СТАТИКО-ИМПУЛЬСНЫЙ ДАВИЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ 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.

Известны конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса округления и ширины пояска [1]. 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 коррективов 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 течения металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, повышение стойкости давильного инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого инструмента для статико-импульсной давильной обработки полых изделий, который содержит корпус с деформирующими элементами для воздействия на заготовку с натягом, причем корпус выполнен в виде П-образного короба с продольным пазом для свободного прохождения заготовки, а деформирующие элементы выполнены в виде П-образных пружинящих скоб, жестко заделанных внутри корпуса на противоположных стенках друг против друга, с расстоянием между соответствующими парами в начале движения подачи при входе в контакт заготовки с инструментом в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, равным наружному диаметру заготовки, а в конце движения - наружному диаметру готовой детали, причем общий натяг, равный половине разности диаметров заготовки и готовой детали, распределен равномерно на все пары деформирующих элементов, при этом рабочая часть деформирующего элемента выполнена в виде втулки, установленной по скользящей посадке на перекладине скобы.

Особенности конструкции предлагаемого давильного инструмента и его работа поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема давильной обработки ППД цилиндрической поверхности полого изделия предлагаемым инструментом, частичный продольный разрез инструмента, вид сверху по А на фиг.2; на фиг.2 - предлагаемый инструмент, вид сбоку, продольный разрез, где показаны начальное продольное рабочее положение инструмента и конечное; на фиг.3 - предлагаемый инструмент, вид слева по Б на фиг.2, где показано промежуточное положение заготовки относительно инструмента, а также условно тонкими линиями показаны начальное (вверху) и конечное (внизу) положения заготовки; на фиг.4 - циклограмма цикла движений инструмента, где обозначены: S_ПОП - поперечное рабочее перемещение инструмента относительно заготовки; S_ХХ - поперечное холостое перемещение инструмента относительно заготовки; S_ПР - продольное рабочее перемещение инструмента относительно заготовки.

Предлагаемый инструмент предназначен для статико-импульсной давильной обработки ППД, калибрования, деформирующего протягивания и упрочнения металлических цилиндрических поверхностей 1 полых деталей из сталей и сплавов.

Установка, базирование и закрепление заготовки 1 с возможностью вращения относительно ее продольной оси осуществляется с помощью, например, специального электромеханического приспособления в виде оправки 2, которая установлена, например, на вертикально-протяжном станке мод. 7Б65. Предлагаемый давильный инструмент 3 содержит корпус с деформирующими элементами 4 для воздействия на заготовку с натягом.

Корпус инструмента 3 выполнен в виде П-образного короба с продольным пазом для свободного прохождения заготовки. Деформирующие элементы выполнены в виде П-образных пружинящих скоб, жестко заделанных внутри корпуса инструмента на противоположных стенках друг против друга.

Расстояние Н_З между парой деформирующих элементов 4 (условно показано вверху согласно фиг.3) в начале движения подачи S_ПОП при входе в контакт заготовки с инструментом в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, устанавливается равным наружному диаметру заготовки до обработки.

Расстояние Н_Д между парой деформирующих элементов (условно показано внизу согласно фиг.3) в конце движения подачи S_ПОП равно наружному диаметру готовой полой детали. Общий натяг, равный половине разности диаметров заготовки и готовой детали, распределен равномерно на все пары деформирующих элементов. Расстояние Н_З и Н_Д между соответствующими парами деформирующих элементов регулируется сближением или удалением противоположных стенок корпуса инструмента, которые соединены друг с другом внахлестку болтами 3_Б.

Деформирующий элемент - скоба - имеет рабочую часть - перекладину 4_П - и две стойки 4_С, с помощью которых он монтируется в стенке корпуса инструмента. Рабочая часть 4_П деформирующего элемента, с помощью которой элемент воздействует на заготовку, состоит из втулки 4_В, установленной по скользящей посадке на перекладине скобы. Продольная ось перекладины скобы устанавливается параллельно оси заготовки. С целью снижения трения и предотвращения быстрого износа деформирующих элементов между втулкой 4_В и перекладиной устанавливается, например, как вариант, фторопластовая втулка (не показана), играющая роль подшипника, или, как вариант, игольчатый подшипник (не показан). При давильной обработке полых изделий из цветных металлов и сплавов используют перекладину сплошную без втулки.

Жесткое крепление стоек деформирующих элементов в стенках корпуса инструмента обеспечивается, например, чеканкой, развальцовкой, резьбовым соединением с использованием гайки, закрученной на резьбовом наконечнике стойки (не показана) или другими известными способами.

Длина L стенок корпуса инструмента зависит от длины обрабатываемой заготовки l и длины рабочей части деформирующего элемента, т.е. перекладины скобы. Соотношение длин обрабатываемой заготовки l и рабочей части деформирующего элемента влияет на число поперечных проходов. На фиг.4 показана циклограмма полного цикла обработки одной заготовки, состоящего из трех поперечных проходов инструмента.

При давильной обработке корпус инструмента с деформирующими элементами - скобами, жестко закрепленный в патроне, например, вертикально-протяжного станка (не показан), совершает движение подачи S_ПОП в направлении, перпендикулярном продольной оси вращения заготовки, при этом заготовка совершает вращательное движение относительно своей продольной оси со скоростью V_З.

Деформирующие элементы, установленные с внутренней стороны корпуса инструмента, совершают рабочее движение снизу верх (согласно фиг.1, 2, 3) и с двух сторон охватывают цилиндрическую поверхность заготовки. При сочетании вращательного движения заготовки V_З и поступательного движения S_ПОП деформирующих элементов осуществляется динамический удар с проскальзыванием, позволяющий осуществить пластическое деформирование, вытяжку и выглаживание оболочки заготовки и упрочнение поверхностного слоя цилиндрической поверхности.

Предлагаемый инструмент позволяет повысить производительность давильной обработки выглаживания, а также улучшить качество и точность обработки заготовки.

Основным технологическим параметром процесса является натяг на каждую противоположно расположенную пару деформирующих элементов, мм:

i_Э=(Н_З-Н_Д)/n,

где Н_З - расстояние между верхней парой (согласно фиг.3) деформирующих элементов, равное D_З - диаметру цилиндрической поверхности заготовки до обработки (средняя арифметическая величина с учетом отклонений формы в поперечном сечении), мм;

Н_Д - расстояние между парой нижних (согласно фиг.3) деформирующих элементов, равное D_Д - диаметру цилиндрической поверхности обработанной детали, мм;

n - количество пар соответствующих деформирующих элементов на сторонах инструмента при условии, что количество элементов на каждой стороне одинаковое.

При давильной обработке с натягом i_Э до 0,2…0,5 мм на каждую пару расположенных диаметрально деформирующих элементов уменьшаются отклонения формы в поперечном сечении (отклонение от круглости) и повышается точность размера на 30…35%, уменьшаются параметры шероховатости поверхности.

Суммарный натяг лимитируется пластичностью материала заготовки. Заготовку из хрупких материалов обрабатывают с малыми натягами, так как при больших натягах может произойти ее разрушение.

Обработка деформирующими пружинными элементами в виде скоб обеспечивает оптимальные условия деформирования, а инструмент имеет максимальную размерную стойкость.

Деформирующие элементы в виде пружинных скоб изготовляют из сталей: легированных ШХ15, ХВГ, 9Х, 5ХНМ, углеродистых инструментальных У10А, У12А, быстрорежущих Р6М5, Р9. Твердость рабочей поверхности скобы из сталей HRC 62…65. Параметр шероховатости рабочего профиля пружинной скобы Ra=0,32 мкм.

При обработке предлагаемым инструментом обязательно применяют смазочно-охлаждающее технологическое средство (СОТС), предотвращающее схватывание деформирующей скобообразной пружины с обрабатываемым металлом. Отсутствие СОТС приводит к браку обрабатываемых заготовок и нередко к разрушению инструмента. Для заготовок из углеродистых и низколегированных сталей рекомендуются: сульфофрезол, МР-1, МР-2, эмульсии. Эти же жидкости следует применять при обработке заготовок из цветных металлов (бронзы, латуни, алюминиевых сплавов). Для заготовок из высоколегированных, жаростойких и коррозионно-стойких сталей и сплавов следует применять СОТС: АСМ-1, АСМ-4, АСМ-5, АСМ-6.

Шероховатость поверхности, обработанной предлагаемым инструментом, зависит от исходной шероховатости и материала обрабатываемой заготовки, режима обработки, применяемой СОТС. От скорости обработки (в пределах диапазона применяемых скоростей) шероховатость обработанной поверхности не зависит.

Скорость поперечной подачи S_ПОП деформирующих элементов при обработке предлагаемым инструментом связана со скоростью вращения заготовки V_З следующим соотношением:

S_ПОП=0,01·V_З,

где S_ПОП - скорость поперечной подачи деформирующих элементов, м/мин;

V_З - скорость вращательного движения заготовки, м/мин.

Скорость вращательного движения заготовки V_З назначают в пределах 2…20 м/мин. Для достижения точности по 11…13-му квалитетам обработку ведут с большими натягами. Для достижения точности по 8…11-му квалитетам следует применять средние натяги (0,3…0,4 мм). Для получения точности по 5…7-му квалитетам деформирование проводят с малыми натягами (0,03…0,3 мм).

В результате статико-импульсного обкатывания и выглаживания предлагаемым инструментом 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 деформирующего элемента в заготовку. Выбор соответствующего статико-импульсного давления зависит от физико-механических свойств материала заготовки и от натяга i_Э.

Предлагаемый давильный инструмент применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок [1]. Радиус R_Д поперечного сечения перекладины деформирующего элемента зависит от толщины t_o выглаживаемой оболочки и принимается равным R_Д=(1…1,5)t_o.

Расстояние между стенками инструмента принимают из конструктивных соображений с учетом длины стоек 4_С. С уменьшением длины стоек возрастает жесткость конструкции инструмента и уменьшается податливость и прогиб стоек, при этом растут усилия деформирования.

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-импульсном давильном обкатывании и выглаживании предлагаемым охватывающим инструментом на обрабатываемой поверхности резко снизилась вероятность появления продольной и поперечной волнистости благодаря увеличению площади контакта и использованию упругого деформирующего элемента в виде скобы, а также вибрациям, появляющимся при переходе контакта заготовки от одного деформирующего элемента к другому. При статико-импульсном обкатывании оболочек максимальную скорость выбирают в пределах 2…20 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы. Получаемая при статико-импульсном обкатывании высота микронеровностей данным инструментом находится в пределах допустимого максимального значения высоты микронеровностей.

При промышленных испытаниях заготовку с наружным и внутренним диаметрами соответственно 126 мм и 122 мм, длиной 250 мм - колпака масляного фильтра, изготовленную на предыдущей операции штампованием из ленты 08Ю-ОСВ-А-II - 2,2 ГОСТ 19851-74, устанавливали на разжимную кулачковую оправку, а охватывающий давильный инструмент - на инструментальном суппорте на вертикально-протяжном станке мод. 7Б65.

Деформирующие скобы были изготовлены из стали легированной ШХ15, из проволоки диаметром 3 мм. Твердость рабочей поверхности скоб - HRC 62…65. Параметр шероховатости рабочего профиля перекладины скобы Ra=0,32 мкм. Длина скобы 50 мм

Обработка проводилась на следующих режимах: скорость вращения заготовки V_З=20 м/мин (n_З=200 мин^-1); скорость поперечной подачи деформирующих элементов S_ПОП=0,2 м/мин; суммарный натяг на диаметр - 2,0 мм (1,0 мм на сторону); натяг на деформирующий элемент i_Э=(1,0/10)=0,1 мм; количество деформирующих элементов n=10; смазывающе-охлаждающей жидкостью служил сульфофрезол (5%-ная эмульсия).

Давильная обработка одного изделия проводилась за 6 проходов за Т_м=1,2 мин (против Т_м ^баз=3,65 мин по базовому варианту при обработке традиционным обкатыванием на ОАО Автоагрегат, г.Ливны).

Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АН ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от цилиндричности составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.

Испытаниями установлено, что производительность процесса повышается в 2,5…3,3 раза по сравнению с выглаживанием цилиндрическими роликами [1], размеры обработанных деталей стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, высота шероховатости обработанной поверхности соответствует Ra 1,6 мкм, волнистость отсутствовала.

Предлагаемый охватывающий давильный 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.

Использование предлагаемого давильного инструмента позволяет расширить технологические возможности статико-импульсного обкатывания и выглаживания благодаря схватыванию давильным инструментом обрабатываемой заготовки и наложению колебательных движений на инструмент, повысить качество, точность и производительность обработки, энергоемкость процесса уменьшилась в 2,2 раза.

Источники информации

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

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности ротационной вытяжке и давильной обработке оболочек. Инструмент содержит корпус с деформирующими элементами для воздействия на заготовку с натягом, причем корпус выполнен в виде П-образного короба с продольным пазом для свободного прохождения заготовки, а деформирующие элементы выполнены в виде П-образных пружинящих скоб, жестко заделанных внутри корпуса на противоположных стенках друг против друга с обеспечением расстояния между соответствующими парами в начале движения подачи при входе в контакт заготовки с инструментом в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, равного наружному диаметру заготовки, а в конце движения - наружному диаметру готовой детали, причем общий натяг, равный половине разности диаметров заготовки и готовой детали, распределен равномерно на все пары деформирующих элементов, при этом рабочая часть деформирующего элемента выполнена в виде втулки, установленной по скользящей посадке на перекладине скобы. Расширяются технологические возможности, повышается производительность, качество и точность обработки заготовки. 4 ил.

Инструмент для статико-импульсной давильной обработки полых изделий, содержащий корпус с деформирующими элементами для воздействия на заготовку с натягом, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде П-образного короба с продольным пазом для свободного прохождения заготовки, а деформирующие элементы выполнены в виде П-образных пружинящих скоб, жестко заделанных внутри корпуса на противоположных стенках друг против друга с обеспечением расстояния между соответствующими парами в начале движения подачи при входе в контакт заготовки с инструментом в направлении, перпендикулярном продольной оси заготовки, равного наружному диаметру заготовки, а в конце движения - наружному диаметру готовой детали, причем общий натяг, равный половине разности диаметров заготовки и готовой детали, распределен равномерно на все пары деформирующих элементов, при этом рабочая часть деформирующего элемента выполнена в виде втулки, установленной по скользящей посадке на перекладине скобы.