МАШИНА ПУКЛЕВОЧНАЯ
BULGING MACHINE

Изобретение относится к получению неразъемных соединений, преимущественно к устройствам для соединения листовых деталей пуклеванием (с помощью клинч-технологии).
Известна клинчинговая машина, содержащая поршневой цилиндр, поршень, перемещаемый внутри цилиндра, множество губок, по крайней мере, одна из которых может перемещаться относительно поршневого цилиндра, пуансон для зажима заготовки, установленный на одной из губок, зажимной штамп (матрица) для заготовки, установленный на другой губке, кулачок (клин), перемещаемый вместе с поршнем, между втянутым положением и выдвинутым положением, при этом кулачок находится между частями губок, и коромысло, вращающееся вокруг оси поворота из первой ориентации качания во вторую ориентацию [Clinching machine: United States Patent Application Publication, US 2020/0114412 / Brian D. Petit, Andrew T. Sanders, Ryan T. Jones; BTM Company. - 16 Apr. 2020]. К числу недостатков указанного технического решения можно отнести следующие:
- большое количество мелкоразмерных деталей, существенная часть которых представляют собой тела вращения, некоторые элементы имеют сложный профиль и отверстия разного диаметра. Первостепенное значение для всех деталей имеет точность изготовления. Указанное увеличивает себестоимость машины в сборе и эксплуатационные расходы, снижает ее ремонтопригодность;
- с целью обеспечения безопасности работы и уменьшения вероятности попадания инородных тел и веществ в механизмы инструментодержателя последний дополнительно защищен кожухом. Это усложняет конструкцию и ограничивает ремонтопригодность машины;
- возврат поршня в исходное положение осуществляется посредством пружины, что существенно ограничивает скорость работы машины и ведет к снижению производительности;
- кулачок (клиновой механизм) приводится в движение штоком, не будучи с ним жестко скрепленным, а в качестве нижних направляющих используются два ролика. При такой конструкции узла увеличиваются потери механической энергии, а также требуется высокая точность изготовления всех деталей с целью обеспечения необходимого направления и скорости движения, а также снижения коэффициента трения на взаимодействующих поверхностях движущихся элементов узла;
- размещение рукоятки и спусковой кнопки маленького размера в средней части машины в некоторой мере снижает ее эргономичность с точки зрения антропометрических показателей, поскольку рассчитана на среднестатистический размер руки человека. В случае использования машины работником, размеры тела которого отличаются от средних показателей, возможно возникновение дискомфорта в процессе работы, что может привести к снижению ее качества или производительности.
Указанная машина наиболее близка к заявленному изобретению по конструкции и принципу действия, поэтому выбрана в качестве прототипа.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение производительности, ремонтопригодности и эргономичности машины, снижение ее себестоимости и эксплуатационных расходов.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет упрощения конструкции поршневой группы, инструментодержателя, клинового механизма, использования серийно выпускаемых узлов и деталей, размещения узла настройки расположения пуансона и матрицы, а также узла управления рабочим ходом режущего инструмента снаружи машины, рационального размещения основных элементов машины.
Суть заявленного изобретения поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 показан вид машины пуклевочной сбоку (справа), где 1 - инструментодержатель; 2 - вспомогательная рукоятка; 3 - диск; 4 - поршневая группа в корпусе; 5 - торцевая крышка; 6 - клавиша привода раскрытия коромысла; 7 - основная рукоятка управления; 8 - курок управления рабочим ходом инструмента; 9 - штуцер присоединения пневмопровода подачи рабочего агента; 10 - тройник с предохранительным клапаном.
На фиг. 2 приведен вид машины пуклевочной сбоку (слева), где 11 - ось-эксцентрик; 12 - пружинный элемент; 13 - цилиндр раскрытия коромысла; 14 - узел выброса рабочего агента.
На фиг. 3 показана схема клинового механизма, где 15 - верхнее подвижное коромысло инструментодержателя; 16 - эксцентрик с подшипником; 17 - клин; 18 - поршень в сборе; 19 - корпус поршневой группы; 20 - ось с подшипником.
Суть заявленного изобретения заключается в следующем.
Инструментодержатель 1 состоит из нижней неподвижной рамы и верхнего подвижного коромысла с узлами матрицы и пуансона соответственно (см. фиг. 1). Рама и коромысло соединены между собой осью-эксцентриком 11, положение которой фиксируется винтом, закрепленным с наружной стороны нижней рамы (см. фиг. 2). С этой же стороны на оси-эксцентрике располагается пружинный элемент 12, одним своим концом соединенный с держателем цилиндра раскрытия коромысла, а другим - непосредственно с коромыслом. Он служит для раскрытия коромысла и возврата его в начальное положение в процессе работы. Размеры и форму матрицы и пуансона выбирают в зависимости от типа и размеров соединяемых элементов перед началом работы. Цилиндр раскрытия коромысла 13 размещается на неподвижной раме инструментодержателя 1 и соединяется с клавишей привода раскрытия коромысла 6 посредством пневмопровода.
Инструментодержатель 1 соединяется с корпусом поршневой группы 19 с помощью диска 3, к верхней части которого крепится вспомогательная рукоятка 2, преимущественно П-образная. Рукоятка может быть выполнена любой конфигурации и из различных материалов при условии обеспечения комфортного и надежного хвата работником в процессе пуклевания. Преимущественным способом крепления вспомогательной рукоятки к диску является резьбовое соединение. Однако могут быть использованы и другие варианты. При необходимости на диске 3 может быть закреплено поворотное кольцо, посредством которого машину можно подвесить к какой-либо опоре, стойке, конструкции, сохранив при этом возможность маневрирования и расположения инструментодержателя под рабочим углом по отношению к обрабатываемым деталям и поверхностям.
Поршневая группа расположена в корпусе 4, преимущественно металлическом, и содержит поршень в сборе 18, уплотнительные элементы, а также элементы передачи движения (клиновой механизм) от поршня к коромыслу. Верхняя и передняя торцевая грани клина 17 выполнены криволинейными, рабочий участок нижней грани прямолинейный (см. фиг. 3). В средней части клина 17 выполнено, по крайней мере, два сквозных отверстия. Своей задней торцевой гранью клин 17 жестко соединен с поршнем 18. Он опирается на ролик, представляющий собой ось с игольчатым подшипником 20, своей нижней гранью, которая скользит по последнему в процессе работы. Во внутреннем пространстве основной рукоятки расположен возвратный цилиндр, жестко соединенный с основным поршнем 18.
На торцевой части корпуса поршневой группы закреплена торцевая крышка 5, на которой и внутри которой размещаются элементы узлов управления машиной, основная рукоятка 7 и элементы пневмосистемы. По сути, она представляет собой блок управления машиной. Рукоятка соосно соединена с поршневой группой. Во внутреннем пространстве рукоятки 7 размещается возвратный пневматический цилиндр, жестко соединенный с поршнем поршневой группы. В верхней части блока управления над основной рукояткой 7 размещена клавиша привода раскрытия коромысла 6, в нижней части блока под рукояткой 7 - курок управления рабочим ходом инструмента 8. Размеры и конфигурация клавиш разработаны из условия удобства нажатия их соответственно большим и указательным пальцами руки, обхватывающей основную рукоятку машины в процессе пуклевания. С боковой стороны торцевой крышки 5 расположен клапан выброса рабочего агента 14 из активной камеры поршневой группы, а также клапан выброса рабочего агента из основной рукоятки. С противоположной боковой стороны торцевой крышки размещен тройник 10, на одном конце которого находится предохранительный клапан, а на противоположном - штуцер присоединения пневмопровода подачи рабочего агента 9. Предохранительный клапан срабатывает в случае превышения фактического давления рабочего агента допустимых значений.
Машина работает следующим образом.
После присоединения пневмопровода к штуцеру 9 внутренний объем основной рукоятки 7 заполняется рабочим агентом.
В инструментодержатель 1 устанавливается комплект матрица-пуансон, соответствующий толщине соединяемых элементов и требуемой форме пуклевочного соединения. Соосность пуансона и матрицы и глубина их вхождения регулируется узлом настройки, содержащим ось-эксцентрик 11 и эксцентрик 16, необходимое положение которых фиксируется соответствующими винтами. Указанные элементы размещаются на наружной поверхности инструментодержателя 1 (см. фиг. 1-2).
В исходном положении коромысло полностью открыто. Человек, использующий машину, одной рукой обхватывает основную рукоятку таким образом, чтобы пальцам руки было удобно управлять клавишами, расположенными на торцевой крышке 5, не ослабляя хвата рукоятки. Второй рукой обхватывает вспомогательную рукоятку 2 и располагает машину таким образом, чтобы пуансон и матрица располагались над-под местом соединения элементов. Большим пальцем руки человек нажимает на клавишу привода раскрытия коромысла 6, пуансон приближается к матрице, занимая начальное рабочее положение, при этом расстояние между ними составляет 8 мм и обеспечивает свободное перемещение машины вдоль соединяемых поверхностей между рабочими операциями. При нажатии указательным пальцем на курок управления рабочим ходом 8 рабочий агент по пневмопроводу подается в активную камеру. При этом рабочий агент из основной рукоятки 7 через клапан в торцевой крышке сбрасывается в атмосферу, давление рабочего агента внутри активной камеры много больше давления внутри основной рукоятки. Давление рабочего агента в активной камере воздействует на поршень 18, заставляет его вместе с клиновым механизмом, передающим движение коромыслу, и возвратным цилиндром перемещаться в сторону инструментодержателя 1 (фиг. 3). Коромысло движется навстречу пуансону, под действием высокого давления в месте взаимодействия пуансона и матрицы в материале соединяемых элементов происходит пластическая деформация с полноценным геометрическим замыканием - образуется пуклевочное соединение элементов. Человек отпускает курок 8, через узел выброса рабочего агента 14 часть рабочего агента поступает в окружающую среду, давление в активной камере существенно снижается. За счет разности давлений в активной камере и внутри основной рукоятки 7 происходит срабатывание возвратного цилиндра, «втягивание» основного поршня с клиновым механизмом - перемещение в начальное рабочее положение. При этом клиновой механизм выходит из зоны взаимодействия с коромыслом, последнее возвращается в начальное рабочее положение.
Далее человек перемешает инструментодержатель к следующему месту пуклевочного соединения и цикл повторяются.
Возврат коромысла в начальное рабочее положение, а не в исходное ведет к сокращению продолжительности цикла пуклевания, что, в свою очередь, повышает производительность труда и снижает вероятность получения травмы.
Форма клина и его жесткое закрепление на поршне позволяют использовать для его работы лишь одну роликовую опору.
Размещение элементов внутри и снаружи торцевой крышки позволяет упростить конструкцию отдельных узлов машины, в некоторой степени уменьшить ее габариты и повысить ее эргономичность.
В инструментодержателе закрепляют матрицу и пуансон, размеры и форма которых соответствуют типу и размерам соединяемых элементов. Регулирование соосности матрицы и пуансона и глубины их вхождения с помощью оси-эксцентрика и эксцентрика позволяет снизить требования к точности изготовления рамы и коромысла. В машине используются серийно выпускаемые поршень, цилиндр, элементы пневмосистемы и др., что снижает ее себестоимость и повышает ремонтопригодность.