ПЛАНЕТАРНЫЙ РОЛИК ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРМЫ И СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРМЫ ПОЛОСТИ ЕМКОСТИ
PLANETARY ROLLER FOR SHAPE RECOVERY AND METHOD FOR TANK CAVITY SHAPE RESTORATION

Область техники
Изобретение относится к восстановлению формы или выравниванию полостей в трубах, баках, трубках, емкостях и других объектах, имеющих внутреннюю полость или проход.
Предшествующий уровень техники
Утверждения, содержащиеся в данном разделе, просто предоставляют справочную информацию, относящуюся к изобретению, и могут не отображать предшествующий уровень техники.
Литейные заводы выпускают отливки материала в виде, удобном для транспортировки, хранения и соблюдения других логистических требований. Отливки, как правило, отливают внутри полостей металлических емкостей, и литейные емкости многократно используют для получения отливок. В течение своего срока эксплуатации литейные емкости в конечном итоге деформируются расплавленными материалами отливок. Литейные емкости также могут деформироваться при извлечении отливок из литейных емкостей.
Исторически формы литейных емкостей восстанавливали, нагревая литейную емкость в печи и затем используя гидравлическое устройство для восстановления формы или гидравлический пресс для медленного выдавливания стенок цилиндрических изнутри емкости. Такой процесс горячего восстановления формы является дорогостоящим и длительным. Например, в среднем восстановление формы литейной емкости может продолжаться до двенадцати часов и, таким образом, приводит к значительным простоям производства.
Согласно изобретению рассматриваются вопросы, относящиеся к восстановлению формы (переформованию) литейных емкостей, наряду с другими пластически деформируемыми объектами, такими как трубы, трубки и баки.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения предлагается устройство для восстановления формы полости емкости. Устройство содержит центральный вал, центральное зубчатое колесо, соединенное с центральным валом, множество зубчатых колес роликов, связанных с центральным зубчатым колесом, причем каждое из множества зубчатых колес роликов имеет центральную часть. Устройство дополнительно включает в себя ближний опорный элемент, связывающий множество зубчатых колес роликов и центральное зубчатое колесо и/или центральный вал. Множество роликов соединено с центральной частью каждого из множества зубчатых колес роликов. Кроме того, устройство имеет дальний опорный элемент, связывающий множество роликов и центральное зубчатое колесо и/или элемент перемещения. Элемент перемещения выполнен с возможностью зацепления с неподвижным элементом, прикрепленным к дальней части полости емкости, и предназначен для перемещения устройства через полость емкости по мере вращения устройства.
В вариантах осуществления этого устройства центральный вал входит в зацепление с неподвижным элементом и предназначен для перемещения устройства в дальнюю сторону и ближнюю сторону через полость емкости. В другом варианте осуществления для зацепления и перемещения устройства в дальнюю сторону и ближнюю сторону через полость емкости используется толкатель. По меньшей мере один ролик из множества роликов имеет форму, которая является по меньшей мере одной из изогнутой, сегментированной, прямолинейной и конической. Центральное зубчатое колесо меньше, чем множество зубчатых колес роликов, так что имеет место понижающая передача вращения между центральным зубчатым колесом и множеством зубчатых колес роликов. В другом варианте осуществления между дальним опорным элементом и ближним опорным элементом установлен по меньшей мере один стабилизатор. В еще одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит по меньшей мере один промежуточный элемент, расположенный между множеством роликов, и при этом промежуточный элемент имеет периферийную поверхность, приспособленную для взаимодействия с множеством роликов, причем периферийная поверхность представляет собой по меньшей мере одно из дугообразной поверхности, B-образной поверхности, многоугольной поверхности и плоской поверхности. Для создания предварительной нагрузки промежуточного элемента относительно множества роликов может быть выполнен привод, причем привод выбран из группы, состоящей из гидравлического толкателя и пружины. Кроме того, по меньшей мере один ролик из множества роликов дополнительно содержит сегмент для удаления заусенцев, и/или шлифующий сегмент, и/или полирующий сегмент. В еще одном варианте по меньшей мере один ролик из множества роликов содержит поверхность, имеющую спиральный выступ, и/или спиральную канавку, и/или концентрический выступ, и/или концентрические канавки, и/или гладкую поверхность.
В другом варианте осуществления изобретения предлагается способ восстановления формы полости емкости, включающий в себя этапы, на которых: размещают описанное выше устройство вблизи полости емкости и вводят в зацепление элемент перемещения с неподвижным элементом емкости; вводят в зацепление центральный вал; и перемещают устройство через полость емкости. В одном из вариантов осуществления устройство перемещают посредством вращения.
Другие области применения станут понятны из приведенного описания. Следует иметь в виду, что описание и конкретные примеры приведены исключительно в целях пояснения и не предназначены для ограничения объема изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения далее описаны различные варианты его осуществления, приведенные в качестве примера, со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 показана типовая литейная емкость, форма которой восстановлено в соответствии с идеями изобретения, вид сбоку;
на фиг. 2 – один из вариантов устройства для восстановления формы полости емкости, выполненного в соответствии с идеями изобретения, вид сбоку;
на фиг. 3 – устройство, показанное на фиг. 2, выполненное с возможностью вращения и расположенное над типовой литейной формой, в соответствии с идеями изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 4 – устройство, показанное на фиг. 2, расположенное вблизи полости емкости, выполненное в соответствии с идеями изобретения, вид боку;
на фиг. 5А – 5С – устройство, показанное на фиг. 2, по мере постепенного перемещения устройства через полость емкости, в соответствии с идеями изобретения, виды сбоку;
на фиг. 6 – один из вариантов выполнения устройства, показанного на фиг. 2, с боковыми опорами, выполненного в соответствии с идеями изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 7 – другой вариант устройства для восстановления формы полости емкости, выполненного в соответствии с идеями изобретения, вид сбоку;
на фиг. 8 – один из вариантов устройства, показанного на фиг. 2, вид сбоку, поясняющий примерные сегменты роликов в соответствии с идеями изобретения; и
на фиг. 9 – блок-схема, поясняющая способ восстановления формы полости емкости в соответствии с идеями изобретения.
Чертежи предназначены только для пояснения и никоим образом не ограничивают объем изобретения.
Варианты осуществления изобретения
Последующее описание является примером осуществления изобретения и не предназначено для ограничения изобретения, его применения или использования. На всех чертежах соответствующие ссылочные позиции обозначают одинаковые или соответствующие части и элементы. Также следует понимать, что этапы способа могут выполняться в ином порядке, не отклоняясь от идей изобретения.
Ссылаясь на фиг. 1, типовая литейная емкость 10, к которой применяются идеи изобретения, обычно содержит полость 12 емкости, в которую заливают расплавленный металл во время разливочных операций. После повторных разливочных операций упомянутая полость 12 емкости деформируется и, в конечном итоге, требует обработки, чтобы привести полость 12 емкости обратно в соответствие с требованиями к ее первоначальной форме. Следует понимать, что идеи изобретения применимы к множеству объектов, имеющих полость, таких как трубы, баки и трубки и прочие объекты. Следовательно, литейная емкость 10 не должна рассматриваться как ограничение объема изобретения.
На фиг. 2 – 4 пояснен один из вариантов осуществления изобретения, представляющий собой устройство для восстановления полости 12 емкости, в целом обозначенное ссылочной позицией 20. Устройство 20 содержит центральный вал 22, центральное зубчатое колесо 24, соединенное с центральным валом 22, и множество зубчатых колес 26 роликов, связанных с центральным зубчатым колесом 24, причем каждое зубчатое колесо 26 ролика имеет центральную часть 28. Обычно центральное зубчатое колесо 24 меньше, чем каждое из зубчатых колес 26 роликов, так что имеет место понижающая передача вращения между центральным зубчатым колесом 24 и зубчатыми колесами 26 роликов.
Устройство 20 также включает в себя ближний опорный элемент 40, связывающий множество зубчатых колес 26 роликов, центральное зубчатое 24 и центральный вал 22. Более конкретно, ближний опорный элемент 40 имеет множество отверстий, через которые проходит центральный вал 22, и к которым крепятся зубчатые колеса 26 роликов и центральное зубчатое колесо 24.
Как дополнительно показано на чертеже, устройство 20 содержит множество роликов 50, причем каждый из роликов 50 соединен с центральной частью 28 каждого из множества зубчатых колес 26 роликов. В рассматриваемом варианте используется всего три (3) ролика 50, однако следует понимать, что можно использовать любое количество роликов 50, оставаясь в рамках объема изобретения. Устройство 20 также включает в себя по меньшей мере один промежуточный элемент 60, расположенный между множеством роликов 50, и дальний опорный элемент 70, связывающий множество роликов 50 и элемент 30 перемещения. Кроме того, к дальней части 64 полости 12 емкости прикреплен неподвижный элемент 62 (показанный на фиг. 1 и 4). Промежуточный элемент 60 в целом предназначен для отделения и стабилизации каждого из роликов 50 и более подробно рассматривается далее. Элемент 30 перемещения в одном из вариантов осуществления прикреплен к устройству 20 на ближнем конце 31 и входит в зацепление с неподвижным элементом 62 на дальнем конце 33 (лучше всего показан на фиг. 5C). Элемент 30 перемещения предназначен для перемещения устройства 20 через полость 12 емкости при вращении устройства 20, как более подробно описывается далее.
Каждый из роликов 50 имеет форму, которая сужается в дальнем направлении, так что общий периферийный размер в нижней части 52 каждого ролика 50 меньше, чем общий периферийный размер в верхней части 54 каждого ролика 50. При такой сужающейся конфигурации ролики 50 могут легче перемещаться через полость емкости и постепенно восстанавливать форму стенки полости 12 емкости, как это более подробно описано далее. Как показано на чертеже, ролики 50 в этом варианте осуществления также являются круглыми. В альтернативных, не показанных вариантах выполнения ролики 50 могут принимать другие формы, такие как изогнутая, сегментированная и прямолинейная и т.д., оставаясь в рамках идей изобретения.
Как показано на чертеже, каждый из роликов 50 имеет поверхность со спиральными выступами 58. Эти спиральные выступы 58 предназначены для восстановления формы полости 12 емкости, когда устройство 20 и ролики 50 перемещаются через полость 12 емкости. Также могут использоваться альтернативные формы поверхностей роликов 50, такие, например, как спиральные канавки, концентрические выступы, концентрические канавки, гладкие поверхности и их комбинации. В этом варианте осуществления каждый ролик 50 представляет собой отдельный компонент, имеющий спиральные выступы 58, механически выполненные на наружной поверхности. Однако следует понимать, что ролики 50 могут состоять из отдельных роликов, установленных на валу, оставаясь в рамках объема изобретения. Ролики 50 в одном из вариантов осуществления выполнены из твердой инструментальной стали. В целом, поверхности роликов 50, наряду с их сужающейся формой, используются для постепенного восстановления формы полости 12 емкости по мере перемещения устройства 20 через нее, как более подробно описано далее.
Ссылаясь, в частности, на фиг. 4, элемент 30 перемещения входит в зацепление с неподвижным элементом 62, в данном варианте в резьбовое зацепление, при этом элемент 30 перемещения имеет наружную резьбу, а неподвижный элемент 62 имеет внутреннюю резьбу (например, представляет собой гайку). Такое зацепление между элементом 30 перемещения и неподвижным элементом 62 предназначено для перемещения устройства 20 в дальнюю сторону и в ближнюю сторону через полость 12 емкости, где направление в дальнюю сторону показано стрелкой X, а направление в ближнюю сторону показано стрелкой Y. Более конкретно, когда центральный вал 22 вращается, резьба (на чертеже не показана) элемента 30 перемещения постепенно взаимодействует с резьбой (на чертеже не показана) неподвижного элемента 62, тем самым перемещая все устройство 20 в дальнюю сторону внутрь полости 12 емкости. Когда центральный вал 22 вращается в противоположном направлении, все устройство 20 перемещается в ближнюю сторону из полости 12 емкости, как это более подробно описывается далее. В альтернативном варианте осуществления устройство 20 дополнительно может включать в себя толкатель (на чертеже не показан) для зацепления и перемещения устройства 20 через полость 12 емкости. Такой толкатель может использоваться в качестве альтернативы элементу 30 перемещения, взаимодействующему с неподвижным элементом 62.
Как дополнительно показано на фиг. 2, промежуточный элемент 60 имеет периферийную поверхность, приспособленную для взаимодействия с множеством роликов 50. Как показано на чертеже, упомянутая периферийная поверхность 63 имеет дугообразную или изогнутую форму и входит в зацепление с соответствующей канавкой 65, расположенной приблизительно посередине длины каждого ролика 50. В целом, промежуточный элемент 60 стабилизирует ролики 50, когда они перемещаются внутри полости 12 емкости. В альтернативных вариантах осуществления периферийная поверхность 63 может иметь иную форму, отличающуюся от дугообразной формы, такую, например, как форма B-образной поверхности, многоугольной поверхности и плоской поверхности и т.д. Когда устройство 20 перемещается внутри полости 12 емкости и восстанавливает ее форму, промежуточный элемент 60 стабилизирует ролики, противодействуя направленному внутрь давлению стенок полости и позволяя роликам 50 поддерживать контакт/давить на стенки полости 12 емкости. Обеспечение взаимодействия роликов 50 с полостью 12 емкости повышает скорость восстановления формы и эффективность устройства 20.
На фиг. 5А – 5С показано перемещение устройства 20 через полость емкости в дальнюю сторону, которое теперь описывается более подробно. Как показано на чертеже, устройство 20 расположено над емкостью 10 и над полостью 12 емкости. Элемент 30 перемещения находится в зацеплении с неподвижным элементом 62 так, что устройство функционально находится в зацеплении с емкостью 10. Когда центральный вал 22 вращается (по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от направления резьбы), центральное зубчатое колесо 24 вращается и зацепляется с каждым из зубчатых колес 26 роликов. Когда каждое из зубчатых колес 26 роликов вращается, каждый из соответствующих роликов 50 также вращается. Соответственно, дальний опорный элемент 70 может содержать внутренние подшипники (на чертеже не показаны), в которые вставлены ролики и которые позволяют каждому из роликов 50 вращаться.
Пока центральный вал 22 продолжает вращаться, все устройство 20 перемещается в дальнюю сторону в полость 12 емкости благодаря зацеплению между элементом 30 перемещения и неподвижным элементом 62. Спиральные выступы 58 роликов 50 постепенно входят в контакт с внутренней стенкой полости 12 емкости, вызывая пластическую деформацию стенок полости и восстановление формы полости 12 емкости. Такое вращение продолжается до тех пор, пока устройство 20 не войдет полностью в полость 12 емкости, и каждый из роликов 50 пластично не деформирует всю полость 12 емкости. Для удаления устройства 20 из полости 12 емкости центральный вал 22 вращают в противоположном направлении, что побуждает устройство 20 перемещаться в ближнюю сторону из полости 12 емкости. Такая операция может повторяться любое количество раз в зависимости от требуемой формы поверхности внутри полости 12 емкости. В этом примерном варианте центральный вал 22 вращается со скоростью приблизительно 850 об/мин, и все устройство 20 перемещается в ближнюю сторону в полость 12 емкости и из нее приблизительно за 2,5 минуты за полный цикл операции восстановления формы. Следует понимать, что могут использоваться другие скорости вращения и время в зависимости от характеристик емкости, таких как размер и материалы.
По меньшей мере в одном из вариантов осуществления изобретения геометрическая форма по меньшей мере одного ролика из множества роликов обеспечивает перемещение в дальнюю и/или ближнюю сторону устройства через полость емкости без внешнего источника, который прикладывает осевые усилия. Например, привод взаимодействует с роликами или зубчатыми колесами роликов, вращая ролики. По меньшей мере один из роликов имеет сужающуюся форму, спиральную канавку и сегмент для удаления заусенцев, которые при вращении входят в контакт с внутренними стенками полости емкости, перемещая (втягивая) устройство в дальнюю сторону в полость емкости.
Обращаясь теперь к фиг. 6, в одном из вариантов осуществления изобретения устройство 20 дополнительно содержит по меньшей мере один стабилизатор 80, соединяющий между собой дальний опорный элемент 70 и ближний опорный элемент 40. Стабилизатор 80 противодействует скручиванию или кручению устройства 20 в процессе формования. В показанном варианте используются три (3) стабилизатора 80, которые прикреплены к каждому из ближнего опорного элемента 40 и дальнего опорного элемента 70 с помощью болтов 82, как это показано на чертеже. Стабилизатор 80 также расположен между роликами 50 так, что он не мешает операции восстановления формы, а именно взаимодействую роликов со стенками полости 12 емкости. Кроме того, устройство 20 дополнительно содержит второй ближний опорный элемент 42, который также имеет множество отверстий, через которые проходит центральный вал 22, и через которые установлены зубчатые колеса 26 роликов и центральное зубчатое колесо 24. Второй ближний опорный элемент 42 установлен таким образом, что зубчатые колеса 26 роликов оказываются между ближним опорным элементом 40 и вторым ближним опорным элементом 42.
Обращаясь теперь к фиг. 7, в другом варианте осуществления изобретения устройство 20' включает в себя сужающиеся ролики 50', имеющие гладкие внешние поверхности. Как показано на чертеже, устройство 20' дополнительно содержит множество пружин 66 и множество промежуточных элементов 60. Каждый из промежуточных элементов имеет периферийную поверхность 63 (показанную более подробно на вынесенном фрагменте), которая расширяется на конус. Вместе с пружинами 66 сужающиеся периферийные поверхности 63 предназначены для предварительной нагрузки множества роликов 50' промежуточными элементами 60, таким образом, побуждая множество роликов 50' прижиматься в радиальном направлении наружу к стенкам полости 12 емкости.
Ссылаясь на фиг. 8, в другом варианте осуществления изобретения по меньшей мере один из роликов 50 может иметь альтернативную форму поверхности, отличную от спиральных выступов 58, для выполнения других операций, таких как чистовая обработка после восстановления формы. Например, ролики 50 могут иметь сегмент для удаления заусенцев, и/или шлифовальный сегмент, и/или полировальный сегмент.
Более конкретно, ролик 50" имеет сегменты 90n. Как показано на чертеже, сегмент 90d удаляет заусенцы, сегмент 90p шлифует, сегмент 90b полирует и любой из сегментов 90n также формует внутренние стенки полости емкости. Кроме того, некоторые сегменты 90 перекрываются друг с другом, выполняя множество операций восстановления формы в зависимости от требуемых характеристик полости емкости. Кроме того, сегменты, формы и поверхности могут быть выполнены в любом количестве комбинаций, что позволяет ролику иметь, например, изогнутую сегментированную поверхность со спиральными выступами, которые изменяют форму, удаляют заусенцы и полируют полость емкости. Хотя на чертеже показан один ролик с сегментами 90d, 90p и 90b вместе с одним роликом, имеющим одну часть 90n восстановления формы, следует понимать, что можно использовать любую комбинацию роликов и сегментов ролика, оставаясь в рамках объема изобретения.
Несмотря на то, что на чертежах показан промежуточный элемент 60, он не является обязательным элементом для осуществления процесса восстановления формы. Например, в одном из вариантов осуществления с толкателем для перемещения устройства в дальнюю сторону и ближнюю сторону через полость емкости, привод, вращающий ролики, может прекратить вращение, и устройство восстановления формы будет, тем не менее, до некоторой степени все еще восстанавливать полость емкости или выйдет из полости, когда процесс восстановления формы завершится.
Хотя на чертежах показаны дальний опорный элемент, промежуточный элемент и ближний опорный элемент, дальний (или ближний) опорный элемент, который может конструктивно поддерживать множество роликов при восстановлении формы полости емкости без промежуточного элемента, должен рассматриваться как находящийся в рамках идеи изобретения. Аналогичным образом, дальний (или ближний) опорный элемент, который один может конструктивно поддерживать множество роликов в контакте с полостью емкости, также находится в рамках идеи изобретения.
Обратимся теперь к фиг. 9, на которой показана блок-схема способа согласно изобретению, обозначенного ссылочной позицией 100. Способ 100 включает в себя размещение устройства вблизи полости емкости и введение центрального вала в зацепление с неподвижным элементом на этапе 102. Затем центральный вал вводят в зацепление на этапе 104, что затем приводит к зацеплению центрального зубчатого колеса на этапе 106, за которым следует зацепление зубчатых колес роликов на этапе 108, затем вращение множества роликов на этапе 110 и, наконец, перемещение устройства через полость емкости на этапе 112. Следует понимать, что эти этапы и их порядок их следования являются только примерными, и что могут осуществлены другие этапы, соответствующие изобретению.
В процессе восстановления формы емкость 10 находится при комнатной температуре, однако можно использовать повышенные температуры, оставаясь в рамках объема изобретения.
Описание изобретения поясняет исключительно пример его осуществления, и, таким образом, изменения, не выходящие за рамки сущности изобретения, считаются находящимися в рамках объема изобретения. Такие изменения не должны рассматриваться как отклонение от сущности и объема изобретения.