СПОСОБ ОХВАТЫВАЮЩЕЙ ДАВИЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
METHOD OF EMBRACING SPINNING

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам и инструменту для формовки рельефа на полых тонкостенных изделиях, а также для ротационной вытяжки оболочек и давильной обработки.
Известен способ и конструкция инструмента для обкатки тонкостенных полых изделий, содержащая ролик, выполненный в виде дисков, расположенных на оси роликодержавки, при этом диск жестко закреплен на оси болтами и установлен с возможностью регулировочного осевого перемещения [1]. Диски соединены между собой шпонкой. Давильный элемент, выполненный из полимерного материала, размещен концентрично оси между дисками.
Известный способ и конструкция инструмента имеют существенные недостатки: узкие технологические возможности, невысокое качество обработанных изделий, невысокая производительность, короткий срок службы давильного инструмента из-за быстрого износа рабочей поверхности и малый диапазон регулирования жесткости полимерного давильного материала.
Известен способ и конструкции давильных роликов, характер протекания процесса обработки которыми зависит от радиуса скругления и ширины пояска [2]. Однако недостатком способа и известных давильных роликов являются сложность восстановления формы в результате износа, так как для этого необходимо перешлифовывать все внешние поверхности с изменением радиусов шлифовки для сохранения сопряжения радиусов. При этом требуется внесение корректив в технологические режимы. Кроме того, недостатком является их малая контактная поверхность, взаимодействующая с деталью, не обеспечивающая высокой шероховатости отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающая низкое качество поверхности и требующая большого количества технологических переходов, что резко снижает производительность.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, увеличение контактной поверхности, взаимодействующей с заготовкой и обеспечивающей высокую шероховатость отделки обрабатываемой поверхности, обуславливающей высокое качество поверхности и не требующей большого количества технологических переходов, что резко повышает производительность, улучшение условий деформирования и течение металла, а также снижение вероятности расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, повышение стойкости давильного инструмента.
Поставленная задача решается предлагаемым способом охватывающей давильной обработки, включающим сообщение заготовке вращательного движения вокруг собственной оси и продольной подачи давильному охватывающему устройству, содержащему установленному в державке посредством оси давильный инструмент, который состоит из корпуса в виде плиты, где установлены на осях на подшипниках качения два рабочих ролика и один натяжной, на периферии которых выполнены канавки, несущие давильный элемент в виде кольца, изготовленного из металлической проволоки круглого сечения и обладающего пружинящими свойствами, таким образом, что давильное усилие на заготовку передается двумя рабочими роликами и участком давильного кольца, расположенным между рабочими роликами, частично охватывая заготовку с углом охвата α, причем опора одного рабочего ролика смонтирована в корпусе неподвижно, а другого - с возможностью регулирования угла охвата α.
Сущность предлагаемого способа и реализующей его конструкции давильного охватывающего устройства и работа поясняется чертежами.
На фиг.1 показана схема давильной выглаживающей обработки полой тонкостенной заготовки с цилиндрической поверхностью, установленной на оправке, предлагаемым давильным охватывающим способом, частичный продольный разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.2 - давильное охватывающее устройство, реализующее предлагаемый способ, частичный поперечный разрез по А-А на фиг.1.
Предлагаемый способ и реализующее его давильное охватывающее устройство служат для обкатки и выглаживания тонкостенных полых изделий с цилиндрической, конической и сложной образующей. Давильное устройство содержит установленный в державке 1 посредством оси 2 давильный инструмент, который состоит из корпуса 3, выполненного в виде плиты, и установленных на осях 4, 5 и 6 на подшипниках качения 7 два рабочих ролика 8, 9 и один натяжной 10. На периферии роликов выполнена канавка, в которой располагается давильный элемент 11 в виде кольца, изготовленного из металлической проволоки круглого сечения и обладающего пружинящими свойствами.
Давильное усилие на заготовку 12 передается двумя рабочими роликами 8, 9 и участком давильного кольца 11, расположенным между рабочими роликами, частично охватывая заготовку с углом охвата α.
Опора оси 4 рабочего ролика 8 смонтирована в корпусе 3 неподвижно. Опора оси 5 рабочего ролика 9 смонтирована в корпусе 3 с возможностью регулирования угла охвата α и позволяет приблизить или удалить друг от друга рабочие ролики. Опора оси 6 натяжного ролика 10 смонтирована в корпусе 3 с возможностью перемещения и натяжения давильного элемента - кольца 11 и позволяет приблизить или удалить натяжной ролик относительно рабочих роликов.
З
Оси 4, 5 и 6 запрессованы в отверстиях роликов 8, 9 и 10, соответственно, и установлены в корпусе 3 на подшипниках 7 с возможностью независимого свободного вращения, передаваемого давильному элементу 11 от вращающейся заготовки 12 со скоростью V за счет сил трения.
Давильное охватывающее устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Собранное давильное устройство в зависимости от обрабатываемого материала регулируют и производят настройку на заданный угол охвата α путем удаления или приближения ролика 9 относительно рабочего ролика 8, затем регулируют натяжение давильного элемента - кольца 11 путем удаления натяжного ролика 10 относительно рабочих роликов 8 и 9.
Готовым к эксплуатации устройством производят обкатку и выглаживание заготовки 12, надетой и закрепленной на оправку 13, двумя рабочими роликами 8, 9 через давильный элемент - кольцо 11.
З
пр
Перед обработкой охватывающее устройство выставляют на определенную глубину обкатывания и выглаживания путем поперечного перемещения его вручную. Обкатка и выглаживание цилиндрической поверхности производится при вращении заготовки со скоростью V, при этом устройству задают продольную подачу S(см. фиг.1). Это делается, например, на токарном станке вручную или по программе на станке с ЧПУ.
Давильный охватывающий инструмент изготовляют из стальной пружинной проволоки 1 класса, повышенной точности, например, диаметром 2…10 мм из стали 65Г (ГОСТ 14959-79) по ГОСТ 9389-75.
Для получения высокого класса шероховатости на деформирующем элементе 11 предусматривают калибрующий цилиндрический поясок шириной  К=1,5…3 мм. При большом участке К значительно возрастают усилия деформирования.
Продольную подачу при выглаживании определяют по формуле
пр
S=(0,2…0,5) К,
где К - ширина пояска на деформирующем элементе.
пр
При подаче S=(0,2…0,3)К достигается шероховатость обработанной поверхности от Ra=40 мкм до Ra=1,25 мкм.
В результате обкатывания и выглаживания предлагаемым способом и разработанным инструментом улучшается шероховатость на один класс, усилие прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности заготовки составляет 200…300 Н на 10 мм длины рабочей поверхности инструмента.
o
o
Предлагаемый способ и давильный охватывающий инструмент применяют на мощных давильных станках, работающих по способу обратной ротационной протяжки толстостенных заготовок. Радиус R давильного элемента - проволоки зависит от толщины t выглаживаемой оболочки, и его принимают равным  R=(1…1,5)t.
Диаметры роликов принимают из конструктивных соображений. С увеличением диаметра ролика растут усилия деформирования и изгибающие моменты, действующие на суппорт станка. Необходимо стремиться для каждого станка применять ролики одного диаметра. Особенно это важно для станков с ЧПУ.
Образующийся в результате обкатывания и выглаживания микрорельеф поверхности обусловливается следующими основными факторами: кинематикой процесса (направлением взаимного перемещения инструмента и обрабатываемой заготовки); исходной шероховатостью; формой и размерами исходной части и обкатывающего инструмента; величиной подачи; пластическим течением металла, обусловливающим появление вторичной шероховатости; шероховатостью рабочей части инструмента; величиной упругого восстановления поверхности после выглаживания; вибрациями технологической системы станок - приспособление - инструмент - заготовка.
При обкатывании и выглаживании деталей из стали, латуни и алюминиевых сплавов хорошие результаты дает применение в качестве смазочного материала индустриального масла И-20А или сульфофрезола.
При обкатывании и выглаживании предлагаемым способом, реализуемым охватывающим устройством, на обрабатываемой поверхности резко снизилась вероятность появления продольной и поперечной волнистости благодаря увеличению площади контакта, при этом колебания технологической системы сведены до минимума благодаря упругости деформирующего элемента.
При традиционной обработке на больших скоростях начинаются интенсивные вибрации, приводящие к резкому ухудшению обрабатываемой поверхности.
Вынужденные колебания, вызываемые биением шпинделя станка, биением обрабатываемой заготовки, волнистостью и т.д. гасятся предлагаемым способом и данным деформирующим охватывающим инструментом, однако могут возникнуть автоколебания, обусловленные явлениями, присущими самому процессу обработки.
При обкатывании оболочек максимальную скорость выбирают в пределах 60…130 м/мин с учетом мощности станка и вибростойкости технологической системы.
Использование предлагаемого способа и давильного охватывающего устройства позволяет расширить технологические возможности обкатывания и выглаживания благодаря схватыванию деформирующим инструментом обрабатываемой заготовки и упругости давильного элемента, повысить качество и производительность обработки, улучшить условия деформирования и течение металла, снизить вероятность расширения, вспучивания металла и возникновения задиров на обрабатываемой поверхности, а также прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности; увеличить износостойкость давильного материала.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР, №1558534, МКИ B21D 22/16. Зубарев В.В., Хмелев С.В., Гладких А.А. и др. Инструмент для обкатки тонкостенных полых изделий. Заявка 4443728/25-27, 20.06.88; 23.04.90. Бюл. №15.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983, С.147, рис.9.6.