способ изготовления деталей из нетканого материала мр на проволочной основе и станок для его изготовления

Формула изобретения

1. Способ изготовления деталей из нетканого материала МР на проволочной основе, включающий навивку проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезку проволоки в виде спирали, укладку этих отрезков в пресс-форму и последующее их прессование, отличающийся тем, что до укладки отрезков проволоки в виде спирали в пресс-форму дополнительно на плоскости формируют один или несколько слоев из свернутых отрезков, и соединяют их внахлестку, при этом навивка проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезка проволоки в виде спирали, сворачивание отрезков и их соединение между собой совмещены во времени.

2. Станок для изготовления заготовки нетканого материала на проволочной основе, содержащий установленные на корпусе оправку, шагозадающий элемент, неподвижный и подвижный ножи, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двухкоординатным столом со столешницей, каналом для транспортировки отрезка проволоки в виде спирали, вход которого смонтирован выше его выхода, расположенного над поверхностью столешницы, и блоком управления, который электрически соединен с двумя приводами двухкоординатного стола, приводом перемещения подвижного ножа, устройством, задающим время навивки отрезка спирали, и датчиками положений столешницы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к изготовлению упругодемпфирующих деталей из нетканых материалов на основе металлической проволоки, например амортизаторов или фильтров из материала МР (металлического аналога резины), получаемых холодным прессованием проволочной спирали в пресс-формах.

Известен способ изготовления нетканого материала на проволочной основе, по А.С. 183174, МПК⁶ В 21 F 21/00, 1966, включающий навивку проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезку спирали, укладку спирали в пресс-форму и последующее прессование.

Недостатком этого способа является низкая производительность.

Низкая производительность изготовления деталей из материала МР при использовании этого способа объясняется тем, что процесс переплетения отрезков проволоки в виде спирали при их укладке со взаимным перекрещиванием в настоящее время не поддается механизации из-за сильной склонности растянутых спиралей к взаимному сцеплению. Поэтому растягивание спирали и переплетение ее отрезков осуществляется вручную. Низкая производительность изготовления деталей из материала МР препятствует широкому внедрению их в различных отраслях промышленности.

Известное устройство для навивки спирали из проволоки, по А.С. 1570823, МПК⁶ В 21 F 3/04, от 31.05.90, опубл. в БИ 22 от 15.06.90, содержит установленные на корпусе оправку, шагозадающий элемент, неподвижный и подвижный ножи.

Также имеется зубчатый механизм с приводом. Зубчатый механизм кинематически связан с механизмом навивки спирали, с шагозадающим элементом и с подвижным ножом. На оправке имеется вырез на торце, край которого образует режущую кромку. Подвижный нож установлен с возможностью взаимодействия с режущей кромкой оправки, которая является одновременно неподвижным ножом. Элемент шагозадающего механизма выполнен в виде конического диска, при этом рабочая поверхность диска имеет участок, выполненный с обнижением по диаметру, а в зоне обнижения диск выполнен клиновой формы с переходом на его коническую поверхность. Диск установлен на валу, под углом к оси оправки, с возможностью вращения. Механизм резки снабжен диском и кулачком, установленными на валу шагозадающего механизма. На корпусе установлен подпружиненный фиксатор с возможностью осевого перемещения. Подвижный нож соединен с диском механизма резки через упругий элемент. Фиксатор установлен с возможностью взаимодействия одним концом с кулачком, а другим концом с подвижным ножом.

Основным недостатком данного устройства является невозможность использования его для изготовления спирали небольшого диаметра. Такие спирали используются при изготовлении нетканого материала МР на проволочной основе.

Торец оправки, используемый в узле навивки спирали этого устройства, является неподвижным ножом. Такая оправка выполняется большого диаметра, чтобы быть прочной на изгиб. Поэтому спирали, получаемые на таком устройстве, имеют большой размер. К тому же это устройство нельзя использовать при изготовлении отрезков спиралей большого диаметра, с шагом, равным или несколько большим наружного диаметра (условие сцепления витков спирали между собой), из-за того, что при падении отрезки спирали будут беспорядочно сцепляться между собой, образуя комок, который невозможно будет разъединить.

Задачей изобретений является повышение производительности.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в получении возможности механизировать процес изготовления заготовок деталей материала МР, совместив во времени выполнение навивки проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезку проволоки в виде спирали и переплетение этих отрезков.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в способе изготовления деталей из нетканого материала МР на проволочной основе, включающем навивку проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезку проволоки в виде спирали, укладку этих отрезков в пресс-форму и последующее их прессование, дополнительно, до укладки отрезков проволоки в виде спирали в пресс-форму, на плоскости формируют один или несколько слоев из свернутых отрезков и соединяют их внахлестку, при этом навивка проволоки в спираль, растягивание спирали, отрезка проволоки в виде спирали, формирование из него свернутого отрезка и их соединение с другими отрезками совмещены во времени. Реализация вышеуказанного технического результата достигается тем, что станок для изготовления заготовки нетканого материала на проволочной основе, содержащий установленные на корпусе оправку, шагозадающий элемент, неподвижный и подвижный ножи, дополнительно снабжен двухкоординатным столом со столешницей, каналом для транспортировки отрезка проволоки в виде спирали, вход которого смонтирован выше его выхода, расположенного над поверхностью столешницы, и блоком управления, который электрически соединен с двумя приводами двухкоординатного стола, приводом перемещения подвижного ножа, устройством, задающим время навивки отрезка спирали, и датчиками положений столешницы.

Введение в способе дополнительной операции по формированию на плоскости одного или нескольких слоев заготовки детали с применением нового приема переплетения отрезков проволоки в виде завитков и соединение их внахлестку позволило совместить во времени с этими операциями выполнение операций навивки проволоки в спираль, растягивания спирали и отрезку проволоки в виде спирали. При этом все эти операции стало возможным механизировать. Снабжение станка двухкоординатным столом позволило осуществить переплетение спирали при ее укладке на поверхности столешницы. Снабжение станка каналом для транспортировки отрезка проволоки в виде спирали позволило осуществлять его укладку свернутым на столешницу. Снабжение станка блоком управления, электрически соединенным с двумя приводами двухкоординатного стола, приводом подвижного ножа, устройством, задающим время навивки отрезка спирали, и датчиками положений столешницы позволило осуществлять управление процессом изготовления заготовки детали из нетканого материала МР без вмешательства человека. Все это позволило формировать заготовку детали из нетканого материала МР в виде куска полотна необходимых размеров. Тем самым увеличена производительность путем сокращения времени, затрачиваемого на выполнение операций, осуществляемых до укладки отрезков проволоки в виде спирали в пресс-форму.

На фиг. 1 показан станок, общий вид; на фиг.2 - элемент А, механизм навивки и механизм резки; на фиг.3 - вид Б, шагозадающий механизм; на фиг.4 - двухкоординатный стол; на фиг.5 - вид В, изображение конечного выключателя; на фиг. 6 - система управления (условное изображение); на фиг.7 - схема перемещения двухкоординатного стола; на фиг.8 - условное изображение разложенных на поверхности отрезков спирали.

Станок для изготовления нетканого материала на проволочной основе (см. фиг. 1) содержит корпус, выполненный в виде рамы 1, над которой на четырех стойках 2 закреплена балка 3. На балке 3 смонтированы механизм навивки (см. фиг. 2) спирали 4 из проволоки 5, узел натяжения 6 проволоки 5 и узел сматывания 7 проволоки 5. Узел натяжения 6 и узел сматывания 7 изображены условно, конструкции их не приводятся, так как из печатных источников известно большое количество различных их вариантов, которые могут быть применены в предлагаемом станке. На раме 1 смонтирован двухкоординатный стол (см. фиг. 4), который расположен под механизмом навивки. Система управления (см. фиг. 6) может быть размещена под рамой 1 в корпусе станка или может быть выполнена в виде отдельного пульта.

Механизм навивки (см. фиг.2) спирали 4 содержит оправку 8, установленную в подшипниковых опорах 9 привода 10, выходной вал которого через муфту 11 соединен с этой оправкой. Подшипниковые опоры 9 и привод 10 смонтированы соответственно на кронштейнах 12 и 13.

Шагозадающий механизм (см. фиг.3) содержит шагозадающий элемент 14, выполненный из фольги или ленты, расположенный перпендикулярно оси вращения оправки 8, с возможностью взаимодействия с ее рабочей частью. Шагозадающий элемент 14 закреплен на ползуне 15, который размещен на направляющей 16. Цилиндрический конец направляющей 16, вставленный в отверстие, выполненное в кронштейне 12, зафиксирован винтом 17. На резьбовой конец направляющей 16 установлена гайка 18, к которой с помощью пружины 19 поджат ползун 15.

Механизм резки (см. фиг.2) состоит из неподвижного ножа 20 и подвижного ножа 21. Неподвижный нож 20 выполнен в виде резьбовой втулки, а подвижный нож 21 - в виде пластины с лезвием. Лезвие подвижного ножа 21 поджато к неподвижному ножу 20 с помощью упругого элемента 22, например, выполненного в виде пружины кручения. При этом подвижный нож 21 шарнирно закреплен на свободном конце ползуна 23, второй конец которого установлен с возможностью взаимодействия с приводом 24 (в случае выполнения привода в виде гидро- или пневмоцилиндра ползуном 23 может являться шток поршня). Неподвижный нож 20, ввинченный в кронштейне 12, закреплен гайкой 26.

Двухкоординатный стол (см. фиг. 1 и 5) содержит две каретки 26 и 27, смонтированные соответственно на двух взаимно перпендикулярных направляющих 28 и 29. Направляющая, смонтированная на раме 1, состоит из двух идентичных деталей 28, закрепленных на каркасе 30 с двух его противоположных сторон. Каретка 26 представляет собой каркас, на котором установлены катки, идентичные каткам каретки 27, а также направляющая 29. Катки каретки 26 установлены в направляющей 28. Направляющая, смонтированная на каркасе каретки 26 с двух противоположных его сторон, состоит из двух идентичных деталей 29. Каретка 27 выполнена в виде каркаса, на котором установлены четыре группы по два катка 31 и 32, а также столешница 33, закрепленная на его верхней части. Катки 31 и 32 установлены в направляющей 29. На каркасе 30 в двух подшипниковых опорах 34 установлен ходовой винт 35, один конец которого соединен с приводом 36. Гайка 37, закрепленная на каретке 26, установлена с возможностью взаимодействия с ходовым винтом 35. На каретке 26 в двух подшипниковых опорах, идентичных опорам каркаса 30, установлен ходовой винт 38, один конец которого соединен с приводом 39. Гайка 40, закрепленная на каретке 27, установлена с возможностью взаимодействия с ходовым винтом 38.

Канал 41 (см. фиг.1 и 2) для транспортировки отрезков проволоки в виде спирали 4 выполнен в виде трубки, закрепленной на кронштейне 12. Вход в канал 41, выполненный в виде воронки, смонтирован выше его выхода, который расположен над поверхностью столешницы 33 и образует с ним зазор Г.

Величина выполняемого зазора Г определяется количеством укладываемых слоев отрезков проволоки в виде спирали. При изготовлении одного слоя нетканого материала МР этот зазор должен быть больше двух диаметров навиваемой спирали. Так как при укладке на столешницу очередного отрезка, принявшего свернутую форму, он укладывается на соседние отрезки внахлестку. Толщина заготовки материала в этих местах примерно равна двум диаметрам спирали. Поэтому для того, чтобы при перемещении столешницы 33 конец трубки выхода из канала 41 не задевал уложенные отрезки проволоки в виде спирали 4, он должен быть несколько больше двух диаметров спирали. При большем количестве укладываемых слоев отрезков проволоки в виде спирали 4 конец трубки должен располагаться несколько выше верхнего слоя проволоки в виде спирали 4. Максимальная величина этого зазора определяется тем, чтобы при падении отрезка проволоки в виде спирали 4 он принимал свернутую форму, которая при достижении некоторых величин зазора может не получаться. Максимально допустимая величина зазора между выходом из канала 41 и поверхностью столешницы 33 не является величиной постоянной и зависит от размеров навиваемой спирали 4 и диаметра проволоки 5. В каждом конкретном случае этот максимальный размер определяется экспериментально. Для регулировки зазора Г нижний конец трубки канала 41 может быть выполнен подвижным.

Надо отметить, что спираль 4, навиваемая при изготовлении заготовок деталей из нетканого материала МР, имеет небольшой индекс жесткости. В результате этого она не может перемещаться в канале 41, выполненном горизонтальным, путем вытеснения ее новыми витками спирали, сходящими с оправки. Поэтому канал 41 выполняется таким, чтобы отрезок спирали 4 перемещался в нем под действием силы тяжести.

Система управления (см. фиг.6) содержит блок управления 42, устройство 43, задающее время навивки отрезка спирали 4, и датчики 44 (координаты Х и Y) положений столешницы 33. В систему управления входят упомянутые выше приводы 10, 24, 36 и 39. Система управления приведена в виде блок-схемы, на которой приведены основные ее элементы. Схемные решения блока управления 42 могут быть выполнены различными. Варианты их исполнения зависят только от выбранного алгоритма движения столешницы 33. Движение столешницы 33 может, например, осуществляться по схеме, приведенной на фиг.7. При этом для разработки электрической принципиальной схемы могут использоваться известные технические решения, выполненные на различной элементной базе, например релейной, микросхемной или микропроцессорной, а также могут быть применены устройства программного управления, выпускаемые нашей и зарубежной промышленностью (см. Современные промышленные роботы, каталог, под ред. Ю.Г.Козырева и Я.А.Шифрина, Москва "Машиностроение" 1984, стр. 111-120). В качестве устройства 43, задающего время навивки отрезка проволоки в виде спирали 4, могут быть применены, например, реле времени или генератор электрических импульсов, электрически соединенный с счетчиком импульсов. В качестве датчиков 44 положений могут быть применены, например, конечные выключатели или фотоимпульсные измерительные преобразователи. На блок-схеме показаны датчики 44 в виде конечных выключателей. В этом случае каждый из них может быть закреплен на ползунах, размещенных на дополнительно выполненных направляющих элементах, с возможностью их фиксации в рабочем положении, позволяющем получить заготовку детали требуемых габаритов (не показано). В случае использования в качестве датчиков 44 фотоимпульсных измерительных преобразователей они могут одновременно выполнять и функции устройства 43. Число приводов (10, 24, 36 и 39) станка соответствует числу его степеней подвижности. В качестве привода 10 механизма навивки может использоваться, например, электрический двигатель постоянного тока или электрический асинхронный двигатель. Привод 24 механизма резки может быть выполнен, например, в виде электромагнита, электродигателя с исполнительным механизмом, гидро- или пневмоцилиндра. В качестве привода 36 (координата X) и привода 39 (координата Y) могут использоваться электрические двигатели постоянного тока (в случае, когда требуется изменять скорости перемещения) или электрические асинхронные двигатели, гидро- или пневмоцилиндры. Приводы 36 и 39 (в случае выполнения его в виде гидро- или пневмоцилиндра) могут быть выполнены цифровыми (см. альбом, Промышленные роботы в машиностроении, под ред. Ю.М.Соломенцева, Москва "Машиностроение" 1987, стр. 13 и стр. 41, рис. 3), то есть они должны обеспечивать дискретное перемещение во всем рабочем диапазоне.

В начале выполнения процесса изготовления деталей из нетканого материала МР навивают вручную несколько витков проволоки 5 на рабочую часть оправки 8 у ее бурта. Затем раздвигают эти витки до требуемого шага и вводят шагозадающий элемент 14 между витками спирали. Для чего шагозадающий элемент 14 поворотом ползуна 15 и направляющей 16 вокруг оси отверстия, в которое вставлен один из концов направляющей 16, вводят в соприкосновение с рабочей частью оправки 8. Затем винтом 17 фиксируют направляющую 16 в ее рабочем положении. При вращении гайки 18 шагозадающий элемент 14 раздвигает два соседних витка спирали 4. В процессе навивки из проволоки 5 спирали 4 заданный ей шаг сохраняется.

Необходимая длина L и ширина М изготавливаемого на станке полотна заготовки детали из материала МР (см. фиг.7) задаются двумя группами конечных выключателей 44, по два на каждую из координат Х и Y. Для этого конечные выключатели 44 (см. фиг.5) перемещаются в рабочие положения и фиксируются в них.

При подаче сетевого напряжения в блок управления 42 и нажатии кнопки "Пуск" (не показано) начинает работать механизм навивки спирали 4, запускается устройство 43, задающее время навивки отрезка проволоки в виде спирали 4, привод 39 вращает ходовой винт 38, и столешница 33 перемещается вдоль координаты Y. В первоначальный момент опускающуюся с оправки 8 спираль 4, выполненную с требуемым шагом, направляют в отверстие неподвижного ножа 20. При выходе из этого отверстия конец спирали 4 улавливается воронкой входа в канал 41. При дальнейшей работе механизма навивки спирали 4 ее конец опускается до выхода из канала 41. В этот момент устройство 43 выдает управляющий сигнал, и блок управления 42 включает привод 24 и выключает привод 39. При включении привода 24 подвижный нож 21 отрезает часть проволоки в виде спирали 4 и она под действием силы тяжести падает на поверхность столешницы 33, образуя при этом свернувшийся отрезок.

Рассмотрим пример применения реле времени в качестве устройства 43, задающего время навивки отрезка проволоки в виде спирали 4. При подаче питания в цепи обмоток реле времени начинается отсчет установленных временных пауз. После окончания временной паузы реле времени 46 выдает управляющий электрический сигнал на включение привода 24 механизма резки. В этот момент свободный конец спирали 4 опустился до выхода из канала 41. После отрезки спирали 4 подвижный нож 21 возвращается в исходное положение. При этом реле времени 43 начинает отсчет следующей временной паузы. Величина этой паузы устанавливается равной времени перемещения столешницы 33 вдоль координат Х или Y на расстояние N (см. фиг.8). После окончания этой временной паузы выдается электрический сигнал на отключение привода 39, вращающего ходовой винт 38. Перемещение столешницы 33 вдоль координаты Y прекращается. В этот момент включается привод 36 и столешница 33 начинает перемещаться вдоль координаты X. Реле времени 43 продолжает отсчет следующей временной паузы.

В процессе формирования первого слоя материала МР (см. фиг.7) столешница 33 смещается без остановов, например, по заданной траектории 0,1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5, 6-6, 7. Затем при необходимости формирования второго слоя полотна столешница 33 также без остановов перемещается по заданной траектории 7, 8-8, 9-9, 10-10, 11-11, 12-12, 13-13, 14-14, 15-15, 16. При необходимости формирования слоев материала больше двух процесс перемещения столешницы 34 повторяется. При этом процесс навивки спирали 4, ее растяжение, отрезка и укладка осуществляются одновременно. Сформированный слой полотна (см. фиг.8) представляет собой уложенные свернутые отрезки спиралей 4 и соединенные между собой в нахлестку. Количество слоев в формируемом полотне заготовки определяется массой изготавливаемой детали. После окончания формирования полотна заготовки детали из материала МР с необходимым количеством слоев оно укладывается в пресс-форму, соответствующую по форме и размерам готовому изделию. Время, затрачиваемое на укладку в пресс-форму такого полотна, незначительно. После чего его спрессовывают.

Использование предлагаемого способа и станка позволит расширить область применения деталей, изготовленных из нетканого материала МР, применение которых сдерживалось из-за трудоемкости применяемых при их изготовлении ручных операций. Изготовление деталей в соответствии с настоящими изобретениями позволит повысить производительность путем полной механизации процесса изготовления заготовки детали из материала МР. В результате один оператор, обслуживающий одновременно несколько таких станков, заменит бригаду рабочих, выполняющих растягивание спирали, ее отрезку и их переплетение в виде свернутых отрезков вручную. Тем самым снизится себестоимость выпускаемых деталей. Количественное снижение себестоимости привести не представляется возможным из-за отсутствия статистических данных.