давильный упругий инструмент

Формула изобретения

Давильный упругий инструмент для давильной обработки изделий, содержащий корпус и давильный элемент с давильным роликом со скругленной рабочей кромкой, отличающийся тем, что давильный элемент выполнен в виде диска, на торце которого расположен давильный ролик, рабочая кромка которого выполнена в виде жестко закрепленной упругой пустотелой трубки, свернутой в кольцо, при этом на диске закреплены концентрические игольчатые кольца, примыкающие к давильному ролику и набранные из пучков ворса из металлической проволоки, причем давильный элемент закреплен на подвижной вращающейся части - роторе торцового асинхронного двигателя, статор которого выполнен с витым магнитопроводом, в пазах которого расположена m-фазная первичная обмотка, упомянутый ротор выполнен с витым магнитопроводом, в пазах которого расположена короткозамкнутая вторичная обмотка, а оси вращения давильного инструмента и обрабатываемой заготовки, установленной в центрах с возможностью независимого свободного вращения, передаваемого от вращающегося предлагаемого давильного инструмента за счет сил трения, расположены взаимно перпендикулярно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к изготовлению инструмента и устройств для давильной обработки оболочек и полых изделий.

Известна оправка, содержащая корпус, элемент крепления заготовки на оправке винтами, при этом на прижиме соосно с оправкой установлен упругий элемент в виде кольца, например, из полиуретана, причем кольцо закреплено на прижиме винтами, посредством которых возможна регулировка поперечного сечения упругого элемента [1].

Известная оправка имеет в своей конструкции быстро изнашивающееся упругое кольцо, не обеспечивающее надежного контакта давильного ролика с обрабатываемой заготовкой, при этом конструкция не исключает затекания упругого кольца под давильный ролик, а это влечет за собой выровы металла в процессе врезания давильного ролика в заготовку, что приводит к сокращению производительности, срока службы оправки и быстрого износа рабочей поверхности инструмента, при этом для получения высокого качества необходимо создание больших усилий упругого элемента на ролик, а это требует использования роликов с большим радиусом профиля, что отрицательно влияет на массогабаритные параметры и не всегда осуществимо.

Известны конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса округления и ширины пояска [2]. Однако недостатком известных давильных роликов являются сложность восстановления формы в результате износа, так как для этого необходимо перешлифовывать все внешние поверхности с изменением радиусов шлифовки для сохранения сопряжения радиусов. При этом требуется внесение корректив в технологические режимы. Кроме того, недостатком является их малая контактная поверхность, взаимодействующая с деталью, не обеспечивающая высокой шероховатости отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающая низкое качество поверхности и требующая большого количества технологических переходов, что резко снижает производительность. Традиционное использование металлорежущего оборудования (например, токарных станков) для данной давильной обработки снижает КПД привода, ведет к перерасходу энергоресурсов, повышает себестоимость обработки, снижает производительность, ухудшает качество обрабатываемой поверхности, требует сложной и длительной настройки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение качества и производительности при обработке, улучшение условий деформирования и течение металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, обеспечения надежного контакта давильного ролика с заготовкой и исключения вырывов металла в процессе врезания давильного ролика в заготовку, повышение КПД привода, снижение расходов энергоресурсов и себестоимости обработки, обеспечение надежности инструмента за счет увеличения его стойкости.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого давильного упругого инструмента для давильной обработки изделий, содержащего корпус и давильный элемент со скругленной рабочей кромкой, при этом давильный элемент выполнен в форме диска, на торце которого расположен давильный ролик с жестко закрепленной упругой рабочей кромкой в виде пустотелой трубки, свернутой в кольцо, причем на диске закреплены концентрические игольчатые кольца, примыкающие к давильному ролику и набранные из пучков ворса из металлической проволоки, кроме того, давильный элемент закреплен на подвижной вращающейся части - роторе, входящем в состав торцового асинхронного двигателя, при этом последний содержит статор с витым магнитопроводом, в пазах которого расположена m-фазная первичная обмотка, и выше упомянутый ротор с витым магнитопроводом, в пазах которого расположена короткозамкнутая вторичная обмотка, а оси вращения давильного инструмента и обрабатываемой заготовки, установленной в центрах с возможностью независимого свободного вращения, передаваемого от вращающегося предлагаемого давильного инструмента за счет сил трения, взаимно перпендикулярны.

Сущность конструкции предлагаемого давильного упругого инструмента и его работа поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема выглаживания цилиндрической оболочки предлагаемым давильным упругим инструментом, общий вид с частичным продольным разрезом; на фиг.2 - предлагаемый давильный упругий инструмент, общий вид снизу по А на фиг.1; на фиг.3 - давильный упругий инструмент, продольный разрез, давильный элемент условно снят; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - вид по В на фиг.1.

Предлагаемый давильный упругий инструмент предназначен для давильной обработки заготовок полых изделий 1, установленных и закрепленных, например, на оправке 2 в центрах 3 с возможностью независимого свободного вращения V_З от принудительно вращающегося со скоростью V_И давильного упругого инструмента 4 за счет сил трения.

На корпусе инструмента установлен и закреплен давильный элемент 5, выполненный в форме диска, на одном торце которого расположен давильный рабочий ролик 6 со скругленной рабочей кромкой 7.

Рабочая кромка 7 выполнена упругой в виде пустотелой трубы, свернутой в кольцо и изготовленной, например, по ГОСТ 8734-75 из стали 65Г по группе В ГОСТ 8733-74. Крепление кольца из трубы к ролику 6 осуществлено известным способом (чеканкой, завальцовкой, приклеиванием, пайкой, сваркой и т.п.).

Кроме того, на давильном элементе 5 концентрично ролику 6 расположены упругие игольчатые кольца 8 и 9, примыкающие к давильному ролику 6, и набранные из пучков ворса из металлической проволоки. Установка и крепление пучков ворса осуществляется известными способами. На фиг.1, 2, 5 приведен вариант крепления упругих игольчатых колец, набранных из пучков ворса из металлической проволоки, с помощью планок 10 и винтов 11.

Давильный элемент 5 другим плоским торцом закреплен с помощью винтов 12 на подвижной вращающейся части - роторе 13, который входит в состав корпуса давильного упругого инструмента 4, представляющего собой торцовый асинхронный двигатель (ТАД) [3-5].

Не вращающаяся часть корпуса давильного упругого инструмента 4 является статором 14 ТАД с витым магнитопроводом 15, в пазах которого расположена m-фазная первичная обмотка, а в пазах магнитопровода 16 ротора 13 - короткозамкнутая вторичная обмотка.

В статор 14 запрессован опорный стакан 17 с образованием наружного кольцевого выступа для фиксированного соединения давильного инструмента, например, с суппортом (не показан) токарного станка, на котором ведется обработка давлением заготовок полых изделий 1. Неподвижное крепление давильного упругого инструмента на суппорте станка производится винтами, которые закручиваются в резьбовые гнезда 18.

Крепление подвижного ротора 13 на неподвижном статоре 14 осуществлено через упорные подшипники 19 с помощью гайки 20, навернутой на винтовую часть опорного стакана 17, с учетом воздушного зазора между магнитопроводами 15 и 16.

После подключения обмотки 15 статора 14 к сети, в результате воздействия вращающегося магнитного поля на проводники короткозамкнутой обмотки 16 ротора 13, последний приводится во вращение со скоростью V_И . Возникающие при этом силы осевого притяжения магнитопроводов 15 и 16 воспринимаются упорным подшипником 21. Благодаря тому, что упорный подшипник 21 установлен снаружи магнитопроводов 15 и 16, а следовательно, диаметр его дорожки качения достаточно большой, повышается устойчивость ротора 13 против выворачивающего действия давильных сил, требующихся для эффективного выглаживания давильным инструментом. Такая конструкция ТАД привода вращения давильного инструмента позволяет уменьшить осевой размер корпуса давильного упругого инструмента 4, не превышающий суммарной толщины магнитопроводов 15 и 16, и делает инструмент компактным.

Предлагаемый давильный упругий инструмент устанавливается так, что его ось вращения ротора 13 с давильным элементом 5 располагается перпендикулярно к центральной продольной оси обрабатываемой заготовки полого изделия 1. Заготовка полого изделия 1 устанавливается и закрепляется на оправке 2 в центрах 3 с возможностью независимого свободного вращения со скоростью V_З, передаваемого от принудительно вращающегося давильного инструмента 4 за счет сил трения. С целью увеличения сцепляемости инструмента с заготовкой на давильном элементе 5 установлены упругие игольчатые кольца 8 и 9.

Производительность давильных работ и качество поверхностей деталей в значительной мере зависят от формы и геометрических параметров давильных роликов. В предлагаемом инструменте используем ролик 6 с радиусом скругления R, образованным трубкой, свернутой в кольцо. Характер протекания процесса давильной обработки зависит от радиуса скругления ролика R, т.е. наружного радиуса трубки с рабочей кромкой 7. С увеличением R при постоянном диаметре заготовки и ролика металлу становится труднее течь в осевом направлении, что повышает вероятность увеличения внутреннего диаметра обрабатываемой заготовки, в результате чего облегчается снятие ее с оправки после обработки. Установлено, что чем больше диаметры изделия и ролика, тем больше должен быть радиус R. Во всех случаях минимально допустимая величина R должна быть выбрана с учетом легкого снятия заготовки с оправки.

Ролики с рабочей кромкой, выполненной по радиусу скругления, применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок [2]. Для роликов этого типа принимают радиус R=(1 1,5)t, где t - толщина деформируемой заготовки.

Диаметры роликов принимают из конструктивных соображений. С увеличением диаметра ролика растут усилия деформирования и изгибающие моменты, действующие на суппорт станка. Необходимо стремиться для каждого станка применять ролики одного диаметра. Особенно это важно для станков с ЧПУ

Устройство работает следующим образом.

Заготовку полого изделия 1 устанавливают на оправку 2, которую зажимают в центрах 3, например, токарного станка (не показан) или другого устройства, например, на специальной установке, имеющей переднюю и заднюю бабки с вращающимися центрами, привод продольной подачи давильного инструмента, возможность поперечного перемещения давильного инструмента и достаточную жесткость технологической системы.

Включают вращение давильного инструмента со скоростью V_И и поперечной подачей (ручной или автоматической) S_ПОП суппорта, на котором установлен давильный инструмент, касаются наружной поверхности заготовки.

При выглаживании оболочек роликами максимальную скорость выбирают в пределах V _И=60 130 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы: станок - приспособление - инструмент - заготовка.

При подходе к заготовке полого изделия 1 давильный элемент 5 первоначально касается обрабатываемой поверхности упругими игольчатыми кольцами 8 и 9, которые выступают на величину натяга l за габариты рабочего давильного ролика (см. фиг.5). При дальнейшем поперечном движении давильного инструмента сцепляемость его с заготовкой за счет упругих сил игольчатых колец увеличивается и вращение от колец 8 и 9 передается заготовке полого изделия 1. Вследствие этого выравниваются окружные скорости вращения V_З заготовки и давильного ролика V_И и при внедрении ролика в заготовку не происходит его проскальзывания относительно заготовки.

После внедрения давильного ролика 6 на необходимую глубину включают продольную подачу S _ПР и производят давильную обработку изделия, при этом вращение заготовки осуществляется за счет сил трения, возникающих на поверхности контакта ролика 6 и игольчатых колец 8 и 9 с заготовкой полого изделия 1.

Общими требованиями к форме и геометрии давильного ролика являются большая ширина (10 30 мм) прилегания ролика к обрабатываемой поверхности, минимальная шероховатость Ra=0,32 0,080 мкм закаленной и отполированной рабочей поверхности ролика и большая жесткость технологической системы.

Предлагаемый давильный инструмент не требует тщательной установки относительно продольной оси заготовки благодаря упругости трубки, установленной на рабочем ролике. При больших давильных усилиях обработки рабочая кромка трубки прогибается вовнутрь и образует как бы калибрующий поясок «k» (см. фиг.4). Предлагаемая конструкция рабочего ролика с кольцевой трубой может работать при продольных подачах в пределах 3 10 мм/об, что делает процесс выглаживания очень производительным.

Однако с увеличением ширины калибрующего пояска «k» на трубке ролика уменьшается давление выглаживания и увеличивается шероховатость; в результате для достижения требуемой шероховатости необходимо осуществлять обработку с большими усилиями, что не всегда возможно из-за недостаточной жесткости технологической системы.

Продольную подачу при обработки давлением предлагаемым инструментом определяют по формуле:

S_ПР=(0,2 0,5)k.

где k - ширина калибрующего пояска при прогибе трубки на ролике, мм.

Усилие прижатия упругих игольчатых колец к заготовке составляет 200 300 Н и зависит от глубины внедрения ролика в заготовку.

Выбор соответствующего давления упругих игольчатых колец зависит от физико-механических свойств материала заготовки, от жесткости и плотности последнего, а также от величины l превышения высоты упругих колец над высотой рабочего давильного ролика.

Использование предлагаемого давильного упругого инструмента позволяет расширить технологические возможности обработки давлением, повысить качество и производительность обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, при этом снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, обеспечить надежность контакта давильного ролика с упругими игольчатыми кольцами, исключить затекание колец под давильный ролик и вырывы металла в процессе врезания давильного ролика в заготовку, а также прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности. Использование ТАД повышает КПД привода, снижает расходы энергоресурсов и себестоимость обработки, обеспечивает надежность инструмента за счет увеличения его стойкости.

Источники информации

1. Авторское свидетельство SU № 1593737, МКИ B21D 22/16. Назаров В.И., Зубарев В.В., Сорокин Ю.Г., Хмелев С.В., Гладких А.А., Мальков В.П. Оправка для ротационной вытяжки полых изделий. Заявка № 4466461/25-27. 26.07.88; 23.09.90. Бюл. № 35.

2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983, С.147, рис.9.6.

3. Загрядцкий В.И., Кобяков Е.Т., Степанов Ю.С. Торцовые асинхронные электродвигатели и электромеханические агрегаты. Под общей ред. докт. технич. наук, проф. Ю.С. Степанова. - М.: Машиностроение - 1, 2003. - С.6-15, рис.1.4-1.5.

4. Патент RU 2058655, C6 H02K 5/16, 17/00. Торцовая электрическая асинхронная машина / Загрядцкий В.И., Кобяков Е.Т. 1996. Бюл. № 11.

5. Патент RU 2140700, C1 6 H02K 5/173, 5/16, 17/16. Торцовая электрическая асинхронная машина / Загрядцкий В.И., Кобяков Е.Т., Сидоров Е.П. 1999. Бюл. № 30.