КОВОЧНО-РАСКАТНЫЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕЦ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, а именно к агрегатам для изготовления колец большого диаметра (крупногабаритных обечаек).
Известно устройство, предназначенное для раскатки ковкой колец большого диаметра (авторское свидетельство SU №824537), содержащее станину с вертикальными направляющими, в которых с возможностью скольжения с помощью привода установлен ползун, представляющий собой несущее средство для верхнего инструмента, выполненного в виде бойка для обработки сверху наружной поверхности кольца большого диаметра, установленного на приводной оправке, которая обеспечивает обработку внутренней поверхности кольца и его поворот. Таким образом, со станиной связан блок (в виде ползуна), включающий инструмент для обработки сверху наружной поверхности кольца. Кроме того, устройство снабжено боковыми бойками - дополнительным инструментом, предназначенным для обработки торцевых поверхностей заготовки кольца большого диаметра.
Описанное устройство обеспечивает передачу деформирующих усилий к наружной поверхности кольцевой заготовки и торцевым поверхностям на протяжении всего процесса приложения усилия для повышения качества обработки и структуру металла. В то же время, данное устройство не позволяет избавиться от присущей всем кованым изделиям огранки. Этот факт приводит к невозможности уменьшения радиальных припусков на дальнейшую механообработку, следовательно, увеличивает расход металла.
Из описания к авторскому свидетельству SU №1442317 известно устройство для кузнечной раскатки обечаек или колец большого диаметра, включающее станину, перемещаемый в вертикальной плоскости блок с верхним инструментом, а также нижний инструмент, установленный на дополнительных приводных оправках для поворота кольца. Верхний инструмент выполнен в виде бойка, предназначенного для обработки наружной поверхности обечайки сверху, а нижний инструмент выполнен в виде валка (бойка цилиндрической формы), предназначенного для обработки внутренней поверхности данного кольца снизу. Указанное устройство выбрано в качестве ближайшего аналога.
При использовании известного средства не устраняется огранка кольца большого диаметра, присущая всем кованым изделиям, т.к. происходит воздействие бойка на наружную поверхность данного кольца. Что касается валка, то при выполнении функции средства опоры устанавливаемого кольца (обечайки) и поворота, данный валок обеспечивает раскатку с минимально выраженной огранкой лишь внутренней поверхности кольца. Следовательно, использование разнородных инструментов в виде бойка и валка не обеспечивают получение изделия с минимальными припусками и точной геометрией.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении технологических возможностей устройства, а технический результат - в повышении точности геометрической формы изделий, обеспечивающей минимальные припуски на механическую обработку поверхности кольца, при сохранении структуры металла, свойственной кованым изделиям.
Поставленная задача решается тем, что к овочно-раскатный агрегат для изготовления колец большого диаметра, включающий станину, на которой с возможностью вертикального перемещения установлен съемный блок в виде несущей балки с верхним инструментом для обработки сверху внутренней поверхности кольца, выполненным в виде верхнего бойка или верхнего валка, стол с нижним инструментом для обработки снизу наружной поверхности кольца, выполненным в виде нижнего бойка или нижнего валка, расположенный на станине с возможностью перемещения между рабочей позицией в позицию для замены нижнего инструмента, закрепленные на станине приводные ролики для установки кольца, выполненные с возможностью периодического поворота указанного кольца при его обработке верхним и нижним бойками и непрерывного вращения при обработке верхним и нижним валками, а также привод вращения нижнего валка.
В заявляемой полезной модели стол выполнен с роликопорами для установки нижнего валка.
В заявляемой полезной модели каждый приводной ролик для установки кольца связан с соответствующим гидроцилиндром для демпфирования и регулировки по высоте.
Кроме того, целесообразно, чтобы рабочая поверхность верхнего бойка, предназначенная для взаимодействия с поверхностью кольца, была выполнена цилиндрической выпуклой формы.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Использование в устройстве верхнего бойка/верхнего валка и нижнего бойка/нижнего валка, - по сути, двух сменных комплектов инструмента - обеспечивает изготовления колец большого диаметра с помощью двух технологических операций: кузнечной ковки и раскатки.
Расположение верхнего и нижнего инструмента обусловливает приложение деформирующих усилий на внутреннюю и наружную поверхности кольца, последовательно используя бойки и валки соответственно.
Для обеспечения замены нижнего инструмента на станине расположен стол, способный перемещаться между рабочей позицией, в которой происходит обработка нижним инструментом, и позицией для замены нижнего инструмента. Так, при осуществлении операции кузнечной ковки на столе в рабочей позиции установлен нижний боек. Для выполнения операции раскатки стол перемещается по станине, например, на технологический мост, где производится замена бойка на валок.
Что касается замены верхнего инструмента для проведения технологический операций ковки и раскатки, то для этой цели предназначен съемный блок, выполненный в виде балки и верхнего инструмента; балка выполняет функцию несущего элемента. Очевидно, что вне станины съемный блок используется для замены верхнего инструмента.
Для осуществления операций ковки и раскатки устройство включает приводные ролики, выполняющие функцию средства для установки (опирания) кольца, а также функцию средства, обеспечивающего периодический поворот кольца во время операции кузнечной ковки комплектов бойков или непрерывное вращение - при раскатке комплектом валков.
Благодаря возможности замены одного комплекта инструментов на другой использование заявляемого устройства обеспечивает расширение технологических возможностей, заключающихся в проведении последовательных операций кузнечной ковки и раскатки. Так, в процессе ковки внутренней и наружной поверхностей кольца верхним и нижним бойками достигается получение промежуточной заготовки с требуемыми механическими свойствами, обусловленными мелкозернистой структурой металла, свойственной кованым изделиям. При использовании приводного валка в качестве нижнего инструмента, воздействующего на наружную поверхность заготовки, и валка на холостом ходу, деформирующего внутреннюю поверхность заготовки, устраняется огранка обрабатываемого изделия с получением готового изделия с точной геометрией.
Следует отметить еще одно несомненное преимущество заявляемого устройства. При замене верхнего и нижнего бойков на комплект валков нет необходимости в использовании дополнительных средств, призванных поддерживать должную температуру изделия между операциями ковки и раскатки в непрерывной работе заявляемого устройства.
Выполнение рабочей поверхности верхнего бойка в виде выпуклой цилиндрической поверхности обеспечивает приложение усилия на ответную поверхность части кольца, расположенную непосредственно над нижним бойком. Так, соответствие формы инструмента форме обрабатываемой поверхности приводит к повышению качества обработки поверхности.
Регулирование каждого из приводных роликов по высоте с помощью соответствующего гидроцилиндра приводит к возможности использовать заявляемое устройство для ковки и раскатки колец различного диаметра, корректируя взаимное расположение кольца и инструмента.
Связь каждого регулировочного гидроцилиндра со средством для управления подачей рабочей жидкости в соответствующий гидроцилиндр обеспечивает демпфирование приводных роликов для обеспечения деформации «заготовки» между верхним и нижним инструментом (а не между роликами и верхним инструментом).
Приводные ролики выполняют функцию демпфирования как при установке кольца большого диаметра, так и при выполнении операции ковки и раскатки с использованием соответствующего комплекта инструментов: верхнего бойка/верхнего валка и нижнего бойка/нижнего валка.
В процесс ковки и раскатки, при воздействии верхнего инструмента на заготовку (и соответственно через заготовку на приводные ролики) происходит вытеснение рабочей жидкости из гидроцилиндров, что обеспечивает опускание заготовки на нижний инструмент. При снятии рабочего усилия с заготовки и, соответственно, с указанных роликов, вытесненная рабочая жидкость возвращается в гидроцилиндры, обеспечивая возврат заготовки в исходное положение.
Таким образом, заявляемая полезная модель, обладающая технологическими возможностями осуществления операций ковки и раскатки, за счет обработки верхним и нижним бойками или верхним и нижним валками обеспечивает достижение следующих технических результатов:
- точность геометрических размеров готового изделия, практически исключающая припуски для дальнейшей механической обработки;
- повышение свойств готового изделия за счет сохранения структуры металла, свойственной кованым изделиям.
Эти и другие особенности полезной модели поясняются чертежами: на фигуре 1 - главный вид устройства с верхним и нижним бойками, на фигуре 2 - главный вид устройства с верхним и нижним валками, на фигуре 3 - вид устройства сбоку.
Ковочно-раскатный агрегат для изготовления колец большого диаметра содержит станину 1, содержащую опорное основание 2 и т.н. силовую раму 3, которая выполнена в виде связанных в нижней части (под опорным основанием 2) четырех колон 4, на которых установлены ригели 5 с установленным в них съемным блоком 6.
Съемный блок 6 выполнен в виде несущей балки 7 и верхнего инструмента, в качестве которого используется верхний боек 8 с рабочей поверхностью цилиндрической формы с выпуклостью, обращенной к обрабатываемой поверхности, или верхний валок 9.
Элемент, соединяющий колонны 4 в их нижней части выполнен в виде нижней поперечины 10.
Перемещение силовой рамы 3, следовательно, съемного блока 6, - осуществляется с помощью закрепленных на опорном основании рабочих гидроцилиндров 11, и подъемных гидроцилиндров 12.
К опорному основанию 2 станины 1 примыкает технологический мост 13, выполненный в виде металлоконстукции; стол 14 предназначен для перемещения с нижним бойком 15 или нижним валком 16 между двумя позициями: рабочей позицией с размещением на опорном основании 2 и вне рабочей позиции с размещением на технологическом мосту 13.
Таким образом, верхний и нижний инструменты составляют соответствующий комплект, т.е. комплект бойков 8, 15 и комплект валков 9, 16.
Стол 14 выполнен с роликоопорами 17 для установки нижнего валка 16. Такое решение обеспечивает надежность установки нижнего валка 16 (фиг. 2), позволяющие при необходимости произвести быструю замену нижнего инструмента и препятствующее нежелательному смещению данного инструмента при его перемещении на столе 14. Кроме того, расстояние между роликоопорами 17 выбрано исходя из возможности установки нижнего бойка 16 между ними (фиг. 1).
Для вращения нижнего валка 16 заявляемый агрегат снабжен приводом вращения 18, который целесообразно установить на минимально возможном расстоянии от станины 1.
Ковочно-раскатный агрегат может быть снабжен двумя боковыми системами 19 с дополнительными боковыми бойками или боковыми валками, которые используются одновременно с соответствующим верхним или нижним инструментом. Наличие боковых систем свойственно для ковочно-раскатных агрегатов, что отражено, например, в аналоге № SU 824537.
Каждая система 19 выполнена в виде дополнительного основания 20 с направляющими (не показаны на чертеже) и гидроцилиндром 21. При этом в направляющих установлен с возможностью перемещения гидроцилиндром 21 держатель 22, выполненный с элементами крепления (на чертеже не показаны) для бокового бойка 23 или бокового валка 24.
На фигуре 3 показаны приводные ролики 25 для установки кольца 26, ролики 25 демпфируются и регулируются по высоте с помощью гидроцилиндров 27.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Цикл изготовления кольца большого диаметра начинается с установки в рабочую зону устройства на ролики 25 кольцевой заготовки 26 (на чертежах заготовка и кольцо изображены одинаково и обозначены позицией 26). После чего в рабочую зону агрегата вводится стол 14 с установленным на нем бойком 15. Вне агрегата верхний боек 8 крепится к съемному блоку 6 и устанавливается в направляющие, выполненные в ригелях 5. После чего подвижная силовая рама 3 совершает рабочий ход вниз и комплект инструмента с усилием рабочих гидроцилиндров 11 деформирует заготовку. При этом для замыкания усилия между верхним и нижним инструментом происходит демпфирование роликов 25 путем вытеснения рабочей жидкости из гидроцилиндров 27. Одновременно с деформацией наружной и внутренней поверхностей заготовки 26, производится деформация ее торцевых поверхностей с помощью боковых бойков 23, перемещающихся посредством гидроцилиндров 21.
Одновременное обжатие верхним и нижним бойками 8, 15 вместе с боковыми бойками 23 обеспечивает равномерность приложения деформирующих усилий по всем поверхностям обрабатываемого изделия. Следовательно, при совместном использовании верхнего и нижнего бойков с дополнительными боковыми бойками во всем сечении заготовки создается требуемая мелкозернистая структура металла во всем сечении. Одновременное обжатие верхним и нижним валками 9, 16 вместе с боковыми валками 24 приводит к повышению геометрической точности получаемого изделия в форме кольца (или обечайки).
После завершения деформации участка заготовки, подвижная силовая рама 3 с верхним съемным блоком 6 и верхним инструментом (боек 8) посредством подъемных цилиндров 12 возвращается в исходное положение. Находящаяся под давлением верхнего бойка 8 на демпфируемых роликах 25 заготовка 26 также возвращается в исходное положение, благодаря возвращению вытесненного объема рабочей жидкости в гидроцилиндры 27.
Боковые бойки 23 также возвращаются в исходное положение. С помощью роликов 25 заготовка 26 поворачивается на необходимый угол и цикл обработки поверхности повторяется.
После того, как заготовка обработана с помощью бойков до размеров близких к окончательным, происходит устранение огранки (для повышения геометрической точности изделия) с помощью валков. Для этой цели стол 14 перемещается на технологический мост 13, где нижний боек 15 заменяется устанавливаемым на роликоопоры 17 нижним валком 16. После чего стол 14 возвращается в рабочую зону, где валок 16 соединяется с приводом 18. Съемный блок 6 с закрепленным бойком 8 выводится из ригелей 5 в зону вне агрегата, где боек 8 заменяется валком 9. После чего съемный блок 6 вводится в ригели 5.
Аналогично процессу обработки заготовки бойками силовая рама 3 совершает рабочий ход, выполняя функцию нажимного устройства и замыкая усилие рабочих гидроцилиндров 11 на заготовке через верхний и нижний валки 9, 16. При этом ролики 25 также демпфируются, обеспечивая замыкание усилия на заготовке непосредственно между указанными валками.
Установленные в держатели 22 боковые валки 24 с усилием гидроцилиндров 21 прижимаются к торцевым поверхностям заготовки 26.
После чего, привод 18 начинает вращать нижний валок 16 и происходит прокатывание заготовки 26 между верхним и нижним валками 9, 16. Для снижения сопротивления прокатыванию приводные ролики 25 также вращаются.
При достижении необходимых размеров кольца обработка завершается.
Таким образом, расширение технологических возможностей ковочно-раскатного агрегата обусловлено наличием сменного инструмента. Конструктивные особенности заявляемого устройства позволяют производить замену комплекта бойков на комплект валков для осуществления операций ковки и раскатки заготовок колец большого диаметра для получения готового изделия с геометрической формой и размерами, позволяющими уменьшить припуск на дальнейшую механическую обработку.