Способ изготовления кольца
METHOD OF MANUFACTURING RING

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в машиностроении для изготовления деталей типа кольцо, преимущественно крупных размеров.
Известен способ изготовления шпангоутов, при котором исходную профильную заготовку изгибают прокаткой в роликах на трех- или четырехвалковых профилегибочных машинах в кольцо со стыком (Грошиков А.И., Малафеев В.А. Заготовительно-штамповочные работы в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1976 г., с. 334…342). После гибки стык кольца заваривают сваркой плавлением, контактно-стыковой сваркой, сваркой электронным лучом или лазерной сваркой. Сваренные кольца подвергают механической обработке резанием для получения требуемых размеров. При изготовлении шпангоутов больших диаметров и больших сечений профильные заготовки изгибают в полукольца, которые сваривают между собой по концевым стыкам в кольцо. Остальные операции производятся аналогично.
Недостатком указанного способа изготовления шпангоутов является наличие сварных швов, которые не только снижают прочность готового кольца, но и существенно увеличивают трудоемкость его изготовления за счет подгоночных, сварочных, доводочных и контрольных операций, а также требуют применения целого комплекса дополнительного оборудования.
За более близкий к предлагаемому способу аналог принят способ изготовления кольца по патенту РФ №2468884, кл. В21К 1/76; B21D 53/16. Способ включает этапы, на которых нарезают исходный материал до заданной длины и выполняют в нем прорезь в направлении его длины с образованием заготовки. Заготовку вставляют в инструментальную оснастку и расширяют прорезь вдавливанием пуансона в заготовку с одновременным приложением сжимающего усилия к концам заготовки. Прорезь расширяют введением пуансона до получения круглой заготовки. Заготовку дополнительно поддерживают в направлении, нормальном к одновременно прикладываемому сжимающему усилию. На каждом конце прорези могут вырезаться радиусы. Отформованную заготовку извлекают из инструментальной оснастки и выполняют окончательную обработку до конечных размеров и формы кольца. Заготовку дополнительно поддерживают для предотвращения осевой деформации, нормальной к направлению расширения прорези.
Недостаток вышеназванного способа заключается в низкой точности получаемого кольца, малых технических и технологических возможностях.
Это объясняется тем, что:
- требуемая форма кольца получается за счет расширения прорези в заготовке вдавливанием пунсона в заготовку с одновременным приложением сжимающего усилия к концам заготовки. Для достижения желаемого результата, т.е. для вдавливания пуансона в заготовку, края заготовки должны на что-то опираться. В результате совместного действия пуансона и опоры возникает изгибающий момент, который нарушает плоскостность кольца, а одновременное приложение сжимающего усилия к заготовке еще более усугубляет это нежелательное явление, которое не позволяет получить точное плоское кольцо и требует дополнительной операции по его правке после снятия кольца с пуансона;
- реализация указанного способа требует наличия специального сложного штампа с подвижными опорными элементами, так как при опускании пуансона форма заготовки непрерывно изменяется, при этом подвижные элементы опоры не должны препятствовать пуансону, при его прохождении через деформируемое кольцо. Создание такого штампа является сложной технической задачей, которая еще более осложняется при изготовлении колец большого диаметра, например колец диаметром несколько метров;
- для образования крупногабаритных колец необходимо наличие специального прессового оборудования: большого по габаритам пресса с размерами стола, превышающими размеры штампуемого кольца. Такой пресс относится к уникальному дорогостоящему оборудованию, требующему больших затрат;
- для получения каждого диаметра кольца требуется индивидуальный пуансон, что значительно увеличивает затраты на технологическую оснастку;
- не позволяет изготавливать кольца из заготовок фигурной формы. Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - расширение технических и технологических возможностей, повышение точности получаемой детали типа кольцо.
Достигаемый технический результат: изготовление колец, преимущественно диаметром свыше 3 м, с минимальными затратами на универсальном оборудовании с помощью универсальной технологической оснастки и с достаточной точностью.
Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления кольца, включающем вырезку из исходного материала заготовки замкнутой фигурной формы с центральной прорезью, расширение указанной прорези до получения детали требуемой формы, в качестве исходного материала используют металлическую плиту, центральную прорезь вырезают эквидистантно наружной поверхности заготовки, а расширение центральной прорези заготовки осуществляют гибочным и упорными роликами профилегибочной машины, между которыми размещают заготовку, причем осуществляют гибку отдельных участков заготовки с увеличением или уменьшением ее радиусов кривизны.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что гибку осуществляют за несколько переходов с промежуточными термообработками для снятия остаточных деформаций.
А также осуществляют гибку нагретой заготовки.
На фиг. 1 изображена заготовка замкнутой фигурной формы с прямым и криволинейным участком, перед операцией гибки, фиг. 2 - вариант заготовки, перед операцией гибки, фиг. 3 - положение гибочных роликов при гибке прямолинейных участков заготовки, фиг. 4 - положение гибочных роликов при гибке криволинейных участков заготовки, фиг. 5 - готовое кольцо после гибки.
Способ изготовления кольца заключается в следующем.
Из исходного материала - металлической плиты известными способами резки, например, лазерной резкой, вырезают заготовку 1 замкнутой фигурной формы с эквидистантными наружной 2 и внутренней 3 поверхностями. Полученную заготовку 1 размещают между гибочным 4 и упорными 5 роликами профилегибочной машины и изгибают ее отдельные участки, увеличивая или уменьшая радиусы кривизны заготовки.
Процесс гибки для получения детали типа кольцо из вырезанной из плиты заготовки с прямолинейным 6 и криволинейным 7 участком происходит следующим образом.
Привод профилегибочной машины приводит ролики 4 и 5 во вращение и при сближении ролика 4 с роликами 5 происходит гибка прямолинейного участка 6 фигурного кольца 1. Ролики 4 и 5 совершают реверсивное вращение, и при сближении ролика 4 с роликами 5 происходит плавное увеличение кривизны изгибаемого участка до требуемой величины.
Гибка криволинейных участков 7 выполняется аналогичным образом. В этом случае при сближении гибочного ролика 4 с двумя упорными роликами 5 происходит уменьшение кривизны криволинейных участков 7.
Пример реализации способа изготовления кольца.
Из толстой алюминиевой плиты длиной 5 м и шириной 2 м лазерной резкой изготавливают заготовку в виде фигурного кольца, гибкой по предложенной технологии можно получить кольцо диаметром 3,9 м. В варианте изготовления заготовки из такой же алюминиевой плиты в виде фигурного кольца, представленного на фиг. 2, после гибки изложенным способом можно изготовить кольцо диаметром 4,2 м.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет изготавливать крупногабаритные кольца с достаточной точностью, на универсальном оборудовании, с помощью универсальной технологической оснастки.