Способ формовки полого конуса

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к технологиям получения полых конусов. Способ формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки включает нагрев трубчатой металлической заготовки до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность. При этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки. Упрощается процесс формовки конуса за счет использования в качестве оправки плоской тыльной части резца.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологиям формовки полых изделий с регулярными поверхностями из металлов.

Уровень техники.

Известно, что все многообразие деталей машиностроения в значительной части представляют собой регулярные или близкие к ним поверхности, в числе которых и полые конусы, обработанные на металлорежущих станках по наружным и(или) внутренним поверхностям. Их обработка в основном ведется на металлорежущих станках, парк которых достигает 90% наличного станочного оборудования. Этот способ является общедоступным. Недостатками этого способа являются: 1) потеря большей части металла заготовки изделия - переводом ее в стружку; 2) большая трудоемкость; 3) высокая стоимость и быстрый износ режущего инструмента. Эти недостатки инициируют поиски способов формовки полых конусов, сокращающих издержки производства указанного вида изделий.

В известной мере названные недостатки устраняет "метод раскатки" (см. И.А.Дружинский. Сложные поверхности: математическое описание и технологическое обеспечение. Справочник. Ленинград.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985, С.17-18). По сравнению с обработкой последовательным удалением излишнего металла резцом (трепанацией) процесс раскатки, - указывает автор, - обладает двумя преимуществами: "большей производительностью (примерно в четыре - семь раз) и сохранением направления волокон в заготовке прокатки". Недостатками рассматриваемого способа являются: 1) ограниченность толщины стенок изделий "0,3÷0,5 мм" (см. там же); 2) его реализация сопряжена с наличием специального токарно-копировального давильного станка; 3) при единичном применении потери металла на изготовление оправки составляют около половины потерь при трепанации.

По содержанию существенных признаков и достигаемому техническому результату наиболее близок к изобретению "Способ изготовления конусов", предложенный Г.К.Кальнишевским и Б.М.Мальцевым (см. авторское свидетельство №633648, 1976 г.) - прототип. Недостатками этого способа является ограниченность значения "коэффициента обжима", обусловленная хрупкостью материала трубной заготовки в холодном состоянии и необходимость силового воздействия превышающего его предел текучести.

Ограниченность "коэффициента обжима" налагает очевидные ограничения на угол конусности (угол между образующими конуса в осевом его сечении). В частности, при истечении жидкости через конически сходящийся насадок наибольшее значение коэффициента скорости струи на выходе из насадка получают при угле конусности в 45° и длине насадка от 2 до 4 значений диаметра выходного сечения. Получить такое значение конусности холодным обжимом не всегда возможно.

В прототипе предел текучести алюминиевого конуса достигает 45,5 кгс/мм². Такое давление можно обеспечить применением достаточно мощного пресса, что усложняет процесс изготовления (формовки) конуса.

Указанные недостатки могут быть устранены. В частности, Б.Я.Газизовым предложен "Способ термофрикционной формовки полых деталей" (см. авторское свидетельство №963665, 1980 г.) При этом материал заготовки разогревают трением о матрицу (оправку) до состояния пластичности и действием давления на внешнюю поверхность заготовки вызывают изменение ее формы, соответствующее заданной.

Недостатком этого способа является сложность устройства оснастки, что ограничивает возможность его применения в условиях единичного использования.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является создание способа формовки полого конуса из металлической трубчатой заготовки на токарном станке меньшим числом операций и затрат времени с минимальными потерями металла и расширение арсенала способов изготовления изделий с регулярной поверхностью из металла.

Указанная задача решается тем, что в известных способах формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки - согласно изобретению - трубчатую металлическую заготовку нагревают до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность, при этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки.

Способ реализуют следующим образом: трубчатую заготовку зажимают в шпинделе токарного станка, в суппорте станка закрепляют оправку из металла с температурой пластификации большей, чем у материала заготовки. Включают станок, оправку сближают с заготовкой и формуют ее в соответствии с выбранным алгоритмом.

Осуществление изобретения.

Способ формовки полого конуса осуществлялся с использованием токарно-винторезного станка ТВ-10. В качестве заготовки использовалась трубчатая заготовка из нержавеющей стали диаметром 16 мм с толщиной стенки 2 мм; в качестве оправки - тыльная часть проходного резца. Тыльная часть резца (тыльная поверхность) должна быть плоской. Заготовку зажимают в шпинделе передней бабки станка так, чтобы обеспечивался доступ оправки ко всей поверхности, подвергаемой формовке. Оправка закрепляется в резцедержателе суппорта, причем угол между плоскостью тыльной поверхности и осью вращения заготовки составляет 22,5°, то есть равен углу между образующей конуса и осью вращения заготовки при оптимальном его значении.

Формовку начинают от свободного конца заготовки включением станка и подводом оправки к этому концу срединой "тыльной поверхности". После того как достигнуто соприкосновение образующей поверхности заготовки по всей ширине оправки и, если диаметр образовавшегося конуса в его концевой части больше необходимого, суппорту станка придают поступательное движение параллельно оси вращения в направлении от конца заготовки с таким расчетом, чтобы последующим возвратом (возвратами) к концу заготовки выйти на требуемый диаметр. При этом учитывают, что одновременно с формовкой поверхности происходит и вытяжка (удлинение) заготовки. Если необходима высокая точность и чистота поверхностей изделия, то формовку дополняют обработкой резцами, развертками и т.п. При этом потери металла не превышают в %: 5÷10.

Описанный способ формовки был применен при изготовлении водоструйного вакуумного насоса с предельным разряжением не хуже 4·10³ Па. Границей применения рассматриваемого способа является возможность формовки конуса без разрушения заготовки из-за хрупкости материала, малой толщины стенок изделия, недостаточной его теплопроводности или экономическая целесообразность.

Вывод: изобретение позволяет осуществить способ формовки полого конуса из металлической трубчатой заготовки на токарном станке наличным инструментом, меньшим числом операций, с меньшими затратами времени на их выполнение, с малыми потерями металла и расширяет арсенал способов изготовления изделий с регулярной поверхностью.

Способ формовки полого конуса из трубчатой металлической заготовки, отличающийся тем, что трубчатую металлическую заготовку нагревают до пластического состояния действием оправки на ее наружную поверхность при быстром вращении заготовки с одновременным изменением формы давлением оправки на ту же поверхность, при этом в качестве оправки используют плоскую тыльную часть проходного резца, которую располагают под углом к оси вращения заготовки, равным углу между образующей получаемого конуса и осью вращения заготовки.