Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей



Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей
Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей
Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей

 


Владельцы патента RU 2478452:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении роликов приводных цепей, применяемых в металлургии, конвейерных устройствах и других высокоэнергетических передачах движения. Отрезанную от прутка заготовку после термообработки и смазывания деформируют комбинированным выдавливанием двумя пуансонами в матрице. В результате получают полый цилиндр с перемычкой. Один пуансон имеет плоский рабочий торец для создания плоской поверхности перемычки. Второй пуансон имеет плоскоконусный рабочий торец для создания на другой поверхности перемычки выемки в виде усеченного конуса. Перемычку удаляют вырубкой. На внутренней стенке цилиндра оставляют конический выступ, который вдавливают в стенку при дальнейшей калибровке ролика. Объем выступа превышает объем образующихся дефектов в виде вырыва после вырубки перемычки и в виде утяжины на наружной поверхности полуфабриката. В результате обеспечивается компенсация дефектов комбинированного выдавливания и последующей вырубки перемычки без снижения коэффициента использования металла, что приводит к повышению качества полученных изделий и производительности их изготовления. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к отрасли технологии машиностроения, в частности к области обработки металлов давлением, и может быть использовано для повышения надежности работы приводных цепей, используемых в металлургии, конвейерных устройствах и других высокоэнергетических передачах движения.

Ролики для тяжелонагруженных приводных цепей представляют собой длинноосные втулки из стали 20Г, которые штамповкой получать трудно и часто производственники их изготавливают обработкой резанием, из-за чего почти 50% металла приходится отправлять в стружку. При этом производительность становится низкой, а трудозатраты большими (примером такого производства является Тульский завод цепей, сайт http://www.tzc.ru).

Известен способ, когда заготовку отрезают от прутка, термообрабатывают, смазывают и выдавливают обратным способом деталь в виде стакана с дном, которое затем вырубают (Филимонов Ю.Ф., Позняк Л.А. Штамповка прессованием. М.: Машиностроение, 1964, 157, фиг.113). Однако ролики таким способом получают мелкие, не более 1,5-1,8 внутреннего диаметра по высоте, что используется в цепях для мелкого транспорта (велосипед, мопед, мотоцикл). Выдавливание длинноосных роликов таким способом приводит к быстрой поломке инструмента.

Известен также способ, взятый нами за прототип, с использованием комбинированного выдавливания из сплошной заготовки (Филимонов Ю.Ф., Позняк Л.А. Штамповка прессованием. М.: Машиностроение, 1964, 161, фиг.118) полого цилиндра с перемычкой внутри с коническими поверхностями, что повышает стойкость инструмента. Эту перемычку удаляют сверлением, оставляя внутренний выступ, который затем снимают механическим путем (точение, шлифование, калибровка) внутренней полости. Недостатком такого способа является повышенная трудоемкость изготовления ролика на окончательной стадии его изготовления.

При вырубке перемычки (как в первом аналоге) снижается качество ролика из-за вырывов металла на его внутренней поверхности. При уменьшении толщины перемычки, чтобы снизить объем вырывов металла, на внешней поверхности втулки возникают кольцевые утяжины, которые при разностенности втулки приводят к неравномерным биениям в цепи и ее разрушению. Поэтому технология комбинированного выдавливания с вырубкой перемычки в производстве практически не используется.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества роликов за счет компенсации дефектов комбинированного выдавливания и последующей вырубки перемычки без снижения коэффициента использования металла и производительности труда.

Выполнение задачи достигается следующим образом.

Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей, заключающийся в том, что заготовку отрезают от прутка, термообрабатывают, смазывают и деформируют ее комбинированным выдавливанием 2-мя пуансонами в матрице, образуя полый цилиндр с перемычкой внутри, удаляют перемычку, заготовку деформируют комбинированным выдавливанием пуансонами, имеющими рабочие торцы у одного плоский, создавая плоскую поверхность перемычки цилиндра, а у другого плоскоконусный, создающего на другой поверхности перемычки выемку в виде усеченного конуса, перемычку удаляют вырубкой, оставляя конический выступ на внутренней стенке цилиндра с последующим вдавливанием его в стенку при дальнейшей калибровке ролика, причем объем выступа должен превышать объем образующихся дефектов в виде вырыва после вырубки перемычки, либо в виде утяжины на наружной поверхности полуфабриката; объем оставшейся после вырубки части перемычки в полуфабрикате должен быть больше объема образующихся дефектов на 3-7%; комбинированное выдавливание ведут с ограничением по высоте стенки полуфабриката в сторону плоской поверхности перемычки с одновременным выравниванием ее по высоте кромки; толщину перемычки в зоне будущего ее среза берут такой, чтобы при вырубке стенка ролика не сминалась; угол скоса конического выступа перемычки берут в диапазоне реального угла трения деформируемого материала.

Для пояснения описываемого объекта на фиг.1 приведен разрез выдавленного полуфабриката с фигурной поверхностью перемычки снизу, на фиг.2 - контур внутренней поверхности полуфабриката после вырубки перед калибровкой, на фиг.3 - схема вырубки перемычки и калибровки выступа.

Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей осуществляется следующим образом.

Главной деталью, определяющей высокую износостойкость тяжелонагруженных приводных цепей, является ролик, к качеству которого предъявляют высокие требования. Его чаще всего изготавливают из легированной стали (20 ХМ). Ввиду большой номенклатуры таких цепей диаметры роликов D меняются от 20 до 44 мм (всего от 8 до 44 мм), а их высоты H от 30 до 80 мм (всего от 3 до 80 мм) в тяжелонагруженных приводных цепях с отношением высоты к наружному диаметру H/D от 1 до 4 (Фиг.1). Применяемый способ в первую очередь пригоден для относительных высот ролика больше 1,5. Если ролики изготавливать из более Прочных сталей или из титановых сплавов, то предельная относительная высота для предлагаемого способа снижается. При использовании твердосплавного инструмента предельная относительная высота ролика повышается.

Пример

Для изготовления ролика (цилиндр 1 на фиг.1) с наружным диаметром D=36 мм, толщиной стенки t=3 мм, высотой H=80 мм из стали 20Х по предлагаемому способу от прутка отрезают сплошную заготовку диаметром D0=35 мм и высотой Н0=38,2 мм, объем которой V0 включает объем вырубаемой перемычки 2 Vпер диаметром d=30 мм и толщиной tп=2 мм. Затем на заготовку воздействуют в следующем порядке: термообрабатывают (отжигают при T=800ºС в течение τ=30 мин), смазывают (травят, фосфатируют, промывают, окунают в мыльную эмульсию и сушат), деформируют пуансонами 3 и 4 в матрице 5 по схеме комбинированного выдавливания, превращая ее в полый цилиндр 1 с перемычкой 2 внутри (толщиной tп будущего среза не больше толщины стенки t, в нашем случае tп=2 мм), на прессе для холодного выдавливания силой P=2,5 МН, затем перемычку 2 вырубают, а цилиндр 1 калибруют по внутренней поверхности, убирая выступ 6, оставшийся после вырубки перемычки 2, а заодно заполняя металлом возможные вырывы по внутренней и утяжины по наружной поверхностям цилиндра 1.

Для осуществления такой технологии необходимо выбрать режимы деформирования и размеры полуфабрикатов. При заданных размерах детали степень деформации в любом направлении будет равна ε=0,69. Удельная сила комбинированного выдавливания в зависимости от условий трения заготовки на контактных границах составляет МПа, т.е. Р=1,3 МН, поэтому и выбран пресс для холодного выдавливания с коэффициентом запаса по силе в Кз≈1,5 раза.

Сила вырубки перемычки, с учетом упрочнения, определяется как Pвыр=πdtnτср=π30*2*508=96 кН.

Чтобы при вырубке перемычки 2 стенка цилиндра 1 не потеряла форму, ее надо проверить на сминаемость вблизи неупрочненной кромки по формуле

Pсм=π(D2-d2)*τs/4=π(362-302)*340/4=106 кН.

Так как Рсм≥Pвыр, то выбранная толщина перемычки 2 в 2 мм вполне допустима.

Высота конического участка hb и угол скоса α (фиг.2) выемки перемычки 2 имеют большое значение для технологии и выбираются из условия, что объем VВ выступа 6 (фиг.1) будет компенсировать дефекты по утяжине 8 шириной hу и вырыва (9 на фиг.3). Угол скоса конического выступа 6 перемычки 2 берем равным α=5º в диапазоне реального угла трения деформируемого материала, т.е. α=4-17º. Высота конического участка принята hb=2 мм.

После вырубки перемычки 2 на внутренней поверхности цилиндра 1 остается кольцевой выступ 6 (фиг.3) треугольного сечения высотой tbp=0,18 мм, тогда объем кольцевого выступа будет равен

Vв=π(d/2-tв/3)hkbtв=π(15-0,18/3)4*0,18=33,79 мм3,

Vу=π(D/2-tу/3)hуtу=π(18-0,09/3)5*0,09=25,4 мм3,

Vbp=π(d/2-tbp/3)hbptbp=(15-0,06/3)3*0,06=8,3 мм3.

Объем кольцевого выступа несколько выше суммы возникших объемов кольцевых вырыва и утяжины.

На фигуре 3 показана схема вырубки перемычки 2 в цилиндре 1 (полуфабрикат перевернут на 180º) и последующей калибровки внутренней поверхности цилиндра 1 с кольцевым выступом 6 одним вырубным пуансоном 10 с вырубной частью 11 и калибрующим пояском 12 в вырубной матрице 13. При этом вдавливаемый металл кольцевого выступа 6 цилиндра 1 заполнит объем утяжины 8 и вырыва 9.

Так как при вырубке перемычки 2 сила реакции R выступа 14 от матрицы 13 давит на кромку цилиндра 1, то ее надо сделать ровной с помощью торцевой калибровки, а это легко осуществить, если при комбинированном выдавливании в одном из направлений в конце процесса поставить ограничение по высоте 7 (фиг.1). Так как вырубка проходит в сторону плоской поверхности перемычки 2, то ограничение 7 ставим с этой же стороны h (фиг.1). А все возможные перекосы тогда пойдут в сторону ее фигурной поверхности h1, что на качество будущего ролика цепи не повлияет.

При выдавливании заготовок из прочных конструкционных сталей или из титановых сплавов заготовку штампуют в полугорячем состоянии, т.е. при температуре, например для стали 40Х или 45, 730-750ºС, что на 30-70ºС меньше температуры рекристаллизации этих сталей. Тогда вся предлагаемая технология настраивается на типовую для полугорячего выдавливания.

Экономический расчет показал, что коэффициент использования металла при комбинированном выдавливании роликов тяжелонагруженных приводных цепей может достичь 94%, что по сравнению с обработкой металлов резанием дает более 40% экономии металла. На миллион изготовленных роликов указанных размеров экономия может составить 42 тонны металла. Учитывая, что 1 тонна стали 20Х или 40Х стоит на рынке порядка 40 тыс. рублей за тонну легко подсчитать: на миллион роликов можно только по металлу сэкономить 1680 тыс. рублей, а подобных роликов цепная промышленность России выпускает несколько миллионов штук.

1. Способ изготовления роликов тяжелонагруженных приводных цепей, включающий отрезку заготовки от прутка, термообработку, смазывание и деформирование ее комбинированным выдавливанием двумя пуансонами в матрице с образованием полого цилиндра с перемычкой внутри, удаление перемычки, отличающийся тем, что заготовку деформируют комбинированным выдавливанием пуансонами, один из которых имеет плоский рабочий торец для создания плоской поверхности перемычки цилиндра, а другой - плоскоконусный рабочий торец для создания на другой поверхности перемычки выемки в виде усеченного конуса, перемычку удаляют вырубкой, при этом оставляют конический выступ на внутренней стенке цилиндра с последующим вдавливанием его в стенку при дальнейшей калибровке ролика, причем объем конического выступа превышает объем образующихся дефектов в виде вырыва после вырубки перемычки и в виде утяжины на наружной поверхности полуфабриката.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем оставшегося после вырубки конического выступа превышает объем образующихся дефектов на 3-7%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что комбинированное выдавливание ведут с ограничением по высоте стенки полуфабриката в сторону плоской поверхности перемычки с одновременным выравниванием ее по высоте кромки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину перемычки в зоне ее среза выбирают из условия исключения сминания стенки ролика при вырубке.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что угол скоса конического выступа перемычки выбирают из диапазона реального угла трения деформируемого материала, который составляет 4-17°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводных втулочно-роликовых цепях машин и механизмов. .

Изобретение относится к сборочным операциям при помощи штамповки, в частности к сборке стержневых элементов с пластинчатыми с заданным натягом. .
Изобретение относится к общему машиностроению, к конструкции цепных передач, и может быть использовано в приводах рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий, а также в других отраслях.

Изобретение относится к производству цепей. .

Изобретение относится к производству цепей. .

Изобретение относится к способу изготовления трубчатых длинных изделий из предварительно снабженного отверстием полого блока, в котором полый блок захватывают с помощью манипулятора блока и переносят в рабочую зону ковочной машины, при этом перед ковкой полого блока в ковочной машине расположенную на штанге оправку вводят в осевом направлении через центральное отверстие в манипуляторе блока и далее во внутреннее отверстие полого блока.

Изобретение относится к способу изготовления боеприпасов, а более конкретно осколочных снарядов, стабилизируемых вращением и имеющих оболочку с насечками в виде спиральных рифлей внутри труб, прессованных через матрицы.

Изобретение относится к технологии изготовления корпусов снарядов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении полых деталей объемной штамповкой. .

Изобретение относится к боеприпасам для стрельбы предпочтительно из морских гранатометных систем. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении нарезных ступенчатых стволов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов для формирования на внутренней поверхности трубчатых заготовок с дном многозаходных спиральных рифлей встречного направления.

Изобретение относится к способам изготовления металлических деталей корпусов осколочных боеприпасов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек кумулятивных снарядов. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оружейных стволов калибра 5,45-30 мм
Наверх