СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОПРОВОЛОЧНОЙ УПРУГОЙ ОБОЛОЧКИ Российский патент 2021 года по МПК B21F45/06 H01B7/22 

Область техники

Данное техническое решение относится к области механической обработки металлов без существенного удаления материала и может быть использовано при изготовлении витой оболочки с соприкасающимися витками, работающей в агрессивных средах, в условиях повышенных температур.

Предшествующий уровень техники

Известен способ, описанный в патенте СССР №443505 «Способ изготовления проволочных спиралей с “тире”»; МПК: В21F 3/02, приоритет 12.09.1970 г., опубликован 15.09.1974 г., автор: Ян Балбатун (ПНР).

Способ изготовления проволочных спиралей с «тире» путем периодической навивки проволоки на оправку и образования «тире» посредством протягивания проволоки вдоль образующей оправки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, перед образованием каждого участка спирали проволоку поворачивают на заданный угол в направлении, противоположном направлению навивки.

Признаки, совпадающие с существенными признаками изобретения, периодическая навивка проволоки на оправку.

К недостаткам данного способа можно отнести неплотность укладки витков спирали, высокую трудоемкость процесса и низкая производительность.

В качестве прототипа для способа было выбрано авторское свидетельство СССР №649493 “Способ навивки бесконечной многопроволочной спирали” МПК: В21F 3/04, В21F 45/06; приоритет 02.02.1976 г., опубликовано 28.02.1979 г., авторы: А.И. Мохнатюк, И.В. Яцына (SU).

Способ навивки бесконечной многопроволочной спирали путем навивки нескольких проволок на не вращающуюся консольную оправку, установленную с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения, при удержании спирали на оправке от самоскручивания, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества спиралей, осевое возвратно-поступательное перемещение оправки относительно навивочной головки производят с амплитудой, меньшей шага навивки, и с частотой, большей угловой скорости навивки спирали.

Признаки, совпадающие с существенными признаками изобретения, - навивка многопроволочной спирали путем навивки нескольких проволок на не вращающуюся консольную оправку, установленную с возможностью осевого поступательного перемещения, при удержании спирали на оправке от самоскручивания.

К недостаткам данного способа можно отнести высокую трудоемкость процесса. Из-за возвратно-поступательного перемещения оправки происходит постоянное изменение процесса, что приводит к нарушению его стабильности за счет инерционности подвижных механических элементов в циклах перемещений. Отсутствие натяжного устройства приводит к провисанию проволок, образованию локальных зазоров между витками и, вследствие чего, к неравномерному и неплотному прилеганию (укладки) витков в спирали и отклонению от требуемых размеров. Сложность в синхронизации роликов и оправки может повлиять на точность получения геометрических размеров спирали.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа изготовления многопроволочной упругой витой оболочки, с повышением стабильности процесса навивки, обеспечение плотной укладки витков, точности получения размеров оболочки при снижении трудоемкости процесса, обеспечение жесткости крепления оболочки в эксплуатируемом устройстве, в том числе при повышенных температурах.

Технический результат заключается в исключении инерционности процесса возвратно-поступательного движения оправки, применении натяжения проволок и оптимизации параметров навивки, замене возвратно-поступательного перемещения оправки на поступательное движение, использовании опор для последующего крепления оболочки в устройстве.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления многопроволочной упругой витой оболочки, включающем навивку проволок на перемещающуюся оправку, с удержанием оболочки от самораскручивания на оправке, согласно изобретению, после навивки проволоки на оправку отрезают заданную длину получившейся заготовки оболочки, фиксируют концы заготовки оболочки в концевые опоры. Затем смещают оправку внутри оболочки в сторону одного из ее концов, сваривают освободившийся торец оболочки с торцом концевой опоры. Далее смещают оправку внутри оболочки в сторону противоположного конца, сваривают освободившийся торец оболочки с торцом второй концевой опоры. При этом навивку проволок осуществляют при продольном поступательном перемещении оправки с обеспечением заданного натяжения проволок посредством натяжного устройства. Удержание оболочки от самораскручивания осуществляют посредством формирующего диска с отверстием, через который пропускают проволоки и оправку для формирования витой структуры оболочки.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата: исключение инерционности процесса возвратно-поступательного движения оправки, применение натяжения проволок и оптимизация параметров навивки, замена возвратно-поступательного перемещения оправки на поступательное движение, использование переходников для последующего крепления оболочки в устройстве. Это позволяет решить задачу разработки способа изготовления многопроволочной упругой витой оболочки с повышением стабильности процесса навивки, обеспечением плотной укладки витков, точности получения размеров оболочки при снижении трудоемкости процесса, обеспечением жесткости крепления оболочки в эксплуатируемом устройстве.

Достигаемый результат обеспечивается не только наличием известных отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого устройства. Это позволяет устройству расширить свои функциональные возможности и обеспечить решение задачи снижения габаритных размеров, и упрощения конструкции.

Расширенная функция, обеспечиваемая известными отличительными признаками, и получение неожиданного положительного результата от использования этих признаков в совокупности с другими признаками, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Краткое описание фигур чертежа

На фиг. 1 показано устройство оболочки.

На фиг. 2 показано схема навивки оболочки.

На фиг. 3 показан внешний вид оболочки с оправкой.

На фиг. 4 показан внешний вид изготовленной оболочки с опорами и сварными соединениями.

Варианты осуществления изобретения

Предлагаемое изобретение представляет собой изготовление многопроволочной упругой оболочки 1 (фиг. 1) в виде спиральной пружины. Оболочку изготавливают из жаропрочного материала, например из никельхромовой проволоки из сплава Х20Н80 с промежуточными 2 и концевыми опорами 3 из того же материала. При работе в условиях высоких температур упругие оболочки склонны к провисанию и появлению зазоров между витками, что может привести к повреждению внутренних коммуникационных элементов. Применение жаропрочных материалов и опор позволяет повысить жесткость и обеспечить плотное прилегание витков оболочки при высоких температурах.

Как показано на фиг. 2, навивку оболочки на оправке 4 из шести проволок 5 проводят на универсальном токарном станке в режиме «нарезания резьбы».

При навивке проволок 5 на оправку 4 получают заготовку 8 оболочки. Ротор 6 устройства с катушками 7 устанавливают в патрон токарного станка (на фиг. 2 не показан), В качестве приспособления для перемещения (S) заготовки 8 оболочки используют самоцентрирующийся патрон 9, который обеспечивает крепление оправки 4. Эту же функцию может выполнять зажимное приспособление 10.

Для формирования внутренней полости заготовки 8 оболочки используют упругую проволоку из любого материала, например, стальную, диаметром 1 мм.

Задают и обеспечивают натяжным устройством 11 натяжение проволок 5 в процессе навивки их на оправку 4. Этим обеспечивают межвитковое давление, достаточное для плотной укладки витков и точности получения размеров заготовки 8 оболочки.

Удерживают формирующим диском 12 с отверстием заготовку 8 оболочки от самораскручивания и свивают проволоку 5 в оболочку 1 на оправку 4. Это позволяет решить задачу повышения стабильности процесса навивки, обеспечить плотность укладки витков и точность получения размеров оболочки 1.

При этом каждую предварительно намотанную на катушку 7 проволоку 5 пропускают через прижимающие пластины регулировочного натяжного устройства 11. После этого все проволоки 5 и оправку 4 пропускают в диск с отверстием 12 и закрепляют в самоцентрирующийся патрон 9 или в зажимное приспособление 10. Затем проводят настройку натяжения проволок 5 за счет регулировочного натяжного устройства 11. При помощи регулировки прижимающих пластин обеспечивают постоянное максимально необходимое натяжение свиваемых проволок 5. Это позволяет решить задачу повышения стабильности процесса навивки. Диск с отверстием 12, который выполняет функцию формирователя витой структуры заготовки 8 оболочки, жестко закрепляют на необходимом расстоянии от ротора 6. Это расстояние обеспечивает заданный угол и шаг навивки проволок 5.

Навивку проволок 5 на оправку 4 выполняют с одновременным запуском главного движения вращения шпинделя с ротором 6 и движения подачи. Движение оправки 4 происходит за счет продольного поступательного перемещения самоцентрирующего патрона 9, или зажимного приспособления 10. По сравнению с прототипом замена возвратно-поступательного перемещения оправки на поступательное движение повышает стабильность процесса навивки.

Равномерное вытягивание проволок 5 с катушек 7, отсутствие обрывов и провисания свидетельствует об оптимальных параметрах процесса и настройке устройства. При этом каждая проволока 5, поступающая с катушек 7, на границе отверстия в диске 12 начинает закручиваться вокруг оправки 4, формируя заготовку 8 оболочки. Навивку проводок 5 на оправку 4 выполняют с шагом, равным сумме всех диаметров проволок 5. Это позволяет обеспечить плотную укладку витков и получение точности размеров оболочки 1.

После навивки заготовки 8 оболочки (фиг. 3) на отрезном круге отрезают необходимую ее длину вместе с оправкой 4, подготавливая для последующей сборки и сварки. Это позволяет решить задачу точности получения размеров оболочки 1. Затем осуществляют сборку заготовки 8 оболочки с оправкой 4 внутри с опорами 2 и 3 (фиг. 1), причем для облегчения монтажа заготовки 8 оболочки ее «вкручивают» в опоры 2 и 3. Концевые опоры 3 устанавливают заподлицо с концами заготовки 8 оболочки. После фиксации концов заготовки 8 оболочки в концевые опоры 3, смещают оправку 4 внутри заготовки 8 оболочки в сторону одного из ее концов, сваривают освободившийся торец оболочки 1 с торцом концевой опоры 3 с применением точечной лазерной сварки ЛС непрерывным швом 13 (фиг. 4). Затем смещают оправку 4 внутри заготовки 8 оболочки в сторону противоположного конца и сваривают освободившийся торец оболочки 1 с торцем второй концевой опоры 3 непрерывным швом 13.

Лазерную сварку (ЛС) опор 2 и 3 с заготовкой 8 оболочки (фиг. 4) выполняют «в угол» отдельными точками в ручном режиме. Приварку к концевым опорам 3 осуществляют под углом 45° относительно торца оболочки 1 при условии гарантированного удаления оправки 4 из сварного соединения. Это позволяет увеличить качество сварного соединения. Сварку промежуточной опоры 2 с оболочкой 1 проводят с присадочной проволокой из сплава Х20Н80 по режиму, обеспечивающему минимальное энерговложение, под углом 45° относительно оси оболочки 1. Торцы промежуточной опоры 2 с внешней образующей поверхностью оболочки 1 сваривают лазерной сваркой прерывистым швом 14. Это упрощает процесс изготовления многопроволочной оболочки 1 и снижает трудоемкость.

Надежное соединение оболочки 1 с опорами 2 и 3 из жаропрочного материала позволяет решить задачу жесткости крепления оболочки 1 в устройстве, эксплуатируемом при повышенных температурах.

По разработанной технологии была осуществлена сварка сборочных единиц, состоящих из оболочки 1, навитой из жаропрочного сплава Х20Н80 проволоки 5, промежуточной 2 и двух концевых опор 3, изготовленных из сплава Х20Н80. Внешний вид оболочки 1 и сварных швов промежуточной опоры 2 и концевых опор 3 представлен на фиг. 4.

Предлагаемое изобретение обеспечивает необходимые технико-эксплуатационные характеристики, предъявляемые как к конкретному узлу, так и ко всей конструкции в целом.

Промышленная применимость Предложенное изобретение может быть использовано для изготовления электрических соединителей в авиационной и космической технике, в атомной энергетике, в металлургии, машиностроении и т.д. Там, где предъявляются повышенные требования к сохранности внутренних коммуникационных элементов при работе в условиях повышенных температур. Были проведены испытания предложенного варианта упругой оболочки на существующем в настоящее время оборудовании с использованием имеющихся материалов. Это доказывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при изготовлении витой оболочки с соприкасающимися витками, работающей в агрессивных средах. Способ изготовления многопроволочной упругой витой оболочки включает навивку проволок на перемещающуюся оправку с удержанием оболочки от самораскручивания на оправке. После навивки проволоки на оправку отрезают заданную длину получившейся заготовки оболочки, фиксируют концы заготовки оболочки в концевые опоры, смещают оправку внутри заготовки оболочки в сторону одного из ее концов, сваривают освободившийся торец оболочки с торцом концевой опоры, смещают оправку внутри заготовки оболочки в сторону противоположного конца и сваривают освободившийся торец оболочки с торцом второй концевой опоры. Навивку проволок осуществляют при продольном поступательном перемещении оправки с обеспечением заданного натяжения проволок посредством натяжного устройства. Удержание оболочки от самораскручивания осуществляют посредством формирующего диска с отверстием, через который пропускают проволоки и оправку для формирования витой структуры оболочки. Повышается стабильность процесса навивки, обеспечивается плотная укладка витков. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления многопроволочной упругой витой оболочки, включающий навивку проволок на перемещающуюся оправку с удержанием оболочки от самораскручивания на оправке, отличающийся тем, что после навивки проволоки на оправку отрезают заданную длину получившейся заготовки оболочки, фиксируют концы заготовки оболочки в концевые опоры, смещают оправку внутри заготовки оболочки в сторону одного из ее концов, сваривают освободившийся торец оболочки с торцом концевой опоры, смещают оправку внутри заготовки оболочки в сторону противоположного конца, сваривают освободившийся торец оболочки с торцом второй концевой опоры, при этом навивку проволок осуществляют при продольном поступательном перемещении оправки с обеспечением заданного натяжения проволок посредством натяжного устройства, а удержание оболочки от самораскручивания осуществляют посредством формирующего диска с отверстием, через который пропускают проволоки и оправку для формирования витой структуры оболочки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фиксацию концов заготовки оболочки осуществляют их вкручиванием в концевые опоры.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что навивку проволок на оправку выполняют с шагом, равным сумме всех диаметров проволок.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве проволок для навивки используют жаропрочную проволоку.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отрезания необходимой длины заготовки оболочки на нее устанавливают по меньшей мере одну промежуточную опору.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что торцы по меньшей мере одной промежуточной опоры сваривают с внешней поверхностью заготовки оболочки.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сваривание указанных торцов осуществляют лазерной сваркой круговым непрерывным швом.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что сваривание указанных торцов и поверхности осуществляют лазерной сваркой прерывистым швом.