СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПАТРУБКОВ С НАКЛОННОЙ СТЫКОВОЙ ОБЛАСТЬЮ
METHOD FOR PRODUCTION OF CYLINDRICAL NOZZLES WITH INCLINED JOINT AREA

Изобретение относится к области машиностроения, в частности для получения цилиндрических патрубков с наклонной стыковой областью,
Известен способ получения цилиндрических патрубков с наклонной стыковой областью, который основан на расчете ординат развертки с использованием формулы
Hi=Н+R*Sinα*Tgγ
с последующим построением развертки, вырезанием заготовки и сворачиванием ее в патрубок (см. Балдина Е.М. Проектирование и расчет разверток машиностроительных деталей. Л., 1971 г., стр.19-20).
Недостатком этого способа является то, что он не учитывает толщину материала для расчета ординат развертки. Патрубки, получаемые с использованием таких разверток, имеют плохую стыкуемость из-за провала в средней части стыковой области. Точки, принадлежащие выступающим стыковым ребрам, не лежат в одной плоскости.
Другим недостатком указанного способа является невозможность качественного выполнения разделки кромок под сварку из-за сложной конфигурации стыковых граней патрубка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является способ получения цилиндрических патрубков с наклонной стыковой областью по патенту RU 2254191 С1, МПК В21С 37/28, 2005 г., который основан на расчете ординат развертки с использованием двух формул
Hi=Н+Tgγ*[R*(1+Cosα)+S/2*(1-Cosα)];
Hi=Н+Tgγ*(1+Cosα)*(R+S/2)
с последующим построением развертки, вырезанием заготовки и сворачиванием ее в патрубок.
Способ учитывает толщину патрубка при расчете развертки, что позволяет получать цилиндрические патрубки без провала в средней части стыковой области.
Недостатком способа является трудность выполнения разделки кромок под сварку из-за сложной конфигурации стыковых граней.
Задачей изобретения является способ, позволяющий получить такую геометрию наклонной стыковой области цилиндрических патрубков, при которой стыковые грани патрубков сопрягаются без зазора, а разделочные грани имеют постоянные на всем протяжении ширину и угол наклона относительно стыковых граней.
Задача решается благодаря тому, что в способе получения цилиндрических патрубков с наклонной стыковой областью, включающем расчет координат развертки, ее построение, вырезание заготовки и сворачивание ее в патрубок, механическую обработку стыковой области, согласно изобретению ординаты развертки рассчитывают по формулам
Hi=Нн+Rн*Tgγ*(1+Cosα) при -90°≤α≤90°;
Hi=Нн+Tgγ*[S+(Rн-S)*(1+Cosα)] при 90°≤а≤270°,
где Hi - искомая ордината;
Нн - наименьшая наружная ордината;
Rн - наружный радиус патрубка;
γ - угол наклона стыковой области патрубка;
α - угол вектора соответствующей ординаты на горизонтальной проекции патрубка;
S - толщина стенки патрубка,
в трехмерном моделлере создают параметрическую модель патрубка с формированием плоской стыковой грани и разделочной грани в виде части боковой поверхности конуса, ширину которой устанавливают постоянной на всем ее протяжении величиной до 1,5S, угол ее наклона относительно стыковой области устанавливают также постоянным величиной до (90° - γ), механическую обработку стыковой области проводят на станке с ЧПУ по трехмерной модели патрубка или по трехмерной модели заготовки патрубка, созданной по эскизам с использованием продольных сечений, выполненных через равные угловые промежутки на трехмерной модели патрубка.
Расчет ординат развертки патрубка по указанным формулам позволяет получить оптимальную по форме, необходимую и достаточную по размерам заготовку, при последующей механической обработке стыковой области которой гарантировано получение заданной геометрии стыковой и разделочной граней патрубка при минимальном съеме металла. Создание в трехмерном моделлере параметрической модели патрубка позволяет: выбрать оптимальную конфигурацию стыковой области, в частности, чтобы она удовлетворяла требованиям сопряжения без зазора стыковых граней двух патрубков, а также постоянства на всем протяжении ширины и угла наклона разделочной грани относительно стыковой грани, что достигается приданием стыковой грани плоской формы, а разделочной грани - формы боковой поверхности прямого эллиптического конуса; проверить и, при необходимости, отредактировать геометрию стыковой области; получить точные сечения для создания трехмерной заготовки. Ширина разделочной грани и угол наклона ее относительно стыковой грани - параметры взаимосвязанные, сочетание их подбирается для получения требуемой геометрии стыковой области патрубка с учетом следующих ограничений: ширина разделочной грани не должна превышать 1,5 толщины стенки патрубка из-за вырождения стыковой грани; угол наклона разделочной грани относительно стыковой не может быть большим, чем значение (90° - γ), так как в этом случае при выполнении разделочной грани происходит зарезание фрезы в тело патрубка в его нижней части.
Создание трехмерной модели патрубка с указанными параметрами, с последующей передачей ее в систему программирования объемной обработки на станке с ЧПУ и составлением программы позволяет с большой степенью точности обработать стыковую область патрубка, свернутого из заготовки.
Создание в трехмерном моделлере модели заготовки по эскизам сечений, выполненных на трехмерной модели патрубка, с последующей передачей ее в систему программирования объемной обработки на станке с ЧПУ и составлением программы позволяет обработать стыковую область непосредственно на заготовке, до сворачивания в патрубок, что расширяет возможности способа.
Для пояснения описываемого способа представлены следующие чертежи:
фиг.1 - трехмерная модель (SD-модель) патрубка;
фиг.2 - проекции патрубка с обозначением переменных, где 1 - стыковая грань, 2 - разделочная грань;
фиг.3 - сечения трехмерной модели патрубка;
фиг.4 - трехмерная модель заготовки патрубка;
фиг.5 - трехмерная сборка двух патрубков.
Предложенный способ осуществляется следующим образом. Рассчитывают ординаты развертки по формулам
Hi=Нн+Rн*Tgγ*(1+Cosα) при -90°≤α≤90°;
Hi=Нн+Tgγ*[S+(Rн-S)*(1+Cosα)] при 90°≤α≤270°,
где Hi - искомая ордината;
Нн - наименьшая наружная ордината;
Rн - наружный радиус патрубка;
γ - угол наклона стыковой области патрубка;
α - угол вектора соответствующей ординаты на горизонтальной проекции патрубка;
S - толщина стенки патрубка.
По полученным ординатам строят развертку, переносят ее контур на лист и вырезают заготовку патрубка. Обрабатывают области продольного шва заготовки, сворачивают ее в патрубок и выполняют продольный сварной шов.
В трехмерном моделлере создают параметрическую модель патрубка с наклонной стыковой областью с заданными параметрами (см. фиг.1), с соблюдением следующих обязательных характеристик: стыковая грань должна быть плоской; разделочная грань, представляющая собой часть поверхности прямого эллиптического конуса, должна иметь постоянные ширину и угол наклона относительно стыковой грани в любом сечении, перпендикулярном одновременно к обеим граням.
Ширину разделочной грани выбирают в диапазоне от 0 до 1,5 S, а угол наклона разделочной грани относительно стыковой - в диапазоне от 0 до (90° - γ). Благодаря параметризации при изменении исходных данных модель патрубка автоматически перестраивается.
Эту модель передают в систему программирования объемной обработки на станке с ЧПУ для составления программы. На станке с ЧПУ по этой программе проводят обработку стыковой области ранее свернутого патрубка.
Для выполнения механической обработки стыковой области непосредственно на заготовке на модели патрубка выполняют продольные сечения через равные угловые промежутки. Используя полученные сечения (см. фиг.3), создают 3D-модель заготовки патрубка (см. фиг.4). Эту модель передают в систему программирования объемной обработки на станке с ЧПУ для составления программы.
На станке с ЧПУ по этой программе производят обработку стыковой области ранее вырезанной заготовки, кроме того, обрабатываются области продольного шва. Обработанную заготовку сворачивают в патрубок.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать цилиндрические патрубки с улучшенной геометрией наклонной стыковой области - их стыковые грани сопрягаются без зазора. Кроме того, постоянные на всем протяжении ширина и угол разделочных граней позволяют получить качественное сварное соединение двух патрубков (см. фиг.5).
Предложенный способ является универсальным, так как позволяет получать цилиндрические патрубки с любой толщиной стенки и любым углом наклона стыковой области, при этом сопряжение патрубков получается беззазорным. Возможность варьирования ширины и угла наклона разделочной грани позволяют выбрать оптимальную геометрию патрубка в зоне сварки.
Возможность выполнения механической обработки стыковой области как на свернутом патрубке, так и на заготовке, то есть до сворачивания в патрубок, делает данный способ более универсальным, а следовательно, более применимым.