СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК Российский патент 2009 года по МПК B21D22/16 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению деталей со сложным профилем, например различных оболочек из сталей и алюминиевых сплавов, газовых баллонов, лейнеров, огнетушителей и т.п.

Важнейшими вопросами при производстве деталей сложного профиля, представляющего собой сочетание цилиндрических, конических и криволинейных участков, является принципиальная возможность их получения методами ротационной вытяжки с высокой точностью, качеством обрабатываемой поверхности и высокой производительностью.

В настоящее время известно множество способов ротационной вытяжки деталей: одно- и многопереходная вытяжка, ротационный обжим, ротационная вытяжка проецированием, ротационная протяжка и других, в холодном состоянии и с нагревом.

Например, в книге Н.И.Могильного «Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках»; М.: Машиностроение, 1983 г. описаны различные способы получения оболочковых деталей ротационной вытяжкой.

Недостатком известных схем применительно к проблеме получения оболочек со сложным профилем большой длины, большим перепадом диаметра и переменной толщиной стенки является невозможность получения таких деталей по известным схемам из-за сложности их формы.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является «Способ изготовления пустотелых осесимметричных изделий» (см. книгу «Давильные работы и ротационное выдавливание», М.А.Гредитора, М.: Машиностроение, 1971 г., рис.28 «б», стр.47, 48).

Заготовку устанавливают и закрепляют на сборной оправке и осуществляют ротационную вытяжку заготовки деформирующим роликом за несколько проходов.

Продольную подачу ролика осуществляют в направлении к малому диаметру профиля без контакта заготовки с оправкой. Поперечную подачу ролика производят после каждого прохода со смещением начала обработки в направлении малого диаметра профиля.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось создание способа изготовления осесимметричных деталей небольшой длины с малым перепадом диаметра на сборной оправке.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного способа, принятого авторами за прототип, относится невозможность применения данного способа при изготовлении профильных оболочек с большим перепадом диаметра, большой длиной профиля и переменной толщиной стенки из-за неустойчивости процесса формообразования.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом является установка и крепление исходной заготовки на профильной оправке и ротационная вытяжка заготовки за несколько проходов.

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе изготовления профильных оболочек формообразование осуществляют деформирующими роликами с разделением деформации между проходами на ротационный обжим и ротационное деформирование стенки, а также между роликами путем их осевого смещения.

В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- в качестве заготовки используют утолщенную трубную заготовку толщиной больше толщины готовой оболочки в 1,1-5,0 раза;

- на первом проходе выполняют, преимущественно, обжим заготовки, а на последующих, преимущественно, деформирование стенки;

- формообразование заготовки осуществляют с увеличением толщины стенки в направлении меньшего диаметра профиля в 1,1-3,0 раза;

- формообразование заготовки осуществляют со смещением начала обработки после каждого прохода в направлении большего диаметра профиля;

- формообразование заготовки осуществляют роликами с осевым смещением, определяемым по зависимости:

, где

Δ - осевое смещение роликов, в мм,

L - суммарная длина очагов деформации, в мм,

n - количество роликов;

- формообразование заготовки осуществляют при постоянном контакте заготовки с оправкой.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности изготовления профильных оболочек большой длины с большим перепадом диаметра и переменной толщиной стенки при высокой устойчивости процесса формоизменения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем установку и крепление заготовки на профильной оправке и ротационную вытяжку за несколько проходов, особенность заключается в том, что формообразование осуществляют деформирующими роликами с разделением деформации между проходами на ротационный обжим и ротационное деформирование стенки, а также между роликами путем их осевого смещения.

Новая совокупность операций, а также наличие связей между ними позволяют за счет:

- формообразования деформирующими роликами с разделением деформации между проходами на ротационный обжим и ротационное деформирование стенки повысить устойчивость процесса формоизменения, повысить суммарную степень деформации и уменьшить количество проходов, в результате уменьшения взаимного влияния различных видов ротационной вытяжки - ротационного обжима и ротационного деформирования стенки;

- формообразования деформирующими роликами с разделением деформации между роликами путем их осевого смещения повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большим перепадом диаметра начала и конца профиля, в результате плавного нарастания деформации вдоль зоны контакта от первого ролика к последнему.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:

- использования утолщенной трубной заготовки толщиной больше толщины готовой оболочки в 1,1-5,0 раза повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большой длиной профиля, в результате разделения деформации с увеличением степени деформирования утолщенной стенки и с уменьшением степени деформации ротационного обжима, как более напряженного и менее устойчивого к гофрообразованию процесса, а также повысить коэффициент использования металла в результате уменьшения объема металла, удаляемого механической обработкой более толстой и, следовательно, более короткой заготовки;

- выполнения на первом проходе, преимущественно, обжима заготовки, а на последующих, преимущественно, деформирования стенки повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большим перепадом диаметра начала и конца профиля, в результате того, что на первом проходе выполняют более напряженный ротационный обжим с большой степенью деформации и деформирование стенки с небольшой степенью деформации, а на последующих, получивших наклеп металла проходах - наоборот, менее напряженный и более устойчивый к гофрообразованию процесс деформирования стенки с большой степенью деформации и ротационный обжим с небольшой степенью деформации;

- формообразования заготовки с увеличением толщины стенки в направлении меньшего диаметра профиля в 1,1-3,0 раза повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с переменной толщиной стенки в результате снижения степени деформации при увеличении толщины стенки в краевой зоне малого диаметра профиля;

- формообразования заготовки со смещением начала обработки после каждого прохода в направлении большого диаметра профиля повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большой длиной профиля в результате того, что при таком смещении начала обработки преобладает менее напряженный и более устойчивый к гофрообразованию процесс ротационного деформирования стенки;

- формообразования заготовки роликами с осевым смещением, определяемым по зависимости:

, где

Δ - осевое смещение роликов, в мм,

L - суммарная длина очагов деформации, в мм,

n - количество роликов,

повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большим перепадом диаметра начала и конца профиля в результате того, что при величине осевого смещения более (мм) увеличивается биение оправки с увеличением вероятности гофрообразования;

- формообразования заготовки при ее постоянном контакте с оправкой повысить устойчивость процесса формоизменения и получить оболочки с большой длиной профиля, так как при отсутствии контакта заготовки с оправкой преобладает более напряженный и менее устойчивый к гофрообразованию процесс ротационного обжима.

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизны".

Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления профильных оболочек заготовку устанавливают и закрепляют на профильной оправке и подвергают ротационной вытяжке за несколько проходов в отличие от прототипа, согласно изобретению формообразование осуществляют деформирующими роликами с разделением деформации между проходами на ротационный обжим и ротационное деформирование стенки, а также между роликами, путем их осевого смещения. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен процесс ротационной вытяжки деформирующими роликами за несколько проходов, на фиг.2 - процесс ротационной вытяжки деформирующими роликами на одном из проходов, на фиг.3 - очаги деформации роликами 1, 2, 3.

На фиг.1, 2 и 3 ролики и очаги деформации условно совмещены в одной плоскости, F - осевая подача (мм/мин), S - частота вращения (об/мин).

На фиг.1 изображен процесс формоизменения заготовки деформирующими роликами 1, 2 и 3 трубной заготовки 4 на оправке 5 за три прохода a-a₁, b-b₁, с-с₁, а также толщины стенок заготовки до и после каждого прохода t_o, t₁, t₂, t₃ (мм), диаметр заготовки до и после каждого прохода D_o, D₁, D₂, D₃ (мм), длины заготовок до и после каждого прохода L_o, L₁, L₂, L₃ (мм), смещение начала обработки после каждого прохода в направлении к большому диаметру профиля ΔL₁ и ΔL₂ (мм).

На фиг.2 изображен процесс формоизменения заготовки на каждом проходе деформирующими роликами, смещенными между собой в осевом направлении на величины Δ₁ и Δ₂ (мм) и перемещающимися по траекториям а, b, с, а также с толщиной стенки заготовки, увеличивающейся в направлении к малому диаметру профиля от начала обработки к концу от t_о (мм) до t_k (мм).

На фиг.3 изображены очаги деформации d, e и f с осевыми смещениями Δ₁ и Δ₂ (мм) и суммарной длиной L (мм).

Вышеописанный способ изготовления профильных оболочек осуществляется следующим образом.

Исходную трубную заготовку 4 (см. фиг.1) устанавливают на оправку 5, соединенную со шпинделем станка, и закрепляют на оправке зажимным устройством. Задают вращение шпинделя S (об/мин) с оправкой и заготовкой, осевое и радиальное перемещение роликов 1, 2, 3. За несколько проходов деформирующих роликов формируют профиль оболочки.

Пример.

Заготовку из труб ⊘ 275×15 мм алюминиевого сплава АМц после резки труб на заготовки и механической обработки устанавливают на профильной оправке, закрепляют на ней зажимным устройством и за три прохода деформирующими роликами формируют профиль оболочки (см. фиг.1).

В качестве заготовки используют утолщенную трубную заготовку толщиной t_o=12,6 мм больше толщины готовой детали t₃=6,3 мм в 2,0 раза и длиной L_o=150 мм.

На первом проходе выполняют, преимущественно, обжим заготовки с D₀=265 мм до D₁=170 мм с большой степенью деформации ∈_oб1=35,8% и деформирование стенки с t_o=12,6 мм до t₁=11,6 мм с небольшой степенью деформации ∈_д1=7,9%.

На втором и третьем проходе выполняют, преимущественно, деформирование стенки с большой степенью деформации соответственно с t₁=11,6 мм до t₂=8 мм со степенью деформации ∈д₂=31% и с t₂=8 мм до t₃=6,3 мм со степенью деформации ∈_д3=27%.

Обжим заготовки на 2 и 3 проходе выполняют с небольшими степенями деформации соответственно с D₁=170 мм до D₂=145 мм со степенью деформации ∈_oб2=14,7%, с D₂=145 мм до D₃=135 мм со степенью деформации ∈_об3=6,2%.

Деформирование стенки на проходах (см. фиг.2) осуществляют с увеличением толщины стенки в направлении меньшего диаметра профиля соответственно:

- на первом проходе с t_o=10 мм до t_k=11,6 мм - в 1,16 раза;

- на втором проходе с t_o=6,6 мм до t_k=8 мм - в 1,2 раза;

- на третьем проходе с t_o=3,3 мм до t_k=6,3 мм - в 1,9 раза.

Начало формообразования после каждого прохода смещают в направлении большего диаметра профиля (см. фиг.1) на величину соответственно:

- на втором проходе - на ΔL₁=5 мм;

- на третьем проходе - на ΔL₂=10 мм.

Формообразование заготовки на 1, 2 и 3 проходе осуществляют роликами 1, 2 и 3, смещенными между собой в осевом направлении на величину Δ₁ и Δ₂ (см. фиг.2 и фиг.3), определяемую из условия равенства радиальных усилий, выраженного в равенстве площадей очагов деформаций d, е и f по зависимости:

, где

L - суммарная длина очагов деформации, L=15 мм;

n - количество роликов, n=3.

Таким образом, .

Формообразование заготовки на 1, 2 и 3 проходах осуществляют при постоянном контакте заготовки с оправкой (см. фиг.1, 2).

Выполнение способа изготовления профильных оболочек в соответствии с изобретением обеспечивает возможность изготовления профильных оболочек при высокой устойчивости процесса формообразования, позволяет уменьшить количество проходов, снизить расход металла и снизить трудоемкость изготовления.

Изобретение может быть использовано при производстве стальных и алюминиевых профильных оболочек большой длины, с большим перепадом диаметра и переменной толщиной стенки.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов деталей, изготовленных по данному способу.

В настоящее время разработана техническая документация, проведены испытания, намечено серийное производство продукции по предложенному способу.

Способ изготовления профильных оболочек относится к области обработки металлов давлением. Способ изготовления профильных оболочек включает установку и закрепление заготовки на профильной оправке, формообразование путем ротационной вытяжки за несколько проходов. Формообразование осуществляют деформирующими роликами с разделением деформации между проходами путем ротационной вытяжки в виде ротационного обжима и ротационного деформирования стенки, а также между роликами путем их осевого смещения. Обеспечивается высокая устойчивость процесса формообразования, уменьшение количества переходов и снижение трудоемкости изготовления. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ изготовления профильных оболочек, включающий установку и закрепление заготовки на профильной оправке, формообразование путем ротационной вытяжки за несколько проходов, отличающийся тем, что формообразование осуществляют деформирующими роликами с разделением деформации между проходами путем ротационной вытяжки в виде ротационного обжима и ротационного деформирования стенки, а также между роликами путем их осевого смещения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заготовки используют утолщенную трубную заготовку толщиной больше толщины готовой оболочки в 1,1-5,0 раза.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом проходе выполняют преимущественно обжим заготовки, а на последующих - преимущественно деформирование стенки.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формообразование заготовки осуществляют с увеличением толщины стенки в направлении меньшего диаметра профиля в 1,1-3,0 раза.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что формообразование заготовки осуществляют со смещением начала обработки после каждого прохода в направлении большего диаметра профиля.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формообразование заготовки осуществляют роликами с осевым смещением, определяемым по зависимости

,

где Δ - осевое смещение роликов, мм;

L - суммарная длина очагов деформации, мм;

n - количество роликов.