УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШТАМПОВКИ ТОРЦЕВОЙ РАСКАТКОЙ

Полезная модель относится к особым устройствам для связи и взаимодействия элементов штампа, а также направления движения его частей, и может быть использована при холодной, полугорячей и горячей торцевой раскатки заготовок наклонным вращающимся инструментом.
Из уровня техники известны устройства для штамповки торцевой раскаткой, состоящие из верхнего и нижнего блоков с деформирующим инструментом. В этих устройствах при выполнении процесса торцовой раскатки верхний деформирующий инструмент получает поступательное и вращательное движения с вертикальной осью вращения, а опорный инструмент с установленной в нем заготовкой вращается вхолостую или с принудительной синхронизацией скоростей вращения с деформирующим инструментом [1].
Недостатками известных устройств является отсутствие в их конструкциях узлов, обеспечивающих точное центрирование пуансона относительно заготовки, установленной в матрице.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, признано устройство для торцевой прокатки (SU 1493360 A1, МПК B21D 37/12, опубл. 15.07.1989). Устройство содержит валки с инструментом, установленные в корпусах на осевых подшипниках. При этом каждый валок снабжен ободом с торцовым упором на внешней стороне, а осевые подшипники установлены в полости между валком и ободом, а радиальные - с внешней стороны обода на торцовом упоре. Осевой подшипник может быть установлен с выпуклостью сферы в сторону инструмента [2].
Недостатком известного устройства является его низкая технологичность, связанная с отсутствием возможности контролировать усилие деформации заготовки при формообразовании детали.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение технологичности устройства для штамповки торцевой раскаткой, заключающейся в повышении его эксплуатационных качеств.
Указанная задача решена тем, что устройство содержит верхний и нижний валковые узлы, закрепленные на нижней неподвижной и верхней подвижной в вертикальном направлении опорами. Каждый из валковых узлов содержит корпус с центральным сквозным отверстием, внутри которого смонтирован вал, с установленными на нем радиальными подшипниками, опирающийся на осевой подшипник, при этом на верхнем торце вала винтами закреплена крышка с проушинами, а на нижнем торце корпуса винтами закреплена пробка. В нижней части корпуса установлены штуцеры для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости, а крышка и пробка снабжены уплотнениями. Вал нижнего валкового узла содержит центральное отверстие с возможностью установки в него выталкивателя, а крышка упомянутого вала выполнена заодно с приводной зубчатой шестерней. На валу нижнего валкового узла установлена матрица, а на валу верхнего валкового узла установлен пуансон, при этом матрица и пуансон зафиксированы на валах с помощью прижимных колец, закрепленных в проушинах крышек болтовыми соединениями; матрица имеет центральное отверстие для установки заготовки, а пуансон - центральное отверстие для ее центрирования. Дополнительно на нижнем торце крышки верхнего валкового узла установлен модуль измерения усилия штамповки, состоящий из тензометрического датчика, подключенного через операционный усилитель к входу аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, снабженного модулем беспроводной связи.
Положительным результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков технического решения, является повышение эксплуатационных качеств устройства для штамповки торцевой раскаткой, к которым относятся повышение жесткости конструкции, обеспечиваемой применением сборных валковых узлов, автоматическое центрирование заготовки, обеспечиваемое выполнением центрального отверстия в пуансоне и возможность слежения за усилием, прилагаемым к заготовке при штамповке, за счет применения в конструкции верхнего валкового узла измерительного модуля.
Конструкция устройства для штамповки торцевой раскаткой поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан внешний вид устройства спереди; на фиг. 2 представлена упрощенная структурная схема измерительного модуля.
Устройство для штамповки торцевой раскаткой устроено следующим образом.
Устройство содержит верхний и нижний валковые узлы, закрепленные на нижней неподвижной и верхней подвижной в вертикальном направлении опорами 1 и 2. Каждый из валковых узлов содержит корпус 3 с центральным сквозным отверстием, внутри которого смонтирован вал 4, с установленными на нем радиальными подшипниками 5 и 6, опирающийся на осевой подшипник 7, при этом на верхнем торце вала винтами 8 закреплена крышка 9 с проушинами 10, а на нижнем торце корпуса 3 винтами 11 закреплена пробка 12. В нижней части корпуса 3 установлены штуцеры 13 и 14 для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости, а крышка и пробка снабжены уплотнениями 15. Вал нижнего валкового узла содержит центральное отверстие 16 с возможностью установки в него выталкивателя 17, а крышка упомянутого вала выполнена заодно с приводной зубчатой шестерней 18. На валу нижнего валкового узла установлена матрица 19, а на валу верхнего валкового узла установлен пуансон 20, при этом матрица 19 и пуансон 20 зафиксированы на валах с помощью прижимных колец 21 закрепленных в проушинах 10 крышек 9 болтовыми соединениями 22. Матрица имеет центральное отверстие 23 для установки заготовки 24, а пуансон - центральное отверстие 25 для ее центрирования. Дополнительно на нижнем торце крышки верхнего валкового узла установлен модуль измерения усилия штамповки 26, снабженный автономным источником питания (на фигуре условно не показан), состоящий из тензометрического датчика 27, подключенного через операционный усилитель 28 к входу аналого-цифрового преобразователя 29 микроконтроллера 30, снабженного модулем беспроводной связи 31.
Микроконтроллер 30 содержит микропроцессорное ядро 32, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ 33, SRAM-памятью данных 34, аналого-цифровым преобразователем 29, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM 35, универсальным восьмиразрядным двунаправленным портом ввода-вывода 36 и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART 37. При этом порт ввода-вывода 36 подключен через транзисторный ключ 38 к зуммеру 39, а к выходу универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика USART 37 подключен модуль беспроводной связи 31, выполненный в виде радиомодуля.
1
2
В качестве микроконтроллера модуля измерения усилия штамповки 26 целесообразно использовать микросхему STM8L152, построенную на высокопроизводительном ядре STM8, имеющую широкий набор периферийных устройств и специально предназначенную для средних и высокопроизводительных малопотребляющих приложений (1 STM8 8-bit MCUs // St.com URL: http://www.st.com/en/microcontrollers/stm8-8-bit-mcus.html?querycriteria=productld=SC1244 (дата обращения: 28.03.2018)). В качестве радиомодуля может использоваться микросхема НС-12 с UART-интерфейсом (2 НС-12: радиомодуль с UART-интерфейсом на 433 МГц // Записки программиста URL: https://eax.me/hc-12 (дата обращения: 28.03.2018)).
Устройство для штамповки торцевой раскаткой используют следующим образом.
Первоначально устройство собирают, монтируя валы 4 в корпусы 3, после чего пуансон 20 устанавливают на валу верхнего валкового узла, а матрицу 19 - на валу нижнего валкового узла. Матрицу 19 и пуансон 20 фиксируют на валах 4 с помощью прижимных колец 21, закрепляя их в проушинах 10 крышек 9 болтовыми соединениями 22. Приводную зубчатую шестерню 18 соединяют механической передачей с валом приводного механизма, например электродвигателя. Далее в центральное отверстие 16 вала нижнего валкового узла устанавливают выталкиватель 17, после чего в центральное отверстие 23 матрицы 19 устанавливают заготовку 24. К штуцерам 13 и 14 подсоединяют патрубки для подачи смазывающе-охлаждающей жидкости. Модуль измерения усилия штамповки 26 активируют и с помощью радиомодуля подключают к удаленной системе слежения за технологическим процессом штамповки. После выполнения указанных операций устройство готово к работе.
После начала технологического процесса штамповки ползун пресса (на фигурах условно не показан), жестко связанный с верхней подвижной плитой 2, воздействует на нее, обеспечивая ее вертикальное движение. Опускаясь вниз, плита 2 обеспечивает поджатие с усилием заготовки 24 пуансоном 20. Одновременно активируют приводной механизм, обеспечивая вращение нижнего валкового узла, при этом за счет трения пуансона 20 о заготовку 24 вращение передается верхнему валковому узлу. В результате за счет воздействия пуансона 20 на заготовку 24 при вращающихся валковых узлах осуществляют формирование изделия.
Во все время реализации технологического процесса модуль измерения усилия штамповки 26 с помощью тензометрического датчика 27 посредством аналого-цифрового преобразователя 29 микроконтроллера 30 выполняет цикл измерения усилия штамповки. При этом измерение осуществляется с помощью управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 33 микроконтроллера с использованием SRAM-памяти данных 34, а результаты измерений могут сохранятся в энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти EEPROM 35 или передаваться по каналу беспроводной связи с помощью радиомодуля удаленной системе слежения за технологическим процессом штамповки. Полученные данные могут быть использованы как для осуществления автоматического контроля технологического процесса штамповки, так и для проведения управляемых экспериментов с целью оптимизации параметров технологического процесса. При превышении усилия штамповки модуль измерения 26 может сигнализировать об этом с помощью зуммера 39. После окончания формообразования изделия приводной механизм останавливают, пуансон 20 поднимают. В верхнем положении пуансона 20 осуществляют выталкивание готового изделия из матрицы 19 с помощью выталкивателя 17, затем технологический процесс повторяют.
Список использованных источников:
1. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка. 2е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. - с. 522.
2. SU 1493360 A1 СССР, МПК B21D 37/12. Устройство для торцовой прокатки / В.А. Дронзиков; заявитель Предприятие П/Я М-5481. №4283903; заявл. 13.07.1987; опубл. 15.07.1989, Бюл. №26.4 с.; 4 ил.