Станок для изготовления спирали шнека
MACHINE FOR THE MANUFACTURE OF AUGER SPIRAL

Изобретение относится к машиностроению, а именно, к станкам, выполняющим непрерывную холодную прокатку спирали шнека из стальной ленты, который может быть использован при изготовлении машин и оборудования, снабженных шнеками, например, буровых установок.
Непрерывная холодная прокатка длинномерных стальных листов отличается высокой производительностью, экономией материалов, хорошим качеством спирали, высокой жесткостью и износоустойчивостью.
Из уровня техники известны различные устройства изготовления спиралей шнеков, например, по авторским свидетельствам SU 1611505, SU 1563807. Известен станок изготовления спиралей шнеков, обеспечивающий поэтапное формирование спирали: навивка на оправку плотного пакета витков и растяжение на заданный шаг с последующей калибровой (авторское свидетельство SU 1611505 A1). При таком формировании спирали увеличивается время изготовления спирали с заданными параметрами, не обеспечивается необходимая точность изготовления шнека с заданным шагом.
Известен станок для изготовления спиралей шнеков (по патенту RU 2239506), содержащий смонтированные между опорными валками в станине-клети прокатные валы с переходными участками, диаметр опорных валков в зоне выхода спирали меньше, чем в зоне их контакта с прокатными валами. Выводная проводка имеет геликоидную рабочую поверхность для контакта с изделием. Над верхним опорным валком установлен демпфирующий груз с упругим элементом с возможностью непрерывного нажима на верхний опорный валок и с возможностью регулировки усилия этого нажима, при этом стан снабжен системой для подачи смазочно-охладительной жидкости в область контакта прокатных валов с обрабатываемым ленточным материалом.
Известен станок для изготовления спирали шнека (по авторскому свидетельству SU 1291239 А1, выбран в качестве прототипа), содержащий станину, опоры для поддержки трубной заготовки и готового шнека, механизм формирования спирали, выполненный в виде устройства подачи заготовки подачи полосы и привода вращательно-поступательного перемещения трубной заготовки с фрикционными роликами, узел для жесткого соединения витков спирали с трубной заготовкой. Станок снабжен шнеком-копиром, жестко присоединенным к заготовке, а привод вращательно-поступательного перемещения трубной заготовки установлен за механизмом жесткого соединения витков спирали по ходу подачи заготовки и выполнен в виде двух роликов в форме усеченных  конусов. Ролики расположены с зазором для прохождения спирали шнека. Привод вращательно-поступательного перемещения трубной заготовки выполнен с возможностью поворота относительно его вертикальной оси симметрии, проходящей между приводными роликами, с возможностью взаимного перемещения приводных роликов.
Его недостатком является узкий спектр размеров  выпускаемых шнеков, поскольку, при изготовлении спирали шнека воображаемые вершины фрикционных роликов в форме усеченных конусов, должны быть расположены на оси подачи заготовки, то есть на оси вращения спирали шнека. Следовательно, диаметры и шаг спирали шнека ограничиваются размерами фрикционного конуса. Кроме того, использование дополнительной трубной заготовки, приводит к использованию для каждого внутреннего диаметра спирали шнека трубной заготовки определенного размера. Еще одним недостатком является невозможность изготовления спирали шнека без вала. То есть на данном станке невозможно изготовить спираль шнека для безосевых конвейеров.
Технической задачей изобретения является обеспечение возможности регулировки в широком диапазоне параметров заготовки - стальной ленты, без использования дополнительных приспособлений и обеспечение высокой точности изделий.
Техническим результатом изобретения является упрощение производства спирали шнека, расширение ассортимента выпускаемых шнеков. Кроме того, повышается точность изготовления спирали шнека.
Технический результат достигается в станке для изготовления спирали шнека (далее, также - станок), имеющем станину, в которой установлены в корпусах наклоненные друг к другу конусные прокатные валы, оснащенные вращающими их приводами. Корпусы выполнены с возможностью регулировки их положения в станине. На верхней части станины установлены устройство подачи заготовки и регулируемый стол с роликом. Между устройством подачи заготовки и роликом на регулируемой опоре установлен прижимной ролик. Регулируемый стол выполнен в виде плит, перемещающихся на направляющих с помощью электроприводов и выполнен с возможностью изменения положения ролика и угла наклона его оси. Для регулировки положения корпусов в станине по вертикали используется шарико-винтовая пара, по горизонтали - гидроцилиндры. Станок оснащен системой подачи смазочно-охлаждающей жидкости на прокатные валы. Конусные прокатные валы наклонены друг к другу под углом от 60° до 80°, с углом конусной части от 59° до 79° и с диаметром основания конуса от 180 мм до 300 мм.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг.1-2 - общий вид станка;
фиг.3 - станок в составе линии;
фиг.4-5 - регулировка положения корпусов в станине по вертикали;
фиг.6 - регулировка положения корпусов в станине по горизонтали;
фиг.7 - изготовление спирали шнека;
фиг.8 - профиль шнека.
Станок для изготовления спирали шнека 27 имеет станину 1. Станина 1 изготавливается из стальных фрезерованных плит, в форме сужающейся к верху трапеции с углом наклона боковых сторон около 70 градусов, которые соединяются между собой винтами. Боковые стенки станины 1 имеют Т-образную форму (фиг. 5). Внутри этой трапеции установлена поднимающаяся опора 2 с клиновой поверхностью, которая перемещается в вертикальном направлении с помощью клина 3.
В станине 1 установлены в корпусах 4 на подшипниках, наклоненные друг к другу под углом от 60° до 80°, конусные прокатные валы 5, оснащенные вращающими их приводами 6 (электромоторы 6). Прокатные валы 5 выполнены с углом конусной части от 59° до 79° и с диаметром основания конусов от 180 мм до 300 мм. От диаметра оснований конусов зависит максимальная ширина прокатываемой стальной полосы, от которой зависит максимальная ширина лопасти спирали шнека 27. Угол наклона прокатных валов 5 зависит от угла конусов. Угол наклона прокатных валов 5, как правило, больше угла конусов на 1°. От угла конусной части прокатных валов 5 зависит минимальный шаг спирали. Чем меньше угол конусной части, тем меньше минимальный шаг спирали шнека 27, но при этом уменьшается максимальная ширина прокатываемой стальной полосы 26, уменьшается сечение конусной части прокатных валов 5, тем самым уменьшается крутящий момент на прокатных валах 5. Указанные диапазоны углов и размеров частей позволяют прокатывать спирали шнеков 27 толщиной от 2 до 12 мм. При более острых углах конусной части прокатных валов 5, допускаемый крутящий момент уменьшается. А для прокатки спирали шнека из более толстой стальной полосы требуется повышенный крутящий момент. Поэтому при более острых углах конусной части крутящий момент на прокатном валу будет превышать допустимый. От диаметра основания конуса зависит максимальный крутящий момент на прокатном валу 5 и максимальная ширина прокатываемой стальной полосы. Оптимальным размером для диаметра основания конуса является от 180 до 300 мм. Свыше 300 мм можно прокатывать более широкие стальные полосы, но требуется чрезмерное усилие для прокатки. Поэтому такие спирали шнеков изготавливают из отдельных сегментов методом штамповки. Если применять прокатные валы 5 диаметром конусной части меньше 180 мм, то уменьшается спектр выпускаемых размеров спиралей шнеков при одних и тех же затратах на изготовление станка для прокатки.
Корпусы 4 выполнены с возможностью регулировки их положения в станине 1 по вертикали и по горизонтали. Для регулировки положения корпусов 4 в станине 1 по вертикали используется шарико-винтовая пара (фиг. 3). Узел регулировки по вертикали образован винтом 7, гайкой 8, клином 3 и мотором-редуктором 9. С помощью мотора-редуктора 9 вращение винта 7 через гайку 8 преобразовывается в поступательное движение клина 3, который через опору 2 с клиновой поверхностью поднимает или опускает корпусы 4 с прокатными валами 5. Контроль высоты прокатных валов 5 осуществляется с помощью линейки 24.
Для регулировки положения корпусов 4 в станине 1 по по горизонтали используются гидроцилиндры 17, соединенные с гидростанцией 23. Положение корпусов 4 после настройки фиксируются с помощью винтов 25.
На верхней части станины 1 установлены устройство 10 подачи заготовки 26 и регулируемый стол 11 с роликом 12, выполненный в виде трех плит, перемещающихся на направляющих с помощью электроприводов 13, 14, обеспечивающих возможность изменения положения ролика 12 по трем координатам и угла наклона его оси в вертикальной плоскости. Устройство 10 подачи заготовки представляет собой регулируемые по вертикали и по горизонтали направляющие для стальной ленты 26.
На линии между устройством 10 подачи заготовки и роликом 12, на регулируемой опоре 15 установлен прижимной ролик 16, выполненный в виде цилиндрической детали с вертикальной осью вращения, обеспечивающий точность шага спирали шнека.
Станок оснащен системой подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на прокатные валы 5: для их охлаждения и смазки всех направляющих заготовку деталей, подается СОЖ насосом 18 из емкости 19.
Изготовление спирали шнека происходит следующим образом.
На рисунке 3 показан станок в составе линии по изготовлению спирали шнека 27. С разматывающего устройства 21 подают конец стальной полосы 26  через устройство 10 подачи заготовки. Настраивают положение прокатных валов 5. При установке левого прокатного вала 5 в задней части, а правого в передней части, можно прокатать спираль  шнека правого вращения. А при установке левого прокатного вала 5 в передней части, а правого в задней части, можно прокатать спираль шнека левого вращения. Валы фиксируются с помощью винтов 25. Устанавливают расстояние между прокатными валами 5 - расстояние между концами прокатных валов 5 должно быть равно толщине металла. Высоту подачи и натяг стальной полосы 26 настраивают с помощью устройства 10 подачи заготовки, обеспечивая ее выравнивание и натяг. Ролик 12 выставляют так, чтобы центр его оси был на уровне концов прокатных валов 5. Ролик 12 регулируется по высоте вверх и вниз до подходящего положения в соответствии с размером внешнего диаметра прокатываемой спирали шнека 27. Также регулируется его наклон, чтобы внешняя кромка спирали шнека 27 перемещалась в канавке ролика 12 с усилием. Диаметр спирали шнека 27 уменьшается при приближении ролика 12 к прокатным валам 5. Перемещением ролика 12 в стороны регулируется шаг спирали шнека 27. Перемещением ролика 12 по направлению движения спирали шнека 27 уменьшается шаг спирали и увеличивается внутренний диаметр. Таким образом, обеспечивается возможность регулировки в широком диапазоне геометрических параметров спирали шнека. Для точной выдержи шага используется прижимной ролик 16, обеспечивающий дополнительную точку опоры для формируемой спирали шнека 27, обеспечивая точность изготовления.