СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ПРОФИЛЬНЫХ ОБОЛОЧЕК
MANUFACTURING METHOD OF STEEL PROFILE SHELL

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к изготовлению деталей с профилем в виде цилиндра, конуса и кривой второго порядка из высокоуглеродистой стали (стали 35, 40 и т.п.), например, газовых баллонов, лейнеров и огнетушителей.
Важнейшей проблемой при производстве оболочек с участками цилиндрического, конического и криволинейного профиля из труднодеформируемых высокоуглеродистых и тугоплавких сталей является принципиальная возможность их изготовления методами ротационной вытяжки с высокой точностью, качеством обрабатываемой поверхности и высокой производительностью с нагревом и в холодном состоянии.
В настоящее время известно множество способов ротационной вытяжки: однопереходная и многопереходная ротационная вытяжка, ротационный обжим, ротационная протяжка и другие, в холодном состоянии и с нагревом.
В книге (Н.И.Могильного «Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках»; Москва, Машиностроение, 1983 г.) описаны различные способы получения оболочковых деталей ротационной вытяжкой.
Недостатком известных схем применительно к проблеме получения цельнометаллических оболочек большой длины и значительной толщины стенки из труднодеформируемых (высокоуглеродистых, легированных и тугоплавких) сталей является невозможность получения таких деталей по известным схемам из-за сложности их формы, высокой прочности и низкой пластичности материала.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является способ изготовления деталей с газопламенным нагревом при ротационной вытяжке оболочек конической и криволинейной формы из углеродистой и нержавеющей стали и тугоплавких металлов (см. книгу «Давильные работы и ротационное выдавливание», М.А.Гредитор, М., Машиностроение, 1971 г, стр.68-71, рис.42, 44, 45), принятый авторами за прототип, при котором заготовку нагревают перед очагом деформирования с системой контроля и регулирования температуры, причем газовую горелку и пирометр располагают неподвижно с задней стороны станка при ротационной вытяжке оболочек конической или криволинейной формы, а с передней стороны станка располагают суппорт с одним давильным роликом. Газовая горелка и пирометр не связаны с суппортом.
Плоскую заготовку фиксируют на оправке прижимом, включают вращение шпинделя с оправкой и заготовкой, подачу и розжиг газа в горелке.
Затем осуществляют радиальную и осевую подачу суппорта с роликом.
Как видно из этого технического решения, процесс ротационной вытяжки осуществляют с газопламенным нагревом на оправках конической или криволинейной формы из плоской заготовки.
К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известного способа, принятого авторами за прототип, является невозможность его применения при изготовлении профильных оболочек большой длины и значительной толщины из трубной заготовки, так как при формообразовании длинных и толстых заготовок одним роликом при неподвижной горелке и пирометре невозможно прогреть газовым пламенем заготовку по всей ее длине и толщине.
Предварительный нагрев заготовки индукционным методом в данном техническом решении не используется.
Таким образом, задачей данного технического решения являлось создание способа изготовления деталей с газопламенным нагревом при ротационной вытяжке оболочек небольшой длины конической или криволинейной формы из плоских заготовок, без обеспечения формоизменения трубных заготовок большой длины и толщины.
Общими признаками с предлагаемым авторами способом является установка и закрепление заготовки на профильной оправке, газопламенный нагрев заготовки с контролем и регулированием температуры и воздействие на заготовку деформирующим инструментом.
В отличие от прототипа в предлагаемом авторами способе изготовления стальных профильных оболочек после закрепления заготовки на оправке устанавливают индуктор со стороны крепления, соосно с заготовкой в рабочее положение и предварительно нагревают заготовку индукционным методом до температуры 950-1250°С, затем возвращают индуктор в исходное положение и осуществляют за один или несколько проходов формоизменение профилированной поверхности заготовки роликами с переменной кривизной профиля рабочей поверхности и смещенными между собой, при этом поддержание заданного температурного режима осуществляют газопламенным нагревом посредством горелок, установленных на верхних суппортах станка над оправкой с контролем и регулированием температуры пирометром, установленным на нижних суппортах под оправкой, после чего выполняют формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии роликами, имеющими конические рабочие поверхности с различными углами наклона образующих и смещенными между собой.
В частных случаях, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- индуктор устанавливают в исходное положение на расстоянии более одного диаметра заготовки от начала профиля оправки, а в рабочем положении с перекрытием торца заготовки на расстояние не менее 1,5 толщины стенки заготовки, при этом величину зазора между внутренней поверхностью индуктора и заготовкой выбирают равной 1,0-3,0 толщины заготовки;
- контроль температуры газопламенного нагрева осуществляют с использованием пирометра, установленного в одной плоскости с осью заготовки и зоной контроля температуры, которую задают наведением лазерного маркера пирометра на поверхность заготовки между очагами деформирования на равном от них расстоянии;
- формообразование профиля заготовки с газопламенным нагревом осуществляют роликами с профилем рабочей поверхности в виде эвольвенты с радиусом начальной окружности, составляющим 5-8 толщин стенки заготовки, и длиной, равной высоте профиля рабочей поверхности ролика, а величина осевого смещения роликов составляет до двух толщин стенки заготовки при величине зазора между вершиной профиля и оправкой первого в направлении осевой подачи ролика, в 1,1-1,5 раза большей величины зазора второго ролика;
- формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии осуществляют роликами, первый их которых выполнен с углом наклона образующей рабочей поверхности, в 1,5-2,5 меньшим угла наклона образующей последующих роликов, и смещенным в осевом направлении относительно них на величину до 0,7 толщины стенки заготовки, при величине зазора между вершиной профиля первого ролика и оправкой, большей величины зазора между вершинами профиля последующих роликов и оправкой на 3-7%.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности формообразования стальных профильных оболочек из трубных заготовок большой длины и толщины с индукционным и газопламенным нагревом, и последующим формоизменением в холодном состоянии с высокой устойчивостью процесса формообразования, высоким качеством обрабатываемой поверхности, точностью геометрических параметров и высокой производительностью.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе заготовку устанавливают и закрепляют на профильной оправке, осуществляют газопламенный нагрев заготовки с контролем и регулированием температуры и воздействуют на заготовку деформирующим инструментом, особенность заключается в том, что после закрепления заготовки на оправке устанавливают индуктор со стороны крепления соосно с заготовкой в рабочее положение и предварительно нагревают заготовку индукционным методом до температуры 950-1250°С, затем возвращают индуктор в исходное положение и осуществляют за один или несколько проходов формоизменение профилированной поверхности заготовки роликами с переменной кривизной профиля рабочей поверхности и смещенными между собой, при этом поддержание заданного температурного режима осуществляют газопламенным нагревом посредством горелок, установленных на верхних суппортах станка над оправкой с контролем и регулированием температуры пирометром, установленным на нижних суппортах под оправкой, после чего выполняют формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии роликами, имеющими конические рабочие поверхности с различными углами наклона образующих и смещенными между собой.
Новая совокупность операций, а также наличие связей между ними позволяют за счет:
- предварительного нагрева заготовки индукционным методом до температуры 950-1250°С сократить время нагрева и расход газа при последующем газопламенном нагреве в процессе формообразования профилированной поверхности;
- установки индуктора в рабочее положение соосно с заготовкой со стороны ее крепления к оправке и шпинделю станка и возврата индуктора в исходное положение после предварительного нагрева заготовки сократить время изготовления детали, так как при таком технологическом приеме освобождается зона обработки поверхности заготовки для формообразования с газопламенным нагревом и последующего съема и выгрузки;
- формоизменения профилированной поверхности заготовки роликами с переменной кривизной профиля рабочей поверхности обеспечить плавность нарастания деформации вдоль линий тока (течения металла) в очагах деформирования;
- формоизменения профилированной поверхности заготовки роликами, смещенными между собой, разделить деформацию между роликами при равенстве радиальных усилий и этим повысить устойчивость процесса формообразования, уменьшить количество проходов и трудоемкость изготовления при высоком качестве обрабатываемой поверхности и точности геометрических параметров;
- установки газовых горелок на верхних (поперечных) суппортах над оправкой, а пирометра для контроля и регулировки температуры газопламенного нагрева на нижних (продольных) суппортах станка под оправкой - обеспечить равномерный прогрев и поддержание заданного температурного режима на всех проходах формообразования профилированной поверхности заготовок, за счет того, что при перемещении верхних суппортов и роликов по программе ЧПУ газовые горелки перемещаются по той же программе, обеспечивая равномерный прогрев заготовок по всей длине формообразования, а точность замеров и регулировки температуры нагрева заготовки обеспечивается тем, что при таком расположении пирометр защищен от бликов пламени горелки и попадания шлаков и продуктов сгорания;
- формоизменения непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии роликами, имеющими конические рабочие поверхности с различными углами наклона образующих и смещенными между собой, - повысить устойчивость процесса формоизменения в результате разделения деформации между роликами при равенстве радиальных усилий, а также повысить качество обрабатываемой поверхности и точность геометрических параметров. Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах выполнения, позволяют, в частности, за счет:
- установки индуктора в исходное положение на расстояние более одного диаметра заготовки от начала профиля оправки, соответствующее началу профилированной поверхности заготовки, - обеспечить защиту индуктора от газового пламени при последующем газопламенном нагреве;
- установки индуктора в рабочем положении с перекрытием торца заготовки на расстояние не менее 1,5 толщины стенки заготовки - обеспечить равномерность прогрева заготовки по всей обрабатываемой профилированной поверхности, так как при перекрытии торца заготовки на величину менее 1,5 толщины стенки, торец заготовки не прогревается;
- выбора величины зазора между внутренней поверхностью индуктора и заготовкой, равной 1,0-3,0 толщин стенки, обеспечить безопасную работу индуктора при высокой скорости нагрева заготовки и сократить время нагрева, тогда как при выборе величины зазора в пределах менее 1,5 толщины стенки возникает перегрев индуктора, а при более 3 толщин стенки возрастает время нагрева заготовки до температуры 950-1250°С;
- установки пирометра в одной плоскости с осью заготовки и зоной контроля температуры, которую задают наведением лазерного маркера пирометра на поверхность нагреваемой заготовки между очагами деформирования на равном от них расстоянии, - обеспечить высокую точность замеров и регулировки температуры металла заготовки, так как в этом случае в зону контроля температуры не попадает пламя газовой горелки;
- формообразования профиля заготовки с газопламенным нагревом роликами с профилем рабочей поверхности в виде эвольвенты с радиусом начальной окружности, составляющим 5-8 толщин стенки заготовки, и длиной, равной высоте профиля рабочей поверхности ролика, - обеспечить оптимальный характер деформирования, так как при радиусе начальной окружности менее 5 толщин стенки и длине эвольвенты, меньшей высоты профиля, нарушается плавность нарастания деформации в очагах деформации с ухудшением качества обрабатываемой поверхности в виде наплывов, а при величине радиуса более 8 толщин стенки и длине эвольвенты, большей высоты профиля рабочей поверхности ролика, резко возрастают радиальные усилия на ролики, устойчивость процесса формообразования снижается, образуются гофры, трещины;
- формообразования профиля заготовки с газопламенным нагревом с осевым смещением роликов до двух толщин стенки при величине зазора между вершиной профиля и оправкой первого в направлении осевой подачи ролика, в 1,1-1,5 раза большем величины зазора второго ролика, - обеспечить оптимальное разделение деформации между роликами при равенстве радиальных усилий, так как при величине осевого смещения более двух толщин стенки и величины зазора более чем в 1,5 раза возрастает радиальная нагрузка на первый ролик, увеличивается биение оправки, и, в результате, снижается устойчивость процесса деформирования с последующим гофрообразованием, а при малом осевом смещении и малоотличимых зазорах разделения деформации не происходит, устойчивость процесса формоизменения снижается, опасность гофрообразования возрастает;
- формоизменения непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии роликами, первый из которых выполнен с углом наклона образующей рабочей поверхности, в 1,5-2,5 меньшим угла наклона образующей последующих роликов и смещенным в осевом направлении относительно них на величину до 0,7 толщины стенки заготовки, при величине зазора между вершиной профиля первого ролика и оправкой, большей величины зазора между вершинами профиля последующих роликов и оправкой на 3-7%, при равенстве радиальных усилий - повысить устойчивость процесса формоизменения и точность получаемых оболочек в результате разделения деформации между первым в направлении осевой подачи роликом и последующими роликами, которое является оптимальным для стальных оболочек, тогда как при угле наклона образующей рабочей поверхности первого ролика, выходящем за указанные пределы (менее в 1,5-2,5 раза), и осевом смещении более 0,7 толщины стенки, а также при соотношении величин зазоров между вершиной профиля первого ролика и оправкой, и вершин профилей последующих роликов и оправкой выходит за указанные пределы (более 3-7%) возникает разница радиальных усилий на ролики, приводящая к потере устойчивости процесса деформирования с появлением гофр и трещин.
Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях и не известны из уровня техники в процессе проведения патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".
Исследуя уровень техники в ходе проведения патентного поиска по всем видам сведений, доступных в странах бывшего СССР и зарубежных странах, обнаружено, что предлагаемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники, следовательно можно сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в том, что в способе изготовления стальных профильных оболочек, при котором заготовку устанавливают и закрепляют на профильной оправке, осуществляют газопламенный нагрев с контролем и регулированием температуры и воздействуют на заготовку деформирующим инструментом, в отличие от прототипа, согласно изобретению, после закрепления заготовки на оправке устанавливают индуктор со стороны крепления, соосно с заготовкой, в рабочее положение и предварительно нагревают заготовку индукционным методом до температуры 950-1250°С, затем возвращают индуктор в исходное положение и осуществляют за один или несколько проходов формоизменение непрофилированной поверхности заготовки роликами с переменной кривизной профиля рабочей поверхности и смещенными между собой.
В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- в исходное положение индуктор устанавливают на расстояние более одного диаметра заготовки от начала профиля оправки, а в рабочем положении с перекрытием торца заготовки на расстояние не менее 1,5 толщины заготовки, при этом величину зазора между внутренней поверхностью индуктора и заготовкой выбирают равной 1,0-3,0 толщины стенки заготовки;
- контроль температуры газопламенного нагрева осуществляют с использованием пирометра, установленного в одной плоскости с осью заготовки и зоной контроля температуры, которую задают наведением лазерного маркера пирометра на поверхность заготовки между очагами деформирования на равном от них расстоянии;
- формообразование профиля заготовки с газопламенным нагревом осуществляют роликами с профилем рабочей поверхности в виде эвольвенты с радиусом начальной окружности, составляющим 5-8 толщин стенки заготовки, и длиной, равной высоте профиля рабочей поверхности ролика, а величина осевого смещения роликов составляет до двух толщин заготовки при величине зазора между вершиной профиля и оправкой первого, в направлении осевой подачи, в 1,1-1,5 раза большем величины зазора второго ролика;
- формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии осуществляют роликами, первый из которых выполнен с углом наклона образующей рабочей поверхности, в 1,5-2,5 меньшим угла наклона образующей последующих роликов и смещенным в осевом направлении относительно них на величину до 0,7 толщины стенки, при величине зазора между вершиной профиля первого ролика и оправкой, большей величины зазора между вершинами профиля последующих роликов и оправкой на 3-7%.
Сущность предлагаемого изображения поясняется чертежами, где в виде схем показана реализация способа:
- на фиг.1 - процесс предварительного индукционного нагрева заготовок с установкой индуктора в исходном и рабочем положении;
- на фиг.2, 3 - формоизменение профилированной поверхности заготовки с газопламенным нагревом;
- на фиг.4 - формоизменение профилированной поверхности заготовки, вид в плане;
- на фиг.5, 6 - соответственно, осевое сечение и вид в плане очагов деформации при формоизменении профилированной поверхности заготовки роликами с эвольвентным профилем рабочей поверхности;
- на фиг.7 - формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии, вид в плане;
- на фиг.8 - очаги деформации при формоизменении непрофилированной поверхности заготовки, осевое сечение.
0
0
На фиг.1 изображена трубная заготовка 1, диаметром D мм и толщиной t мм, закрепленная на профильной оправке 2, в процессе предварительного индукционного нагрева токами высокой частоты индуктором 3. После нагрева заготовки на длине
нагр.
исх.
0
проф.
0
0
инд.
инд.
нагр.
L до температуры 950-1250°С индуктор 3 возвращают в исходное положение на расстояние (L≥1D) более одного диаметра заготовки. Индуктор 3 установлен со стороны крепления заготовки 1 у шпинделя станка соосно с заготовкой в рабочем положении над профильной поверхностью оправки L с перекрытием торца заготовки на расстояние а (мм) не менее 1,5 толщины заготовки (а≥1,5 t), причем зазор между внутренней поверхностью индуктора и заготовкой b (мм) выбирают равным 1,0-3,0 толщины стенки (b=(1,0÷3,0) t). Длину индуктора L задают с учетом величины перекрытия (L=L+2а).
проф.
Формоизменение профилированной поверхности заготовки 1 (фиг.2, 3, 4) на профильном участке L оправки 2 осуществляют роликами 4 и 5 с поддержанием температурного режима газопламенным нагревом посредством горелок 6, установленных на верхних (поперечных) суппортах 10 станка над оправкой.
исх.
Индуктор 3 (фиг.2) при формоизменении профилированной поверхности отведен в исходное положение на расстояние L (мм).
1
1
Контроль и регулирование температуры при газопламенном нагреве осуществляют пирометром 7, установленным на нижних суппортах 11 станка под оправкой 2 (фиг.2, 3, 4) в одной плоскости (сечение А-А, фиг.2, 3) с осью заготовки 2 и зоной контроля температуры 9 (фиг.2, 3, 4), которую задают наведением лазерного маркера 8 пирометра 7 на поверхность заготовки 2 между очагами деформации роликов 4 и 5 на равном от них расстоянии, равным D/2 (мм), где D - текущий диаметр профилированной поверхности заготовки (фиг.2, 4).
1
0
0
0
эв.
проф.
1
0
Формообразование профиля заготовки 1 с газопламенным нагревом осуществляют роликами 4 и 5 (фиг.5) с профилем рабочей поверхности в виде эвольвенты (O-а) с начальным радиусом r (мм), составляющим (5÷8)t (мм), где t - толщина стенки исходной заготовки, и длиной В (мм), равной высоте профиля рабочей поверхности ролика Н (мм). Точка b с координатами х, у и углами α и θ образует эвольвентную кривую O-а при обкатывании прямой А-А по окружности с радиусом начальной окружности r.
0
1
Ролики 4 и 5 смещены между собой в осевом направлении на величину с (мм), составляющую до двух толщин стенки заготовки (с≤2 t) при величине между вершиной профиля и оправкой первого в направлении осевой подачи F ролика 4 Δ (мм) (фиг.5), в 1,1-1,5 раза большей величины зазора второго ролика 5, то есть
1
2
Δ=(1,1-1,5)Δ.
4
5
Площади очагов деформаций роликов 4 и 5 (фиг.6) равны (s=s). С (мм) - величина осевого смещения роликов, n - направление вращения роликов (фиг.5, 6). Профили роликов 4 и 5 (фиг.5) условно совмещены в одной осевой плоскости, t - текущая толщина стенки оболочки на профилированной поверхности (фиг.5).
1
2
2
3
1
0
0
1
2
Формоизменение непрофилированной поверхности заготовки в холодном состоянии (фиг.7, 8) осуществляют роликами 1, 2, 3, причем профили роликов 2 и 3 условно совмещены и расположены в одной осевой плоскости с профилем ролика 1. Первый в направлении осевой подачи F ролик 1 выполнен с углом наклона образующей рабочей поверхности α, в 1,5-2,5 меньшим угла наклона α, образующих последующих роликов 2 и 3, то есть α=α=(1,5÷2,5)α, и смещен относительно роликов 2 и 3 в направлении осевой подачи F на величину с (мм) до 0,7 толщины стенки заготовки t, то есть с≤0,7 t (мм), причем величина зазора Δ (мм) между вершиной профиля первого ролика 1 и оправкой 4 больше величины зазора Δ (мм) между вершинами профиля последующих роликов 2 и 3 и оправкой на (3-7)%, то есть
1
2
Δ=(1,03-1,07)Δ (мм).
Вышеописанный способ изготовления профильных оболочек осуществляется следующим образом.
После закрепления заготовки 1 на профильной оправке 2 устанавливают индуктор 3 со стороны крепления заготовки к оправке соосно с заготовкой в рабочее положение (фиг.1) и предварительно нагревают заготовку индукционным методом до температуры 950-1250°С, затем возвращают индуктор в исходное положение в сторону крепления заготовки к оправке и осуществляют за один или несколько проходов формоизменение профилированной поверхности заготовки с подачей F (мм/мин) и скоростью вращения шпинделя n (об/мин) (фиг.2, 3, 4) роликами 4 и 5 с переменной кривизной профиля рабочей поверхности в виде эвольвенты и смещенными между собой (фиг.5, 6), при этом поддержание заданного температурного режима осуществляют газопламенным нагревом горелками 6, установленными на верхних суппортах 10 станка над оправкой с контролем и регулированием температуры пирометром 7, установленным на нижних суппортах 11 станка (фиг.2, 3, 4).
Контроль и регулирование температуры при газопламенном нагреве пирометром осуществляется по цепи - пирометр 7, система ЧПУ станка, газовые горелки 6 (фиг.2, 3, 4).
При увеличении или уменьшении температуры нагрева металла заготовки за заданный интервал температуры, соответственно, выключаются или включаются газовые горелки.
Затем выполняют формоизменение непрофилированной поверхности заготовки, в холодном состоянии, роликами 1, 2, и 3 с различными углами наклона образующих рабочей поверхности и смещенными между собой в осевом направлении с осевой подачей F (мм/мин) и скоростью вращения шпинделя n (об/мин) (фиг.7, 8).
Пример.
вн.
0
0
Трубы ⌀200×16 мм из стали 35 (40) режут на заготовки, затем заготовки подвергают токарной обработке по наружной и внутренней поверхности, выдерживая размеры ⌀=201 мм, t=10 мм. После чего заготовку устанавливают и закрепляют на профильной оправке ⌀ 200,6 мм с радиусом кривизны профиля R4375 мм и диаметром малого торца ⌀ 57,9 мм. Затем устанавливают индуктор со стороны крепления заготовки к оправке, то есть со стороны шпинделя, соосно с заготовкой в рабочее положение, таким образом, чтобы торец заготовки был перекрыт индуктором на расстояние а (фиг.1) 20-30 мм, что менее 1,5 толщины стенки, менее 1,5·t=1,5·10=15 (мм), а<20 мм.
0
Зазор между внутренней поверхностью индуктора и заготовкой в мм (фиг.1) выбран равным 15 мм, что составляет 1,5 толщины стенки заготовки (1,5t=1,5·10=15 мм) и укладывается в пределах 1,0-3 толщины стенки.
нагр.
Затем нагревают заготовку индукционным методом на участке L=350±5 мм (фиг.1) при следующих режимах:
температура нагрева 1250-1280°С;
ток генератора 130 А;
напряжение нагрева 800 В;
время нагрева 6 мин.
Контроль и регулирование температуры нагрева осуществляют преобразователем термоэлектрическим ТХА-0292, регулятором температуры «Термодат» ГОСТ 12997-84 и реле времени ВЛ-47.
После этого возвращают индуктор в исходное положение, выдерживая расстояние
исх.
заг.
исх.
заг.
L=250 мм, более одного диаметра заготовки ⌀=221 мм, то есть L=250 мм > ⌀=221 мм.
Затем осуществляют формоизменение профилированной поверхности заготовки 1 за 4 прохода по программе ЧПУ станка двумя роликами 4 и 5 с поддержанием температурного режима в пределах 950-1050°С газопламенным нагревом (фиг.2, 3 и 4) посредством двух горелок 6, установленных на верхних суппортах 10 станка, над оправкой 2 с подачей F=350(мм/мин) со скоростью вращения шпинделя n=200(об/мин).
Контроль и регулирование температуры осуществляется в автоматическом режиме пирометром 7 фирмы «Кельвин» КСДМ 201119.005ТУ (фиг.2, 3 и 4), установленным на нижних суппортах 11 станка, под оправкой 2.
Формоизменение профилированной поверхности заготовки 1 на оправке 2 осуществляют роликами 4 и 5 с переменной кривизной профиля рабочей поверхности в виде эвольвенты со следующими параметрами:
0
r=70 мм - радиус начальной окружности эвольвенты,
0
0
0
r=7t=7×10=70(мм), что находится в пределах (5-8) t,
эв.
В=70 мм - длина эвольвенты,
эв.
проф.
проф.
В=H=70 мм, где Н - высота профиля рабочей поверхности роликов 4 и 5.
Координаты точек эвольвентной кривой вычисляют по формулам:
X=ρsinθ,
Y=ρcosθ,
где ρ - текущий радиус (мм) эвольвенты,
θ - угол наклона радиуса (фиг.5),
которые определяют по формулам:
0
θ=tg α-α (°), ρ=t/cosα,
где α- текущий угол радиуса между начальной окружности
эвольвенты и радиусом ρ, треугольник obd (фиг.5).
Расчет координат точек эвольвенты выполняют следующим образом.
Задают угол α°, например, через каждые 3°.
Для каждого значения α° определяют θ° и ρ (мм).
Затем для каждого значения α° и ρ (мм) вычисляют координаты Х и Y.
0
Результаты расчета координат эвольвентного профиля рабочей поверхности роликов, при r=70 мм и α° через каждые 3° приведены в таблице 1:
Таблица 1
α°
3°
6°
9°
12°
15°
18°
21°
24°
27°
30°
Х мм
0,003
0,027
0,09
0,22
0,44
0,79
1,3
2,015
3,0
4,33
Y мм
70,095
70,385
70,87
71,56
72,47
73,59
74,96
76,59
78,5
80,7
α°
33°
36°
39°
42°
45°
48°
51°
54°
57°
X мм
6,11
8,47
11,57
15,66
21,035
28,125
37,5
49,94
66,45
Y мм
83,22
86,09
89,3
92,85
96,69
100,71
104,65
108,03
109,9
Формообразование профиля заготовки с газопламенным нагревом осуществляют роликами с величиной осевого смещения до двух толщин стенки до 2×10=20 мм при величине зазора между вершиной профиля и оправкой первого в направлении осевой подачи, в 1,1-1,5 раза большем величины зазора второго ролика, при величине зазора первого ролика 9, зазор второго ролика равен 6,5 мм, то есть зазор первого ролика больше зазора второго в 1,38 раза.
Затем выполняют отжиг рекристаллизационный смягчающий при температуре 630-650°С.
1
2
3
1
2
3
1
2
3
После этого выполняют формоизменение непрофилированной поверхности заготовки, в холодном состоянии осуществляют роликами 1, 2 и 3 (фиг.7, 8), первый из которых выполнен с углом наклона образующей рабочей поверхности α=15°, в 1,5-2,5 раза меньшим угла наклона образующей последующих роликов 2 и 3, α=α=30° и смещен в осевом направлении относительно них на величину с=5 (мм) (фиг.8) до 0,7×10=7 (мм), при величине зазора между вершиной профиля первого ролика и оправкой, большей величины зазора между вершинами профиля последующих роликов и оправкой на (3-7)%, то есть при Δ=7,35 мм, Δ=Δ=7,0 мм, Δ больше Δ=Δ на 5%.
Затем выполняют обезжиривание, после чего отжиг, уменьшающий напряжение при температуре 350-375°С.
После чего осуществляют контроль оболочек по геометрическим параметрам на соответствие требованиям чертежа оболочки.
Выполнение способа изготовления стальных профильных оболочек в соответствии с изобретением, обеспечивает возможность получения деталей сложного профиля из труднодеформируемых и малопластичных сталей с высокой точностью геометрической формы и качества обрабатываемой поверхности при индукционном и газопламенном нагреве, а также в холодном состоянии за счет высокой устойчивости процесса формоизменения, уменьшить количество проходов и снизить трудоемкость изготовления.
Изобретение может быть использовано при производстве различных стальных профильных оболочек из трубных заготовок большой длины и толщины с индукционным и газопламенным нагревом, а также с последующим формоизменением в холодном состоянии с высокой устойчивостью процесса деформирования, высоким качеством обрабатываемой поверхности, точностью геометрических параметров и высокой производительностью.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов деталей, изготовленных по данному способу.
В настоящее время разработана техническая документация, проведены испытания, намечено серийное производство продукции по предложенному способу.