СПОСОБ ФОРМОВКИ ПОЛОГО КОНУСА Российский патент 2005 года по МПК B21D51/10 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологиям формовки полых изделий с регулярными поверхностями из металлов.

Уровень техники.

Известно, что все многообразие деталей машиностроения в значительной части представляют собой регулярные или близкие к ним поверхности, в числе которых и полые конусы, обработанные на металлорежущих станках по наружным и(или) внутренним поверхностям. Их обработка в основном ведется на металлорежущих станках, парк которых достигает 90% наличного станочного оборудования. Этот способ является общедоступным. Недостатками этого способа являются: 1) потеря большей части металла заготовки изделия - переводом ее в стружку; 2) большая трудоемкость; 3) высокая стоимость и быстрый износ режущего инструмента. Эти недостатки инициируют поиски способов формовки полых конусов, сокращающих издержки производства указанного вида изделий.

В известной мере названные недостатки устраняет "метод раскатки" (см. И.А.Дружинский. Сложные поверхности: математическое описание и технологическое обеспечение. Справочник. Ленинград.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985, С.17-18). По сравнению с обработкой последовательным удалением излишнего металла резцом (трепанацией) процесс раскатки, - указывает автор, - обладает двумя преимуществами: "большей производительностью (примерно в четыре - семь раз) и сохранением направления волокон в заготовке прокатки". Недостатками рассматриваемого способа являются: 1) ограниченность толщины стенок изделий "0,3÷0,5 мм" (см. там же); 2) его реализация сопряжена с наличием специального токарно-копировального давильного станка; 3) при единичном применении потери металла на изготовление оправки составляют около половины потерь при трепанации.

По содержанию существенных признаков и достигаемому техническому результату наиболее близок к изобретению "Способ изготовления конусов", предложенный Г.К.Кальнишевским и Б.М.Мальцевым (см. авторское свидетельство №633648, 1976 г.) - прототип. Недостатками этого способа является ограниченность значения "коэффициента обжима", обусловленная хрупкостью материала трубной заготовки в холодном состоянии и необходимость силового воздействия превышающего его предел текучести.

Ограниченность "коэффициента обжима" налагает очевидные ограничения на угол конусности (угол между образующими конуса в осевом его сечении). В частности, при истечении жидкости через конически сходящийся насадок наибольшее значение коэффициента скорости струи на выходе из насадка получают при угле конусности в 45° и длине насадка от 2 до 4 значений диаметра выходного сечения. Получить такое значение конусности холодным обжимом не всегда возможно.

В прототипе предел текучести алюминиевого конуса достигает 45,5 кгс/мм². Такое давление можно обеспечить применением достаточно мощного пресса, что усложняет процесс изготовления (формовки) конуса.

Указанные недостатки могут быть устранены. В частности, Б.Я.Газизовым предложен "Способ термофрикционной формовки полых деталей" (см. авторское свидетельство №963665, 1980 г.) При этом материал заготовки разогревают трением о матрицу (оправку) до состояния пластичности и действием давления на внешнюю поверхность заготовки вызывают изменение ее формы, соответствующее заданной.

Недостатком этого способа является сложность устройства оснастки, что ограничивает возможность его применения в условиях единичного использования.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является создание способа формовки полого конуса из металлической трубчатой заготовки на токарном станке меньшим числом операций и затрат времени с минимальными потерями металла и расширение арсенала способов изготовления изделий с регулярной поверхностью из металла.

Указанная задача решается тем, что в известных способах формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки - согласно изобретению - трубчатую металлическую заготовку нагревают до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность, при этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки.

Способ реализуют следующим образом: трубчатую заготовку зажимают в шпинделе токарного станка, в суппорте станка закрепляют оправку из металла с температурой пластификации большей, чем у материала заготовки. Включают станок, оправку сближают с заготовкой и формуют ее в соответствии с выбранным алгоритмом.

Осуществление изобретения.

Способ формовки полого конуса осуществлялся с использованием токарно-винторезного станка ТВ-10. В качестве заготовки использовалась трубчатая заготовка из нержавеющей стали диаметром 16 мм с толщиной стенки 2 мм; в качестве оправки - тыльная часть проходного резца. Тыльная часть резца (тыльная поверхность) должна быть плоской. Заготовку зажимают в шпинделе передней бабки станка так, чтобы обеспечивался доступ оправки ко всей поверхности, подвергаемой формовке. Оправка закрепляется в резцедержателе суппорта, причем угол между плоскостью тыльной поверхности и осью вращения заготовки составляет 22,5°, то есть равен углу между образующей конуса и осью вращения заготовки при оптимальном его значении.

Формовку начинают от свободного конца заготовки включением станка и подводом оправки к этому концу срединой "тыльной поверхности". После того как достигнуто соприкосновение образующей поверхности заготовки по всей ширине оправки и, если диаметр образовавшегося конуса в его концевой части больше необходимого, суппорту станка придают поступательное движение параллельно оси вращения в направлении от конца заготовки с таким расчетом, чтобы последующим возвратом (возвратами) к концу заготовки выйти на требуемый диаметр. При этом учитывают, что одновременно с формовкой поверхности происходит и вытяжка (удлинение) заготовки. Если необходима высокая точность и чистота поверхностей изделия, то формовку дополняют обработкой резцами, развертками и т.п. При этом потери металла не превышают в %: 5÷10.

Описанный способ формовки был применен при изготовлении водоструйного вакуумного насоса с предельным разряжением не хуже 4·10³ Па. Границей применения рассматриваемого способа является возможность формовки конуса без разрушения заготовки из-за хрупкости материала, малой толщины стенок изделия, недостаточной его теплопроводности или экономическая целесообразность.

Вывод: изобретение позволяет осуществить способ формовки полого конуса из металлической трубчатой заготовки на токарном станке наличным инструментом, меньшим числом операций, с меньшими затратами времени на их выполнение, с малыми потерями металла и расширяет арсенал способов изготовления изделий с регулярной поверхностью.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологиям получения полых конусов. Способ формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки включает нагрев трубчатой металлической заготовки до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность. При этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки. Упрощается процесс формовки конуса за счет использования в качестве оправки плоской тыльной части резца.

Способ формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки, отличающийся тем, что трубчатую металлическую заготовку нагревают до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность, при этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки.