СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕТКИ РИФЛЕЙ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОБОЛОЧКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF MAKING GRID OF GROOVES ON INNER SURFACE OF SHELL AND DEVICE THEREFOR

Изобретение относится к специальному производству оболочек с насечками на внутренней поверхности с образованием сетки рифлей. Для получения оболочек с сеткой рифлей на внутренней поверхности применяются операции обработки металлов давлением.
Известен, например, способ по патенту RU №2171445, F42В 12/24, опубл. 27.07.2001, в котором на внутренней поверхности оболочки выполняют насечки ромбического профиля посредством нанесения сетки рифлей, содержащий последовательные операции обработки металла оболочки давлением в холодном состоянии путем продавливания трубчатой заготовки оболочки с редуцированием последовательно через две фильеры разного диаметра, которую предварительно устанавливают на равномерно расположенных спиральных выступах центрального инструментального стержня, имеющих противное направление, причем трубную заготовку оболочки в фильеры подают без осевого перемещения относительно спиральных выступов с образованием гарантированного зазора между внутренней поверхностью оболочки и центральным инструментальным стержнем, при этом формируют рифли глубиной 0,25…0,55 толщины стенки трубчатой оболочки.
Недостатком известного способа является возможность получения насечек только ромбической формы на трубных оболочках. Для заготовок оболочек с дном типа «Стакан» способ не используется. Производительность способа низкая, а себестоимость изготовления высокая и связана с необходимостью и трудностью свинчивания полуфабриката оболочки с центрального инструментального стержня.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способы по патентам RU №2080549 и №2080550, F42В 12/24/ опубл. 27.05.1992, по которым на внутренней поверхности оболочки формируют рифли в виде пирамид многогранной формы и размеров. Заготовку оболочки в виде стакана помещают в матрицу с конусной рабочей поверхностью, производят обжим с получением конусного участка и воздействуют пуансоном, который формирует поперечную канавку и рифли на внутренней конусной поверхности оболочки. Преимуществом известных способов является получение сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки любой заданной формы, при этом не требуется использования трудоемкой операции свинчивания полуфабриката с пуансона.
Недостатком известных способов является повышенная трудоемкость изготовления оболочки за большое число переходов или операций, вызванная необходимостью формирования рифлей на локальном конусном участке малых габаритных размеров. С увеличением габаритных размеров оболочки как по диаметру, так и длине трудоемкость существенно возрастает из-за необходимости проведения большого числа переходов (операций) штамповки.
Для изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки обработкой металлов давлением, например, используется устройство, приведенное в патенте RU №2316403, В21С 37/20, B21J 5/12, В21K 21/06, опубл. 10.02.2008. Устройство имеет корпус, в котором соосно смонтированы неподвижные калибровочная матрица и кольцевой съемник. Пуансон выполнен со спиральными выступами и имеет возможность вращения. Для получения сетки рифлей ромбической формы необходимо использовать две калибровочные матрицы с рабочими отверстиями разного диаметра и пуансоны со спиральными выступами противоположного направления.
Недостатками известного устройства являются возможность получения рифлей только ромбической формы и необходимость смены матриц и пуансонов, при этом полая заготовка должна иметь дно. Поэтому для получения трубной заготовки оболочки с донным участком необходима дополнительная операция, например, обжима, а затем удаление этого участка.  После редуцирования требуется свинчивать пуансон из полуфабриката оболочки.
Наиболее близким по конструктивным признакам является устройство по патенту RU №2171445, F42B 12/24, В21К 21/06, В21С 37/20, опубл. 27.07. 2001. Устройство содержит обойму с матрицей для редуцирования заготовки оболочки, центральный инструментальный стержень, оправку со спиральными выступами одного направления (правого или левого), толкатель и пуансон, а также вращающийся на подшипниках съемник. Недостатком устройства является возможность изготовления только сетки рифлей ромбовидной формы. При этом необходимы как минимум две операции (перехода), на которых получают спиральные канавки в одном, а затем в противоположном направлениях. Требуется смена инструмента, свинчивание заготовки оболочки с инструментального стержня, что затрудняет получать сетку рифлей в крупногабаритных длинномерных оболочках.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение технологических возможностей получения сетки рифлей любой формы и габаритных размеров на внутренней поверхности оболочки и снижение себестоимости изготовления путем устранения перехода (операции) свинчивания.
cm
раз
Для решения поставленной задачи по предлагаемому способу формирования сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки, включающей внедрение во внутреннюю поверхность оболочки рифленых выступов полой рабочей оправки, выполненных на ее наружной поверхности в виде сетки выступов, с формообразованием на внутренней поверхности оболочки сетки углублений, используют полую рабочую оправку, выполненную с продольным разрезом, оболочку устанавливают в контейнер, вводят в нее с зазором z упомянутую рабочую оправку и осуществляют внедрение во внутреннюю поверхность оболочки рифленых выступов рабочей оправки путем упругой раздачи последней посредством инструментального стержня диаметром D c формообразованием сетки углублений глубиной h на внутренней поверхности оболочки за исключением участка, прилегающего к продольному разрезу рабочей оправки, при этом раздачу осуществляют с коэффициентом раздачи К, который определяют из следующего выражения:
после чего инструментальный стержень и рабочую оправку извлекают из полости оболочки, осуществляют поворот вокруг оси на угол 90°÷180° оболочки или рабочей оправки с обеспечением при последующем повторном введении в полость оболочки рабочей оправки расположения ее выступов в ранее сформированных углублениях оболочки и производят упругую раздачу рабочей оправки инструментальным стержнем с формированием сетки углублений на упомянутом выше необработанном участке внутренней поверхности оболочки.
cm
onp
onp
onp
Устройство для формирования сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки, содержащее полую рабочую оправку с рифлеными выступами на наружной поверхности, образующими сетку выступов, предназначенных для формообразования на внутренней поверхности оболочки сетки углублений, съемник, при чем оно снабжено контейнером с размещенным в нем выталкивателем с полостью, расположенным в упомянутой полости и закрепленным на винте основанием для базирования рабочей оправки в контейнере с зазором относительно оболочки, инструментальным стержнем, внутри которого установлен упомянутый винт с возможностью осевого перемещения на величину, равную длине оболочки, при этом полая рабочая оправка выполнена с продольным разрезом и с толщиной стенки, равной 1÷3 толщинам стенки оболочки, а инструментальный стержень выполнен с рабочей частью, имеющей диаметр D=d+2(h+z), где d - внутренний диаметр рабочей оправки, h - глубина углублений оболочки, z - величина зазора между оболочкой и рабочей оправкой, и с заходным коническим участком, имеющим угол конусности 15°÷30° и диаметр меньшего основания, равный 0,9 d.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления иллюстрируется фигурами 1, 2, 3, 4, 5.
На фиг. 1 показана схема устройства с трубной заготовкой перед началом изготовления сетки рифлей.
На фиг. 2 проекция рабочей оправки перед ее упругой раздачей.
На фиг. 3 схема устройства на этапе изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности оболочки.
На фиг. 4 проекция рабочей оправки после ее упругой раздачи.
На фиг. 5 схема устройства на этапе извлечения инструментального блока и готовой оболочки из устройства.
cm
onp
Способ осуществляется следующим образом. В контейнер 1 устройства (фиг. 1), закрепленном на прессе, устанавливается полая заготовка оболочки 6 и внутрь заготовки оболочки 6 вводится рабочая оправка 4, имеющая сетку рифленых выступов на наружной поверхности. Рабочая оправка 4 базируется на основании 3 и связана с инструментальным стержнем 8 винтом 5. Рабочая оправка 4 фиксируется относительно заготовки оболочки 6 при контакте основания 3 с полостью выталкивателя 2. Проекция рабочей оправки 4 перед началом операции приведена на фиг. 2. При дальнейшем перемещении инструментального стержня 8 его заходный конусный участок контактирует с внутренней поверхностью рабочей оправки 4, которая выполнена в виде разрезанной вдоль образующей втулки. Рабочий диаметр D инструментального стержня 8 больше, чем внутренний диаметр d рабочей оправки 4 на величину, соответствующую коэффициенту раздачи . Коэффициент раздачи назначается в зависимости от глубины рифлей, которые необходимо получить на внутренней поверхности оболочки. В процессе ввода инструментального стержня 8 в рабочую оправку 4 происходит ее упругое деформирование не сразу по всей длине, а постепенно в зависимости от хода инструментального стержня 8. Проекция рабочей оправки 4 после упругой раздачи показана на фиг. 3. Полная раздача рабочей оправки 4 и формирование сетки рифлей внутри заготовки оболочки 6 происходит в конце рабочего хода инструментального стержня (фиг. 4). При обратном ходе инструментального стержня 8 заготовка оболочки 6 опирается в съемник 7, и инструментальный стержень 8 выходит из рабочей оправки 4. При этом рабочая оправка 4 упруго восстанавливает начальные размеры и выходит из контакта с внутренней поверхностью заготовки оболочки 6 вместе с инструментальным стержнем 8 (фиг. 5). В результате проведенной операции получается сетка рифлей на внутренней поверхности заданной формы и размеров, за исключением небольшого участка, прилегающего к месту продольного разреза рабочей оправки 4. Для получения сетки рифлей на этом участке заготовку оболочки 6, или рабочую оправку 4, поворачивают вокруг оси на угол 90°÷180° с обеспечением при последующем повторном введении в полость оболочки рабочей оправки и вновь производят операцию нанесения рифлей на этом участке. Далее съемник 7 отводят и с помощью выталкивателя 2 готовую оболочку 6 удаляют из устройства (фиг. 5).
Предлагаемый способ позволяет получать сетку рифлей любой формы и глубины без операции свинчивания как в трубных заготовках оболочки, так и заготовках оболочки типа «Стакан».
Пример реализации способа.
-0,2
cm
мм
мм
В оболочке с толщиной стенки 2 мм и диаметром 78 мм на длине 700 мм необходимо на внутренней поверхности нанести сетку, например, квадратных по форме рифлей глубиной h=0,6±0,1 мм и со сторонами, кратными длине окружности, соответствующей диаметру внутренней поверхности. Внутренний диаметр готовой оболочки равен 74 мм, длина окружности 232,4 мм. Размер стороны квадратного рифля в рассматриваемом примере равен 11,6 мм или 5,8 мм. Из условия эксплуатации изделия выбирается квадратная сетка рифлей со сторонами 5,8 мм и заданной глубиной. Сетка рифлей, например, сориентирована сторонами квадрата по осевому и поперечному направлению заготовки оболочки. Для получения сетки рифлей на внутренней поверхности трубной заготовки оболочки применяется рабочая оправка с сеткой рифленых выступов, форма поверхности которых в поперечном сечении выполнена с углом при вершине 60° высотой 1 мм. Наружный диаметр оправки по вершинам выступов выполнен равным 74 мм. Такой диаметр обеспечивает свободное вхождение оправки в трубную заготовку с односторонним зазором z=0,1мм. Рифленые выступы выполнены высотой 1 мм для того, чтобы при формообразовании сетки рифленых углублений был обеспечен зазор между поверхностью заготовки оболочки 6 и рабочей оправки 4. В процессе формообразования рифлей происходит незначительное увеличение длины трубной заготовки, поэтому рабочая оправка 4 была изготовлена длиной 770 мм, толщиной стенки 6 мм и внутренним диаметром 62 мм. Рабочая оправка 4 разрезана вдоль образующей. Такая конструкция рабочей оправки 4 обеспечивает использование упругих свойств материала, как пружины, работающей на изгиб. Для раздачи рабочей оправки 4 был изготовлен инструментальный стержень 8, рабочий диаметр которого больше внутреннего диаметра оправки на 1,4 мм, т.е. D=62 +2(0,6+0,1)=63,4 , где h - глубина рифля в заготовке оболочки, z - односторонний зазор между наружным диаметром оправки и внутренним диаметром заготовки. После установки заготовки длиной 700 мм, наружным диаметром 78 мм и толщиной стенки 2 мм в контейнер устройства включается пресс, и инструментальный блок с оправкой вводится в полость заготовки. При этом основание 3 входит в полость выталкивателя 2, и оправка фиксируется в контейнере 1 относительно заготовки оболочки 6. Инструментальный стержень 8 конусной заходной частью вводится в рабочую оправку 4 и упруго раздает ее постепенно по мере вхождения. В результате раздачи рабочей оправки 4, выступающие рельефные выступы внедряются во внутреннюю поверхность заготовки оболочки 6, создавая требуемую по размерам и форме сетку рифлей. В конце рабочего хода инструментального стержня 8 рифли образовываются на всей внутренней поверхности заготовки оболочки 6, за исключением небольшого участка по линии разреза рабочей оправки 4. При обратном ходе ползуна пресса заготовка оболочки 6 опирается в съемник 7, инструментальный стержень 8 выходит из соприкосновения с рабочей оправкой 4, которая упруго сжимается до начальных размеров. Инструментальный стержень 8 и рабочая оправка 4 полностью выходят из нижней части устройства. После поворота рабочей оправки 4 или заготовки оболочки 6 вокруг оси на 90°÷180° и совмещения выступов оправки 4 с впадинами рифов на внутренней поверхности оболочки 6, вновь включается пресс, и инструментальный стержень 8 с рабочей оправкой 4 вводится в полость заготовки оболочки 6, осуществляется упругая раздача рабочей оправки 4 и образование сетки рифлей на необработанном участке. После этого инструментальный стержень 8 и рабочую оправку 4 извлекают из устройства, отводят съемник 7, включают выталкивающее устройство 2, и из контейнера 1 извлекают готовую оболочку 6.
Для осуществления предлагаемого способа используется устройство (фиг. 1), которое позволяет получать сетку рифлей любой формы и размеров без проведения операций свинчивания инструментального стержня с заготовки оболочки (или наоборот).
Устройство состоит из контейнера 1, в котором помещен выталкиватель 2, имеющий глухую полость, которая необходима для базирования основания 3 инструментального стержня 8. Инструментальный стержень 8 связан с рабочей оправкой 4, имеющей сквозное отверстие, хвостовиком 9, внутри рабочей оправки 4 размещается винт 5, основание 3. В контейнере 1 установлен раздвижной съемник 7.
Устройство работает следующим образом. Полую заготовку оболочки 6 помещают в контейнер 1, включают пресс, и инструментальный стержень 8 с рабочей оправкой 4 свободно входят в полость заготовки оболочки 6. При этом основание 3 базируется в полости выталкивателя 2. В свою очередь, расположенная на основании 3 рабочая оправка 4 ориентируется в полости заготовки с зазором z. Далее инструментальный стержень 8 входит в соприкосновение с рабочей оправкой 4 конусной заходной частью и производит упругую раздачу рабочей оправки 4 (фиг. 2). Раздача осуществляется постепенно по высоте рабочей оправки в процессе внедрения инструментального стержня 8. При раздаче осуществляется внедрение рифленых выступов в поверхность заготовки оболочки 6, поэтому силовая нагрузка возрастает плавно. Наличие зазора между поверхностями заготовки оболочки 6 и рабочей оправки 4 обеспечивается требуемым коэффициентом раздачи и размерами рельефных выступов. Высота рельефных выступов выполняется на 30÷50% больше глубины внедрения их в поверхность заготовки. В процессе образования сетки рифлей происходит увеличение длины заготовки, поэтому с учетом этого обстоятельства длина оправки выполнена на 10÷15% больше длины исходной заготовки оболочки 6. При обратном ходе полая заготовка оболочки 6 упирается в съемник 7, и инструментальный стержень 8 выходит из полости рабочей оправки 4. Рабочая оправка 4, упруго деформируясь, принимает первоначальную форму и размеры, инструментальный стержень 8 с рабочей оправкой 4 выходят из полости заготовки оболочки 6 и контейнера 1. После этого перехода на внутренней поверхности заготовки оболочки остается небольшой участок, где из-за наличия продольной щели рабочей оправки 4 рифли не формировались. Для формирования рифлей на этом участке заготовки оболочки 6 рабочая оправка 4, или заготовка оболочки 6 поворачиваются вокруг оси на 90°÷180° таким образом, чтобы произошло совмещение вершин выступов рабочей оправки 4 с впадинами сетки рифлей на внутренней поверхности заготовки оболочки 6. После этого включается пресс, и процесс штамповки повторяется. Готовая оболочка удаляется из устройства после отвода съемника 7 и срабатывания выталкивающего устройства 2 (фиг. 3).