СПОСОБ ДАВИЛЬНОЙ ОХВАТЫВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТОМ-КОЛЬЦОМ Российский патент 2011 года по МПК B21D22/16 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к инструменту и способам формовки рельефа на полых изделиях, а также для ротационной вытяжки оболочек и давильной обработки.

Известен способ и конструкция инструмента для обкатки тонкостенных полых изделий, содержащая ролик, выполненный в виде дисков, расположенных на оси роликодержавки, при этом диск жестко закреплен на оси болтами и установлен с возможностью регулировочного осевого перемещения [1]. Диски соединены между собой шпонкой. Давильный элемент, выполненный из полимерного материала, размещен концентрично оси между дисками.

Известный способ и конструкция инструмента имеют существенные недостатки: узкие технологические возможности, невысокое качество обработанных изделий, невысокая производительность, короткий срок службы давильного инструмента из-за быстрого износа рабочей поверхности и малый диапазон регулирования жесткости полимерного давильного материала.

Известен способ и конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса округления и ширины пояска [2]. Однако недостатком способа и давильных роликов является сложность восстановления формы в результате износа, так как для этого необходимо перешлифовывать все внешние поверхности с изменением радиусов шлифовки для сохранения сопряжения радиусов. При этом требуется внесение корректив в технологические режимы. Кроме того, недостатком является их малая контактная поверхность, взаимодействующая с деталью, не обеспечивающая высокой шероховатости отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающая низкое качество поверхности и требующая большого количества технологических переходов, что резко снижает производительность.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, увеличение контактной поверхности, взаимодействующей с заготовкой и обеспечивающей высокую шероховатость отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающей высокое качество поверхности и не требующей большого количества технологических переходов, что резко повышает производительность, улучшение условий деформирования и течение металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, повышение стойкости давильного инструмента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом давильной охватывающей обработки полых изделий, включающим сообщение деформирующему инструменту, содержащему установленный в корпусе давильный элемент, поперечной подачи для врезания и продольной подачи относительно собственной продольной оси, а заготовке вращательного движения, причем давильный элемент выполнен в виде кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью, которое охватывает обрабатываемую заготовку, при этом кольцо наружной периферийной поверхностью установлено на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения, причем на торце давильного кольца закреплено игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, расположенных радиально, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности выше упомянутого давильного кольца на величину двойного натяга N.

Сущность предлагаемого способа, реализуемого давильным охватывающим инструментом - кольцом, поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема давильной выглаживающей обработки полой заготовки с цилиндрической поверхностью, установленной на оправке, давильным охватывающим инструментом - кольцом, продольный разрез; на фиг.2 - давильный охватывающий инструмент - кольцо, вид с торца по А на фиг.1; на фиг.3 - давильный охватывающий инструмент - кольцо, общий вид сбоку; на фиг.4 - элемент Б на фиг.1.

Предлагаемый способ, реализуемый давильным охватывающим инструментом - кольцом, служит для обкатки и выглаживания полых изделий и включает сообщение деформирующему инструменту, содержащему установленный в корпусе 1 давильный охватывающий инструмент - кольцо 2, поперечной подачи S_ПОП для врезания в заготовку 3 и продольной подачи S_ПР относительно собственной продольной оси, а заготовке 3 вращательного движения V_З.

Давильный охватывающий инструмент - кольцо 2 содержит установленный в корпусе 1 давильный элемент, выполненный в виде кольца, которое охватывает обрабатываемую заготовку 3. Давильный охватывающий инструмент - кольцо имеет скругленную радиусом R рабочую поверхность 4, которая расположена внутри кольца. На наружной периферийной поверхности давильного охватывающего инструмента - кольца установлен подшипник качения 5, с помощью которого давильный охватывающий инструмент - кольцо смонтировано в отверстии корпуса 1 с возможностью свободного вращения V_И, передаваемого давильному охватывающему инструменту - кольцу от принудительно вращающейся заготовки 3 со скоростью V_З за счет сил трения.

На торце давильного охватывающего инструмента - кольца закреплено игольчатое кольцо 6, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, расположенных радиально, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности давильного охватывающего инструмента - кольца на величину двойного натяга N. Игольчатое кольцо 6 может быть установлено как с левого, так и с правого торцов инструмента - кольца, однако предпочтение следует отдать установке с левой стороны (см. фиг.1), когда игольчатое кольцо 6 движется впереди давильного охватывающего инструмента - кольца по необработанной поверхности заготовки 3, при направлении продольной подачи S_ПР справа налево. Это связано с тем, что диаметр необработанной поверхности заготовки больше, чем диаметр обработанной поверхности, поэтому иголки игольчатого кольца будут прогибаться больше и сцепляемость инструмента с заготовкой будет больше и надежнее. Кроме того, иголки игольчатого кольца при набегании на обработанную поверхность заготовки будут внедряться в нее и оставлять нежелательные следы, ухудшая качество обработанной поверхности и увеличивая высоту микронеровностей.

Регулирование жесткости игольчатого кольца 6 осуществляется путем закручивания или отпуска винтов 7 через шайбу 8.

Работа по предлагаемому способу, реализуемому давильным охватывающим инструментом - кольцом осуществляется следующим образом.

Установленный, например, на суппорте токарного станка инструмент подводят к заготовке, закрепленной на оправке на шпинделе станка, вводят заготовку в центральное отверстие давильного охватывающего инструмента - кольца и поджимают заготовку прижимом задней бабки станка. После этого включают поперечную подачу S_ПОП суппорта, на котором установлен давильный охватывающий инструмент - кольцо. При подходе к заготовке 3 давильный инструмент касается игольчатым кольцом поверхности принудительно вращающейся заготовки, и давильный охватывающий инструмент - кольцо начинает вращаться. При дальнейшем поперечном движении давильного охватывающего инструмента - кольца площадь контакта игольчатого кольца увеличивается, и вращение от заготовки передается давильному охватывающему инструменту - кольцу, вследствие этого выравниваются окружные скорости вращения V_З заготовки и давильного охватывающего инструмента - кольца V_И, и при врезании его не происходит проскальзывания относительно заготовки. Пучки ворса, находящиеся и расположенные радиально в игольчатом кольце, установленные с натягом N относительно давильной рабочей поверхности, будут прогибаться и за счет упругих сил улучшать сцепляемость давильного охватывающего инструмента - кольца с заготовкой, препятствуя проскальзыванию его относительно заготовки. После врезания давильной рабочей поверхности 4 на необходимую глубину включают продольную подачу S_ПР и производят обкатывание и вытяжку изделия, при этом вращение давильного охватывающего инструмента - кольца осуществляется от вращения заготовки за счет сил трения и сцепляемости, возникающих на поверхности контакта инструмента с заготовкой.

Для обеспечения надежного контакта давильного охватывающего инструмента - кольца с упругим игольчатым кольцом с заготовкой и исключения попадания иголок игольчатого кольца под давильную рабочую поверхность производится регулировка поперечного сечения упругого игольчатого кольца, осуществляемая винтами 7 и шайбой 8, момент затяжки которых определяется опытным путем. В качестве ворса применяют стальную пружинную проволоку, например, диаметром 0,5…1,5 мм из стали 65Г, при этом натяг устанавливают N=1,2…1,5 мм.

Усилие прижатия давильного охватывающего инструмента - кольца к заготовке составляет 200…300 Н и зависит от глубины внедрения давильного охватывающего инструмента - кольца в заготовку. Выбор соответствующего давления зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга N.

Для получения высокого класса шероховатости на внутренней рабочей поверхности давильного охватывающего инструмента - кольца предусматривают калибрующий цилиндрический поясок шириной К=1,5…3 мм. При большом участке К значительно возрастают усилия деформирования.

Продольную подачу при обкатывании и выглаживании определяют по формуле

S_ПР=(0,2…0,5)К

где К - ширина цилиндрического пояска на деформирующем охватывающем инструменте - кольце.

При подаче S_ПР=(0,2…0,3)К достигается шероховатость обработанной поверхности от Ra = 40 мкм до Ra = 1,25 мкм.

В результате обкатывания и выглаживания давильным охватывающим инструментом - кольцом улучшается шероховатость на один класс.

Предлагаемый способ, реализуемый давильным охватывающим инструментом - кольцом, применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок. Радиус R давильного охватывающего инструмента - кольца зависит от толщины t_o выглаживаемой оболочки и принимают равным R=(1…1,5)t_o.

Диаметр давильного охватывающего инструмента - кольца принимают из конструктивных соображений. С уменьшением внутреннего диаметра давильного охватывающего инструмента - кольца площадь контакта его с заготовкой увеличивается, растут усилия деформирования и изгибающие моменты, действующие на суппорт станка. Необходимо стремиться для каждого станка применять давильный охватывающий инструмент - кольцо одного диаметра. Особенно это важно для станков с ЧПУ.

Образующийся в результате обкатывания и выглаживания микрорельеф поверхности обусловливается следующими основными факторами: кинематикой процесса (направлением взаимного перемещения инструмента и обрабатываемой заготовки); исходной шероховатостью; формой и размерами исходной части и обкатывающего инструмента; величиной подачи; пластическим течением металла, обуславливающим появление вторичной шероховатости; шероховатостью рабочей части инструмента; величиной упругого восстановления поверхности после выглаживания; вибрациями технологической системы станок-приспособление-инструмент-заготовка.

При обкатывании и выглаживании деталей из стали, латуни и алюминиевых сплавов хорошие результаты дает применение в качестве смазочного материала индустриального масла И-20А или сульфофрезола.

При обкатывании и выглаживании предлагаемым способом с помощью охватывающего давильного инструмента - кольца на обрабатываемой поверхности резко снизилась вероятность появления продольной и поперечной волнистости благодаря увеличению площади контакта и использования упругого игольчатого кольца, при этом колебания технологической системы сведены до минимума.

При традиционной обработки на больших скоростях начинаются интенсивные вибрации, приводящие к резкому ухудшению обрабатываемой поверхности.

Вынужденные колебания, вызываемые биением шпинделя станка, биением обрабатываемой заготовки, волнистостью и т.д. гасятся предлагаемым способом, используемым охватывающий инструмент с упругим игольчатым кольцом, однако могут возникнуть автоколебания, обусловленные явлениями, присущими самому процессу обработки.

При обкатывании оболочек максимальную скорость выбирают в пределах 60…130 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы.

Использование предлагаемого способа, осуществляемого давильным охватывающим инструментом - кольцом, расширяет технологические возможности обкатывания и выглаживания благодаря схватыванию деформирующим инструментом обрабатываемой заготовки, позволяет повысить качество и производительность обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, а также прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности; увеличить износостойкость материала давильного инструмента.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности давильной охватывающей обработке полых изделий. Деформирующему инструменту, содержащему установленный в корпусе давильный элемент, сообщают поперечную подачу для врезания и продольную подачу относительно собственной продольной оси, а заготовке - вращательное движение. Используют давильный элемент, выполненный в виде кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью, охватывающего обрабатываемую заготовку. При этом кольцо наружной периферийной поверхностью устанавливают на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения. Причем на торце давильного кольца закрепляют игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, расположенных радиально, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим чем внутренний диаметр рабочей поверхности выше упомянутого давильного кольца на величину двойного натяга. Расширяются технологические возможности, повышается качество и производительность обработки. 4 ил.

Способ давильной охватывающей обработки полых изделий, включающий сообщение деформирующему инструменту, содержащему установленный в корпусе давильный элемент, поперечной подачи для врезания и продольной подачи относительно собственной продольной оси, а заготовке вращательного движения, отличающийся тем, что используют давильный элемент, выполненный в виде кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью для охвата обрабатываемой заготовки, при этом кольцо наружной периферийной поверхностью устанавливают на подшипнике качения в отверстии корпуса с возможностью свободного вращения, а на торце давильного кольца закрепляют игольчатое кольцо, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, расположенных радиально, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности упомянутого давильного кольца, на величину двойного натяга.