Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля

Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля относится к области обработки металлов давлением. В способе ротационной вытяжки заготовку устанавливают на профильную оправку, воздействуют на заготовку деформирующими роликами. Профиль заготовки формируют с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий. Обеспечивается возможность ротационной вытяжки оболочек сложного профиля, большой длины, с большим перепадом диаметров, при высокой устойчивости процесса деформирования. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению деталей сложного профиля, например различных оболочек из сталей, газовых баллонов, лейнеров, огнетушителей и т.п.

Важнейшей проблемой при производстве деталей сложного профиля, представляющего собой сочетание цилиндрических, конических и криволинейных участков, является принципиальная возможность их получения ротационной вытяжкой с высокой точностью, качеством обрабатываемой поверхности и высокой производительностью.

В настоящее время известно множество способов ротационной вытяжки деталей: однопереходная и многопереходная ротационная вытяжка, ротационный обжим, ротационная протяжка и других, в холодном состоянии и с нагревом.

Например, в книге Н.И.Могильного «Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках»; Москва, Машиностроение, 1983 г. описаны различные способы получения оболочковых деталей ротационной вытяжкой.

Недостатком известных схем применительно к проблеме получения оболочек со сложным профилем является невозможность получения таких деталей по известным схемам из-за сложности их формы.

Наиболее близкий по технической сути и достигаемому техническому результату является «Способ ротационного выдавливания», реализуемый устройством (А.С. №1215798, кл. B21D 22/6, заявка №3777993 от 8.08.84 г. «Открытия, изобретения», №9, 1986 г. ВНИИПИ, стр.32), при котором исходную заготовку устанавливают на профильную оправку, фиксируют со стороны начала обработки, после чего формируют одним роликом цилиндрический участок меньшего диаметра путем утонения стенки и удлинения заготовки, после чего осуществляют деформирование конического участка и затем цилиндрического участка большего диаметра. Весь процесс обеспечивает обработку всей заготовки прямым ротационным выдавливанием.

Данный способ принят авторами за прототип.

Как видно из этого технического решения, процесс формообразования осуществляют на раздвижной оправке, начиная от зафиксированного цилиндрического участка в направлении от меньшего диаметра к большему. В начале формируют роликами цилиндрический участок меньшего диаметра, после чего конический и затем цилиндрический участок большего диаметра. Прямое ротационное выдавливание обеспечивает течение металла в направлении прокатки.

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного способа, принятого авторами за прототип, относится невозможность его применения на раздвижных оправках при изготовлении деталей сложного профиля большой длины с большим перепадом диаметров из-за неустойчивости процесса формообразования.

Таким образом, задачей данного технического решения являлось создание способа обработки заготовок небольшой длины с малым перепадом диаметров прямым ротационным выдавливанием на раздвижной оправке.

Общими признаками с предлагаемым авторами способом является установка исходной заготовки на профильную оправку и воздействие на заготовку деформирующими роликами.

В отличие от прототипа предлагаемый авторами способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля, при котором исходную заготовку устанавливают на профильную оправку и воздействуют на нее деформирующими роликами, отличается тем, что профиль оболочки формируют с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- воздействие на заготовку осуществляют роликами с различным радиусом рабочей поверхности,

- формирование окончательного профиля заготовки выполняют роликом с наименьшим радиусом рабочей поверхности,

- ролики перемещают с радиальным смещением на величину, которую устанавливают по зависимости:

где

Δt - величина радиального смещения роликов, мм,

k=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства стали,

ΔD - величина изменения диаметра, мм,

R - радиус рабочего профиля ролика, мм,

t - толщина стенки заготовки, мм

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности ротационной вытяжки оболочек сложного профиля с высокой устойчивостью процесса формообразования.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе, включающем установку заготовки на профильную оправку и воздействие на заготовку деформирующими роликами, особенность заключается в том, что профиль заготовки формируют с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий.

Новая совокупность операций, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет разделения деформации между роликами на несколько очагов путем радиального смещения роликов при равенстве радиальных усилий повысить устойчивость процесса формообразования, повысить степень деформации и снизить количество переходов.

Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:

- воздействия на заготовку роликами с различным радиусом рабочей поверхности разделить очаги деформации между роликами в осевом направлении и обеспечить возможность формообразования оболочек большой длины,

- формирования окончательного профиля заготовки роликом с наименьшим радиусом рабочей поверхности обеспечить необходимые размеры оболочки при устойчивости процесса формообразования,

- радиального смещения роликов на величину

где

Δt - величина радиального смещения роликов, мм,

k=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства стали,

ΔD - величина изменения диаметра, мм,

R - радиус рабочего профиля ролика, мм,

t - толщина стенки заготовки, мм,

обеспечить возможность получения оболочек с большим перепадом диаметров начала и конца профиля при устойчивом процессе формообразования.

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно, можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения заключается в том, что в способе ротационной вытяжки оболочек сложного профиля, при котором исходную заготовку устанавливают на профильную оправку и воздействуют на заготовку деформирующими роликами, в отличие от прототипа согласно изобретению профиль оболочки формируют с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий.

В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:

- воздействие на заготовку осуществляют роликами с различным радиусом рабочей поверхности,

- формирование окончательного профиля заготовки выполняют роликом с наименьшим радиусом рабочей поверхности,

- ролики перемещают с радиальным смещением на величину, которую устанавливают по зависимости:

где

Δt - величина радиального смещения роликов, мм,

k=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства стали,

ΔD - величина изменения диаметра, мм,

R - радиус рабочего профиля ролика, мм,

t - толщина стенки заготовки, мм

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена заготовка в процессе формообразования роликами 1, 2, 3 с различными радиусами рабочей поверхности R₁, R₂ и R₃ (мм).

Ролики 1, 2, 3 перемещают по различным траекториям 1', 2', 3'.

Формирование окончательного профиля заготовки выполняют по траектории 3' роликом 3 с наименьшим радиусом рабочей поверхности R₃ (мм).

Ролики перемещают при вращении заготовки со скоростью вращения S (об/мин) с подачей F (мм/мин) с величиной радиального смещения Δt_1,2 (мм) и Δt_2,3 (мм).

На фиг.2 изображены очаги деформации 1" 2" и 3" роликов 1, 2 и 3 с длинами L₁, L₂ и L₃ (мм) и осевым смещением а_1,2 (мм), а_2,3 (мм).

Ролики 1, 2 и 3 на фиг.1 и очаги деформации на фиг.2 условно совмещены.

Вышеописанный способ ротационной вытяжки осуществляется следующим образом.

Исходную заготовку 4 (см. фиг.1), изготовленную из трубы путем резки ее на мерные заготовки и механической обработки, устанавливают на оправку 5, закрепленную на шпинделе давильного станка.

Затем заготовку фиксируют в зажимном устройстве на шпинделе станка.

Задают вращение шпинделя S с оправкой 5 и заготовкой 4, раскрутку роликов 1, 2, 3, осевое перемещение суппорта F с роликами и радиальное перемещение роликов.

За один или несколько проходов деформирующих роликов формируют профиль оболочки.

Пример

Заготовку из трубы ⊘ 200 мм, толщиной стенки 10 мм из стали 35 после механической обработки устанавливают на профильную оправку, фиксируют зажимным устройством и формируют за 4 прохода профиль оболочки.

В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, формирование профиля оболочки на каждом переходе осуществляют роликами 1, 2 и 3 (см. фиг.1) с различным радиусом рабочего профиля R₁=140 мм, R₂=90 мм, R₃=10 мм, что создает эффект осевого смещения роликов между собой.

Радиальное смещение роликов Δt (мм) из условия равенства радиальных усилий, выраженного в равенстве площадей очагов деформации 1" 2" и 3", устанавливают величиной, определяемой по зависимости:

где

k=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства стали, определенный экспериментальным путем.

Таким образом: ΔD₁=20 мм, R₁=140 мм, t=10 мм

при ΔD₂=2,8 мм, R₂=90 мм, t=10 мм

Выполнение способа ротационной вытяжки в соответствии с изобретением обеспечивает возможность изготовления оболочек сложного профиля при высокой устойчивости процесса формообразования, позволяет уменьшить количество проходов ротационной вытяжки и снизить трудоемкость изготовления.

Изобретение может быть использовано при производстве различных оболочек сложного профиля из сталей большой длины с большим перепадом диаметров.

Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов деталей, изготовленных по данному способу.

В настоящее время разработана техническая документация, проведены испытания, намечено серийное производство продукции по предложенному способу.

1. Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля, при котором исходную заготовку устанавливают на профильную оправку и воздействуют на заготовку деформирующими роликами, отличающийся тем, что профиль заготовки формируют с разделением деформации между роликами на несколько очагов путем их радиального смещения при равенстве радиальных усилий.

2. Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля по п.1, отличающийся тем, что воздействие на заготовку осуществляют роликами с различным радиусом рабочей поверхности.

3. Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля п.1, отличающийся тем, что формирование окончательного профиля заготовки выполняют роликом с наименьшим радиусом рабочей поверхности.

4. Способ ротационной вытяжки оболочек сложного профиля по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ролики перемещают с радиальным смещением на величину, которую устанавливают по зависимости

где Δt - величина радиального смещения роликов, мм;

k=1 - коэффициент, учитывающий механические свойства стали;

ΔD - величина изменения диаметра, мм;

R - радиус рабочего профиля ролика, мм;

t - толщина стенки заготовки, мм.