СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИЛЬЗЫ СИЛОВОГО ГИДРОЦИЛИНДРА Российский патент 2000 года по МПК B29C63/12 B32B1/08 F16L58/10 

Изобретение относится к способам изготовления узлов и деталей машин, в частности к силовым гидравлическим и пневматическим цилиндрам, и может быть использован во всех отраслях машиностроения, где требуется создание значительных усилий при малых габаритах силовозбудителя.

Известны способы изготовления гильз силовых цилиндров, заключающиеся в том, что внутреннюю цилиндрическую поверхность трубы-заготовки облицовывают напряженно, свободно или связанно тонкими пластинами, изготовленными из стальной холоднокатаной термообработанной ленты, сталкивая ее с цилиндрической оправки (пластинирование) (см., например, книгу: Соболев Н.И., Титунин Б.А. "Пластинирование деталей машин". - М.: Машиностроение, 1987, с. 141-144).

Способ осуществляют при следующей последовательности операций. Отрезок стальной (горячекатаной или холоднотянутой) или композитной (стеклопластиковой) трубы устанавливают на токарный станок и посредством резца проводят черновую расточку наружной и внутренней цилиндрических поверхностей. Предназначенную для пластинирования ленту разрезают на мерные куски, размеры которых определяют специальным расчетом в зависимости от параметров гильзы цилиндра, с припуском на шлифование торцов. Отрезанные пластины складывают в пакет и на заточных станках проводят шлифование кромок пластин. После шлифования всех кромок пакета пластин (с последовательным поворотом пакета на 90^o) у каждой пластины вручную снимают заусеницы на кромках. Затем следует операция свертывания пластин с помощью специальных приспособлений в цилиндрическую обечайку. Обечайку одевают на цилиндрическую часть оправки. Готовят клеевую композицию и наносят на внутреннюю цилиндрическую поверхность трубы-заготовки. Вводят оправку с обечайкой внутрь гильзы-заготовки и выдерживают на клеевой композиции в течение установленного времени для ее отвердения.

Удаляют оправку и проводят обработку облицованной поверхности, например, хонингование. После этого к цилиндрической заготовке с помощью электросварки, сварки трением или с помощью клеевого состава крепят днище и гильза готова для сборки.

Способ, принятый за аналог, обладает рядом недостатков.

Во-первых, нельзя устранить противоречивые требования к жесткости (твердости) материала пластин, необходимой для длительного функционирования гильзы в агрегате (отказ гильзы определяется чаще всего износом зеркала, а износ, как известно, тем меньше, чем больше твердость материала), и ее гибкости, необходимой для придания цилиндрической формы на оправке.

Во-вторых, при изготовлении длинноходовых цилиндров нужно уникальное оборудование (расточные станки) с большим ходом резца, что значительно повышает стоимость гильзы с ростом ее длины.

В-третьих, необходима финишная операция (хонингование) для придания зеркалу цилиндра необходимых геометрических размеров и шероховатости.

В-четвертых, большие значения внутреннего давления при выполнении цилиндром рабочих операций или его испытании не дают гарантий против отслоения пластинированного слоя, так как края пластин после ввода внутрь гильзы ничем не скрепляются.

Часть недостатков способа, принятого за аналог, устраняется в способе изготовления цилиндрических деталей, заключающемся в послойном нанесении на цилиндрическую заготовку путем напыления тонких слоев из различных по свойствам материалов.

Способ предусматривает следующую последовательность операций.

На цилиндрическую заготовку достаточно большой жесткости, позволяющей в последующем вести механическую обработку изделия, наружный диаметр которой близок к внутреннему диаметру изготавливаемого изделия, путем наплавления посредством электродуговой сварки наносят первый достаточно тонкий слой металла (сплава). Состав слоя определяется назначением изделия (противозадирный, стойкий к изнашиванию, антикоррозийный и т.д.). На первый слой, тем же способом наносится второй слой из легкоплавкого материала. Далее проводится механическая обработка наружной поверхности до размера, равного внутреннему диаметру трубы, предназначенной для восприятия внутреннего давления или другого рода силового воздействия. После механической обработки наружного слоя заготовка вместе с наплавленными слоями вталкивается внутрь несущей трубы с минимальным зазором между поверхностями скольжения. Образованный таким образом многослойный рулон помещается в индукционную цилиндрическую печь (индуктор), где нагревается до температуры сплавления последнего (в порядке нанесения) слоя с внутренней поверхностью несущей трубы. Внутренняя цилиндрическая заготовка удаляется путем механической обработки зеркала рулона (Патент Франции FR 2474949 A1 с приоритетом от 07.08.81, МПК⁶ B 32 B 1/08) - прототип.

Принятый за прототип способ обладает рядом существенных недостатков.

Способ изготовления гильзы, принятый за прототип, позволяет устранить недостатки, связанные с предварительной механической обработкой зеркала, в то же время приобретает существенный недостаток, заключающийся в механическом удалении путем разрушения (перевода в стружку) цилиндрической оправки.

Таким образом принятый за прототип способ обладает следующими недостатками:
невозможность повторного использования цилиндрической заготовки, что повышает трудоемкость изготовления и стоимость изделия;
необходимость механической обработки зеркала гильзы;
большой вес изделия, так как оно полностью выполняется из металлических материалов.

Задачей данного изобретения является снижение веса, трудоемкости изготовления и повышение долговечности силового гидроцилиндра.

Поставленная задача решается таким образом, что в известном способе изготовления трубчатого изделия, при котором на вращающейся оправке формируют тонкостенную обечайку путем термического напыления материала, производят наложение материала на основе связующего, отверждают и снимают с оправки гильзу, отличающемся тем, что оправку нагружают неизменным давлением путем введения рабочего тела в ее замкнутую полость, наложение материала на основе связующего осуществляют путем послойной намотки материала на наружную поверхность тонкостенной обечайки, а после отверждения снижают давление рабочего тела и разгружают оправку.

Существенными отличиями предлагаемого способа, обладающими элементами новизны, являются: нагружение оправки неизменным давлением введением рабочего тела в ее замкнутую полость, наложение материала на основе связующего путем послойной его намотки на наружную поверхность тонкостенной обечайки, снятие давления рабочего тела в полости оправки и разгрузка оправки путем осевого перемещения гильзы. Такая последовательность операций позволяет решить поставленную задачу и отвечает критерию "существенные отличия".

При реализации предлагаемого способа изготовления гильзы силового цилиндра снижается вес и трудоемкость изготовления изделия.

Снижение трудоемкости достигается за счет неоднократного использования обечайки, веса - за счет применения неметаллического силового элемента, повышение долговечности - за счет применения для формирования зеркала гильзы материалов, слабо поддающихся износу.

Сущность способа поясняется чертежом, на котором изображена установка для реализации способа.

Установка состоит из цилиндрической пустотелой оправки 1, имеющей осевое отверстие 2, перекрываемое обратным клапаном 3. Оправка выполнена с замкнутой полостью 4. Поверх цилиндрической оправки 1 размещена обечайка 5, на которой выполнена послойная намотка 6.

Способ изготовления гильзы силового гидроцилиндра осуществляют следующим образом. Готовят пустотелую цилиндрическую оправку 1, наружная боковая поверхность которой по чистоте обработки и отклонениям размеров соответствует требованиям, предъявляемым к зеркалу гильзы.

Рулон ткани (например, стеклоткани TI, пропитанной лаком ПФЭД) разрезают на кольца необходимой ширины и шлифуют торцы колец. Ширину колец определяют исходя из длины и диаметра гильзы, для утолщений и концевых зон готовят отдельные рулоны.

Внутрь пустотелой оправки от внешнего источника (компрессора или масляного насоса) через осевое отверстие 2, перекрываемое обратным клапаном 3, подают рабочее тело (газ или жидкость) и создают в замкнутой полости 4 избыточное давление, что приводит к увеличению диаметра оправки. При достижении проектного значения диаметра подачу рабочего тела прекращают, внутреннюю полость отсекают от напорной магистрали и оправку приводят во вращение при помощи, например, токарного станка. В процессе вращения на цилиндрическую поверхность оправки газотермическим способом наносят равнотолщинный металлический слой - обечайку 5. Состав металла (металлов) обечайки подбирают исходя из условий его наименьшего истирания и наибольшего сопротивления коррозии. Толщину напыленного слоя ("корки") принимают наибольшей из условий прочностного расчета, определяют ее в зависимости от требуемой длины гильзы, ее диаметра и рабочего давления в процессе эксплуатации по известным формулам сопротивления материалов и теории упругости, а также триботехнического расчета, позволяющего определить ту толщину, которая будет изношена за расчетное время эксплуатации. Как только обечайка достигнет расчетной толщины, подачу порошка прекращают, горелку отводят от оправки и подводят форсунку для распыления клеящего состава. Конец рулона закрепляют на внешней поверхности обечайки и слой за слоем наматывают ткань 5, распыляя клеящий состав через форсунку. Одновременно с наматыванием проводят прикатку слоев роликом с упругой (например, обрезиненной) поверхностью. После намотки необходимого количества слоев (количество слоев определяется из прочностного расчета) оправку с гильзой помещают в камеру для термообработки (полимеризации клея). По завершении процесса полимеризации клея оправку вынимают из камеры, охлаждают и сбрасывают давление внутри полости оправки, что приводит к уменьшению ее диаметра. Внешняя цилиндрическая поверхность оправки отходит от внутренней поверхности обечайки. Силы трения на контакте отмеченных выше поверхностей значительно снижаются, что позволяет легко вытащить оправку, перемещая ее вдоль продольной оси. Полученное при этом зеркало гильзы не требует никакой механической обработки, так как является точной копией поверхности оправки и имеет ту же чистоту поверхности, что и цилиндрическая заготовка.

Предлагаемый способ изготовления гильзы силового гидроцилиндра обладает рядом преимуществ в сравнении с прототипом:
- упрощается оборудование для изготовления гильзы;
- удовлетворяются требования к прочности гильзы посредством выбора материала труб и износостойкости зеркала путем подбора порошкового материала для образования "корки";
- отпадает необходимость в самой дорогостоящей (чаще всего хонингование) финишной операции;
- повышается долговечность гильзы и всего силового цилиндра в целом, так как материал зеркала может быть очень жестким, что эквивалентно его высокой износостойкости;
- снижается масса гильзы.

Способ изготовления гильзы силового гидроцилиндра может быть использован во всех отраслях машиностроения, где требуется создание значительных усилий при малых габаритах силовозбудителя. В способе на вращающейся оправке формируют тонкостенную обечайку путем термического напыления материала. Производят наложение материала на основе связующего, отверждают и снимают с оправки гильзу. Оправку нагружают неизменным давлением путем введения рабочего тела в ее замкнутую полость. Наложение материала на основе связующего осуществляют путем послойной намотки материала на наружную поверхность тонкостенной обечайки. После отверждения снижают давление рабочего тела и разгружают оправку. Способ снижает трудоемкость изготовления гильзы, повышает долговечность силового гидроцилиндра. 1 ил.

Способ изготовления гильзы силового цилиндра, при котором на вращающейся оправке формируют тонкостенную обечайку путем термического напыления материала, производят наложение материала на основе связующего, отверждают и снимают с оправки гильзу, отличающийся тем, что оправку нагружают неизменным давлением путем введения рабочего тела в ее замкнутую полость, наложение материала на основе связующего осуществляют путем послойной намотки материала на наружную поверхность тонкостенной обечайки, а после отверждения снижают давление рабочего тела и разгружают оправку.