Установка для термомеханического упрочнения изделий Советский патент 1992 года по МПК C21D9/00 

виде поворотного, а устройство k в виде неподвижного корпусов, в которых установлены поворотные шлицевые втулки (8). В поперечном пазу корпусов установлены разрезные 8 (19) и (64), а в продольном пазу - илино- вые механизмы, взаимодействующие с соответствующей разрезкой В. Соосно шлицевым втулкам установлены дополнительные втулки, которые имеют возможность вертикального перемещения, а шлицевые втулки установлены в дополнительных втулках с возможностью вращения и вертикального перемещения относительно них. УстройkVk b4

ства 3 и k захвата снабжены криво- шипно-кулисными механизмами 10 и 11, один из которых 11 закреплен жестко,

5 а другой 10 имеет возможность поворота до контакта со шлицевой втулкой. Кулиса связана со шлицевой втулкой через ползун, который нагружен с обеих сторон пружинными компенсато

10 рами, а шлицевая втулка также нагружена пружинными компенсаторами в плоскости, перпендикулярной оси ее поворота. В устройстве 3 закреплен регулируемый упор, взаимодействующий

15 с подвижным приводным упором 9, смонтированным на станине. 7 ил.

Сущность: установка содержит смонтированные на станине 1 механизмы (М) транспортирования, нагрева и закалки и устройство 3 деформаций, выполненное в виде соосно установленных М 12 и 1 осевого натяжения и закручивания и приспособлений захвата. Устройство (3) выполнено в

Изобретение относится к установкам для терйомеханического упрочнения изделий, работающих на кручение, например торсионных валов с галтелями.

Известно устройство для высокотемпературной термомеханической обработки деталей, содержащее узлы нагрева, охлаждения, вращения, перемещения детали и узел деформации, выполненный в виде трех гладких роликов, равномерно расположенных пс окружности под углом к оси детали.

Недостатком этого устройства является невозможность его применения для обработки деталей переменного сечения, например торсионных валов, поскольку в данном устройстве обработка цилиндрических деталей осуществляется напроход.

Известна установка для упрочнения торсионных валов, содержащая узел нагрева прутковой заготовки, деформирующее устройство, выполненное в виде двух зажимных патронов, один из которых снабжен механизмом кручения .

Отсутствие в известной установке узла закалки не позволяет реализовать на ней эффект термомеханической обработки и получить максимальный прирост прочноЬтных и упругих свойств обрабатываемого материала, а отсутствие механизма осевого натяжения приводит при обработке прутков с отношением длины к диаметру более -10 к неравномерному распределению деформации по длине прутка вследствие имеющегося исходного коробления и коробления, возникающего при кручении,

что ведет к нестабильности свойств и снижает долговечность деталей.

Известна также установка для термомеханической обработки, содержа5 щая нагревательную печь, закалочный бак и транспортирующую тележку с установленными на ней соосно механизмом опускания и деформирующим устройством, выполненным в виде двух за0 жимных гидропатронов, один из которых снабжен механизмов кручения, а другой - механизмом осевого натяжения .

Недостатком указанной установки является то, что зажимные гидропатроны передают головкам изделия крутящий момент закрутки и усилие осевого натяжения за счет сил трения, при этом возникающие значительные контактные напряжения вызывают образование вмятин на поверхности нагретого до закалочной температуры изделия, что снижает его качество.

5

45

Наиболее близкой по технической

сущности к предлагаемой является установка, для термомеханического уп- прочнения изделий, содержащая механизмы транспортирования, нагрева и за- Q калки изделий. Установка снабжена устройством деформации в виде соосно установленных механизмов приспособлений захвата. Одно из приспособлений захвата соединено с механизмом осево- го натяжения и механизмом закручивания, В -корпусах приспособлений за- iхвата выполнены продольные и поперечные пазы, в которых установлены разрезные втулки и взаимодействующие с

ними приводные клиновые механизмы. В центральной части корпусов установлены шлицевые втулки, на наружной поверхности которых выполнены винтовые шпоночные пазы с расположенными в них шпонками.

Установка работает следующим образом.

Нагретое в устройстве для нагрева изделие переносится на позицию закрутки и осевого натяжения соосно приспособлениям захвата. Корпуса приспособлений захвата перемещаются навстречу один другому. При этом, если расположение шлицев изделия совпадает с расположением шлицев шлице- вых втулок, то происходит их свободное сопряжение, а если их шлицы не совпадают, то под воздействием торцов шлицевых головок изделия осуществляется поворот шлицевых втулок за счет взаимодействия винтовых пазов со шпонками. После сопряжения изделия со шлиневыми втулками разрезные втулки сдвигаются клиновыми механизмами. Далее приспособления захвата раздвигаются, изделие оста-: ется в разрезных втулках и поджимается верхним торцом к упорному стержню, после чего включается механизм закручивания, вращение от которого через корпус захватного приспособления, шпонку и от нее через боковую поверхность шпоночного паза шлицевой втулки передается на изделие

При закрутке изделия в определенный момент времени включается механизм осевого натяжения, в результате чего нижнее приспособление захвата перемещается вниз и обеспечивает дополнительное осевое натяжение изделия

После окончания закрутки и натяжения отключаются механизмы закрутки и натяжения, разрезные втулки клиновыми механизмами возвращаются в исходное положение, и изделие транспортным устройством переносится в уст роиство для закалки, которое опускает изделие в закалочную ванну. После закалки изделие выгружается из закалочной ванны.

Известная установка обладает рядом недостатков, не позволяющих получить высокую надежность в работе, соответственно высокое качество изделия и полностью автоматизировать процесс

обработки изделий. Так, при сопряже- нии шлицев изделия со шлицами шлицевых втулок захватных прсипособлений с велико количество случаев (практически около 20%), когда вершины зубьев шлицев втулок попадают на вершины зубьев или боковые поверхности профиля шлицев изделия. Изделие в мо

Ю мент сопряжения нагрето до 900°С и его поверхность обладает большим коэффициентом трения (f 0,6).(Поскольку поворот шлицевых втулок может осуществляться только по вин15 товой линии под воздействием шпонок, закрепленных в корпусах захватного приспособления, то осевое усилие, с которым перемещаются корпуса, передается на шлицы изделия. Увеличение

20 осевого усилия со стороны шпонок (корпусов) приводит к увеличению составляющей силы, воздействующей на вершину или боковую поверхность профиля зуба шлица изделия и, соответ25 ственно, к врезанию шлица (холодного) втулки в шлиц (нагретый) изделия, т„е. происходит деформация профиля шлица изделия и заклинивание, что не только деформирует шлицевую

30 часть изделия, но и исключает совмещение шлицев втулок и изделия по всей их длине, т.е. резко снижает надежность совмещения шлицев втулок и изделия. Исключение сопряжения шлицев втулок и изделия по всей длине приводит к деформации шлицевой части изделия при его закрутке, так как крутящий момент при закрутке изделия приложен не на всю длину профиля

JQ шлицевой части изделия, а на его какую-то часть.

Деформация шлицевой части изделия происходит и в том случае, когда происходит совмещение каких-то одних боковых профилей шлицев изделия и втулок захватного приспособления, но поворот последних продолжается в том же направлении, в котором произошло соприкосновение боковых профилей шлицев изделия и втулок.

35

45

50

Недостатком известной установки является отсутствие в ней устройства, гарантирующего необходимую величину осевой деформации (удлинения) изделия при определенном его угле закрутки. Нужное сочетание угла закрутки с одновремейной заданной величиной осевого натяжения изделия обеспечивает ему оптимальные физико-механические свойства,

В известной установке механизм осевого натяжения не имеет возможности прекратить осевую деформацию изделия (растяжение) в заданной точке, что приводит к избыточной, либо недостаточной осевой деформации изделия, В обоих случаях не достигается оптимального сочетания угла закрутки изделия с его осевой деформацией, чт снижает его физико-механические свойства .

Кроме того, в известной установке при необходимости закрутки изделия в противоположную сторону вручную переустанавливаются шпонки в дру ной винтовой паз шлицевых втулок, а сами шлицевые втулки поворачиваются вручную, что исключает полную автоматизацию процесса.

Недостатком известной установки является также то, что осевое перемещение шлицевых втулок за счет взаимодействия их винтовых паз овсо шпонками равно осевому перемещению корпусов захватного приспособления. Поскольку пружины, расположенные между торцами шлицевых втулок и расточек корпусов, не выполняют функций компенсаторов, то на шлицевую часть изделия при совмещении ее со шлицами ч втулок передается максимальное усилие движущегося корпуса, что также увеличивает деформацию нагретой шли- цевой части изделия. Увеличению количества деформированных изделий способствует также то, что известная- установка может обеспечить совмещение шлицевых частей изделия и втулок только за тот промежуток времени, за который перемещаются в осевом направлении корпуса захватных приспособлений.

Кроме того, в известной установ- ке шлицевые втулки захватных приспособлений перемещаются одновременно с корпусами, в которых опИ расположе ны,а изделие в этот момент удерживается устройством для транспортирования за его среднюю часть. Поскольку часть изделий практически искривлена (оси шлицевых головок изделия не совпадают с его продольной осью), то, соответственно, продольные оси шлицевых втулок захватных приспособлений

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

при их подходе к торцам головок изделия также не совпадают с продольными осями головок изделия. В этом случае не происходит совмещения шлицевых втулок изделия и прерывается автоматический цикл работы ки. Таким образом, недостатками известной установки являются низкая надежность процесса упрочнения изделий и невозможность его полной автоматизации.

Цель изобретения - повышение надежности и автоматизации процесса упрочнения изделий.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для термомеханического упрочнения изделий, преимущественно шлицевых валов с галтелями, содержащей смонтированные на станине механизмы транспортирования, нагрева, закалки и устройство деформации в виде соосно установленных механизмов осевого натяжения и- закручивания и приспособлений захвата, одно из которых выполнено в виде поворотного, а другое в виде неподвижного корпусов, снабженных подпружиненными поворотными лицевыми втулками, в поперечном пазу каждого из которых установлена разрезная втулка, а в продольных пазах - клиновые механизмы, взаимодействующие с разрезной втулкой, приспособления захвата снабжены кривошипно-кулисными механизмами и дополнительными втулками, установленными соосно шлицевым втулкам с возможностью вертикального перемещения, а также закрепленными в корпусе приспособления регулируемым упором и взаимодействующим с ним приводным упором, смонтированным на станине.

Кривошипно-кулисный механизм одного из приспособлений захвата закреплен на его корпусе жестко, а кривошипно-кулисный механизм другого приспособления захвата выполнен с ползуном, соединенным с его кулисой, причем ползун поджат с обеих сторон пружинными компенсаторами и установлен с возможностью поворота до контакта со шлицевой втулкой.

Кроме того, шлицевые втулки установлены в дополнительных втулках с возможностью вращения и вертикального перемещения, а шлицевая атул- ка поверстного приспособления зау

хвата -поджата пружинными компенсаторами в плоскости, перпендикулярной оси ее поворота.

Снабжение установки кривошипно- кулисными механизмами, которые связаны кинематически со шлицевыми втулками, позволяет обеспечить колебательные поворотные движения шлицевых втулок при их подходе к торцам головки неподвижного изделия. Это резко увеличивает вероятность совмещения шлицев втулки и головки изделия. Достигается совмещение шлицев во всех случаях благодаря тому, что шлицевые втулки имеют возможность при несовпадении шлицев прекратить перемещение в вертикальной плоскости без прекращения колебательных поворотных движений. Это обеспечивается тем, что в цепь кинематической связи шлице- вой втулки с кулисой кривошипно- кулисного механизма введены пружинные компенсаторы, а сами шлицевые втулки установлены на пружинах в дополнительных втулках, снабженных приводами возвратно-поступательных перемещений в вертикальной плоскости.

Обеспечение непрерывности автоматического цикла в работе установки осуществляется за счет того, что шли цевая втулка, расположенная в корпусе поворотного приспособления, снабжена пружинными компенсаторами, которые возвращают ее в исходное положение перед очередным циклом.

Снабжение установки подвижным упором позволяет получать заданную величину растяжки и.зделия в зависимости, от заданного угла закручивания .,

На фиг. 1 изображена установка, общий вид, на Лиг. 2 - сечение А-А на фиг.1 (повернуто)4, на фиг.З - сечение Б-Б на фиг. 2 (повернуто); на фиг.А - разрез В-В на фиг.2, на фиг.5 узел I на фиг. 4 (укрупненно показан кривошипно-кулисный механизм) на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.55 на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.5.

Установка содержит станину 1, на которой смонтированы устройство 2 для нагрева изделий, устройство 3 и 4 захвата, устройство 5 для закалки изделий с закалочной ванной 6, манипуляторы 7 и 8 для транспортирования изделий, механизм 9 упора. Устройства 3 и 4 захвата содержат кри40454 10

вошипно-кулисные механизмы 10 и 11. Устройство 3 захвата соединено с механизмом 12 осевого натяжения и про- , тивовесом 13. Устройство 4 захвата соединено с механизмом 14 осевого натяжения и противовесом 15. Устройство 3 захвата соединено с механизмом 16 закручивания,

Ю Устройство 3 захвата содержит корпус 17, установленный с возможностью вращения и связанный посредством шестеренной передачи 18 с механизмом 16 закручивания. Корпус 17 имеет 15 поперечные и продольные пазы, в

которых установлены разрезные втулки 19 с возможностью взаимодействия с клиньями 20, кинематически связанными с приводом 21. В корпусе 17 располо- 20 жена шлицевая втулка 22 с боковыми выступами 23 и 24, размещенными Fпродольных пазах 25 и 26 корпуса 17. Шлицевая втулка 22 установлена на опоре качения 27 с возможностью вер- 25 тикальных перемещений в дополнительной втулке 28. Втулка 28 расположена с возможностью вертикальных перемещений в корпусе 17 и связана посредством кольца 29 и штанги 30 с 30 гидроприводом 31, закрепленным в устройстве 3. Штанга 30 расположена в направляющей втулке 32, закрепленной в корпусе 17.

На боковых выступах 23 и 2 шлице вой втулки 22 закреплены планки 33 и 3, жестко связанные с шестерней 35. Между опорой качения 27 и фланцем дополнительной втулки 28 располо-. жена пружина 36 сжатия, усилие кото- .Q рой рассчитано из условия уравновешивания опоры качения 27, шлицевой втулки 22, планок 33 и 3 и шестерни 25. Шестерня 35 установлена с возможностью взаимодействия с широ- . кой рейкой 27, связанной посредством расположенного в ней ползуна 38 и жестко закрепленного в нем пальца -39 с кривошипно-кулисным механизмом 10, Кривошипно-кулисный механизм 10 ,Q выполнен в виде корпуса 40, в котором расположена ускорительная шестеренчатая передача 41, связанная со штоком 42 гидроцилиндра (не показано). На выходном конце 43 шестеренчатой передачи 41 жестко закревлена втулка 44 с радиальным V-ббразным пазом 45, в котором расположен хвостовик кривошипа 46, поджатый через втулку 47 к втулке 44 гайкой 48. Втулка 47

11

расположена в камне 49, расположенном, в свою очередь, с возможностью вертикальных перемещений в кул се 50 установленной с возможностью качания на пальце 51, жестко закрепленном в корпусе 40. Посредством камня 52 кулиса 50 связана с пальце 39. Ползун 3$ с обеих сторон поджат пружинными бономами 53. Кривошипно- кулисный механизм 10 установлен на корпусе устройства 3 с возможностью поворота вокруг оси 5 и снабжен приводом поворота (не показан).

В боковых выступах 23 и 24 шлице вой втулки 22 установлены пружинные бономы 55 и 56, контактирующие с боковыми гранями продольного паза 25 В устройстве 3 закреплен регулируемый упор 57, взаимодействующий с механизмом 9 упора, выполненным в виде ролика 5&, расположенного под упором 57 в ползуне 59. Ползун 59 установлен в корпусе 60 и посредством двуплечего рычага 61 связанч с гидроцилиндром 62, жестко закрепленным в корпусе 60.А

Устройство 4 содержит корпус 63 с поперечными и продольными пазами. В поперечных пазах корпуса 63 расположены разрезные втулки 64, взаимодействующие с клиньями 65, связанными с гидроцилиндром 66. В расточке корпуса 63 расположена шлицевал втулка 67 с боковым выступом 68, расположенным в продольном пазу 69 и посредством планки 70 и пальца 71 связанным с кулисой 72 кривошип но-кулисного механизма 11, жестко закрепленного на корпусе 63.

Шлицевая втулка 67 расположена в дополнительной втулке 73 и связана с п следней посредством пружин 7 растяжения , усилие которых рассчитано из условия уравновешивания шлицевой втулки 6 планки 70 и пальца 71. Дополнительная втулка 73 снабжена радиальным выступом 75, расположенным в пазу 69 и связана с гидроцилиндром 76.

Установка работает следующим образом.

В исходном положении устройства 3 и 4 захвата раздвинуты, разрезные втулки 19 и 34 раздвинуты, шлицевые втулки 22 и 67 находятся в крайних задних положениях, ролик 58 механизма 9 упора утоплен, рейка 37 и шестерня 35 находятся в разомкнутом

12

S

0

положении, палец 71 находится во взаимодействии с кулисой 72, втулки 28 и 73 раздвинуты, клинья 20 и 65 убраны, радиальные выступы 23, 24 и 68 расположены в пазах 25, 26, 69, г так, что боковые грани радиальных выступов равноудалены от боковых граней пазов 25, 26, 69,т.е. радиальные выступы 23, 24, 68 находятся в нейтральном положении, которое соответствует одному из крайних положений штока-рейки 42 кривошипно-кулис- ных механизмов 10 и 11.

Манипулятором 7 изделие 77 устанавливается в устройство 2 для нагрева. После нагрева изделие 77 манипулятором 7 транспортируется на позицию закрутки и осевого натяжения и устанавливается соосно устройствам 3 и 4 захвата. Механизмы 12 и 14 сдвигают эти устройства так, что разрезные втулки .19 оказываются над галтелью изделия, а разрезные 5 втулки - под галтелью. Далее включаются приводы 21-и 66 и клинья 20 и 65 выдвигаются, и под их воздействием сходятся разрезные втулки 19 и 64. При этом их внутренние поверхности образуют втулки, расположенные концентрично и с с некоторым зазором относительно -галтелей изделия, 77. Далее манипулятор 7 освобождает изделие 77 и возвращается в исходное положение, при этом изделие 77 опускается под действием собственного веса и садится галтелью на рабочий профиль разрезных втулок 64.

Далее устройство 4 захвата под действием механизма 14 поднимается и разрезные втулки 64, замыкаясь на верхней галтели изделия 77, доводят торец изделия до упора (не .показано). Под действием механизма, 12 устройство 3 захвата опускается и разрезные втулки 19 замыкаются, на нижней галтели изделия. Таким образом, оно оказывается в натянутом состоянии и его головки, схваченные разрезными втулками 19 и 64, выставляются относительно продольных осей шлицевых втулок 22 и 67. Влияние,- кривизны изделия 77 на центрирование головок изделия относительно шлицевых втулок 22 и 67 исключается полностью, либо оказывается минималь ным.

Далее включаются в работу штоки 42 кривошипно-кулисных механизмов Ifi

5

0

5

0

5

13

и 11 и под воздействием качального движения кулис 50 и 72 рейка 37 получает возвратно-поступательные перемещения, -а шлицевал втулка 6$ через палец 71 планку 70 - качатель- ное движение.

Включается в работу привод поворота (не показан) кривошипно-кулис- ного механизма 10, который, поворачиваясь на/оси 5 вводит рейку 37 в зацепление с шестерней 35- Таким образом, шлицевой втулке 22 также сообщается качательное движение. Включаются в работу гидроцилиндры 31 и 76 и дополнительные втулки 28 и 73 начинают двигаться и перемещать совершающие качательные движения шли- цевые втулки 22 и 67. При этом, если шлицы изделия совпали со шлицами втулок, то изделие 77 свободно сопрягается с шлицевыми втулками 67 и 22. Если шлицы изделия 77 и втулок 67 и 22 не совпали, то при продолжающемся движении дополнительных втулок 28 и 73 начинают сжиматься пружины 36 и Jk, т.е. изделие 77 нагружается минималь- ным расчетным усилием пружин 36 и 7. Поскольку качательные движения в этот момент совершаются гакже шлицевыми втулками, то момент трения, возникший между торцами шлицевых втулок 22 и 67 и головками изделия, преодолевается под действием кулис 50 и 72. Таким образом, происходит разворот шли- цев втулки 22 и втулки 67 относительно шлицев головок изделия 77 и их совмещение. Если и в этом случае совмещения не произошло, то сжимается один из пружинных бономов 53 под действием ползуна 38 и рейка 37 останавливается, в результате чего деформации шлицев головок изделия 77 не происходит. При движении реек 37 в обратную сторону качательные движения шлицевых втулок 22 и 67 восстанавливаются, благодаря чему происходит свободное совмещение шлицев втулок и изделия. Таким образом обеспечивает- ся надежность совмещения шлицев втулок 22 и 67 и головок изделия 77.

Далее включается в работу привод 16 и через шестеренчатую передачу корпусу 17 передается вращение. При повороте корпуса 17 боковые стенки продольных пазов 2$ и 26 упираются в боковые грани радиальных выступов 23 и 2k шлицевой втулки 22. При этом пружинные бономы 55 и 56 утапливают,

7kQkSk14

ся, а боковые грани радиального RBI10

20

ступа 68 шлицевой втулки 67 упираются в боковые стенки продольного паза 5 б9 неподвижного корпуса 63. Таким образом, происходит закрутка изделия 77.

Одноверменно с включением привода закрутки 16 включаются в работу привод 62 и механизм 12 осевого натяжения. При повороте рычага 61 выдвигается ползун 59 с роликом 58. Под действием усилия механизма 12 осевого натяжения происходит растяжение из- . 15 делия 77 до заданной величины - до момента соприкосновения упора 57 с роликом 58. В этот момент давление масла в приводе механизма 12 осевого нат яжения сбрасывается. Манипулятор 8 своими схватами берет изделие 77 разрезные втулки 19 и 6k под действием клиньев 20 и 65 расходятся - освобождают изделие. Привод 62 переключается на реверс и ролик 58 устанавливается в исходное положение. Включается реверс приводов 31 и 76, дополнительные втулки 73 и 28 расходятся и выводят шлицевые втулки 22 и 67 из зацепления с головками изделия. Механизмы 12 и возвращают захватные устройства 3 и k в исходное положение,и изделие освобождается полностью. Манипулятор 8 погружает изделие 77 в устройство 5 лля закалки, которое опускает изделие в закалочную ванну Ь. Манипулятор 7 загружает очередное изделие 77 в устройство 2, а устройство 5 для закалки выгружает предыдущее изделие 77 из закалочной ванны. Из устройства 5 для закалки изделия выгружаются перекладчиком (не показан), и цикл работы установки повторяется.

25

30

J5

(О

Использование предлагаемой установки по сравнению с известной позволяет повысить надежность и автоматизировать упрочнение изделий. Кроме того, предлагаемая установка позволит резко снизить процент брака изготавливаемых изделий, повысить их механические свойства, связанные с обеспечением долговечности и работоспособности изделий, а такие резко понизить трудоемкость изготовления шлицевых валов с галтелями, поскольку полностью исключаются ручные операции и простои.

А-А

35

фиг.З

а

} с4 с5

Г jrf LLi

-j

jr сз Jr- л

4r

37

v J0

finVv te

-EreSft,

4tf h

53

фиг. 6

д-д

40

47

43