способ изготовления трубчатых гофрированных деталей и устройство для его осуществления
Классы МПК: | B21D15/00 Гофрирование труб B21D15/04 поперечное, например спиральное B21D51/12 изделий с гофрированными стенками B21D53/26 колес и тп |
Автор(ы): | Мовчан Вячеслав Иванович[BY], Евсеев Александр Михайлович[BY], Россол Александр Иванович[BY], Кенько Виктор Михайлович[BY], Терехов Анатолий Васильевич[BY] |
Патентообладатель(и): | Гомельский политехнический институт (BY) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-09-04 публикация патента:
20.01.1997 |
Использование: изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к изготовлению трубчатых гофрированных деталей, преимущественно ободов шкивов. Сущность изобретения: изобретение позволяет повысить точность изготавливаемых деталей из тонкостенных трубчатых заготовок и облегчить процесс формовки V-образных канавок-ручьев за счет поэтапной формовки с одновременным приложением радиального и осевого формующего усилия и калибровки в замкнутом контуре, причем величины радиального перемещения наружных роликов и осевого поджатия заготовки определяют из зависимости: li=hi/Н(Тi-t)
n, Н - глубина ручьев готовой детали, мм; где li - величина осевого поджатия заготовки по этапам формовки, мм; hi - глубина V-образной канавки-ручья по этапам формовки, мм; Тi - исходный шаг роликов по этапам формовки, мм; i - число этапов формовки; t - шаг V-образных канавок-ручьев в готовой детали, мм; n - количество V-образных канавок-ручьев в готовой детали. Устройство для осуществления способа содержит приводную планшайбу, сменные промежуточные и калибрующие ролики, механизм осевого поджатия заготовки. Ролики расположены внутри и снаружи относительно заготовки. Планшайба выполнена в виде патрона с радиально перемещающимися кулачками. С кулачками жестко связан переходник, несущий направляющие колонки под внутренние ролики. Внутренние ролики и переходник выполнены составными и сцентрированы оправкой, смонтированной с возможностью синхронного с роликами вращения и осевого перемещения. 2 с и 5 з. п. ф-лы, 13 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13

Формула изобретения
1. Способ изготовления трубчатых гофрированных деталей преимущественно типа обода шкива, включающий поэтапную формовку сменными внутренними и наружными роликами кольцевых V-образных канавок-ручьев на поверхности вращающейся трубчатой заготовки путем приложения к ней радиального и осевого формующего усилий с последующей калибровкой профиля, отличающийся тем, что радиальное и осевое усилия к заготовке прикладывают одновременно, калибровку ведут в замкнутом контуре, причем рабочая поверхность внутреннего калибровочного ролика копирует форму внутренней поверхности готовой детали, а величины радиального перемещения наружных роликов и осевого поджатия заготовки определяют из зависимостиli hi/H(Ti t)

где li величина осевого поджатия заготовки по этапам формовки, мм;
hi глубина V-образных канавок-ручьев по этапам формовки, мм;
Тi шаг роликов по этапам формовки, мм;
i число этапов формовки;
t шаг V-образных канавок-ручьев в готовой детали, мм;
Н глубина ручьев готовой детали, мм;
n количество канавок-ручьев в детали,
при этом на этапах формовки внутренние ролики устанавливают так, что точки образующей, ограничивающей их внешнюю поверхность, расположены по окружности, диаметр которой равен внутреннему диаметру заготовки, а наружный диаметр исходной трубчатой заготовки равен наружному диаметру готовой детали. 2. Устройство для изготовления трубчатых гофрированных деталей преимущественно типа обода колеса, содержащее приводную планшайбу, сменные промежуточные и калибрующие ролики, расположенные внутри и снаружи относительно заготовки, и механизм осевого поджатия заготовки, отличающееся тем, что приводная планшайба выполнена в виде патрона с радиально перемещающимися кулачками, с которыми жестко соединен переходник, несущий направляющие колонки под внутренние сменные ролики, при этом внутренние ролики и переходник выполнены составными, центрируемыми с помощью опорной оправки, смонтированной с возможностью синхронного с роликами вращения и осевого перемещения. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что переходник и внутренние ролики выполнены составными по меньшей мере из трех секторов, смонтированных с возможностью синхронного радиального перемещения. 4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что секторы переходника жестко соединены с секторами ролика, последовательно установленного за переходником. 5. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что внутренние ролики установлены с угловым смещением относительно друг друга. 6. Устройство по пп. 2 4, отличающееся тем, что между секторами внутреннего калибровочного ролика установлены вставки, образующие совместно с секторами цельный профиль, копирующий рабочей поверхностью форму внутренней поверхности готовой детали. 7. Устройство по пп. 2 6, отличающееся тем, что точки образующей, ограничивающей внутреннюю поверхность внутренних роликов, расположены по окружности, равной диаметру оправки, при этом точки образующей, ограничивающей внешнюю поверхность роликов, расположены по окружности, диаметр которой равен внутреннему диаметру исходной заготовки.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности, к изготовлению трубчатых гофрированных деталей, преимущественно ободов шкивов. Известен способ изготовления обода шкива клиноременной передачи, заключающийся в том, что при прессовой обработке внутрь обода вводят диск, имеющий толщину, превышающую толщину стенки обода шкива и снабженный наклонным фланцем. Фланец при запрессовке плотно присоединяют к расположенной по середине поверхности одной из канавок обода, а также известно устройство для осуществления этого способа, содержащее приводную планшайбу, калибрующие наружные ролики и механизм осевого поджатия, являющийся и нижней поворотной опорой канавок обода [1]Недостатком известного способа является невозможность изготовления более двух канавок V-образного профиля на ободе шкива, а устройство не обеспечивает получение равнотолщинных стенок V-образных канавок. Известен способ изготовления шкива с V-образными канавками [2] Цилиндрическую стенку вращающейся трубчатой заготовки формуют наружным роликом в волнообразную поверхность, затем ее обжимают в осевом направлении и на внутренней цилиндрической опоре-ролике ведут формовку наружными чистовыми роликами V-образных канавок, заставляя металл течь и заполнять профиль впадин только наружных роликов. Калибровку профиля ручьев осуществляют на эксцентрично по отношению к приводной планшайбе, установленной заготовке. Кроме приводной планшайбы и сменных внутренних и наружных роликов, устройство, реализующее способ, содержит также механизм осевого поджатия заготовки. Недостатки способа и устройства связаны с трудностью реализации известного решения в случае тонкостенных заготовок с шагом V-образных канавок, в 5 10 раз и более превышающих толщины стенки заготовки. Известен также способ изготовления трубчатых гофрированных деталей [3] заключающийся в поэтапной формовке наружных и внутренних V-образных канавок на поверхности вращающейся трубчатой заготовки путем приложения формующих усилий к наружной и внутренней поверхностям заготовки и сжатия последней в осевом направлении, причем деформацию осуществляют в два этапа, а длину исходной заготовки принимают не менее длины обода шкива вдоль наружной образующей и наружный диаметр заготовки D н.з выбирают из соотношения D н.у <D н.з <D н.о, где D н.у наружный диаметр опорных участков ручьев; D н.о. наружный диаметр обода. Устройство для осуществления данного способа содержит приспособление для фиксации заготовки в виде приводной и неприводной планшайб с пазами на торцах, обращенных друг к другу, два эксцентриковых вала для размещения формующих роликов, причем один из валов связан с тяговым валом и установлен с возможностью осевого и установочного перемещений и фиксации в полости приводной планшайбы (см. а.с. СССР N 1588470, кл. В 21 D 51/12, БИ N 32, 1990). Известные способ и устройство не обеспечивают получение точного профиля изделия как по форме ручьев, так и по диаметральным размерам обода, кроме того, на этапе калибровки не исключается разнотолщинность профиля, так как исходное положение формирующих роликов по шагу выбирается без учета расчетной длины трубчатой заготовки, что и ведет к "вытеснению металла из мест, где имеются излишки", и утонению стенок, там, где недостаток металла, а, следовательно, силовые нагрузки значительны. Конструкция устройства не исключает консольного расположения эксцентрикового (в частности, внутреннего) вала, что не обеспечит одинаковый диаметр ручьев как по выступам, так и по впадинам. Целью настоящего изобретения является повышение точности изготавливаемых деталей из тонкостенных трубчатых заготовок и облегчение процесса формовки V-образных канавок-ручьев. Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем поэтапную формовку сменными внутренними и наружными роликами кольцевых V-образных канавок-ручьев на поверхности вращающейся трубчатой заготовки путем приложения радиального формующего усилия к заготовке с последующим ее осевым поджатием и окончательную калибровку профиля канавок согласно изобретению, формовку осуществляют поэтапно с одновременным приложением радиального и осевого формующего усилия, калибровку ведут в замкнутом контуре, причем величины радиального перемещения наружных роликов и осевого поджатия заготовки определяют из зависимости

H глубина ручьев готовой детали, мм;
li величина осевого поджатия заготовки по этапам формовки, мм;
hi глубина V-образной канавки-ручья по этапам формовки, мм;
Тi исходный шаг роликов по этапам формовки, мм;
i число этапов формовки;
t шаг V-образных канавок-ручьев в готовой детали, мм;
n количество V-образных канавок-ручьев детали,
при этом на этапах формовки внутренние ролики устанавливают так, что их наружный диаметр равен внутреннему диаметру трубчатой заготовки. В свою очередь, в устройстве, содержащем приводную планшайбу, сменные промежуточные и калибрующие ролики внутри и снаружи заготовки и механизм осевого поджатия последней, согласно изобретению приводная планшайба выполнена в виде патрона с радиально перемещающимися кулачками, к которым жестко крепится переходник, несущий направляющие колонки под внутренние сменные ролики, при этом внутренние ролики и переходник выполнены составными по меньшей мере из 3-х секторов, смонтированных с возможностью синхронного радиального перемещения. Кроме того, внутренние промежуточные ролики установлены с угловым смещением друг относительно друга, калибровочный внутренний ролик снабжен вставками и образует цельный контур, соответствующий внутреннему профилю детали. Все внутренние ролики опираются на центрирующую оправку, имеющую возможность синхронного с роликами вращения и осевого перемещения, а точки образующей, ограничивающей внешнюю поверхность роликов образуют диаметр, равный внутреннему диаметру исходной заготовки. Для обеспечения точности размеров получаемого изделия, например, обода шкива, методом деформации вращающейся заготовки роликами, необходимым условием является правильный выбор размеров исходной трубчатой заготовки. Благодаря тому, что в заявляемом решении исходят из равенства площадей исходной заготовки и площадей элементов профиля ручьев получаемого обода, процесс деформации значительно облегчен, исключается растяжение и наслоение металла, происходит лишь огибание металлом заготовки рабочих поверхностей формирующих роликов. Из чертежа детали (фиг.13) известны: наружный диаметр изделия D, внутренний диаметр по впадинам ручьев d, шаг ручьев t и их количество, глубина ручья Н. Площадь поверхности по профилю каждого ручья на шаге t состоит, например, из площади кольца F1, площади кольца F3 и площади двух усеченных конусов 2F2. Суммарная площадь наружной поверхности изделия по шагу t
F=(F1+F3+2D2) (2)
Длина исходной цилиндрической заготовки Т с наружным диаметром D для формовки профиля ручья на шаге t определяется из зависимости

соответственно, в зависимости от количества ручьев и шагов t, расчитывается полная длина трубчатой заготовки L, состоящая из такого же числа участков длиной Т
L=T

Количество этапов формования определяют: материал заготовки, толщина металла, геометрия профиля ручьев детали, необходимая точность изготовления детали в зависимости от ее назначения и т.д. Важным является наличие количественной зависимости между величинами радиальной и осевой деформации. Такая зависимость устанавливается формулой (1). Если технологически определено, что формовку следует вести, например, в три этапа с величинами радиальной деформации: 55% на первом этапе, 95% на втором и 100% на третьем, то формула (1) будет иметь вид:
на первом этапе

где Т1 из (L) равно L/n;
на втором этапе

на третьем этапе калибровки (фиг.3 5)











F3=




F1=







Площадь по внешнему профилю детали по длине Lз:
F=4F3+8F2+4F1=71116,86 мм2
Площадь контура отвальцованных участков




Длина L (фиг.1) рабочего участка исходной трубчатой заготовки

Соответственно, длина исходной трубчатой заготовки на отвальцовываемых участках

В вальцах из полосы стали 08Ю толщиной 1,5 мм сворачивают, а затем сваривают кромки рельефной шовной сваркой трубу с последующей зачисткой сварного шва и размерами:
D 148,4 мм; Dз=145,4 мм и L+2S=184,6 мм. Операция отвальцовки концов трубы сложности не представляет, эти отвальцованные участки служат для крепления боковых фланцев к изготавливаемому ободу в процессе сборки шкива. Важным является выдержать размер исходной заготовки
L=152,6 мм (фиг.1)
Количество ручьев обода n=4, следовательно, шаг Т1 расположения внутренних и наружных роликов в начале первого этапа формирования

2. Расчет величин радиальной и осевой деформации по этапам формования. Назначаем три этапа формования с величиной радиальной глубины ручьев по этапам h1=55% Н=9 мм на I этапе
h2=100% Н=16,5 мм
и на третьем этапе калибровка в чистовой профиль. Величина осевого поджатия (перемещения) конца заготовки на первом этапе:

На 2-м этапе:

где Т2=(L-l1)/4=(152,6 41,78)/4 27,7 мм. А на третьем этапе, соответственно,

Тз=(L-l1-l2)/4=(152,6 41,78 34,82)/4 19 мм,
т.е. при калибровке ни радиального углубления внешних роликов с металлом заготовки, ни осевого перемещения заготовки не предусмотрено. Будет происходить на третьем этапе лишь разравнивание радиусов и формование требуемого профиля ручьев. Реализация заявляемого способа. Расчитанная и изготовленная описанным выше методом трубчатая заготовка (фиг. 1), устанавливается в устройстве (фиг.2), которое может быть смонтировано на базе токарного станка 1М63. Кулачки 2, перемещаясь в пазах планшайбы 1, сводят внутренние ролики 6,7,8,8 и 10 до положения, когда заготовка 12 свободно оденется на них. Прижимы 5 отпущены и когда кулачки 2 вместе с переходником 3, колонками 4 и роликами 6,7,8,9 и 10 разойдутся, сцентрировав заготовку 12, прижимы 5 зажимают последнюю по отвальцованной поверхности упором в неподвижный ролик 6. Установка внутренних роликов по шагу Т1 осуществляется с помощью пружин 11. Затем вставляется оправка 15 до положения, указанного на фиг.2 и подводится механизм осевого поджатия 13, несущий центр 14. Наружные ролики 16 устанавливают друг относительно друга на расстоянии шага Т1, но со смещением на пол-шага относительно внутренних роликов. При этом сектора а, b и c последних набраны со смещением на угол


Класс B21D15/00 Гофрирование труб
Класс B21D15/04 поперечное, например спиральное
Класс B21D51/12 изделий с гофрированными стенками