Способ получения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки Российский патент 2021 года по МПК B21C37/20 B21J5/12 

Изобретение относится к специальному производству цилиндрических оболочек, на наружной и внутренней поверхностях которых нанесена сетка рифлей ромбовидной формы. Для получения цилиндрических оболочек с рифлями ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях применяются операции обработки металлов давлением.

Известен способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки и устройство для его осуществления (патент РФ №2654410, кл. B21K 21/06; B21J 13/00; B21D 17/02; B21D 37/00; В21С 37/20, опубл. 17.05.2018, бюл. №14), включающий установку цилиндрической оболочки в контейнер и формообразование на внутренней поверхности оболочки диаметром Э_вн сетки рифлей ромбовидной формы посредством полой рабочей оправки с выступами высотой h на ее рабочей поверхности, закрепленной на инструментальном стержне, причем используют полую рабочую оправку с многозаходными спиральными выступами, имеющими угол подъема спирали не более 45° и наибольший диаметр D₁=D_вн+2h, а формообразование на внутренней поверхности оболочки сетки рифлей ромбовидной формы осуществляют за две операции, на первой из которых производят ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с рабочей оправкой и их продольное перемещение в упомянутой полости с внедрением спиральных выступов рабочей оправки в поверхность оболочки и одновременным поворотом инструментального стержня и рабочей оправки вокруг оси под действием силы формообразования с получением на внутренней поверхности оболочки спиральных канавок и продольное перемещение инструментального стержня с рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси, при этом перед второй операцией рабочую оправку переустанавливают на инструментальном стержне на противоположный угол подъема спирали спиральных выступов путем ее переворота на угол 180°, а на второй операции формообразования осуществляют повторный ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой и их продольное перемещение с одновременным поворотом вокруг оси и получением на поверхности оболочки спиральных канавок с противоположным углом подъема, образующих со спиральными канавками, полученными на первой операции, сетки рифлей ромбовидной формы, после чего осуществляют продольное перемещение инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси.

Недостатком известного способа является возможность получения сетки рифлей только на внутренней поверхности. По способу нельзя получить сетку рифлей на внешней поверхности.

Известен также способ формирования рифлей ромбовидной формы на наружной поверхности цилиндрической оболочки (патент РФ №2655555, кл. В21С 37/20; B21J 5/12; B21J 13/02; В21K 21/06, опубл. 28.05.2018, бюл. №16), принятый за прототип, в котором формоизменение оболочки проводят за две последовательные операции вытяжки. На каждой операции цилиндрическую оболочку под действием пуансона, введенного в полость цилиндрической оболочки с упором в нее, протягивают с локальным утонением через матрицу с многозаходными спиральными выступами на рабочей поверхности, имеющими угол подъема спирали от 10° до 45°, с обеспечением поворота пуансона с цилиндрической оболочкой или матрицы вокруг оси под действием силы вытяжки и локальным утонением стенки цилиндрической оболочки в местах контакта со спиральными выступами матрицы, при этом на первой и второй операциях вытяжки используют матрицы с многозаходными спиральными выступами, имеющими противоположное направление угла подъема спирали, а операции вытяжки осуществляют с удалением цилиндрической оболочки со спиральными канавками на наружной поверхности на провал.

Недостатком способа является возможность получения сетки рифлей только на наружной поверхности. По способу нельзя получить сетку рифлей на внутренней поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности одновременного нанесения сетки рифлей на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки.

Для решения поставленной задачи предлагается способ получения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки характеризующийся тем, что рифли ромбовидной формы получают за две операции, на первой из которых цилиндрическую оболочку проталкивают через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с углом подъема не более 45°, сориентированными в радиальном направлении относительно друг друга, с одновременным поворотом цилиндрической оболочки вокруг своей оси, после чего осуществляют выталкивание цилиндрической оболочки в обратном направлении с вращением ее вокруг своей оси и последующее удаление, а на второй операции осуществляют проталкивание цилиндрической оболочки через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с противоположным углом наклона не более -45°, сориентированными в радиальном направлении относительно друг друга, с одновременным поворотом цилиндрической оболочки вокруг своей оси и формообразованием на ее наружной и внутренней поверхностях рифлей ромбовидной формы, после чего цилиндрическую оболочку выталкивают в обратном направлении с поворотом вокруг ее оси.

На фиг. 1, а показана схема перед началом первой операции нанесения рифлей на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки матрицей 1 и рабочей оправкой 2 со спиральными клиновыми выступами 3 и 4 с углом подъема а не более 45°, фиг. 1, б - полученный полуфабрикат.

На фиг. 2, а показана схема перед началом второй операции нанесения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки матрицей 1 и рабочей оправкой 2 со спиральными клиновыми выступами 3 и 4 противоположенного направления с углом подъема -α не более -45°, фиг. 2, б - полученная цилиндрическая оболочка после нанесения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях.

На фиг. 3 показано взаимное расположение матрицы и рабочей оправки в разрезе.

Способ осуществляется следующим образом.

Производят позиционирование рабочей оправки 2 и матрицы 1 рабочими поверхностями относительно друг друга таким образом, чтобы вершины спиральных клиновых выступов 3 и 4 высотой h совпадали в радиальном направлении и обеспечивали зазор Z_к (фиг. 3).

При толщине стенки S цилиндрической оболочки 5 равной максимальному зазору Z между матрицей 1 и рабочей оправкой 2, высота h спиральных клиновых выступов 3 и 4 рабочей оправки 2 и матрицы 1 будет равняться требуемой глубине рифлей h_p. На практике глубина рифлей h_p=(0,1…0,4)S. При этом высота спиральных клиновых выступов матрицы 1 и рабочей оправки 2 может отличаться в случае, если необходима разная глубина рифлей на наружной или внутренней поверхности.

Если же толщина стенки S цилиндрической оболочки 5 меньше максимального зазора Z, то при тех же размерах матрицы 1 и рабочей оправки 2 глубина рифлей будет определяться как h_p=h-0,5(Z-S).

Цилиндрическую оболочку 5 с толщиной стенки S устанавливают в заходную часть матрицы 1 (фиг. 1, а) и проталкивают в зазоры Z и Z_к между матрицей 1 и рабочей оправкой 2 силой Р. На рабочей поверхности матрицы 1 и рабочей оправки 2 нанесены спиральные клиповые выступы 3 и 4 с углом подъема α не более 45°. В процессе формообразования рифлей происходит поворот цилиндрической оболочки 5 относительно оси матрицы 1 и рабочей оправки 2, зависящий от угла подъема спиральных клиновых выступов α и высоты цилиндрической оболочки 5. При этом одновременно формируются рифли на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки 5. После выполнения операции нанесения рифлей на наружной и внутренней поверхностях производят съем цилиндрической оболочки 5 путем ее проталкивания в обратном направлении и поворотом вокруг своей оси.

Для выполнения второй операции используют матрицу 6 и рабочую оправку 7 (фиг. 2, а), в которых на рабочих поверхностях выполнены спиральные клиновые выступы, имеющие угол подъема -α противоположенного направления не более -45°. Цилиндрическую оболочку 5 устанавливают в заходную часть матрицы 6 (фиг. 2, а) и проталкивают в зазоры Z и Z_к между матрицей 6 и рабочей оправкой 7 силой Р. На рабочей поверхности матрицы 6 и рабочей оправки 7 нанесены спиральные клиновые выступы с противоположенным углом подъема -α не более -45°. В процессе формообразования рифлей происходит поворот цилиндрической оболочки 5 относительно оси матрицы 6 и рабочей оправки 7, зависящий от угла подъема спиральных клиновых выступов -α и высоты цилиндрической оболочки 5. При этом одновременно формируются рифли ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки 5. После выполнения операции нанесения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях производят съем цилиндрической оболочки 5 путем ее проталкивания в обратном направлении и поворотом вокруг своей оси с последующим ее съемом.

Пример осуществления способа

На наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки, изготовленной из стали 10, высотой 100 мм, наружным диаметром 215 мм, толщиной стенки S=5 мм необходимо получить рифли ромбовидной формы глубиной h_p=1,5 мм и углами 60° и 120°. Ромб имеет диагональ в поперечном направлении равный 11 мм. На основании геометрических размеров ромба определен угол подъема а спиральных клиновых выступов (60°/2=30°). Для получения рифлей на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки использовались матрицы и рабочие оправки, на рабочих поверхностях которых выполнены спиральные клиновые выступы, с углом при вершине 60°, высотой h=1,5 мм. Число и угол подъема спиральных клиновых выступов определялось исходя из геометрических размеров рифлей ромбовидной формы, при этом их количество по периметру составило 62. Внутренний диаметр матрицы 1 по выступам составил 212 мм, а максимальный диаметр равен внешнему диаметру цилиндрической оболочки 5 и составляет 215 мм. Диаметр рабочей оправки 2 по выступам составил 208 мм, а минимальный диаметр равен внутреннему диаметру цилиндрической оболочки 5 и составляет 205 мм.

При выполнении первой операции матрица 1 и рабочая оправка 2 сориентированы таким образом, чтобы выступы матрицы 1 и рабочей оправки 2 в радиальном направлении совпадали (фиг. 3) и рабочая оправка 2 находилась симметрично внутри полости матрицы 1 (фиг. 1, а). При этом зазор составил 2 мм, а максимальный зазор Z=5 мм.

Цилиндрическую оболочку 5 проталкивали с одновременным поворотом вокруг своей оси через матрицу 1 и рабочую оправку 2. При этом сила проталкивания Р составила около 700 кН. Далее производили съем цилиндрической оболочки 5 путем проталкивания ее в обратном направлении с поворотом вокруг своей оси.

Для выполнения второй операции были использованы матрица 6 и рабочая оправка 7 (фиг. 2, а) сориентированные аналогично первой операции, на рабочих поверхностях которых выполнены спиральные клиновые выступы с противоположенным углом подъема -α, равным -30° и высотой h=1,5 мм. Цилиндрическую оболочку 5 проталкивали через вторую матрицу 6 и рабочую оправку 7. При этом сила проталкивания Р составила около 700 кН. В результате были получены рифли ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки с заданными размерами. Далее производили съем цилиндрической оболочки 5 путем проталкивания ее в обратном направлении с поворотом вокруг своей оси. При этом напряжение, возникающее при формоизменении, не превышало значений 240 МПа, что исключало возникновение потери устойчивости.

Преимуществом способа является возможность одновременного нанесения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении рифлей ромбовидной формы на цилиндрической оболочке. На первой операции оболочку проталкивают через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с углом подъема не более 45°. Одновременно оболочку поворачивают вокруг ее оси. Затем осуществляют выталкивание оболочки в обратном направлении с вращением ее вокруг своей оси. На второй операции оболочку проталкивают через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с противоположным углом наклона не более -45°. Одновременно оболочку поворачивают вокруг ее оси. Оболочку с рифлями ромбовидной формы выталкивают в обратном направлении с поворотом вокруг ее оси. В результате обеспечивается возможность получения сетки рифлей на внутренней и наружной поверхностях цилиндрической оболочки. 3 ил., 1 пр.

Способ получения рифлей ромбовидной формы на наружной и внутренней поверхностях цилиндрической оболочки, характеризующийся тем, что рифли ромбовидной формы получают за две операции, на первой из которых цилиндрическую оболочку проталкивают через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с углом подъема не более 45°, сориентированными в радиальном направлении относительно друг друга, с одновременным поворотом цилиндрической оболочки вокруг своей оси, после чего осуществляют выталкивание цилиндрической оболочки в обратном направлении с вращением ее вокруг своей оси и последующее удаление, а на второй операции осуществляют проталкивание цилиндрической оболочки через зазор, образованный матрицей и рабочей оправкой, которые имеют рабочую поверхность со спиральными клиновыми выступами с противоположным углом наклона не более -45°, сориентированными в радиальном направлении относительно друг друга, с одновременным поворотом цилиндрической оболочки вокруг своей оси и формообразованием на ее наружной и внутренней поверхностях рифлей ромбовидной формы, после чего цилиндрическую оболочку выталкивают в обратном направлении с поворотом вокруг ее оси.