Способ ротационного выглаживания заготовок блоком роликов с планетарным движением

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам и устройствам для ротационной вытяжки. Обрабатываемой заготовке сообщают вращательное движение, а инструменту - продольную и поперечную подачи. При этом используют инструмент, состоящий из двух давильных роликов, посаженных на центральный вал, разделенных между собой дистанционным кольцом и имеющих профиль, состоящий из трех участков - заходного, обжимного, проглаживающего и калибрующего пояска. Причем заходный участок выполнен на одном ролике, периферийная поверхность которого изготовлена игольчатой из пучков ворса из металлической проволоки с определенным передним углом. Ролик установлен на центральном валу жестко и имеет принудительное вращение от второго ролика за счет планетарной зубчатой передачи, состоящей из охватывающего колеса с внутренним зубчатым венцом, принадлежащим второму ролику, свободно посаженному на подшипники на центральном валу, сателлита, входящего в зацепление с охватывающим колесом, посаженным на свободно вращающуюся ось, установленную на подшипниках на оправке, и центрального колеса, жестко посаженного на вышеупомянутый центральный вал, который свободно вращается на подшипниках на оправке. При этом направление вращения роликов противоположное. А на втором ролике выполнены: обжимной участок под определенным углом, калибрующий поясок и проглаживающий участок в виде кольца из полимерного материала, установленного с помощью шайбы и винтов. Расширяются технологические возможности, повышается качество и производительность. 5 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам и устройствам для ротационного выглаживания и давильной обработки.

Известен способ давильной обработки давильными роликами, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса округления и ширины пояска [1]. Однако недостатком известных давильных роликов является 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 способа является 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.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение качества и производительности при обработке, улучшение условий деформирования и течения металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, снижение вероятности образования наплывов перед инструментом особенно при обработке тонкостенных заготовок из прочных материалов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом ротационного выглаживания заготовок блоком роликов с планетарным движением, включающим сообщение принудительного вращательного движения обрабатываемой заготовке и продольной, и поперечной подачи блоку роликов, выполненному в виде посаженных на центральный вал и разделенных между собой дистанционным кольцом двух роликов, один из которых имеет заходный участок с игольчатой периферийной поверхностью из пучков ворса из металлической проволоки с передним углом φ₁=20°…30°, жестко установлен на центральном валу с возможностью принудительного вращения от второго ролика посредством планетарной зубчатой передачи, состоящей из принадлежащего второму ролику охватывающего колеса с внутренним зубчатым венцом, свободно посаженного на подшипники на центральном валу, сателлита, входящего в зацепление с охватывающим колесом, посаженным на свободно вращающуюся ось, установленную на подшипниках на оправке, и центрального колеса, жестко посаженного на вышеупомянутый центральный вал, имеющий возможность свободного вращения на подшипниках на оправке, при этом ролики имеют возможность вращения в противоположном направлении, а второй ролик имеет обжимной участок под углом φ₂=30°…40°, калибрующий поясок и проглаживающий участок в виде кольца из полимерного материала, установленного с помощью шайбы и винтов.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами.

На фиг.1 показан блок давильных роликов для ротационного выглаживания и другой давильной обработки как тонкостенных, так и толстостенных деталей, продольный разрез; на фиг.2 - общий вид по А на передний торец на фиг.1; на фиг.3 - общий вид сбоку; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - элемент В на фиг.3, продольный разрез.

Предлагаемый способ реализуется инструментальным блоком, который состоит из двух роликов 1 и 2, посаженных на один центральный вал, и служит для улучшения условий деформирования заготовок. Заготовке, например, надетой на оправку (не показана), сообщают вращательное движение V_П, при этом давильный ролик 2 получает вращение V_П от заготовки за счет сил трения. Кроме того, блоку сообщают продольную S_ПР подачу.

Производительность ротационного выглаживания, а также качество поверхностей деталей в значительной мере зависят от формы и геометрических параметров давильных роликов.

Инструментальный блок состоит из двух роликов 1 и 2, посаженных на один центральный вал 3, при этом ролики разделены между собой дистанционным кольцом 4.

Блок имеет сложный профиль и состоит из трех участков - заходного 5, обжимного 6, проглаживающего 7 и калибрующего пояска 8.

Заходный участок 5 выполнен на одном ролике 1 посаженным жестко на центральный вал 3 с помощью шпонки 9, закреплен на нем гайкой 10 и имеет принудительное вращение V_П от второго ролика 2 за счет планетарной зубчатой передачи 2-11-12. Периферийная поверхность ролика 1 изготовлена игольчатой из пучков ворса из металлической проволоки с передним углом φ₁=20°…30°.

Планетарная зубчатая передача 2-11-12 состоит из охватывающего колеса с внутренним зубчатым венцом, принадлежащим второму ролику 2, и свободно посаженному на подшипниках 13 на центральном валу 3. В состав планетарной передачи входит шестерня - сателлит 11, находящаяся в зацеплении с охватывающим колесом 2. Сателлит 11 посажен на свободно вращающуюся ось 14, установленную на подшипниках 15, которые установлены в оправке 16. В состав планетарной передачи входит также центральное колесо 12, которое с помощью шпонки 17 жестко установлено на центральном валу 3. Центральное колесо 12 находится в постоянном зацеплении с сателлитом 11. Центральный вал 3 свободно вращается на подшипниках 18, смонтированных в оправке 16.

Таким образом, данная планетарная передача 2-11-12 передает вращательные движения V_П и V_Ц, соответственно, роликам 2 и 1 в противоположных направлениях (см. фиг.4).

На периферийной поверхности второго ролика 2 выполнены: обжимной участок 6 под углом φ₂=30°…40°, калибрующий поясок 8 шириной К и проглаживающий участок 7 в виде кольца из полимерного материала, установленного с помощью шайбы 19 и винтов 20 на торце ролика 2.

Периферийная поверхность заходного участка 5 изготовлена игольчатой из пучков ворса из металлической проволоки с передним углом φ₁=20°…30°. Пучки проволочного ворса на ступице ролика 1 закреплены известными способами и создают благоприятные условия для формообразования, ликвидируя проскальзывание и уменьшая вероятность образования наплывов перед обжимом и проглаживанием. Ролики 1 и 2 вращаются зависимо друг от друга в противоположных направлениях, что дает возможность улучшить условия течения металла и снизить вероятность возникновения задиров на обрабатываемой поверхности.

Встречное движение заходного 5 и обжимного 6 участков способствует уменьшению напряжений в очаге деформации и стабилизирует процесс обкатывания и деформирования. Выбирая соотношения скоростей роликов, устанавливают оптимальное значение, в результате чего создают благоприятные условия для формообразования.

Для эффективной обработки перед работой блок инструментов подают в поперечном направлении до создания натяга в пределах 0,2…0,7 мм.

Передний угол φ₂ является углом входа металла в очаг деформации, и чем меньше он, тем меньше напряжения в очаге деформации, тем стабильнее процесс ротационного выглаживания.

Предлагаемый способ позволяет деформировать, например, трубчатые заготовки на различную длину в любом участке с предварительным внедрением в металл. Обжимная часть 6 ролика 2 имеет угол φ₂=30°…40°, который способствует уменьшению наплыва, а также влияет на устойчивость процесса и распределение усилий между продольной и поперечной составляющими. Меньший угол φ₂ принимают при обработке алюминия, меди и низкоуглеродистой стали, больший угол φ₂ - при обработке высокопрочной стали и титана, так как с увеличением угла φ₂ снижаются усилия деформирования. При φ₂<20° возможность появления наплывов перед роликом увеличивается, что нежелательно.

Между обжимным участком 6, выполненным под углом φ₂ к оси вращения, и проглаживающим участком 7 расположен калибрующий поясок 8, который препятствует появлению наплывов перед роликом 2, что весьма вероятно при обработке толстостенных заготовок. Калибрующий поясок, как правило, принимают шириной К=1,5…3 мм. Так как от ширины пояска зависит продольная подача, определяемая по формуле S_ПР=(0,2…0,3)К, то стремятся увеличить ширину пояска, однако, при более широких поясках К значительно возрастают усилия деформирования и снижается качество обработанной поверхности.

Такое же влияние оказывает радиус рабочей кромки R, который принимаем примерно равным толщине деформируемой заготовки. При подаче, определяемой по формуле S_ПР=(0,2…0,3)К, достигается шероховатость обработанной поверхности от Ra=40 мкм до Ra=1,25 мкм. Радиусы сопряжения пояска К с рабочими гранями принимают в пределах 1…3 мм.

На проглаживающем участке 7 установлен давильный элемент в виде кольца из полимерного материала, например полиуретана марок СКУ 7-100 или СКУ-ИФЛ. Кольцо закреплено с торца второго ролика 2 с помощью шайбы 19 и винтов 20. Этот давильный элемент работает следующим образом. Перед обработкой производят настройку давильного элемента на заданную, в зависимости от обрабатываемого материала, жесткость путем осевого перемещения шайбы 19 винтами 20. Применение на проглаживающем участке полимерного кольца позволяет повысить качество изделия в связи с возможностью регулирования жесткости полимерного давильного материала в зависимости от характеристик обрабатываемого материала [2].

Предлагаемый способ, реализуемый блоком давильных роликов, применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок. 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.

Работу по деформированию ведут с минимальной жесткостью заходной игольчатой частью. В качестве ворса применяют стальную пружинную проволоку, например, диаметром 0,5…1,0 мм из стали 65Г. Используют игольчатую часть с соотношением h/I, где h - длина вылета ворса над ступицей ролика (см. фиг.5); I - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочных элементов, находящихся в пределах 50…100, а коэффициент К_п плотности проволочного ворса в пределах 0,6…0,8; при этом натяг составлял - i=0,2…0,7 мм.

Режимы работы игольчатой части: окружная скорость V_Ц принимается равной скорости заготовки. В результате улучшается шероховатость на один класс, усилие прижатия блока к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200…300 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности игольчатой части.

Для обработки предлагаемым способом необходимо соблюдать условие: p/σ_в=1,5…2,0, где p - давление при деформировании, МПа; σ_в - предел прочности материала обрабатываемой заготовки, МПа.

Выбор соответствующего давления p зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга i.

Так как игольчатый ролик изнашивается по наружному диаметру, то с целью восстановления желательно, чтобы пучки ворса радиально выдвигались и правились шлифованием по наружному диаметру после каждой правки.

Образующийся в результате выглаживания микрорельеф поверхности обусловливается следующими основными факторами: кинематикой процесса, т.е. направлением взаимного перемещения инструмента и обрабатываемой заготовки; исходной шероховатостью; формой и размерами исходной части и выглаживающего инструмента; глубиной внедрения инструмента в обрабатываемую поверхность; величиной подачи; пластическим течением металла, обусловливающим появление вторичной шероховатости; шероховатостью рабочей части инструмента; величиной упругого восстановления поверхности после выглаживания; вибрациями технологической системы станок-приспособление-инструмент-заготовка, а также величиной натяга иглоинструмента.

При выглаживании деталей из стали, латуни и алюминиевых сплавов хорошие результаты дает применение в качестве смазочного материала индустриального масла И-20А или сульфофрезола.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить технологические возможности деформирования и вытяжки благодаря комбинации иглоролика с давильным элементом из полиуретана, повысить качество и производительность обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, а также прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности.

Источники информации

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

2. Авторское свидетельство СССР, №1558534, МКИ B21D 22/16.

Способ ротационного выглаживания заготовок блоком роликов с планетарным движением, включающий сообщение принудительного вращательного движения обрабатываемой заготовке и продольной и поперечной подачи блоку роликов, выполненному в виде посаженных на центральный вал и разделенных между собой дистанционным кольцом двух роликов, один из которых имеет заходный участок с игольчатой периферийной поверхностью из пучков ворса из металлической проволоки с передним углом φ₁=20°…30° и жестко установлен на центральном валу с возможностью принудительного вращения от второго ролика посредством планетарной зубчатой передачи, состоящей из принадлежащего второму ролику охватывающего колеса с внутренним зубчатым венцом, свободно посаженному на подшипники на центральном валу, сателлита, входящего в зацепление с охватывающим колесом, посаженным на свободно вращающуюся ось, установленную на подшипниках на оправке, и центрального колеса, жестко посаженного на вышеупомянутый центральный вал, имеющий возможность свободного вращения на подшипниках на оправке, при этом ролики имеют возможность вращения в противоположном направлении, а второй ролик имеет обжимной участок под углом φ₂=30°…40°, калибрующий поясок и проглаживающий участок в виде кольца из полимерного материала, установленного с помощью шайбы и винтов.