Давильный ролик для раскатки листовых заготовок

Полезная модель относится к инструментам для обработки металлов давлением и может быть использована для раскатки листовых заготовок, предназначенных для изготовления из них корпусных деталей: обтекателей, баллонов высокого давления, топливных баков.
В настоящее время отечественный листовой прокат, применяемый в производстве топливных баков изделий летательных аппаратов (ЛА) но основной эксплуатационной характеристике: прочности значительно (от 40 до 50%) уступает зарубежному листовому прокату по причине разупрочнений металла поверхностных слоев от возникающих в нем растягивающих напряжений или выходе листа из очага деформации между прокатными валками (Партола И.С. «Оценка уровня зрелости, уровня исследований и потенциала критических технологий для технологической модернизации ракетно-космической отрасли» сб. «Отчет о научно-технической длительности ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» 2016»; ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», Москва-2017, с. 228).
Одним из направлений преодоления отставания в этом формате является поиск путей повышения механических свойств листового проката при формировании в процессе раскатки упрочненного поверхностного слоя материала, формируемого нестандартным давильным роликом, создающим сжимающие напряжения в материале поверхностного слоя листа.
Известен давильный ролик для ротационной раскатки (вытяжки) тонкостенных деталей, рабочая поверхность которого выполнена в форме сочетания двух участков: в форме эллипсоида вращения и конуса («Кузнечноштамповочное производство. Обработка материалов давлением», 2016, №7, с. 31-36), содержащий участки в форме эллипсоида вращения и в форме конуса.
Анализ механизма деформирования давильным роликом заготовки путем постадийного воздействия на материал ее поверхностного слоя первоначального участка в форме эллипсоида вращения, а затем его конического участка показал, что схемы силового воздействия упомянутых участков ролика формируют в материале поверхности заготовки опасные растягивающие напряжения, повышающие вероятность нарушения сплошности материала.
Известен давильный ролик, выполненный цилиндрической формы, на образующей которого образована рабочая поверхность, представляющая собой выполненные у торцов округленные участки, имеющие радиусную форму с разными радиусами округления, каждый из которых с одной стороны сопряжен с торцевой поверхностью ролика, а с другой - с цилиндрическим пояском, являющимся образующей цилиндрической поверхности ролика. Ролик имеет осевое отверстие для установки на ось инструментального блока раскатного стана и кольцевые проточки для крепежного элемента (не показан), обеспечивающего крепление ролика на оси инструментального блока.
(см. патент РФ №152121, кл. В21Д 22/14, 2014 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что выполнение рабочей поверхности ролика в виде трех плавно сопряженных между собой участков, крайние из которых округлены, позволяет избежать ударных и вибрационных нагрузок, особенно при начале обработки, а также при переходе в процессе обработки от одной обрабатываемой поверхности заготовки к другой. Округленная рабочая поверхность ролика, образованная на его торце, обеспечивает оптимальное пятно контакта ролика с заготовкой в процессе ее обработки, она мало подвержена износу, обеспечивает получение качественной обработанной поверхности и обработку заготовки с высокой производительностью.
Однако данное выполнение ролика не позволяет получать листовой прокат с требуемым сочетанием прочностных характеристик в поверхностном слое материала детали и характеристик ударной вязкости в срединном слое материала детали, что достигается путем создания знакопеременных деформаций, которые не позволяет создать известный давильный ролик с рабочей поверхностью в виде сочетания скругленных участков.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение свойств листового проката за счет использования инструмента - давильного ролика с оригинальным профилем рабочей поверхности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что давильный ролик выполняется в форме тела вращения с выступами на рабочей поверхности выполненными в форме встречно направленных спиралей Бернулли с различающимися шагами роста спиралей.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами, на которых;
- на фиг. 1 - давильный ролик в разрезе;
- на фиг. 2 - давильный ролик вид на его рабочую поверхность.
Давильный ролик для раскатки листовых заготовок выполнен в виде тела вращения, например, цилиндрической формы, рабочей поверхностью которого является образующая. На рабочей поверхности выполнены выступы в форме встречно направленных спиралей Бернулли с различающимися шагами левой 1 и правой 2 спиралей. Давильный ролик состоит из приводного участка, соединенного кинематической связью с приводом (на графическом материале не показан) и деформирующего участка (фиг. 1, 2), рабочая поверхность которого выполнена с выступами в форме встречнонаправленных спиралей Бернулли с разными (левой 1 и правой 2) шагами роста (т.е. расстоянием между витками спиралей (Выгодский М.Я. Справочник по математике, М. «Наука», 1976 с. 784)
Заявленное устройство работает следующим образом: при силовом воздействии давильного ролика на заготовку макрорельеф его рабочей поверхности создает в обрабатываемом материале энергетические условия реализации эффекта Баушингера, обуславливающего «запоминание» материалом истории его нагружения и, как результат, повышающим уровень его физико-механических характеристик. При воздействии встречнонаправленных спиральных выступов рабочей поверхности ролика на материал поверхностного слоя заготовки, материал поочередно попадает в зоны вершин выступов и впадин между ними, что создает энергетические условия протекания знакопеременной деформации и обеспечивающей созданий условий реализации эффекта Баушингера («Запоминание» материалом истории его деформирования) и, как результат, формирование упрочненного поверхностного и разупрочненного срединного слоев детали.
Заявляемая конструкция давильного ролика обеспечивает формирование в поверхностном слое материала обрабатываемой заготовки нового комплекса эксплуатационных характеристик.