Способ изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки
METHOD FOR MANUFACTURING A GRID OF CORRUGATIONS ON THE INNER SURFACE OF A CYLINDRICAL SHELL

Изобретение относится к специальному производству цилиндрических оболочек с насечками на внутренней поверхности с образованием сетки рифлей. Для получения цилиндрических оболочек с сеткой рифлей на внутренней поверхности применяются операции обработки металлов давлением.
8
Известен, например, способ по патенту RU №2171445, МПК F42B 12/24, опубл. 27.07.2001, бюл. №21, в котором на внутренней поверхности цилиндрической оболочки выполняют насечки ромбического профиля посредством нанесения сетки рифлей, содержащий последовательные операции обработки металла оболочки давлением в холодном состоянии путем продавливания цилиндрической 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 цилиндрическую оболочку 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 высокая трудоемкость и энергоемкость процесса, что связано с необходимостью редуцирования и трудностью свинчивания полуфабриката оболочки с центрального инструментального стержня.
8
з
з
1
з
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ по патенту Российской Федерации RU №2654410, МГЖ В21К 21/06, опуб. 17.05.2018, бюл. №14, в котором изготовление сетки рифлей на внутренней поверхности диаметром D цилиндрической оболочки включает установку цилиндрической оболочки в контейнер и формообразование на внутренней поверхности оболочки диаметром D сетки рифлей ромбовидной формы полой рабочей оправкой с выступами высотой h на ее рабочей поверхности, закрепленной на инструментальном стержне, при этом используют полую рабочую оправку с многозаходными спиральными выступами, имеющими угол подъема спирали не более 45° и наибольший диаметр D=D+2h, а формообразование на внутренней поверхности оболочки сетки рифлей ромбовидной формы осуществляют за две операции, на первой из которых производят ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с рабочей оправкой и их продольное перемещение в упомянутой полости с внедрением спиральных выступов рабочей оправки в поверхность оболочки и одновременным поворотом инструментального стержня и рабочей оправки вокруг оси под действием силы формообразования с получением на внутренней поверхности оболочки спиральных канавок и продольное перемещение инструментального стержня с рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси, при этом перед второй операцией рабочую оправку переустанавливают на инструментальном стержне на противоположный угол подъема спиральных выступов путем ее переворота на угол 180°, а на второй операции формообразования осуществляют повторный ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой и их продольное перемещение с одновременным поворотом вокруг оси и получением на поверхности оболочки спиральных канавок с противоположным углом подъема, образующих со спиральными канавками, полученными на первой операции, сетку рифлей ромбовидной формы, после чего осуществляют продольное перемещение инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси.
Недостатком известного способа является низкая точность внутренней рифленой поверхности, возможное образование бокового и фронтального наплыва металла, что снижает качество изделия.
Задачей изобретения является повышение качества изделия путем обеспечения точности внутренней рифленой поверхности цилиндрической оболочки, устранение наплывов на ее поверхности.
з
д1
з
вн
вн
вн
д2
вн
Для решения поставленной задачи по предлагаемому способу изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки диаметром D, включающей установку цилиндрической оболочки в контейнер и формообразование на внутренней поверхности оболочки сетки рифлей ромбовидной формы полой рабочей оправкой со спиральными клиновыми выступами высотой h с углом подъема не более 45° на ее рабочей поверхности, закрепленной на инструментальном стержне, за две операции, на первой из которых производят ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с рабочей оправкой и их продольное перемещение с внедрением спиральных клиновых выступов рабочей оправки в поверхность цилиндрической оболочки и одновременным поворотом инструментального стержня и рабочей оправки вокруг оси под действием силы формообразования с получением на внутренней поверхности цилиндрической оболочки спиральных рифлей и продольное перемещение инструментального стержня с рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси, при этом перед второй операцией рабочую оправку переустанавливают на инструментальном стержне на противоположный угол подъема спирали спиральных выступов и на второй операции формообразования осуществляют повторный ввод в полость цилиндрической оболочки инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой и их продольное перемещение с одновременным поворотом вокруг оси и получением на поверхности оболочки спиральных рифлей с противоположным углом подъема, образующих со спиральными рифлями, полученными на первой операции, сетки рифлей ромбовидной формы, после чего осуществляют продольное перемещение инструментального стержня с переустановленной рабочей оправкой в обратном направлении с их поворотом вокруг оси, при этом на каждой операции формообразования рифлей вначале осуществляют дорнование внутренней поверхности оболочки дорном с рабочим диаметром D, превышающим диаметр D оболочки, с получением диаметра внутренней поверхности оболочки D, а затем формообразование рифлей на внутренней поверхности оболочки диаметром D, которое осуществляют оправкой со спиральными выступами высотой h+z с получением зазора z между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки диаметром D и диаметром рабочей оправки по основанию клиновых выступов, дорнование рифленой внутренней поверхности оболочки посредством дорна с рабочим диаметром D=D и последующее перемещение инструментального стержня в обратном направлении с одновременным дорнованием рифленой внутренней оболочки и поворотом рабочей оправки инструментального стержня вокруг оси.
На фиг. 1, а показана схема перед началом осуществления способа изготовления сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки на первой операции, фиг. 1, 6 - получаемый полуфабрикат.
На фиг. 2 приведена схема перед началом осуществления нанесения сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки на второй операции, фиг. 2, 6 - получаемый полуфабрикат.
з
з
з
д1
з
д1
вн
з
вн
вн
д2
вн
д1
д2
вн
п
вн
вн
Способ осуществляется следующим образом. Используют, например, заготовку - цилиндрическую оболочку 3, в которой на ее внутренней поверхности диаметром D необходимо нанести сетку рифлей. Обычно цилиндрические оболочки 3 изготавливают по 12…14 квалитету точности. В связи с этим, на получение рифлей заданной глубины поле допуска диаметра заготовки D внутренней полости цилиндрической оболочки 3 играет существенную роль, что может сказаться на эксплуатационных характеристиках готовой детали из-за непостоянства значения глубины рифлей. Поэтому возникает необходимость в повышении точности внутреннего диаметра полости цилиндрической оболочки 3 до 7…8 квалитета. Для этого в контейнер 4 устанавливают цилиндрическую оболочку 3 с внутренним диаметром D (фиг. 1, а). Изготовление сетки рифлей ромбовидной формы на внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 осуществляют за две операции. На каждой из которых проводят нанесение спиральных клиновых рифлей с углом подъема менее 45°. Формообразование рифлей производится с помощью инструментального стержня 2, на рабочей ступени которого закреплен верхний дорн 6, упорный подшипник 8, рабочая оправка 1, упорный подшипник 7 и нижний дорн 5. На поверхности рабочей оправки 1 выполнены спиральные клиновые выступы с углом подъема а менее 45°, верхний упорный подшипник 8 и нижний упорный подшипник 7. Инструментальный стержень 2 закреплен на ползуне пресса (не показан) соосно с контейнером 1 и цилиндрической оболочкой 3. На первой операции при рабочем ходе нижний дорн 5 входит в полость цилиндрической оболочкой 3 и осуществляет поверхностное пластическое деформирование внутренней полости. Для поверхностного пластического деформирования рабочий диаметр D нижнего дорна 5 выполнен больше, чем внутренний диаметр D цилиндрической оболочки 3 на величину D=D>D. В результате дорнования внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 увеличивается точность ее внутреннего диаметра D. При дальнейшем рабочем ходе инструментального стержня 2 рабочая оправка 1, входит в контакт с внутренней поверхностью диаметром D цилиндрической оболочки 3 и производит формирование рифлей на требуемую глубину h. Рабочая оправка 1 закреплена на инструментальном стержне 2 с возможностью осевого поворота и контактирует с верхним упорным подшипником 8. При угле подъема спиральных клиновых выступов рабочей оправки 1 менее 45° одновременно с продольным перемещением происходит ее вращение вокруг оси. Для уменьшения энергозатрат высота клиновых выступов выполнена больше, чем глубина рифлей h на величину зазора z, который определяется опытным путем. На внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 образуются спиральные клиновые рифли глубиной h и возможно образование наплывов, которые выглаживаются верхним дорном 6 диаметром D=D при дальнейшем рабочем ходе. После окончания формоизменения, при обратном ходе инструментальный стержень 2 удаляют из цилиндрической оболочки 3 с одновременным вращением вокруг своей оси рабочей оправки 1 контактирующей с нижним упорным подшипником 7. Нижний дорн 5 и верхний дорн 6 производят дорнование и устраняют наплывы на внутренней поверхности, обеспечивая требуемое качество поверхности. При этом диаметры верхнего дорна 6 и нижнего дорна 5 составляют D=D=D. Диаметр рабочей оправки 1 по вершине выступов равен D=D+2h, а по основанию клиновых выступов D-z.
На второй операции (фиг. 2) на инструментальном стержне 2 закреплялся верхний дорн 6, затем верхний упорный подшипник 8, рабочая оправка 9, нижний упорный подшипник 7 и нижний дорн 5. При этом на рабочей оправке 9 выполнены клиновые спиральные выступы с противоположным углом подъема - α менее -45°. Вторая операция осуществляется, так же, как и первая, формируя на внутренней поверхности сетку рифлей ромбовидной формы.
вн
з
п
вн
вн
вн
д1
вн
з
вн
вн
д2
вн
Пример осуществления способа. Необходимо получить цилиндрическую оболочку с сеткой ромбовидных рифлей глубиной h=1,6 мм на внутренней поверхности диаметром D=110,7 мм. В соответствии с сортаментом на трубы цилиндрическая оболочка 3 в исходном состоянии имеет размеры по наружному диаметру 115 мм, толщиной стенки 3,5 мм и диаметром внутренней поверхности D=108 мм. Для формирования сетки рифлей на внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 использовалась рабочая оправка 1, на рабочей поверхности которой выполнены спиральные клиновые выступы с углом подъема α равным 30°, высотой 2 мм. Для получения глубины рифлей 1,6 мм диаметр рабочей оправки 1 по вершине клиновых выступов D=D+2h=110,7+3,2=113,9 мм. Диаметр рабочей оправки 1 по основанию клиновых выступов составляет 109,9 мм. Таким образом между внутренней поверхностью D цилиндрической оболочки 3 и поверхностью рабочей оправки по основанию клиновых выступов имеется зазор z=0,4 мм (определен опытным путем), благодаря которому уменьшаются энергозатраты на операции. Рабочие диаметры нижнего дорна 5 и верхнего дорна 6 равны D и равны 110,7 мм, а диаметры их заходной части 105 мм. Цилиндрическую оболочку 3 устанавливали в контейнер 4 с диаметром полости 117,7 мм. При рабочем ходе на первой операции нижний дорн 5 диаметром D=D=1 10,7 мм входил в контакт с цилиндрической оболочкой 3 и производил дорнование полости D=108 мм до требуемого диаметра D=110,7 мм с квалитетом точности HS. Рабочая оправка 2 входила в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической оболочки 3, которая после дорнования имела диаметр D=110,7 мм и своими спиральными клиновыми выступами формовала рифли глубиной h=1,6 мм. В процессе формования происходил поворот рабочей оправки 1 вокруг оси. В процессе формования рифлей между внутренней поверхностью цилиндрической оболочки 3 и поверхностью рабочей оправки по основанию клиновых выступов обеспечивался зазор z=0,4 мм и возникал наплыв металла по контуру спиральных клиновых выступов рабочей оправки 1. Возникший наплыв устранялся верхним дорном 6 D=D=110,7 мм. При обратном ходе инструментальный стержень 2 с рабочей оправкой 1, верхним дорном 6 и нижним дорном 5 выводились из полости цилиндрической оболочки 3 и производилось повторное дорнование.
На второй операции на рабочем стержне 2, заменяли рабочую оправку 1 на рабочую оправку 9, которая своими рабочими размерами соответствовала рабочей оправки 1, использованной на первой операции, но отличалась углом подъема α=-30° относительно оси. При этом использовались нижний дорн 5 и верхний дорн 6, что и на первой операции. При рабочем ходе операция выполнялась аналогично предыдущей и на внутренней поверхности цилиндрической оболочки 3 формировалась сетка рифлей глубиной 1,6 мм.
Образовавшиеся в процессе рифления наплывы сглаживались нижним дорном 5 и верхним дорном 6.
В результате сочетания операций дорнования и формообразования сетки рифлей ромбовидной формы была получена цилиндрическая оболочка с ровной поверхностью без наплывов и с требуемой точностью рифленых канавок по глубине, то есть достигалась поставленная задача.