ДАВИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СТАТИКО-ИМПУЛЬСНОГО ВЫГЛАЖИВАНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B21D22/16 

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

Известна 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.

Известная конструкция инструмента имеет 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.

Известны конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса скругления и ширины пояска [2]. Однако недостатком известных 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 с помощью предлагаемого давильного инструмента для статико-импульсного выглаживания и обкатки полых изделий, который содержит волновод и воздействующий на него боек, связанный с генератором механических импульсов, причем волновод выполнен в виде охватывающего заготовку давильного кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью и игольчатой частью, набранной из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр скругленной рабочей поверхности на величину двойного натяга, подвижно установленного в корпусе за счет радиальных подшипников, расположенных на периферии кольца, с сообщением упомянутому кольцу статической и динамической составляющих деформирующей силы.

Сущность конструкции предлагаемого давильного охватывающего инструмента - кольца для статико-импульсного выглаживания и его работа поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема давильной статико-импульсной выглаживающей обработки полой заготовки с цилиндрической поверхностью, установленной на оправке, предлагаемым давильным инструментом - кольцом, продольный разрез; на фиг.2 - предлагаемый давильный инструмент - кольцо, вид с торца по А на фиг.1; на фиг.3 - предлагаемый давильный инструмент - кольцо, общий вид сбоку, с показом варианта конструкции игольчатой части давильного кольца, отличающийся наличием фаски.

Предлагаемый давильный инструмент предназначен для статико-импульсного выглаживания и обкатки полых изделий деформирующим элементом в виде охватывающего кольца.

Давильный охватывающий инструмент для статико-импульсного выглаживания и обкатки полых изделий содержит волновод 1, с помощью которого инструменту сообщаются статическая Р_ст и динамическая Р_имп составляющие деформирующей силы от генератора механических импульсов (не показан) [3, 4]. Внутри корпуса 2 на радиальных подшипниках 3 установлено давильное кольцо 4. Волновод 1 жестко соединен с корпусом 2.

Инструмент - кольцо 4 имеет скругленную с радиусом R_д рабочую поверхность 5, которая расположена внутри кольца 4. Давильное кольцо 4 смонтировано в отверстии корпуса 2 с возможностью свободного вращения, передаваемого ему от принудительно вращающейся заготовки 6 со скоростью V_з за счет сил трения. Помимо рабочей поверхности 5 в отверстии давильного кольца 4 расположено игольчатое кольцо 7, набранное из пучков ворса из металлической проволоки, с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр рабочей поверхности 5 давильного кольца на величину двойного натяга N. Игольчатое кольцо 7 может быть установлено как слева, так и справа рабочей поверхности 5, однако, предпочтение следует отдать установки с левой стороны (см. фиг.1, 3), когда игольчатое кольцо 7 движется впереди давильной рабочей поверхности 5 по необработанной поверхности заготовки 6, 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 7 будут прогибаться больше и сцепляемость инструмента с заготовкой будет больше и надежнее. Кроме того, иголки игольчатого кольца 7 при набегании на обработанную поверхность заготовки будут внедряться в нее и оставлять нежелательные следы, увеличивая высоту микронеровностей. С целью плавного входа игольчатого кольца 7 в контакт с заготовкой 6 при подведении инструмента к заготовке со стороны свободном торца может быть изготовлена фаска 7^ф (см. фиг.3).

Регулирование жесткости игольчатого кольца 7 осуществляется путем закручивания или отпуска винтов 8 через шайбу 9.

Предлагаемый давильный охватывающий инструмент - кольцо работает следующим образом. Установленный, например, на суппорте токарного станка инструмент подводят к заготовке, закрепленной на оправке на шпинделе станка, вводят заготовку в центральное отверстие инструмента - кольца и поджимают заготовку прижимом задней бабки станка. Включают главное вращательное движение V_з заготовки. После этого включают поперечную подачу S_поп суппорта, на котором установлен давильный инструмент - кольцо. При подходе к заготовке 6 давильный инструмент касается игольчатым кольцом 7 поверхности принудительно вращающейся заготовки и инструмент - кольцо начинает вращаться. При дальнейшем поперечном движении давильного инструмента - кольца сцепляемость игольчатого кольца 7 с заготовкой увеличивается и вращение от заготовки передается давильному инструменту - кольцу, вследствие этого выравниваются окружные скорости вращения V_з заготовки и давильного инструмента - кольца V_и и при врезании его не происходит проскальзывания относительно заготовки. Пучки ворса, находящиеся в игольчатом кольце и установленные с натягом N относительно давильной рабочей поверхности 5, будут прогибаться и за счет упругих сил улучшать сцепляемость инструмента - кольца с заготовкой, препятствуя проскальзыванию его относительно заготовки.

Охватывающий давильный инструмент для статико-импульсного формообразования получает движение подачи S_пр и воздействует на заготовку с силой Р_ст+Р_имп (фиг.1). Через волновод 1 импульсы от генератора механических импульсов (не показан) передаются давильному кольцу 4, с помощью которого заготовка 6 выглаживается [3, 4].

Для обеспечения надежного контакта давильного инструмента и упругого игольчатого кольца 7 с заготовкой и исключения попадания иголок игольчатого кольца под давильную рабочую поверхность 5 производится регулировка поперечного сечения упругого игольчатого кольца 7, осуществляемая, например, винтами 8 и шайбой 9, 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.

Для получения высокого класса шероховатости на внутренней давильной рабочей поверхности 5 давильного кольца 4 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 элементе.

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

В результате статико-импульсного обкатывания и выглаживания предлагаемым инструментом - кольцом улучшается шероховатость на один класс, статическое усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200…300 Н на 10 мм длины рабочей поверхности инструмента и зависит от глубины внедрения давильного элемента в заготовку. Выбор соответствующего статико-импульсного давления зависит от физико-механических свойств материала заготовки, материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга N.

Предлагаемый давильный инструмент - кольцо применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок [2]. Радиус R_д давильного элемента зависит от толщины t_о выглаживаемой оболочки и принимают равным R_д=(1…1,5)t_о.

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

Образующийся в результате статико-импульсного 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 статико-импульсного 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 статико-импульсного обкатывании и выглаживании предлагаемым охватывающим инструментом - кольцом на обрабатываемой поверхности резко снизилась вероятность появления продольной и поперечной волнистости благодаря увеличению площади контакта и использования упругого иглокольца.

При статико-импульсного обкатывании оболочек максимальную скорость выбирают в пределах 10…130 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы.

Получаемая при статико-импульсном выглаживании высота микронеровностей данным инструментом, находится в пределах допустимого максимального значения высоты микронеровностей. Задаваясь последней по известным формулам [4] определяют частоту импульсов, внутренний диаметр инструмента и частоту вращения заготовки.

При промышленных испытаниях заготовку с наружным и внутренним диаметрами, соответственно, 126 мм и 122 мм, длиной 250 мм - колпака масляного фильтра, изготовленную из ленты 08Ю-ОСВ-А-II-2,2 ГОСТ 19851-74, устанавливали на оправку и поджимали упором задней бабки на станке 16К20, а гидравлический генератор механических импульсов с охватывающим инструментом с внутренним диаметром кольца 180 мм - в резцедержателе. Заготовке сообщали вращательное движение V_з=12 м/мин, а инструменту - продольную подачу S_пр=1,0 мм/об. Частота импульсов составляла 30 Гц (АО Автоагрегат, г.Ливны).

Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 1,8…2,3 раза по сравнению со статико-импульсным выглаживанием цилиндрическими роликами [2], размеры обработанных деталей стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, высота шероховатости обработанной поверхности соответствует Ra 1,6 мкм, волнистость отсутствовала.

Предлагаемый охватывающий инструмент для статико-импульсного выглаживания отличается простотой в реализации, не сложен по конструкции и надежен в эксплуатации, позволяет повысить точность изготовления полых изделий, снизить высоту микронеровностей, повысить производительность статико-импульсной обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, а также снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, повысить стойкость давильного инструмента.

Получаемый на поверхности заготовки упрочненный слой обладает повышенной твердостью, износостойкостью и сопротивлением усталостному разрушению, большой глубиной упрочнения.

Использование предлагаемого давильного инструмента позволяет расширить технологические возможности статико-импульсного обкатывания и выглаживания благодаря охватыванию деформирующим инструментом обрабатываемой заготовки и наложению колебательных движений на инструмент, 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.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1558534, МКИ В21D 22/16. Зубарев В.В., Хмелев С.В., Гладких А.А. и др. Инструмент для обкатки тонкостенных полых изделий. Заявка 4443728/25-27, 20.06.88; 23.04.90. Бюл. №15.

2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983, С.147, рис.9.6.

3. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Способ статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. Патент РФ №2098259, В24В 39/00, бюл. №34, 1997 г.

4. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афонин А.Н. и др. Охватывающий инструмент для статико-импульсного накатывания резьбы. Патент РФ №2280526, В21Н 3/02. Бюл. №21, 2006 г.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, ротационной вытяжке и давильной обработке оболочек. Давильный инструмент содержит волновод и воздействующий на него боек, связанный с генератором механических импульсов. Причем волновод выполнен в виде охватывающего заготовку давильного кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью и игольчатой частью, набранной из пучков ворса из металлической проволоки с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим чем внутренний диаметр скругленной рабочей поверхности на величину двойного натяга. Причем давильное кольцо подвижно установлено в корпусе посредством радиальных подшипников, расположенных на периферии кольца с возможностью сообщения кольцу деформирующей силы со статической и динамической составляющими. Расширяются технологические возможности, повышается качество и производительность обработки. 3 ил.

Давильный инструмент для статико-импульсного выглаживания и обкатки полых изделий, содержащий волновод и воздействующий на него боек, связанный с генератором механических импульсов, отличающийся тем, что волновод выполнен в виде охватывающего заготовку давильного кольца с внутренней скругленной рабочей поверхностью и игольчатой частью, набранной из пучков ворса из металлической проволоки с возможностью регулирования жесткости и с внутренним диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр скругленной рабочей поверхности на величину двойного натяга, причем давильное кольцо подвижно установлено в корпусе посредством радиальных подшипников, расположенных на периферии кольца, и выполнено с возможностью сообщения ему деформирующей силы со статической и динамической составляющими.