СТАН ДЛЯ РАСКАТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Предложение относится к устройствам обработки металлов давлением с целью получения деталей - типа тел вращения из жаропрочных сплавов и сталей.
Известен стан для раскатки деталей - типа тел вращения, содержащий каретки продольного перемещения раскатных головок, раскатные головки с установленными в них раскатными роликами, исполнительные механизмы вращения и перемещения раскатных роликов, средства фиксации и вращения в рабочем положении заготовки детали с центральным сквозным отверстием, средства нагрева заготовки, включая лазерные установки для подогрева раскатных роликов, контрольно-измерительную аппаратуру.
(Патент РФ 146549, B21H 1/100, 2014 г.)
Раскатываемый диск, устройство его фиксации размещаются в камере нагрева и выдерживаются до достижения температуры пластичности. Раскатные головки находятся вне камеры нагрева. Раскатка диска производится вне камеры нагрева после ее смещения для создания зазора, необходимого для введения роликов в зону деформации заготовки. Рабочая поверхность раскатных роликов перед началом раскатки подогревается. Зона деформации материала в процессе раскатки подогревается с помощью лазерных установок. Механизмы перемещения роликов имеют устройство реверса для обеспечения возврата роликов в исходное положение после раскатки.
Данное устройство позволяет раскатывать только диски с центральным сквозным отверстием и не может быть использовано для раскатки полых валов или ступиц, то есть валов с диском на одном из торцов.
Техническим результатом предложения является создание универсального стана для раскатки различных деталей - типа тел вращения с центральным сквозным отверстием: ступиц, полых валов, дисков.
Для этого стан для раскатки деталей - типа тел вращения, содержащий каретки продольного перемещения раскатных головок, раскатные головки с установленными в них раскатными роликами, исполнительные механизмы вращения и перемещения раскатных роликов, средства фиксации и вращения в рабочем положении заготовки детали с центральным сквозным отверстием, средства нагрева заготовки, включая лазерные установки для подогрева раскатных роликов, контрольно-измерительную аппаратуру, оснащен каретками поперечного перемещения раскатных роликов, смонтированными на каретках продольного перемещения раскатных роликов, средства нагрева заготовки выполнены в виде электронагревательных печей, одна из которых, выполненная в виде цилиндра, предназначена для нагрева длинномерной цилиндрической поверхности заготовки и установлена по отношению к ней коаксиально с возможностью перемещения вдоль ее образующей синхронно с раскатными роликами, а другая - торцевая, предназначена для нагрева заготовки со стороны ее торца, средства фиксации и вращения заготовки в рабочем положении, которые включают торцевую опору, обжимающую торец заготовки, и оправу, зафиксированную в центральном сквозном отверстии заготовки, кинематически соединенных с двигателями вращения, с возможностью синхронизации их скоростей, контрольно-измерительная аппаратура включает блок управления, датчики для измерения скорости вращения заготовки и усилий раскатки, контрольную камеру с оптической системой, включающей неподвижную штриховую миру, для измерения скорости перемещения раскатных роликов, тепловизионную камеру с оптической системой, включающей калибровочное абсолютно-черное тело известной температуры, для контроля температуры раскатки, с возможностью передачи сигналов от датчиков, контрольной и тепловизионной камер в блок управления, а от него на исполнительные механизмы вращения и перемещения раскатных роликов.
Возможность изготовления различных по форме деталей - типа тел вращения: от валов до дисков, обеспечивается тем, что стан содержит направляющие перемещения кареток с раскатывающими роликами, расположенные под 90°. Раскатка тела вала производится при перемещении каретки с раскатными роликами вдоль оси заготовки вала, раскатка дисков обеспечивается перемещением кареток с роликами в поперечном направлении. Также универсальность стана достигается за счет возможности использования электронагревательных печей различной конфигурации для подогрева вместе или в отдельности заготовок дисков, валов, торцов валов, в том числе в виде дисков. При этом, используется единый механизм фиксации и вращения заготовок и единая контрольно-измерительная система управления процессом раскатки.
На фиг. 1 представлены основные узлы стана для раскатки заготовки ступицы, состоящей из вала и диска на его торце.
На фиг. 2 - схема размещения контрольно-измерительной аппаратуры.
На фиг. 3 - узлы стана для раскатки вала.
На фиг. 4 - узлы стана для раскатки диска.
Стан для раскатки заготовки ступицы (фиг. 1), содержит каретки продольного перемещения 1, 2, на которых смонтированы каретки поперечного перемещения 3, 4 раскатных головок 5, 6 с установленными в них раскатными роликами 7, 8, исполнительные механизмы вращения роликов, которые включают двигатели вращения 9, 10, винтовые пары 11, 12, приводимые во вращение двигателями 13, 14 для продольного перемещения раскатных роликов, винтовые пары 15, 16, приводимые во вращение двигателями 17, 18 для поперечного перемещения раскатных роликов, средства фиксации и вращения заготовки 19 в рабочем положении, которые включают торцевую опору 20 обжимающую диск с помощью зажима на шпинделе 21, кинематически соединенного с двигателем вращения 22, и оправу 23, установленную в полости заготовки и зафиксированную в рабочем положении с помощью гидроцилиндра 24 упором 25, который кинематически соединен с двигателем вращения 26 через редуктор 27, лазерные установки для подогрева роликов (фиг. 2), состоящие из оптических систем 28, 29 и силовых лазеров 30, 31, средства бесконтактного нагрева заготовки выполнены в виде торцевой электронагревательной печи 32 для нагрева торцевой части заготовки, выполненной в виде диска и цилиндрической электронагревательной печи 33 для нагрева цилиндрической части заготовки - вала, установленной коаксиально раскатываемому валу с возможностью перемещения вдоль вала синхронно с раскатными роликами и изолированной от окружающей среды теплоизоляционным кожухом 34 и от упора теплоизоляционной втулкой 35, контрольно-измерительную аппаратуру (фиг. 2), которая включает тепловизионную камеру 36 дополненную оптической системой 37 для регистрации распределения температуры в зоне раскатки через полупрозрачное зеркало 38 и опорное абсолютно-черное тело 39 известной температуры для калибровки тепловизионной камеры через оптическую систему 40, контрольную камеру 41 для измерения скорости перемещения раскатных роликов и глубины их внедрения тело заготовки дополненную оптической системой 42, неподвижной штриховой мирой 43 и светодиодом 44 для ее освещения, при этом зона раскатки подсвечивается узкоспектральным источником света, состоящим из осветителя на светодиоде 45 и оптической системы 46, с возможностью передачи сигналов от датчиков: энкодера для измерения скорости вращения заготовки и тензометрических датчиков для измерения усилий раскатки (на чертежах не показаны), контрольной и тепловизионной камер в систему управления 47 процессом раскатки, а от него на исполнительные механизмы вращения и перемещения раскатных роликов.
Устройство работает следующим образом
Раскатные головки 5, 6 монтируют на каретках поперечного перемещения 3, 4, которые в свою очередь, монтируют на каретках продольного перемещения 1, 2. Раскатные головки могут устанавливаться под углами к оси заготовки от 90° (вертикальное положение) до 15-20°. В раскатных головках устанавливают раскатные ролики 7, 8. В центральное отверстие заготовки 19 ступицы вставляют оправку 23. Заготовку крепят специальным устройством, состоящим из торцевой опоры 20, которую зажимают шпинделем 21, кинематически соединенным с двигателем вращения 22 шпинделя. С противоположной стороны на оправку надевают упор 25. Далее устанавливают средства нагрева заготовки: с одной стороны - торцевую электронагревательную печь 32 для нагрева диска ступицы, а с другой - для нагрева вала ступицы цилиндрическую электронагревательную печь 33, которую в теплоизоляционном кожухе 34, устанавливают коаксиально раскатываемому валу с помощью, одеваемой на упор, втулки 35 из теплоизоляционного материала. Затем упор прижимают к заготовке, с помощью гидроцилиндра 24, который кинематически соединен с двигателем вращения 26 через редуктор 27 для синхронизации с двигателем вращения шпинделя. Печь для электронагрева вала перемещают до касания с поверхностью дискового элемента заготовки, после чего включается электронагрев и вращение заготовки, при этом скорость вращения упора строго синхронизирована со скоростью вращения шпинделя. При регистрации заданной температуры раскатки на поверхности вала, ролики приводятся во вращение с заданной скоростью двигателями 9, 10. Подогрев раскатных роликов осуществляют с помощью, перемещающихся синхронно с перемещением кареток, лазерных установок, состоящих из оптических систем 28, 29 и силовых лазеров 30, 31. По достижении температуры поверхности роликов близкой к температуре раскатки печь сдвигается на величину, необходимую для введения роликов до касания с валом заготовки. Для этого включаются двигатели 17, 18, приводящие во вращение винтовые пары 15, 16 для перемещения раскатных головок с раскатными роликами в сторону цилиндрической части заготовки до внедрения роликов в тело заготовки на заданную глубину. Затем включаются двигатели 13, 14, приводящие во вращение винтовые пары 11, 12, кинематически соединенные с каретками 3, 4 поперечного перемещения, осуществляется их перемещение по кареткам 1, 2 продольного перемещения раскатных роликов и производится раскатка вала. После завершения раскатки вала поперечные каретки с раскатными головками возвращаются в исходное положение.
Для раскатки диска цилиндрическую электронагревательную печь отключают, а вращение заготовки совмещают с нагревом диска путем включения торцевой электронагревательной печи. При регистрации заданной температуры раскатки на поверхности диска, ролики приводятся во вращение с заданной скоростью и начинается их подогрев лазерными установками. По достижении температуры поверхности роликов близкой к температуре раскатки включаются двигатели 13, 14, приводящие во вращение винтовые пары 11, 12, кинематически соединенные с каретками поперечного перемещения раскатных головок, и ролики внедряются на заданную глубину в тело заготовки. Затем включаются двигатели 17, 18, приводящие во вращение винтовые пары 15, 16, раскатные головки с раскатными роликами перемещаются в поперечном направлении и производится раскатка диска. После завершения раскатки диска каретки с раскатными головками возвращаются в исходное положение и готовое изделие после охлаждения снимается со стана.
Регистрация распределения температуры в зоне раскатки обеспечивается тепловизионной камерой 36 (фиг. 2) с оптической системой 37. Распределение температуры визуализируется через полупрозрачное зеркало 38. Абсолютные величины температуры устанавливаются с помощью введения в поле зрения камеры излучения абсолютно черного тела 39 через оптическую систему 40.
Глубина внедрения раскатного ролика в тело заготовки определяется с помощью контрольной камеры 41 и оптической системы 42. Зона раскатки наблюдается через полупрозрачное зеркало. Для исключения влияния собственного свечения нагретой заготовки и рассеянного света в помещении размещения стана зона раскатки подсвечивается узкоспектральным источником света, состоящим из осветителя на светодиоде 45 и оптической системы 46. Для регистрации глубины внедрения ролика перед началом раскатки ролик вводится в соприкосновение с раскатываемой заготовкой и его положение фиксируется камерой. При внедрении в тело заготовки смещение ролика по отношению к исходному положению дает точное представление о глубине его внедрения.
Для регистрации скорости перемещения раскатного ролика предусмотрено наблюдение неподвижно расположенной штриховой миры 43, которая освещается светодиодом 44 с длиной волны излучения, соответствующей длине волны излучения светодиода подсветки. На матрице контрольной камеры формируется изображение штриховой миры. При раскатке камера перемещается, а мира остается неподвижной, что обеспечивает точное измерение расстояния, которое проходят раскатные ролики в процессе раскатки. По измеренному расстоянию вычисляется скорость раскатки. Тензометрическими датчиками, установленными на раскатных головках и энкодером (на чертежах не показаны), контролируются скорость вращения заготовки и усилия раскатки, соответственно. Сигналы от датчиков, контрольной и тепловизионной камер подаются в систему управления 47 и служат контроля за режимом и геометрией раскатки путем коррекции работы исполнительных механизмов вращения и перемещения раскатных роликов в соответствии с установленной программой.
При раскатке полого вала (фиг. 3) в заготовку 19 вставляют оправку 23. Заготовку крепят специальным устройством, состоящим из торцевой опоры 20, которая в данном варианте исполнения устройства обжимает непосредственно торец вала. Опору зажимают шпинделем 21, кинематически соединенным с двигателем вращения 22 шпинделя. С противоположной стороны на оправку надевают упор 25. Затем упор прижимают к заготовке, с помощью гидроцилиндра 24, который кинематически соединен с двигателем вращения 26 через редуктор 27 для синхронизации с двигателем вращения шпинделя. Далее устанавливают и включают цилиндрическую электронагревательную печь 33 для вала. Торцевую электронагревательную печь 32 включают только в случае возникновения такой технологической необходимости. Процесс раскатки вала ведут таким же образом и в той же последовательности, как и для раскатки вала ступицы.
При раскатке заготовки в виде диска с центральным отверстием (фиг. 4) оправку 23 вставляют в центральное отверстие заготовки 19. Заготовку крепят специальным устройством, состоящим из торцевой опоры 20, которую зажимают шпинделем 21, кинематически соединенным с двигателем вращения 22 шпинделя. С противоположной стороны на оправку надевают упор 25. Затем упор прижимают к заготовке, с помощью гидроцилиндра 24, который кинематически соединен с двигателем вращения 26 через редуктор 27 для синхронизации с двигателем вращения шпинделя. Далее устанавливают и включают торцевую электронагревательную печь 32. Включение цилиндрической электронагревательной печи 33 не требуется. Процесс раскатки диска ведут таким же образом и в той же последовательности, как и для раскатки диска ступицы.
Конструкция предложенного стана позволяет с использование одних и тех же элементов устройства изготавливать детали - типа тел вращения из жаропрочных сплавов различных типо-размеров, включая полые валы, диски и ступицы с высокой точностью геометрии раскатки.