Способ прошивной запрессовочной установки трубчатого элемента детали и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B23P11/02 

Цель изобретения - повышение надежности прошивной запрессовочной установки трубчатого элемента детали и работы устройства.

На фиг. 1 приведен продольно осевой разрез пневматического устройства для прошивной запрессовочной заделки трубчатого элемента или детали в посадочное отверстие изделия; на фиг. 2-4 - в увеличенном масштабе на местных видах устройства, изображенного на фиг. 1,последовательные стадии действия поддерживающей наковальни и пуансонной головки при установке трубчатой втулочнообразной детали; на фиг. 5 и 6 - операции выдвигания наружу шпинделя с пуансонной прошивной головкой из исходного положения для заправки очередным трубчатым элементом и повторного вдвигания в рассматриваемое запрессовоч- ное устройство; на фиг. 7 - пневмосхема части системы управления запрессовочного устройства; на фиг. 8 - альтернативный (по отношению к фиг. 1) вариант возвратного отвода кольцевой наковальни-поддержки.

ы

00

о

VI

со

Прошивное запрессовочное устройство, показанное на фиг. 1, представляет собой пневматический инструмент 1, предназначенный для установочной заделки трубчатого конструкционного элемента в виде первоначально безголовочной заклепки или втулкообразной детали 2. Этот конструкционный элемент устанавливается в посадочное отверстие 3 в изделии 4, которое в данном примере представляет собой пакет листов из различных материалов.

Рассматриваемый инструмент закреплен на раме-основании 5 и может выставляться в соответствующее рабочее положение для запрессовки трубчатого элемента в посадочное отверстие в изделии. На основании 5 инструмента крепится корпус 6, в котором имеется пневматический цилиндр 7, в котором содержится возвратно-поступательно перемещающийся тарельчатый поршень или плунжер 8. По центру данного торца от пневмоцилиндра вниз выступает упорная бобышка-оправка 9, нижний краевой ободок 10 которой в процессе работы прижимается к верхней стороне 11 обрабатываемого изделия 4. Вверх по центру цилиндра 7 отходит полый трубчатый хвостовик 12, который действует как шток поршня. На нем зафиксирован поршень 13, сверху на который насажен тяговый (тянущий) силовой пневмоцилиндр 14, перемещающийся возвратно-поступательно. Этот силовой цилиндр проходит вверх, образуя упорный корпус 15, в котором смонтирован цанговый патрон 16, который при работе осуществляет захват тыльного конца шпинделя-тяги. Губки-захваты патрона 16 приводятся в действие поршнем 17, закрепленным на конце трубчатого толкателя 18 и перемещающимся возвратно-поступательно в хвостовом цилиндре 19.

Губки патрона 16 осуществляют захват и удержание тыльного конца стержневого хвостовика 20 шпинделя 21. Стержень 20 проходит вниз через осевое отверстие в хвостовике 12 нижнего пневмоцилиндра, отверстие в тарельчатом поршне 8 и в направленном вниз продолжении последнего в виде трубчатого упорного наконечника 22, нижний конец которого образует кольцевую наковальню-поддержку 23, использующуюся в качестве упора запрессовываемой трубчатой детали. Наконечник 22 и наковальня 23 не разрезаны на несколько частей, способных раздвигаться, образуя увеличенное в размере проходное отверстие, как это делается в известных запрес- совочных клепальных машинах-аналогах. В

0

отличие от этого наковальня 23 выполняется в виде круглой сплошной детали, окружая отверстие 24 (см. фиг. 2), через которое проходит стержневое тело 20 шпинделя. Шпиндель имеет увеличенную в диаметре . прошивную пунасонную головку 25, которая выполнена заодно с его стержнем 20. В данном примере, как показано на фиг. 2, шпин- . дельная головка имеет укороченную секцию 26 с максимальным диаметром, соединяющую со стержневым телом 20 шпинделя через относительно длинную пологую коническую часть 27 (в рассматриваемом

5 конкретном случае угол конусности этой части составляет порядка 25°). Максимальный диаметр пуансонной головки по ее части 26 превосходит внутренний диаметр отверстия 28 запрессовываемого трубчатого элемента

0 2. При этом условии в процессе нагружения шпинделя 20 и протяжке его головки конец запрессовываемого элемента останавливается и начинает развальцовываться на базе в 2/3 от хода конусной части 27 головки 25.

5 в дополнение к этому следует обратить внимание на то, что кольцевая торцовая упорная грань 23 наковальни в рабочем положении перекрывает другой (тыльный) торец устанавливаемого трубчатого элемента. В данном случае внешний диаметр на- кольвани 23 приблизительно равен внешнему диаметру трубчатого конструкционного элемента 2, в то время как внутрен5 ний ее диаметр, т.е. диаметр отверстия 24 накольвани, несколько меньше диаметра проходного отверстия 28 указанного элемента. Примечательно также то, что диаметр пуансонной головки на внешней части

0 26 существенно превосходит диаметр проходного отверстия 24 наковальни-поддержки 23.

Как отмечалось выше, запрессовочный 5 инструмент 1 приводится в действие пневматически. Обращаясь еще раз к фиг. 1, следует указать, что хвостовой цилиндр 19 имеет двойное действие и имеет два рабочих канала 29 и 30. При повышении рабочего давления в канале 29 и срабатывании на выпуск канала 30 (см. фиг. 1) толкатель 18 цанговых захватов отжимается вниз, сдвигая книзу губки-захваты 16 в конусном поса- 5 дочном корпусе и сжимая ихс обеспечением захватной фиксации тыльного конца шпиндельного стержня 20. При открывании на выпуск канала 29 и повышении давления в канале 30 трубчатый прижим 18 цангового патрона оттягивается вверх, освобождая губки-захваты 10, которые отводятся воз0

фатной пружиной, освобождая стержневое

ело шпинделя.

Главный тяговый цилиндр 14 также име- ;т двухнаправленное действие. В его конст- эукцию входят два рабочих контакта 31 и 32. Три повышении давления в канале 31 и за- 1уске газа через канал 32 (см. фиг. 1) рас- ;матриваемый силовой цилиндр 14 этводятся вниз, при этом пуансонная голо- 3ka 25 и упорная наковальня 23 занимают положения, показанные на фиг. 1 и 2. Когда анал 31 работает на выпуск сжатого газа, а анал 32 находится под повышенным рабо1им давлением, тянущий цилиндр 14 отво- цится вверх, перемещая его хвостовой захватный корпус 13, цанговый патрон 16 и ипиндель21 вверх.

В рассматриваемом варианте передний цилиндр 7 имеет двухстороннее действие. В его конструкцию входит нижний рабочий канал 33 и верхний канал 34. При повышении давления в канале 34 и выпуске газа рез канал 33, как показано на фиг. 1, тарельчатый поршень 8 смещается принудительно вниз к нижней торцовой стенке цилиндра 7, при этом упорный наконечник 22 удерживается в заданном положении относительно корпуса 16 и относительно нижнего ободка 10 бобышки-оправки 9, упорно взаимодействующей с обрабатываемым изделием.

На фиг. 7 показана часть пневматической схемы управления рассматриваемого запрессовочного устройства. Представленная схема включает в себя аоздухоприем- ный штуцер 35, редукционный клапан 36, первый многоходовой клапан 37, предназначенный для регулирования давления в тяговом цилиндре 14, второй многоходовой клапан 38 для регулирования давления в переднем силовом цилиндре и многоходовой клапан 39 высокого-низкого давления, предназначенный для регулирования давления воздуха, создаваемого в верхней части тягового (тянущего) силового цилиндра 14. Помимо этого рассматриваемая схема управления включает реле давления 40 и связанный с ним выходной контур, используемый для управления рабочим положением многоходового клапана 38,позиционный датчик 41, установленный у верхнего конца переднего силового цилиндра 7, электронный блок управления 42, в состав которого входит программный пусковой выключатель реле) 43. Кроме того, в эту систему входят другие функциональные элементы, которые не относятся к существу данного изобретения и по этой причине не показаны на анализируемой схеме.

Реле давления 40 региструет определенный пороговый уровень давления, передаваемого через канал 32 в верхнюю часть тягового силового цилиндра 14. Это пороговое давление может соответствовать вполне определенному усилию, прикладываемому к притягиваемой через проходное отверстие запрессовываемого трубчатого изделия пу- ансонной головке 25, Датчик положения 41, который является язычковым переключателем, срабатывающим при приближении

5 кольцевого магнита 44, и который смонтирован на переднерасположенном тарельчатом поршне 8, срабатывает, когда последний приходит в полностью отведенное вверх положение, т.е. когда упорный наконечник 22

0 полностью отводится из посадочного отверстия в изделии. Датчик 41 связан электрическим проводником 45 с электронной схемой (блоком) 42.

Подготовка рассматриваемого запрес5 совочного инструмента к установке трубчатого элемента в изделие включает снятие шпинделя 21, установку на него одиночного трубчатого элемента 2 и повторную установп ку шпинделя в инструмент (эта последовательно операций будет рассмотрена подробно ниже). После осуществления этих операций рабочие органы анализируемого инструмента приводятся в положение, пока5 занное на фиг. 1 и 2. При этом запрессовываемый трубчатый элемент 2 удерживается между кольцевой наковальней-поддержкой 23 и конусной частью 27 пуансонной головки 25. Длина упорного наконечника 22 вы0 бирается определенным образом по отношению к длине упорной оправки 9. При соответствующем перемещении и выставлении основания 5 инструмента по отношению к изделию 4 пуансонная головка 25,

5 трубчатый элемент 2 и свободный конец упорного наконечника 22 вводятся в посадочное отверстие 3 указанного изделия (см. фиг. 2). Если обрабатываемое изделие меньше по размеру и легче рассматриваемого инструмента, то последний может быть зафиксирован при перемещении изделия в направлении к нему и от него. Инструмент выставляется в рабочее положение относи5 тельно изделия 4 так, чтобы конец 10 выступающей оправки 9 упирался в верхнюю сторону 11 указанного изделия. В этом положении конец наконечника 22 находится внутри посадочного отверстия 3 в изделии, так что кольцевая наковальня располагается на заданном расстоянии от верхней сто0

роны 11 изделия (в данном случае это расстояние-зазор составляет порядка четверти длины посадочного отверстия изделия). В таком положении наковальня удерживается за счет действия давления воздуха в камере над ее приводным поршнем 8, Тыльный конец запрессовываемого трубчатого элемента 2 (в данном примере - это одна четверть длины указанного элемента) выступает за тыльную сторону изделия 4.

При таком положении инструмента различные клапаны его системы управления находятся в состоянии, проиллюстрированном на фиг. 7. Многоходовой клапан 31 подает воздух низ кого давления, поступающий через редукционный пневмоклапан 36, в нижнюю часть силового цилиндра 14, в которую воздух поступает по магистрали 31.

- Последующий процесс запрессовки трубчатого элемента или детали в изделие начинается при приведении в действие операционного выключателя 43,от которого за- действуется блок управления 42, изменяющий рабочее состояние клапана 37. В результате этого срабатывает тяговый силовой цилиндр 14, в который по магистрали 32 подается воздух низкого давления, поступающий в объем над поршнем 13, в то время как из объема под указанным поршнем воздух выпускается по магистрали 31. В этой ситуации цилиндр 14 поднимается относительно поршня 13, который зафиксирован соответствующим образом на раме- основании 5 инструмента. Таким образом цилиндр 14 перемещает корпус 15 и цанговый патрон 16 вверх, при этом губки последнего продолжают удерживать хвостовой конец шпинделя 21, который в результате этого начинает протяжку его пуансонной головки 25 вверх через отверстие 28 устанавливаемого трубчатого элемента 2. Последний фиксируется от проскальзывания вверх кольцевой наковальней 23, в которую он упирается верхним своим торцом. В процессе прошивочного вхождения конической части 25 пуансонной головки в трубчатый элемент 2 последний уширяется в радиальном направлении, начиная с нижнего его конца, с постепенным перемещением зоны деформирования вверх. В результате радиального уширения, развальцовки самой нижней концевой части элемента 2, которая выступает наружу за изделие, она принимает форму замыкающей головки 46 (см. фиг. 3), диаметр которой превосходит диаметр посадочного отверстия и которая таким образом упирается в тыльную поверхность изделия.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

С началом входа самой широкой части 26 пуансонной головки в изделие 4 сопротивление ее протяжке через отверстие 28 запрессовываемого трубчатого элемента возрастает вследствие того, что радиальному уширению последнего препятствует стенка посадочного отверстия 3 изделия. В соответствии с этим производится повышение давления в верхней части тянущего поршня (цилиндра), в результате чего увеличивается тянущее усилие на хвостовике шпинделя. Когда давление воздуха увеличится до уровня, соответствующего усилию на шпинделе, достаточному для образования на запрессовываемом трубчатом элементе замыкающей головки 29, замыкаются контакты реле давления 40, которое отрегулировано на такое давление. В результате этого в электросхеме данного реле сформируется выходной электрический сигнал, ко- торый изменяет рабочее состояние многоходового клапана 38, управляющего работой переднего силового цилиндра 7 инструмента.

В этой ситуации происходит сброс давления через канал 34 и повышение давления в канале (магистрали) 33 за счет поступления воздуха высокого давления на штуцере 35. Поршень 8 переднего силового цилиндра резко поднимается, соответственно отводят упорный наконечник-поддержку 22 верх от запрессовываемой детали 2 и из отверстия 3 в обрабатываемом изделии.

Момент прихода переднего поршня 8 в его крайнее верхнее положение регистрируется датчиком положения 41. Этот датчик посылает в электронный блок управления 42 исполнительный электрический сигнал, означающий, что наконечник-поддержка полностью выведен из изделия. В ответ на этой блок управления генерирует электрический выходной сигнал, который изменяет рабочее состояние многоходового клапана 39 высокого/низкого давления. В результате изменяется подача воздуха в верхнюю часть тянущего силового цилиндра 14 с переходом от низкого давления (поступление воздуха от редакционного клапана 36) к высокому давлению (от штуцера питания 35). Следствием этого является резкое уве- личени тянущего усилия, прикладываемого к шпинделю 20. При этом пуансонная головка 25 протягивается дальше вверх через остальную часть отверстия заделываемого трубчатого злемета, уширяя последний ра- диально с поджатием к стенке посадочного отверстия изделия. При взаимодействии пуансонной головки 25 с поверхностью проходного отверстия 28 устанавливаемого т рубчатого элемента на последний со сторо- гы головки действует направленно вверх усилие, Однако смещение трубчатого эле- йента блокируется замыкающей головкой 6, которая формируется на начальном этапе протяжки пуансонной головки и упирается в тыльную поверхность изделия. Шпиндель продолжает двигаться вверх, юка его головка не пройдет через все отверстие трубчатого элемента (см. фиг. 4), юлностью запрессовывая его в изделие. На следующей стадии изделие 4 отводится от оправки 10, а шпиндель 21 и наковальня 23 юзвращаются в исходное положение при еверсировании давления в силовом цилиндре 14, т.е. при выпуске через канал 32 и туске воздуха низкого давления по каналу Я, следствием чего является реверсировз- ше положения поршня 8.

В процессе протяжения пуансонной ипиндельной головки 25 через трубчатый Элемент она разжимает этот элемент ради- )льно к поверхности посадочного отверстия 1зделия, вызывая таким образом уменьшение толщины стенки элемента. В результате того трубчатый элемент удлиняется в осе- юм направлении, что видно из сравнения зтносительных положений верхнего конца /казанного элемента на фиг. 2 (перед за- трессовкой) и фиг. 4 (после запрессовки).

В рассматриваемом примере запрессо- зочное устройство и способ его действия в ;илу своей конкретной реализации полно- ;тью удовлетворяют требованию о том, что зерхний конец применяемого трубчатого элемента-детали 2 после установки должен сходиться на заданном расстоянии ниже верхней грани или стороны 11 изделия 4. Это достигается за счет первоначального выставления наковальни в соответствующем положении, определяющем начальное положение верхнего конца (торца) трубчато- го элемента на втором заданном расстоянии ниже верхней стороны изделия. Указанное второе заданное расстояние больше первого упомянутого расстояния на величину, равную удлинению элемента в процессе его запрессовки.

После установки соответствующего трубчатого элемента в изделие на шпиндель эассматриваемого инструмента при его подготовке к очередному рабочему циклу необходимо поместить очередной элемент деталь), Это делается следующим образом.

Прежде всего инструмент отводится от изделия (или, как упоминалось выше, изделие отводится от него). Затем производится

5

0

5

0

5

0

5

0

0

5

расфиксация шпинделя 21, удерживаемого патроном 16. Для этого сбрасывается воздушное давление в канале (магистрали) 29 крайнего верхнего патронного цилиндра 19 и повышается давление в канале 30. В результате поршень и толкатель цангового патрона уходят вверх, освобождая захватные губки 16, которые разводятся друг от друга под действием пружины (не показана) и которые таким образом освобождают шпиндель. Освобожденный шпиндель 21 в последующем может быть выведен вниз из инструмента через отверстие 23 в наковальне (см. фиг. 5).

После этого на шпиндель 21 через хвостовой конец его стержня 20 надевается очередной трубчатый элемент-деталь 2 (см. фиг. 6). Этот элемент проводится вдоль стержня-тела шпинделя до упора с конической гранью 27 пуансонной головки 25. Затем шпиндель снова устанавливается в инструмент через сквозное отверстие 23. имеющееся в наковальне. Шпиндель вводится в инструмент до тех пор, пока его головка 25 не подведет используемый трубчатый элемент 2 к наковальне-поддержке 23. После этого шпиндель повторно фиксируется за свет сведения захватных губок 16. Для этого сбрасывается давление воздуха в канале 30 и повышается давление в канале 29. Таким образом, инструмент подготовлен к установке следующего трубчатого элемента 2,

На фиг. 8 представлен измененный (по отношению к сборке на фиг. 1) вариант прошивного запрессовочного инструмент. В данном случае тарельчатый наконечнико- вый поршень 8 не совершает направленного контролируемого перемещения вниз и вверх, задаваемого системой управления, что характерно для только что рассмотренного варианта инструмента, а вместо этого совершает движение как упруго поджимаемая воздушная рессора. В рассматриваемом варианте впускной канал (штуцер) 47 пневмоцилиндра 7 связан с пневмоаккуму- лятором 48 и с запорным клапаном 49 (оба показаны схематично на фиг. 8). Пневмоак- кумулятор 48 создает эффект действия пневморессоры (пружины, амортизатора), которая упруго отжимает вниз тарельчатый поршень 8, обеспечивая указанное заданное взаимоположение между корпусом 6 и нижним краем 10 бобышки-оправки 9.

При подаче шпинделя вверх узкий конец конической части 27 его головки входит в отверстие 24 в наковальне до тех пор, пока эта часть ни придет в контакт с наковальней 23. Прикладываемое к головке 25 направленное вверх усилие вследствие наличия воздушного давления в верхней части тянущего силового цилиндра 14 превосходит направленное вниз усилие на упорном наконечнике 22, обусловленное давлением воздуха в цилиндре 7 над тарельчатым поршнем 2, создающим эффект пружинной пневмоподвески. В соответствии с этим перемещающаяся вверх пуансонная головка 25 будет поднимать наконечник-поддержку 22 вместе с собой.

Однако, как можно полагать, контролируемое независимое отведение указанного наконечника без контакта с пуансонной головкой, характерное для рассмотренного варианта изобретения, более предпочтительно в том смысле, что повторное, многократное взаимодействие может привести к износу упорного наконечника. В варианте исполнения заявленного инструмента, показанном на фиг. 1, ход поршня 8, связанного с указанным наконечником, больше, чем ход тянущего цилиндра 14, так что после полного отведения наконечника пуансонная головка не может контактировать с ним.

В заключении следует указать, что существо изобретения не ограничивается рассмотренным вариантом его исполнения. К примеру, как очевидно для специалистов в данной области техники, в отличие от рассмотренного система управления может быть решена с использованием каких-то других функциональных узлов и с другим схемным построением,

Формула изобретения

1. Способ прошивной запрессовочной установки трубчатого элемента-детали, включающий введение трубчатого элемента-детали в посадочное отверстие в изделии, фиксирование верхнего конца трубчатого элемента-детали, протяжку упомянутой детали пуансонной головкой, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, перед введением трубчатого элемента-детали в посадочное отверстие его устанавливают на стержень протяжеч- ного шпинделя с пуансонной головкой, а введение трубчатого элемента-детали в посадочное отверстие в изделии осуществляют совместно со шпинделем на расстоянии от верхней стороны изделия и с выходом нижнего конца из изделия, фиксирование верхнего конца трубчатого элемента-детали осуществляют торцовой гранью кольцевой наковальни-поддержки, перед протяжкой трубчатого элемента-детали осуществляют формирование замыкающей головки путем протяжки выступающего нижнего конца

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

трубчатого элемента-детали, после чего выводят кольцевую наковальню-поддержку из посадочного отверстия.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что ведут регистрацию момента, при .котором усилие протяжки, прикладываемое к шпинделю, достигнет заданного значения, соответствующего началу выведения кольцевой наковальни-поддержки.

3. Способ по п. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что ведут увеличение усилия, прикладываемого к шпинделю, после выведения кольцевой наковальни-поддержки из посадочного отверстия.

4. Способ поп. 1,отличающийся тем, что кольцевую поддержку-наковальню выводят путем взаимодействия пуансонной головки с кольцевой наковальней-поддержкой в процессе протяжки.

5. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что ведут регистрацию момента, при котором кольцевая наковальня-поддержка выведены из посадочного отверстия.

6. Устройство для прошивной запрессовочной установки трубчатого элемента детали, содержащее протяжечный шпиндель со стержнем и пуансонной головкой в виде обратного усеченного конуса с цилиндрическим основанием, привод перемещения протяжечного шпинделя, отличающее- с я тем, что, с целью повышения надежности, привод перемещения протяжечного шпинделя выполнен в виде корпуса с пневматическим цилиндром, снабженным тарельчатым поршнем, установленным с возможностью возвратно-поступательного движения, упорной бобышки-оправки, соединенной с пневмоцилиндром и расположенной по центру данного торца пневмоцилиндра, полого трубчатого хвостовика, расположенного по центру пневматического цилиндра, выполненного в виде штока тарельчатого поршня с установленным тянущем поршнем, на котором размещен тяговый силовой пневматический цилиндр с возможностью возвратно-поступательного движения и соединенный с трубчатым упорным наконечником, выполненным в нижней части в виде кольцевой наковальни-поддержки, упорного корпуса, размещенного в нем цангового патрона, выполненного с губками-захватами и хвостового цилиндра с поршнем, установленным на конце трубчатого толкателя, соединенного со стержнем протяжечного шпинделя.

7. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено средством регис грации момента, при котором усилие про- 1 яжки достигает заданного значения, соот- петствующего началу выведения кольцевой (аковальни-поддержки.

8. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- (: я тем, что оно снабжено средством увеличения усилия, прикладываемого к шпинделю после выведения кольцевой наковальни- поддержки из посадочного отверстия.

9. Устройство по п. 6, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что оно снабжено средством регистрации момента, при котором кольцевая наковальня-поддержка выведена из посадочного отверстия.

Sи

29 17

Фиг. i

.28 W Риг. Ч

«

Qi

s

2Д)8Ш

cs r- o

со со oo

CVJ

29