Устройство для обжима инструмента



Устройство для обжима инструмента
Устройство для обжима инструмента
Устройство для обжима инструмента
Устройство для обжима инструмента
Устройство для обжима инструмента
Устройство для обжима инструмента

 


Владельцы патента RU 2580960:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится в области машиностроения и может быть использовано для холодной высадки изделий. Устройство содержит смонтированные в корпусе инструмент для холодной высадки, обжимной элемент и пуансон. Инструмент для холодной высадки установлен с опорой на втулку, упорную втулку и опорную гайку. Обжимной элемент выполнен в виде наружного кольца, кольца с прорезями, образующими элементы, связанные с наружным кольцом посредством упругих лепестков, и гайки. Лепестки расположены под углом 5-40° к наружному кольцу. Гайка при ее ввинчивании перемещает наружное кольцо обжимного элемента и создает через упругие лепестки и элементы разрезного кольца силу, которая обеспечивает напряжения сжатия на наружной поверхности инструмента. В результате обеспечивается компенсация тангенциальных растягивающих сил в инструменте, что позволяет повысить его надежность. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при выполнении операции сборки холодновысадочного инструмента, взамен горячей или холодной запрессовки.

Известно [Хомяк Б.С. Твердосплавной инструмент для холодной высадки и выдавливания. М.: Машиностроение, 1972, с. 48], что величина натяга, например, для инструмента для холодной высадки и выдавливания, зависит от величины удельных сил, развивающихся в процессе деформации, распределения напряжений в инструменте и диаметра высаживаемого изделия, характера выполняемого процесса (высадка, выдавливание и т.д.), деформируемого материала, толщины стенок и длины твердосплавной вставки, характера посадки (по конической или цилиндрической поверхности), вида запрессовки (горячую или холодную) и других факторов.

Многофакторная зависимость натяга от эксплуатационных и конструктивных параметров установки не позволяют точно предопределить величину натяга и характер противодействия растягивающим тангенциальным напряжениям в инструменте, что в конечном итоге приводит к его разрушению. Кроме того, демонтаж инструмента из бандажа не позволяет производить повторную сборку этих конструктивных элементов.

Известен способ сборки с натягом типа вал-втулка путем нагрева охватывающей детали (Берникер Е.Л. Посадки с натягом в машиностроении. - М-Л.: Машиностроение, 1966, с. 132) и последующей запрессовки вала. Этот способ имеет определенные недостатки, в частности не гарантирована надежность соединения вала с бандажом, сложность сборочных операций и демонтажа конструкции.

Кроме того, известно устройство для закрепления деталей по наружной поверхности (а.с. СССР №582912, кл. В23В 13/00, 1976), в корпусе которого расположен зажимной элемент.

Однако это устройство не обеспечивает равномерный зажим по всей поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для холодной высадки изделий (а.с. №140308, B21J 13/02, 01.01.1961), взятое за прототип, содержащее смонтированные в корпусе инструмент для холодной высадки, обжимной элемент и пуансон.

Недостатком данного аналога является невозможность обеспечения равномерного сжатия по высоте инструмента. Особенно это становится проблематичным при использовании инструмента из твердых сплавов типа ВК10, ВК20, ВК20К.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности обжима инструмента и обеспечения простоты сборки и демонтажа инструмента.

Технический результат - компенсация тангенциальных растягивающих (разрушающих) сил в инструменте.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для холодной высадки изделий, содержащее смонтированные в корпусе инструмент для холодной высадки, обжимной элемент и пуансон, согласно изобретению снабжено втулкой, упорной втулкой и опорной гайкой, с опорой на которые установлен инструмент для холодной высадки, а обжимной элемент выполнен в виде наружного кольца и кольца с прорезями, образующими элементы, связанные с наружным кольцом посредством упругих лепестков, расположенных под углом 5-40° к наружному кольцу, и гайки, установленной с возможностью при ее ввинчивании перемещения наружного кольца обжимного элемента и создания через его упругие лепестки и элементы разрезного кольца силы, обеспечивающей напряжения сжатия на наружной поверхности инструмента для холодной высадки.

Кроме того, согласно изобретению, устройство может быть дополнительно снабжено обжимными элементами в виде наружного кольца и кольца с прорезями, образующими элементы, связанные с наружным кольцом посредством упругих лепестков, расположенных под углом 5-40° к наружному кольцу.

Кроме того, согласно изобретению, обжимные элементы могут быть установлены по вертикальной оси устройства с угловым смещением прорезей разрезных колец относительно друг друга.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема обжима инструмента. На фиг. 2 представлен вид сверху на устройство для обжима инструмента. На фиг. 3 представлено экспериментальное устройство для обжима инструмента. На фиг. 4 представлен разрез экспериментального устройства для обжима инструмента по плоскости А-А. На фиг. 5 представлена область передачи сжимающих напряжений от кольца втулки по а.с. №931305. На фиг. 6 представлено распределение сжимающих напряжений по высоте инструмента от действия обжимного инструмента по предлагаемому изобретению, где по оси ординат представлено значение сжимающих напряжений на инструмент σ ρ с ж , МПа, на оси абсцисс - высота инструмента, мм.

Устройство содержит: инструмент 1, опирающийся на втулку 2, упорную втулку 3, опорную гайку 4, гайку 5 и разрезные кольца 9, с опорой на втулку 10, связанные с наружными кольцами 8 через упругие элементы 11, образующие диски 6. Все элементы вмонтированы в корпус 7. Кроме того, устройство содержит пуансон 12, деформирующий изделие 13 (фиг 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4). Устройство для обжима инструмента по а.с. №931305 включает три области по высоте инструмента: 14 - две области передачи сжимающих напряжений от кольца втулки; 15 - область воздействия сжимающих напряжений от прижимных планок втулки (фиг. 5).

Устройство для обжима инструмента по предлагаемому устройству имеет одну равномерную область распределения сжимающих напряжений 16 по высоте инструмента (фиг. 6).

Устройство для обжима инструмента работает следующим образом: для обеспечения обжима инструмента 1 осуществлялось перемещение наружных колец 8 (фиг. 1) диска 10 (фиг. 3) на величину 2 мм путем наворачивания гайки 5.

Это позволило создать контактное напряжение на наружной поверхности инструмента 1 σ ρ с ж = 2000  МПа . В момент активной деформации контактные нормальные напряжения при выдавливании заготовки σ n к составило 1800 МПа, т.е. снизилась величина тангенциальных растягивающих напряжений σt до 10 МПа, что позволило избежать разрушения инструмента. В период паузы величина напряжений на инструменте 1 от действия зажимного элемента в виде дисков 10 воспринимается металлокерамическим инструментом 1, у которого для ВК8 σ с ж и н = 3000  МПа , ферротикара - 2500 МПа, что значительно выше сжимающих напряжений σ ρ с ж от действия зажимного элемента в виде диска 10 установки.

Схема действующих нормальных контактных напряжений σ n к на инструмент 1 от силы деформации заготовки и напряжение сжатия σ ρ с ж на наружную поверхность инструмента 1, создаваемое силой Q путем перемещения наружных колец 8, через упругие лепестки 9 на разрезные кольца 6 представлено на фиг. 1.

Для демонтажа инструмента 1 (фиг. 3) вывертывалась гайка 5 и ввертывалась опорная гайка 4, что позволило обеспечить перемещение инструмента 1, деталей 2, 3, 7 и обжимного элемента в виде диска 10 относительно корпуса 11. Это позволило извлечь инструмент 1 из устройства.

Реализация предлагаемого устройства проводилось на холодновысадочном инструменте 1 (фиг. 3) из ВК10 с геометрическими размерами: наружным диаметром 33,46 мм, высотой 33,5 мм. Внутренний диаметр корпуса 11 - 82,83 Н8 (+0,054). Четыре наружных кольца 8 (фиг. 1) зажимного элемента имеют размер 5,9×6×82,8, толщина упругих лепестков 9 составляет 2,8 мм, выполненных из стали 65Г на твердость 60-62 HRC, материал корпуса 11 - сталь 40ХН, термически обработанная на твердость 45-48 HRC. Внутренняя поверхность корпуса 11 обработана на чистоту 0,8 мкм. Для реализации данного способа были изготовлены две установки с инструментами из различных материалов: ВК10 и ферротикара ТС30ХН. Наружная поверхность инструмента 1 из твердого сплава ВК10, ферротикара и других материалов, выполненных с чистотой 0,63 мкм.

Испытание проводилось на гидравлическом прессе модели МР500 с максимальной силой 500 КН. Проводилась деформация методом выдавливания заготовки из стали 20Г2Р через очко инструмента 1 диаметром 11 мм, размер заготовки ⌀14 мм, высота 30 мм.

Реализация предлагаемого способа показала, что использование разрезных колец 6, элементы которого связаны упругими лепестками 9, расположенных под углом 5-40° относительно наружного кольца, образуют обжимной элемент в виде несколько соосно расположенных дисков 10, смонтированных по вертикальной оси с угловым смещением относительно друг друга обеспечивают необходимый обжим и эксплуатационную надежность работы инструмента при условии обеспечения соотношения

σ с ж и н σ ρ с ж σ n к  (3000 МПа > 2000 МПа > 1800   М П а )

где σ с ж и н - предел прочности материала инструмента на сжатие;

σ ρ с ж - напряжение контакта, создаваемое внутренним кольцом зажимного элемента;

σ n к - нормальное контактное напряжение от деформации заготовки.

Величину перемещения наружных колец устанавливают в зависимости от конкретной величины σ n к в период активной деформации заготовки и величины σ с ж и н в период разгрузки инструмента. Схема действующих напряжении σ ρ с ж , σ n к и σt (тангенциальное растягивающее напряжение) на инструмент 1 в момент активной деформации заготовки и расположение разрезных колец по вертикальной оси устройства с угловым смещением прорезей колец на 20° относительно друг друга (нижний диск с разрезным кольцом представлен пунктирными линиями) (фиг. 2).

Методом компьютерного моделирования с использованием программы DEFORM 3D был проведен анализ распределения сжимающих напряжений σ ρ с ж по высоте инструмента по двум техническим решениям:

первое - приспособления для закрепления деталей по наружной поверхности [а.с. 931305, B23B 13/00, 1982 г.] (фиг. 5);

второе - по предлагаемому изобретению (фиг. 6).

Из представленных графиков видно, что предлагаемому в изобретении устройству обеспечивается равномерное распределение сжимающего напряжения по всей высоте инструмента.

Надежность процесса соединения инструмента 1 с корпусом 11 (фиг. 3) обеспечивается за счет использования многоярусных зажимных элементов 10, расположенных по высоте инструмента, равномерно компенсирующих величину нормальных контактных напряжении σ n к и тангенциальных растягивающих σt.

При всех вариантах испытуемых материалов инструмента подтвердилась эффективность предлагаемого устройства.

Таким образом, при реализации предлагаемого способа упрощается процесс сборки инструмента, быстрота монтажа инструмента и зажимного элемента - 2 мин, обеспечивается необходимая величина натяга по всей высоте инструмента в пределах 0,05 мм, надежность крепления инструмента, быстрота демонтажа - 0,5 мин, отсутствие трещины на твердосплавных инструментах.

Предлагаемое устройство обеспечивает компенсацию тангенциальных сил в инструменте, что позволяет повысить надежность обжима инструмента, простоту сборки и демонтажа инструмента и может быть осуществлено в условиях холодной пластической деформации.

1. Устройство для холодной высадки изделий, содержащее смонтированные в корпусе инструмент для холодной высадки, обжимной элемент и пуансон, отличающееся тем, что оно снабжено втулкой, упорной втулкой и опорной гайкой, с опорой на которые установлен инструмент для холодной высадки, а обжимной элемент выполнен в виде наружного кольца и кольца с прорезями, образующими элементы, связанные с наружным кольцом посредством упругих лепестков, расположенных под углом 5-40° к наружному кольцу, и гайки, установленной с возможностью при ее ввинчивании перемещения наружного кольца обжимного элемента и создания через упругие лепестки и элементы кольца с прорезями силы, обеспечивающей напряжения сжатия на наружной поверхности инструмента для холодной высадки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено обжимными элементами в виде наружного кольца и кольца с прорезями, образующими элементы, связанные с наружным кольцом посредством упругих лепестков, расположенных под углом 5-40° к наружному кольцу.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что обжимные элементы установлены по вертикальной оси устройства с угловым смещением прорезей колец относительно друг друга.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей сложного профиля. Матрица для высадки содержит вставку и бандажное кольцо.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в трубном производстве при изготовлении труб нефтяного сортамента с утолщенными концами.

Изобретение относится к технологическому оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при деформировании концевых участков криволинейных труб.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубному производству. Осуществляют деформирование нагретого конца бурильной трубы на прессе в полости разъемной матрицы посредством перемещаемого пуансона за четыре последовательных операции высадки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица содержит корпус, в который запрессована промежуточная втулка.

Изобретение относится к области обработки давлением заготовок в виде прутков прямоугольного или круглого сечения и может быть использовано при изготовлении петель железнодорожных вагонов и других деталей типа стержней с утолщением на торце, несоосным по отношению к стержню.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении многогранных деталей типа гаек. Матрица для высадки этих изделий содержит корпус, в который запрессованы последовательно расположенные коническая вставка с многогранным отверстием и коническая вставка с местом для формирования фаски на торце гайки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения утолщений различной конфигурации, толщины и диаметра на стержневых заготовках в виде прутка на кривошипных прессах.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к трубному производству, и может быть использовано при производстве нефте- и газопромысловых труб с высаженными концами из различных металлов и сплавов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в автомобильной отрасли для крепления оси в звеньях различных дверных петель автомобиля.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полых деталей типа чаш и стаканов.

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано в заготовительном производстве при подготовке металла к последующим операциям обработки давлением или к механической обработке.

Изобретение относится к области металлургического машиностроения и может быть использовано в производстве тиксоформованием деталей ответственного назначения, например поршней дизельных двигателей.

Изобретение относится к области металлургического машиностроения и может быть использовано при производстве поршней дизельных двигателей. В исходном состоянии пуансон 4 штампа для штамповки крупногабаритных поршней отведен цилиндром 6 по направляющим 5 в крайнее положение.

Изобретение относится к технологической оснастке для ковки слитков и заготовок из различных сталей и сплавов на ковочных прессах. Ковочное устройство содержит четыре бойка, установленные на держателях верхнего и нижнего бойков и на держателях боковых бойков.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей сложного профиля. Матрица для высадки содержит вставку и бандажное кольцо.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке поковок типа крестовин. На верхней плите штампа установлен пуансон.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при прошивке заготовок в контейнере на прессах. Пуансон для прошивки выполнен в виде тела вращения с двумя отверстиями.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для ковки слитков и заготовок из различных сталей и сплавов. Бойки четырехбойкового ковочного устройства прикреплены к соответствующим держателям бойков с помощью прижимов.

Изобретения относятся к обработке давлением и могут быть использованы при изготовлении ребристых панелей, предназначенных для корпусов отсеков, перегородок, крыльев и других частей авиационно-космических летательных аппаратов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к открытой объемной штамповке поковок типа колец осадкой в торец. Штамп содержит верхнюю и нижнюю половины с гравюрами, образующими ручей, магазин и облойный мостик. Мостик образован сопряжением примыкающего к ручью участка с выходящим за торец поковки участком, образованным выступом на одной половине штампа и проточкой на другой его половине. Сопряжение выступа с примыкающим к ручью участком облойного мостика выполнено со скруглением. Центры окружностей выступа и проточки с радиусами R1 и R2 расположены не выше линии, параллельной основанию выступа и проходящей через центр скругления. Центр окружности проточки с радиусом R2 смещен относительно центра окружности выступа с радиусом R1 в сторону от ручья на величину, которая не превышает h/2, где h - расчетная высота облоя на облойном мостике. Выступ и проточка образуют расширяющийся участок облойного мостика. В результате обеспечивается уменьшение усилия штамповки и снижение расхода металла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх