ДАВИЛЬНЫЙ РОЛИК

Полезная модель относится к инструментальной оснастке станков для обработки металлов давлением и может быть использована для оснащения инструментальных блоков действующих и модернизируемых раскатных станов поперечной прокатки для изготовления преимущественно нежестких осесимметричных оболочковых деталей постоянного и переменного сечений, как из листовых заготовок, так и предварительно подготовленных полуфабрикатов (штампованных, кованых, сварно-вальцованных).
Известен выполненный в виде сборного ролика инструмент для поверхностного пластического деформирования тел вращения, состоящий из ступицы с цилиндрической упрочняющей рабочей поверхностью, на которую напрессованы сменные кольца. Рабочая поверхность одного сменного кольца представляет собой сглаживающий конус с углом конусности 2…5°, а другого выполнена как обратный сглаживающий конус с углом конусности 1…30. Для предохранения от проворачивания колец на ступице в конструкции инструмента предусмотрен конический или цилиндрический штифт. Для демонтажа колец со ступицы в каждом из них имеются по два резьбовых отверстия.
(см. патент РФ №2277039, кл. B24B 39/04, 2006 г.).
В результате анализа известного инструмента необходимо отметить, что рабочая поверхность ролика имеет три рабочих поверхности, расположенных последовательно в направлении продольной подачи. Данный инструмент имеет узкий диапазон применения, так как предназначен только для обработки цилиндрических поверхностей заготовок. Использование данного инструмента не позволяет вести обработку деталей на высоких режимах с получением точных геометрических размеров и высокой чистоты обрабатываемых поверхностей, особенно тонкостенных осесимметричных деталей из мягких сплавов, так как сборная конструкция ролика не обеспечивает его достаточную жесткость и увеличивает торцевое биение при обработке заготовки.
1
1
1
0
Известен давильный ролик, сечение которого в плоскости, проходящей через ось вращения, выполнено в виде образующих рабочие поверхности сопряженных конусов с углами φ и φ радиусом сопряжения R, величина угла φ между образующей конической поверхности ролика в плане и осью его вращения выбрана в диапазоне φ=6÷12°, а величина угла φ выбрана из соотношения φ=(0,7÷0,9)φ, а радиус сопряжения выбран соотношения: R=(0,15÷0,3)t,
0
где t - толщина детали, мм.
(см. патент РФ №2212299, кл. B21D 22/14, 2003 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного инструмента (ролика) необходимо отметить, что он характеризуется довольно высокой жесткостью, так как выполнен цельным, за счет выполнения рабочей поверхности в виде нескольких сопрягаемых конических поясков, один их которых является обратным конусом, обеспечивается выглаживание не только цилиндрических, но и сферических поверхностей детали как при прямом, так и обратном направлениях подачи ролика.
Однако в связи с тем, что осуществляющий окончательную обработку радиус сопряжения наклонных рабочих поверхностей ролика весьма мал, то обработку поверхности данным роликом необходимо вести на пониженной подаче, иначе возможно появление следа от ролика на обработанной поверхности в виде спирали, кроме того, при обработке пластичных материалов возможно продавливание поверхности заготовки. Таким образом, известный инструмент эффективен при отделочной обработке выглаживанием жестких заготовок, а при получении раскаткой нежестких тонкостенных объемных изделий не позволяет обеспечить высокие производительность и точность обработки.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции давильного ролика, обеспечивающего изготовление широкого спектра тонкостенных осесимметричных изделий разной формы (сферической, цилиндрической, конической, оживальной) с высокими производительностью и точностью, а также высоким качеством обработанной поверхности.
Решение задачи, с получением указанного выше технического результата обеспечивается тем, что в давильном ролике, выполненным в виде цилиндра с рабочими поверхностями, предназначенными для обработки поверхности заготовки, и осевое отверстие для крепления ролика на инструментальном блоке, новым является то, что рабочие поверхности ролика выполнены в виде цилиндрического пояска, выполненного по краям с округленными участками, имеющими радиусную форму с различными радиусами округления.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 - давильный ролик, осевой разрез;
- на фиг. 2 - схема обработки детали давильным роликом.
Давильный ролик 1 (Фиг. 1) выполнен в виде цилиндра, на образующей которого образована рабочая поверхность, представляющая
1
2
собой выполненные у торцов округленные участки 2 и 3, имеющие радиусную форму с разными радиусами округления (R) и (R), каждый из которых с одной стороны сопряжен с торцевой поверхностью ролика, а с другой - с цилиндрическим пояском 4, являющимся образующей цилиндрической поверхности ролика. Ролик имеет осевое отверстие 5 для установки на ось инструментального блока раскатного стана и кольцевые проточки 6 для крепежного элемента (не показан), обеспечивающего крепление ролика на оси инструментального блока.
Выполнение рабочей поверхности ролика в виде трех плавно сопряженных между собой участков, крайние из которых округлены, позволяет избежать ударных и вибрационных нагрузок, особенно при начале обработки, а также при переходе в процессе обработки от одной обрабатываемой поверхности заготовки к другой. Округленная рабочая поверхность ролика, образованная на его торце, обеспечивает оптимальное пятно контакта ролика с заготовкой в процессе ее обработки, она мало подвержена износу, обеспечивает получение качественной обработанной поверхности и обработку заготовки с высокой производительностью.
Наличие на рабочей поверхности двух округленных участков 2 и 3 разного радиуса, позволяет посредством перестановки ролика поворотом на 180° или поворотом инструментального блока, осуществлять обработку на заготовке разных радиусов округления, увеличивая тем самым, номенклатуру обрабатываемых деталей.
Кроме этого наличие двух взаимозаменяемых рабочих поверхностей различного радиуса округления позволяет сократить затраты на изготовление инструмента.
Радиусы округления рабочих кромок инструмента (ролика) могут быть рассчитаны известным образом, например, по формуле: ,
где Sn′ - толщина заготовки, α′ и α - углы наклона образующих заготовки(полуфабрикат) и детали, Sn - толщина прокатываемой детали, ξ - параметр характеризующий угол атаки в пределах от 7° до 12°.
Принцип работы предлагаемого инструмента (давильного ролика) поясняется примером (Фиг. 2). На фиг. 2 показан процесс получения раскаткой оболочковой детали (штриховыми линиями показано исходное положение давильных роликов относительно подлежащей обработки заготовки).
Изготавливали деталь - сопло ракетного двигателя.
1
2
Для изготовления детали использовали два ролика, имеющих одинаковые размеры (диаметр ролика 360 мм, радиус R=12 мм, радиус R=8 мм, толщина 120 мм, материал 9ХН. Твердость рабочей поверхности ролика HRC 56…62. Шероховатость рабочей поверхности не более Ra=1,25).
-1
Заготовка - лист из материала 12Х18Н10Т толщиной 10 мм, твердостью НВ 10=179 МПа.
1
2
L
Для обработки заготовки использовали два ролика 1, конструкция которых описана выше. Ролики монтировали диаметрально противоположно в инструментальных блоках 7 раскатного стана. Заготовку 8 устанавливали на оправу 9 и прижимали прижимом 10. Включали вращение оправы с заготовкой со скоростью ω и проводили ее ротационную вытяжку. В процессе ротационной вытяжки вращение от оправы через заготовку передается давильным роликам, которые вращаются со скоростью ω. Ролики перемещаются при этом относительно оправы с путевой скоростью V на расстоянии равном толщине прокатываемой детали. В результате силового воздействия роликов и оправы на заготовку, толщина ее увеличивается, а длина образующей увеличивается пропорционально коэффициенту вытяжки λ. Деформирующим роликам сообщают движение эквидистантно оправы за счет поперечного и продольного перемещений на заранее выбранном зазоре относительно оправы.
При этом оси деформирующих роликов и оправки располагают в одной плоскости. Количество роликов может быть различно и, в основном, определяется конструктивными особенностями оборудования, его назначением, а также производительностью.
В результате получено изделие с чистотой обработанной поверхности Ra=2,5. Это позволило исключить традиционно используемые отделочные операции.
Конструкция ролика весьма проста, универсальна, обеспечивает большую номенклатуру изготовляемых осесимметричных деталей разной формы (сферической, цилиндрической, конической, оживальной), а также получение изделий раскаткой из заготовки толщиной до 15 мм при высоком качестве обработанной поверхности.