ДЕФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к упрочнению изделий, конкретнее к установкам для термомеханического упрочнения торсионных валов со шлицевыми головками, и предназначена для обработки деталей, работающих на статическое и циклическое кручение.
Известна установка для термомеханического упрочнения изделий по авторскому свидетельству SU 422779 (А1), МПК C21D 1/78, 9/00, опубл. 1974 г. Согласно описанию установка содержит деформирующее устройство, выполненное в виде двух зажимных гидропатронов, один из которых снабжен механизмом кручения.
Недостатком известной установки является то, что зажимные гидропатроны передают головкам изделия крутящий момент закрутки за счет сил трения. Возникающие при этом значительные контактные напряжения вызывают образование повреждений на поверхности шлицевой части изделия, нагретого до закалочной температуры, что снижает его качество.
Из авторского свидетельства SU 406916, МПК C21D 8/00, опубл. 1971 г. известна установка для осуществления термомеханического способа обработки изделий, включающая узел деформации кручением.
Недостатком этого устройства является невозможность его применения для обработки деталей переменного сечения, например торсионных валов со шлицевыми головками.
Из патентной литературы известна также установка для термомеханического упрочнения изделий по авторскому свидетельству SU 1355635, МПК C21D 9/00, опубл. 1987 г. Установка снабжена устройством деформации в виде соосно установленных механизмов закрутки и приспособлений захвата, одно из которых соединено с механизмом закручивания. В корпусах приспособлений захвата выполнены продольные и поперечные пазы, в которых установлены разрезные втулки и взаимодействующие с ними приводные клиновые механизмы. В центральной части корпусов установлены шлицевые втулки, на наружной поверхности которых выполнены винтовые шпоночные пазы с расположенными в них шпонками.
Известная установка обладает рядом недостатков, не позволяющих получить высокую надежность в работе, а значит, высокое качество изделия и полностью автоматизировать процесс обработки изделий.
Известна установка для осуществления способа термомеханического упрочнения изделий, преимущественно торсионных валов со шлицевыми головками, описанного в авторском свидетельстве SU 1686010, МПК C21D 8/00, опубл. 1991 г. Согласно известному изобретению на нагретом вале с помощью разрезных втулок осуществляют сопряжение шлицевых головок вала со шлицевыми втулками. Сопряжение головок вала со шлицевыми втулками производят, сообщая последним одновременно осевое перемещение к шлицевым головкам вала и возвратно-вращательное движение вокруг своей оси. После полного сопряжения шлицевых втулок со шлицевыми головками упрочняемого вала производят его закручивание шлицевыми втулками.
Недостатком этой установки является то, что при сопряжении шлицевых втулок со шлицевыми головками вала и при деформации кручением происходит осевая деформация вала, в результате чего деформация кручением приводит к короблению вала и неравномерному распределению деформации кручением по длине детали. Кроме того, при движении шлицевой втулки в отдельных случаях непопадания шлицев может привести к заклиниванию втулки от проворота, что будет препятствовать сопряжению шлицевой втулки и шлицевой головки вала. Это снизит качество получаемых изделий и стабильность процесса термомеханического упрочнения.
Известны и другие деформирующие устройства для термомеханической обработки изделий типа торсионных валов со шлицевыми головками, которые выполняют закручивание валов в нагретом состоянии.
Наиболее близкий из известных по своей технической сущности и достигнутому эффекту, т.е. прототипом, является деформирующее устройство в «Установке для термомеханического упрочнения изделий» по авторскому свидетельству SU 1740454 Al, , C21D 9/00 опубл. 1992 г. Известная установки содержит смонтированное на станине деформирующее устройство, выполненное в виде двух соосно установленных патронов для закручивания упрочняемого изделия, один из которых (нижний) имеет поворотный, а другой (верхний) неподвижный корпусы, при этом в каждом корпусе установлена подпружиненная шлицевая втулка, имеющая возможность только вертикального перемещения относительно корпуса и снабженная приспособлением для захвата шлицевой головки упрочняемого изделия, сообщающим шлицевой втулке колебательное вращение вокруг ее оси. Приспособления на верхнем и нижнем патронах выполнены в виде кривошипно-кулисных механизмов, при этом кривошипно-кулисный механизм верхнего патрона жестко закреплен на корпусе патрона, а кривошипно-кулисный механизм нижнего патрона установлен на корпусе с возможностью поворота до контакта со шлицевой втулкой через зубчатую рейку, закрепленную на ползуне кривошипно-кулисного механизма, и через зубчатый сектор, установленный в корпусе и передающий колебательные движения шлицевой втулке. Ползун шарнирно соединен с кулисой кривошипно-кулисного механизма и поджат с обеих сторон пружинными компенсаторами таким образом, что усилие ползуна передается зубчатой рейке через две сбалансированные пружины. Принцип работы деформирующего устройства закрутки упрочняемого изделия (торсионного вала со шлицевыми головками) в том, что неподвижный корпус верхнего патрона при помощи кривошипно-кулисного механизма захватывает верхнюю шлицевую головку вала своей шлицевой втулкой и удерживает ее неподвижно. Корпус нижнего патрона выполнен поворотным и закручивает шлицевой вал на определенное число оборотов после захвата своей шлицевой втулкой нижней шлицевой головки вала. Захват производится также с помощью кривошипно-кулисного механизма, который по завершении операции захвата должен быть разомкнут со шлицевой втулкой, выполняющей закрутку. Для этой цели приспособление для захвата выполнено поворотным на некоторый угол, при котором происходит размыкание зубчатой рейки приспособления захвата и зубчатого сектора, связанного со шлицевой втулкой.
Известное деформирующее устройство обладает существенным недостатком - ненадежность работы приспособления захвата на поворотном корпусе нижнего патрона. Для приведения приспособления в действие, кривошипно-кулисный механизм совершает поворот для замыкания зубчатой рейки механизма с зубчатым сектором, связанным со шлицевой втулкой в поворотном корпусе. При отсутствии устройства взаимной ориентации зуба рейки и впадины сектора нередко происходит «утыкание» зуба в зуб. В деформирующем устройстве предусмотрена (программно) возможность второй попытки совмещения рейки и сектора. Однако, в случае неудачной второй попытки изделие уходит в брак из-за превышения допустимого времени между операциями нагрева и закрутки.
Настоящая полезная модель направлена на исключение вышеперечисленных недостатков, а именно: на повышение надежности работы деформирующего устройства для упрочнения изделий, преимущественно шлицевых валов, а также на исключение брака.
Поставленная задача достигается тем, что деформирующее устройство установки для термомеханического упрочнения изделий типа торсионных валов со шлицевыми головками, выполнено в виде двух соосно установленных верхнего и нижнего патронов для закручивания упрочняемого вала и приспособлений захвата, одно из которых (нижнее) выполнено в виде поворотного, а другое (верхнее) неподвижно закреплено на корпусе патрона, при этом в каждом корпусе установлены подпружиненные шлицевые втулки, снабженные приспособлениями захвата шлицевой головки вала, а каждое приспособление выполнено в виде кривошипно-кулисного механизма, сообщающего шлицевой втулке колебательное вращение вокруг ее оси через зубчатый сектор в корпусе патрона и зубчатую рейку на приспособлении и в каждом приспособлении имеется шарнирно связанный с кулисой ползун, поджатый с двух сторон пружинными компенсаторами, через которые колебательное движение кулисы сообщается зубчатой рейке, согласно предлагаемой полезной модели приспособление на поворотном корпусе нижнего патрона установлено так же жестко, как и на верхнем патроне и представляет собой рычажно-кулачковый механизм, выполненный в виде имеющего возможность вращения с заданной скоростью эксцентрика и установленного с возможностью качания вокруг вертикальной оси рычага, взаимодействующего с эксцентриком и сообщающего колебательное движение приводной шестерне, установленной в корпусе приспособления и постоянно связанной с зубчатым сектором, установленным с возможностью вращения в поворотном корпусе нижнего патрона.
Другим отличием является то, что в заявляемом деформирующем устройстве расцепление рычажно-кулачкового механизма в момент закрутки шлицевого вала осуществляется электромагнитной муфтой, установленной в цепи между рычагом рычажно-кулачкового механизма и приводной шестерней.
Еще одним отличием заявляемой полезной модели является то, что пружинный компенсатор выполнен в виде подпружиненного ползуна, размещенного на конце имеющего возможность качания рычага и взаимодействующего с рабочей поверхностью эксцентрика рычажно-кулачкового механизма.
Кроме того, еще одно отличие заключается в том, что эксцентрик рычажно-кулачкового механизма выполнен с изменяемым эксцентриситетом и с возможностью его жесткой фиксации в требуемом положении.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая полезная модель отличается наличием новых элементов, взаимосвязью элементов, взаимным расположением и формой исполнения.
Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время неизвестна установка для термомеханического упрочнения изделий, типа шлицевых валов с галтелями, обладающая такой же совокупностью существенных признаков, что и предлагаемая. Таким образом, заявляемая конструкция соответствует критерию полезной модели «новизна».
Жесткое закрепление приспособления захвата на корпусе нижнего патрона деформирующего устройства, выполнение приспособления в виде рычажно-кулачкового механизма, сообщающего колебательное движение приводной шестерне, постоянно связанной с зубчатым сектором, выполнение устройства для расцепления механизма в момент закрутки в виде электромагнитной муфты, исключает возможность неприсоединения зубчатого сектора и зубчатой рейки приспособления и возможность незахвата нижней шлицевой головки упрочняемого вала шлицевой втулкой поворотного корпуса, что значительно повышает надежность работы деформирующего устройства. Выполнение пружинного компенсатора в виде подпружиненного ползуна, размещенного на конце рычага и взаимодействующего с рабочей поверхностью кулачка также повышает надежность работы устройства, поскольку не требуется операция выравнивания усилия пружин, поджимающих ползун с двух сторон. Выполнение эксцентрика с изменяемым эксцентриситетом и его жесткая фиксация в требуемом положении позволит при настройке приспособления менять величину амплитуды колебания приводной шестерни, что, в конечном счете, расширит возможности устройства в целом.
Вышеизложенное доказывает, что совокупность отличительных от прототипа признаков обеспечивает возможность использования заявляемого технического решения при термомеханическом упрочнении деталей, работающих на статическое и циклическое кручение, т.е. оно соответствует критерию полезной модели "промышленная применимость".
Конкретное осуществление заявляемой полезной модели рассмотрим на примере конструкции деформирующего устройства установки для термомеханического упрочнения изделия, типа торсионного вала со шлицевыми головками, который, однако, не ограничивает всех возможностей заявляемого предложения.
Предлагаемое деформирующее устройство выполнено в виде двух соосно установленных патронов для закручивания упрочняемого вала, один из которых выполнен в виде поворотного корпуса, а другой в виде неподвижного корпуса, в каждом из которых установлены подпружиненные шлицевые втулки, при этом в обоих корпусах смонтированы приспособления для захвата шлицевой головки вала, выполненные в виде механизмов колебания, одинаковой конструкции и одинакового взаимодействующие с подпружиненной шлицевой втулкой как на верхнем так и на нижнем патроне, за исключение того, что механизм на нижнем патроне дополнительно содержит устройство его расцепления в момент закрутки шлицевого вала, выполненное в виде электромагнитной муфты.
Таким образом, конструкция предлагаемого деформирующего устройства может поясняться чертежами приспособления для захвата шлицевой втулки смонтированного в поворотном корпусе нижнего патрон, где на:
- фиг. 1 изображен разрез по приспособлению для захвата шлицевой головки изделия;
- фиг. 2 вид сверху (вид А) на приспособление для захвата шлицевой головки изделия;
- фиг. 3 вид снизу (вид Б) на приспособление для захвата шлицевой головки изделия.
На поворотном корпусе 1 устройства для деформационного закручивания шлицевого вала жестко закреплен корпус 2 приспособления для захвата шлицевой головки изделия. В корпусе 2 с возможностью качания вокруг вертикальной оси установлен рычаг 3, который через систему зубчатых колес связан с корпусом электромагнитной муфты 4. Система зубчатых колес служит для увеличения угла поворота муфты 4. Поводок 5 электромагнитной муфты жестко закреплен на валу 6, который смонтирован в корпусе 2 с возможностью вращения. На валу 6 через предохранительное устройство 7 закреплена приводная шестерня 8. Кроме того, в корпусе 2 установлен эксцентрик 9 с изменяемым эксцентриситетом. Эксцентрик 9 сидит на выходном валу мотор-редуктора 10 и получает от него вращение с заданным числом оборотов в минуту. С рабочей поверхностью эксцентрика 9 взаимодействует подпружиненный ползун 11, закрепленный на конце рычага 3. Приводная шестерня 8 находится в постоянном зацеплении с зубчатым сектором 12, установленным в корпусе 1 с возможностью вращения. Зубчатый сектор 12 внутри корпуса 1 связан с подпружиненной шлицевой втулкой (на чертеже не показана), захватывающей шлицевую головку изделия.
Рассмотрим работу деформирующего устройства с использованием заявляемой конструкции приспособления для захвата шлицевой головки изделия. Транспортная система установки для термомеханического упрочнения изделий переносит нагретое изделие с позиции нагрева на позицию закрутки, где оно устанавливается в патронах деформирующего устройства: в верхнем патроне с неподвижным корпусом и в нижнем патроне с поворотным корпусом.
При установке на данной позиции верхняя и нижняя шлицевые головки изделия должны быть захвачены шлицевыми втулками, установленными в соответствующих корпусах. При установке в нижнем поворотном корпусе торец нижней шлицевой головки изделия нажимает на торец подпружиненной шлицевой втулки, после чего система управления установкой включает привод 10 вращения эксцентрика 9 и включает электромагнитную муфту 4. Рычаг 3 начинает совершать колебательные движения, которые через систему зубчатых колес и муфту 4 передаются на приводную шестерню 8, сообщающую колебательные движения на зубчатый сектор 12 и связанную с ним шлицевую втулку (на чертеже не показана), шлицевое отверстие которой совмещается со шлицами шлицевой головки изделия и захватывает ее под действием пружины. Далее отдельный механизм (на чертеже не показан) надвигает шлицевую втулку на шлицевую головку изделия, а муфта 4 отключается и включается поворотный механизм закрутки изделия на заданное число оборотов.
При настройке приспособления величину амплитуды колебания приводной шестерни 8 можно менять, изменяя эксцентриситет эксцентрика 9, перемещая его вдоль фиксирующего паза. После выбора необходимой амплитуды колебаний шестерни 8, эксцентриситет жестко фиксируется упором 13.
По окончании деформационной закрутки вала последний переносят манипулятором в устройство для закалки, которое опускает готовое изделие в закалочную ванну.
Таким образом, усовершенствование конструкции известного деформирующего для термомеханического упрочнения изделий, преимущественно типа торсионных валов со шлицевыми головками, работающих на статическое и циклическое кручение, в соответствии с предлагаемой полезной моделью, позволит повысить надежность работы деформирующего устройства за счет 100%-ого сопряжения головок упрочняемого изделия и шлицевых втулок, что положительно скажется на качестве и стабильности процесса термомеханического упрочнения.