверхпластического течения материала. Сущность изобретения: раскатная головка содержит державку в виде вилки, установленные на валу перпендикулярном оси державки, вращающие элементы в виде подшипников, размещенные соосно с роликом, при этом головка снабжена автономной системой охлаждения ролика, подшипники размещены вне зоны контакта с роликом, вилка имеет оболочку, охватывающую ее наружную поверхность, ролик снабжен теплоизолирующим экраном, охватывающим поверхность ролика, размещенную в полости вилки. Изобретение повышает надежность при высоких усилиях раскатки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Раскатная головка, содержащая державку в виде вилки, ролик, установленный в полости вилки на валу, перпендикулярному оси державки, вращающие элементы в виде подшипников, размещенные соосно ролику, отличающаяся тем, что она снабжена теплоизоляционным экраном, охватывающим поверхность ролика, расположенную в полости вилки, и автономной системой охлаждения ролика, выполненной в виде каналов отвода и подвода хладагента, расположенных в оболочке, охватывающей наружную поверхность вилки, а также каналов подвода и отвода хладагента, выполненных в виде расположенных в упомянутом валу полостей, при этом подшипники размещены вне зоны контакта с роликом на посадочных поверхностях вилки, на каждой из которой выполнена кольцевая полость, в которой установлен штифт, перекрывающий последнюю, а упомянутые каналы отвода и подвода хладагента оболочки расположены по разные стороны от него и сопряжены с упомянутой кольцевой полостью. 2. Раскатная головка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена циркуляционным каналом, расположенным эквидистантно наружной поверхности ролика и сообщающимся с упомянутыми каналами подвода и отвода хладагента вала, расположенными соосно оси вращения ролика. 3. Раскатная головка по п.1, отличающаяся тем, что оболочка и экран выполнены из кремнеземистой ткани.