ВИБРОСТЕНД ДЛЯ ФОРМОВКИ КОРПУСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию для изготовления термостабильных корпусных элементов (деталей), преимущественно, металлорежущих станков, из материалов с высокими демпфирующими свойствами на основе минерал-полимерных композитов (МПК).
Из уровня техники известен вибростенд для формовки корпусных элементов технологического оборудования, включающий установленный на основании с виброгасящими опорами технологический вибростол с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции объемной формовки (RU, №1348179 А1).
К недостаткам данного известного из уровня техники решения следует отнести относительно невысокие качество и точность изготовления конечного изделия.
В основу заявленной полезной модели была положена задача создания вибростенда, обеспечивающего повышение качества и точности изготовления конечных изделий - преимущественно - прецизионных металлорежущих станков.
Технический результат: оптимизация амплитудно-частотных характеристик вибростола при повышении точности позиционирования за счет наличия на столе средств обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для формовки.
Поставленный технический результат достигается посредством того, что в вибростенде для формовки корпусных элементов технологического оборудования, включающем установленный на основании с виброгасящими опорами технологический вибростол с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции формовки, согласно полезной модели механические средства регулирования амплитудно-частотной характеристики технологического вибростола конструктивно представляют собой, по меньшей мере, две пары оппозитно расположенных роторных вибратора, каждый из которых выполнен в виде управляемого посредством векторного частотного преобразователя электродвигателя и двух пар эксцентриков с регулируемыми углами взаимного положения, которые кинематически связаны с выходным валом ротора упомянутого электродвигателя; при этом, технологический вибростол оснащен дополнительными направляющими, которые выполнены из легкообрабатываемого материала и функционально являются средствами обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для формовки.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленного объекта, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствуют условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель поясняется графическими материалами.
Фиг.1 - общий вид смесителя для подготовки исходного материала для формовки корпусных деталей технологического оборудования.
Фиг.2 - вид сверху по фиг.1.
Фиг.3, 4, 5 и 6 - фотоснимки смесителя в различных ракурсах (с закрытой и открытой крышкой).
Фиг.7 - общий вид сбоку вибростенда.
Фиг.8 - вид слева по фиг.7.
Фиг.9 - вид сверху по фиг.7.
Фиг.10-13 - фотоснимки вибростенда в различных ракурсах
В графических материалах заявки узлы и элементы заявленного программно-аппаратного комплекса обозначены следующими позициями.
1 - основание.
2 - опора (чаши 8 технологической).
3 - привод (автономный вращения чаши 8 технологической).
4 - привод (автономный поворота траверсы 7).
5 - средство (смесительное - мешалка).
6 - плужок (рабочего органа средства смесительного 5 - мешалки).
7 - траверса (поворотная).
8 - чаша (технологическая).
9 - кожух (автономного привода вращения рабочего органа средства смесительного 5 - мешалки).
10 - коромысло (траверсы).
11 - электрошкаф.
12 - пульт (дистанционного управления).
13 - стол (технологический).
14 - основание (виброгасящее вибростенда).
15 - вибростол (технологический вибростенда).
16 - вибратор.
17 - амортизатор
18 - электрошкаф (с пультом управления).
Вибростенд для формовки корпусных элементов технологического оборудования, включает установленный на основании 14 с виброгасящими опорами технологический вибростол 15 с механическими средствами регулирования его амплитудно-частотной характеристики в процессе технологической операции объемной формовки. Механические средства регулирования амплитудно-частотной характеристики технологического вибростола 15 конструктивно представляют собой, по меньшей мере, две пары (преимущественно - три) оппозитно расположенных роторных вибратора, каждый из которых выполнен в виде управляемого посредством векторного частотного преобразователя электродвигателя и двух пар эксцентриков с регулируемыми углами взаимного положения, которые кинематически связаны с выходным валом ротора упомянутого электродвигателя. Роторные вибраторы 16 закреплены на противоположных боковых поверхностях вибростола 15. При этом, технологический вибростол 15 может быть оснащен дополнительными направляющими, которые выполнены из легкообрабатываемого материала и функционально являются средствами обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для формовки.
Кроме того, вибростенд может быть оснащен кожухом раздвижным шумопоглощающим, который содержит канал вентиляционный и устройство забора воздуха.
Основание вибростенда представляет собой замкнутую коробкообразную сварную раму с поперечными, продольными и диагонально ориентированными в вертикальной и горизонтальной плоскостях ребрами жесткости. По углам рамы расположены площадки для пружинных опор вибростола 15. Основание вибростенда крепится к фундаменту посредством анкерных шпилек, закрепленных в фундаменте рабочей площадки.
Вибростол 15 представляет собой замкнутую рамную конструкцию с продольными и поперечными ребрами жесткости. Верхняя поверхность вибростола 15 представляет собой плоскую ровную поверхность, сформированную стальными листами, сваренными встык и зашлифованными сварными швами.
Упомянутая поверхность оснащена дополнительными направляющими, которые выполнены из легкообрабатываемого материала и функционально являются средствами обеспечения плоскостности для опорных участков технологической оснастки для формовки.
На верхней поверхности вибростола 15 имеются резьбовые крепежные отверстия в заданном количестве для закрепления формующей оснастки при помощи крепежных элементов (струбцины, лапки и т.п.).
Вибростол 15 вывешен, преимущественно, на четырех пружинных амортизаторах 17.
Функционально вибраторы 16 предназначены для передачи возмущающей силы (вибрации) на подвижную часть вибростенда и закрепленную на нем формующую оснастку. Передаваемые вибрации вызывают виброуплотнение МПК в формующей оснастке, что является основной технологической операцией формования деталей из МПК.
Пружинные амортизаторы 17 поддерживают подвижную часть вибростенда (вибростол 15). Амортизаторы 17 установлены на опорных площадках в нижней и верхней направляющих. Пружина зафиксирована шпилькой между опорной площадкой основания и нижней балкой подвижного вибростола 15.
Пульт управления выполнен в виде панели управления расположенной на лицевой стороне электрошкафа 18. На панели управления расположены ручки управления с маркировкой основных операций и режимов работы.
Электрошкаф с пультом управления располагается в рабочей зоне вибростенда.
Вибростенды применяются для изготовления изделий методом формования с виброуплотнением.
Выбор конструкции вибростенда основывается на компонентном составе, физико-механических характеристиках компонентов, особенностях технологического процесса изготовления МПК смесей и изготовления из них деталей с «запрограммированными» свойствами.
Вибростенды существующих моделей в основном можно разделить по направлению колебаний: вертикальное, горизонтальное, круговое и эллиптическое.
В процессе проработки конструкции было принято техническое решение по применению векторно-управляемых колебаний.
Данное решение обусловлено тем, что в конструкциях деталей станков предусмотрено большое количество встроенных конструктивных и закладных деталей, пустот, технологических каналов. Технологические каналы, профили, каналы и пустоты формируются различными формообразующими и опустошающими элементами. Встраиваемые конструктивные элементы закрепляются в формующей оснастке специальными крепежными элементами. В связи с этим в формуемом пространстве образуются технологические полости препятствующие свободному распространению МПК массы, загружаемой в формующую оснастку. Для равномерного распределения МПК массы по объему формующей оснастки и последующего равномерного уплотнения массы под воздействием вибрации, применено техническое решение векторного управления направления колебаний вибростола 15 с закрепленной на нем формующей оснасткой. Данное решение позволяет исключить образование недопустимых пустот и раковин в процессе формования детали, а также позволит получить равномерное распределение крупноразмерной фракции МПК в формуемом объеме и последующее более качественное виброуплотнение формуемой массы.
В связи с тем, что до начала осуществления технологической операции объемной формовки производят 3D-моделирование изготавливаемого корпусного элемента и 2,5D-моделирование технологической оснастки, а также в процессе упомянутой операции производят регулирование по заданной программе динамических характеристик вибростола 15 (амплитудно-частотную характеристику), повышается качество и точность изготовления конечного изделия.
Заявленный вибростенд предназначен для реализации способа изготовления корпусных элементов технологического оборудования зпключающегося в следующем.
Осуществляют предварительную подготовку составляющих компонентов формовочной смеси и последующие:
- смешивание компонентов до получения композиции с гомогенной структурой, для чего используют смеситель периодического действия;
- последующую транспортировку полученной гомогенной композиции в технологическую зону объемной формовки;
- непосредственно формовку с виброуплотнением композиции посредством вибростенда.
Для реализации данного технологического процесса используют средства автоматического управления технологическим процессом.
В процессе технологической операции смешивания компонентов используют смеситель, который включает:
- основание 1 с двумя стойками для установки подвижной траверсы 7 с автономным приводом ее поворота;
- технологическую чашу с приводом ее вращения вокруг вертикальной оси, в полости которой (эксцентрично оси вращения чаши) размещены лопасти рабочего органа смесительного средства 5, которое оснащают автономным приводом вращения, закрытого кожухом 9.
В качестве исходного материала для объемной формовки используют минерал-полимерную композицию. Для получения композиции с гомогенной структурой используют смеситель, в котором:
- технологическую чашу 8 устанавливают на основании 1 с возможностью ее вертикального перемещения посредством вспомогательных подъемно-транспортных средств по окончании технологической операции смешивания;
- траверсу 7 устанавливают на одной из стоек с возможностью ее поворота в вертикальной плоскости на угол, обеспечивающий беспрепятственное вертикальное перемещение технологической чаши 8 по окончании технологической операции смешивания и подготовки исходного материала для объемной формовки;
- при этом, автономный привод смесительного средства 5 конструктивно-технологически организуют с возможностью обеспечения переменной скорости вращения лопастей с плужком рабочего органа смесительного средства 5 в процессе осуществления технологической операции смешивания;
- транспортировку полученной композиции с гомогенной структурой в технологическую зону объемной формовки осуществляют непосредственно в технологической чаше 8 смесителя;
- а перед операцией объемной формовки предварительно осуществляют 3D-моделирование изготавливаемого корпусного элемента и 2,5D-моделирование технологической оснастки для осуществления технологической операции объемной формовки.
Частными вариантами реализации заявленного способа и технических средств для его реализации является следующее.
Целесообразно смеситель оснащать крышкой для технологической чаши 8, которая должна быть жестко закреплена на поворотной траверсе 7 и конструктивно выполнена с возможностью обеспечения кинематической связи приводного вала автономного привода со смесительным средством 5, причем, упомянутый автономный привод также должен быть закреплен на траверсе 7 с возможностью совместного с ней перемещения.
Упомянутая крышка для технологической чаши 8 может быть выполнена со смотровым и загрузочным окнами.
На второй стойке смесителя, оптимально, предусмотреть упор, функционально являющийся опорой для первой (левой по фиг.1) консольной, относительно оси поворота, части траверсы 7 в процессе технологической операции смешивания.
На второй (правой по фиг.1) консольной части траверсы 7 допустимо устанавливать противовес, функционально являющийся вспомогательным средством для механизма поворота траверсы.
Смеситель может быть оснащен технологическим столом 13, который жестко закрепляется на одной из стоек.
Технологическая чаша 8 должна быть оснащена цапфами, функционально являющимися транспортировочными средствами зацепления с упомянутыми вспомогательными подъемно-транспортными средствами по окончании технологической операции смешивания.
Наиболее целесообразно лопасти рабочего органа смесительного средства 5 пространственно размещать под наклоном к горизонтальной и/или вертикальной плоскостям.
Посадочный узел технологической чаши может быть выполнен в виде ступицы, сформированной в основании.
Основание 1 представляет собой замкнутую коробчатую сварную раму, на платиках которой смонтированы левая и правая стойки подъемной поворотной траверсы 7, упор горизонтальной левой (первой) консольной части траверсы, опора съемной технологической чаши 8 с приводом 3 ее вращения относительно вертикальной оси и непосредственно съемная чаша 8 технологическая.
Съемная чаша 8 представляет собой цилиндрическую емкость с открытой верхней частью. На наружных поверхностях боковых стенок чаши 8 диаметрально противоположно закреплены такелажные стержневые цапфы (транспортировочные средства) при помощи которых осуществляется транспортирование чаши 8 с готовой смесью к месту загрузки вибростенда и, соответственно, выгрузка этой смеси в технологическую оснастку для объемной формовки.
Чаша 8 неподвижно устанавливается на опору 2, которая представляет собой круглый поворотный стол, кинематическая связь которого с основанием осуществляется посредством упорного и радиально-упорного шариковых подшипников. Привод 3 вращения стола (и, соответственно, чаши 8) представляет собой узел, смонтированный при помощи фланца на основании рамы смесителя. Приводной вал вращения стола (чаши 8) связан кинематической цепью зубчатых колес с мотор-редуктором, закрепленным на основании 1 (рамы) смесителя.
Кинематическая цепь привода 3 вращения стола оснащена принудительным управляемым механизмом размыкания (сцепления-расцепления).
Траверса 7 представляет собой сборный узел, состоящий из сварной рамы с закрепленным на монтажной площадке мотор-редуктором (автономным приводом вращения смесительного средства 5 - мешалки). На нижней части рамы траверсы 7 жестко закреплена крышка технологической чаши 8 и плужок 6. К фланцу мотор-редуктора в вертикальном положении крепится приводной вал смесительного средства 5 (мешалки) с закрепленными на нем лопастями. Поворот (подъем-опускание) траверсы 7 осуществляется электродвигателем через червячную передачу с «плавающим» подпружиненным червяком.
Таким образом, заявленный вибростенд предназначен для процесса изготовления базовых и корпусных деталей с «запрограммированными» свойствами (т.е., свойствами, заданными на стадии проектирования) для прецизионного оборудования (например, металлорежущих станков, измерительных устройств, иных приспособлений) из смесей минерал-полимерных композитов (МПК), путем соответствующей технологической подготовки и последующей объемной формовки указанных изделий с предварительным компьютерным 3D-моделированием изготавливаемых изделий и 2,5D-моделированием оснастки для объемной формовки на основе исходного материала из соответствующих смесей МПК.
Также данное оборудование (вибростенд) позволяет осуществлять разнонаправленное векторное управляемое виброуплотнение исходного материала (композита) в процессе осуществления объемной формовки изделий, что также оказывает положительное влияние на качество и точность изготовления конечного изделия при обеспечении заданных прочностных и виброгасящих свойств.
Таким образом, техническим результатом заявленного технического решения является повышение качества и точности изготовления конечного изделия - корпусных элементов (деталей) технологического оборудования, преимущественно - прецизионных металлорежущих станков.
Наибольшая эффективность применения заявленного оборудования проявляется при изготовлении базовых и корпусных изделий высокоточных и прецизионных металлообрабатывающих станков и агрегатов, измерительных машин, иной специальной техники и устройств, требующих использования исходных материалов с термостабильными, виброгасящими, а также немагнитными свойствами.
Непосредственно способ и используемое в нем оборудование (в том числе, вибростенд) предназначено для приготовления МПК путем однородного порционного перемешивания компонентов МПК, включающих в себя:
- трехфракционный минеральный заполнитель с разнодисперсной гранулометрией;
- мелкодисперсный порошкообразный наполнитель;
- эпоксидное связующее холодного отверждения.
Следовательно, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в промышленности, а именно, в области производства термостабильных корпусных деталей, преимущественно, металлорежущих станков, из материалов с высокими демпфирующими свойствами на основе минерал-полимерных композитов (МПК).
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствуют требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.