КОМПЛЕКТ ФОРМУЮЩИХ РОЛИКОВ ДЛЯ ИНТЕНСИВНОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ

Устройство относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении методом интенсивного деформирования на профилировочных станках гнутых профилей, в частности, профилей с элементами двойной толщины.
3
Известен валок профилегибочного стана (авт. св. СССР №995972, МПК B21D 5/06, опубл. 15.02.83, бюл. №6), состоящий из набора рабочих и дистанционных дисковых элементов с узлом их осевого перемещения и упругих прокладок. В этом известном устройстве уменьшение износа валков при формовке разнотолщинной заготовки достигается за счет деформации упругих прокладок. Недостатком устройства является нецелесообразность его применения для современных видов проката, обладающих жесткими допусками на толщину, и весьма ограниченные технологические возможности при производстве профилей с узким дном (недостаточное пространство для узла осевого перемещения). Кроме того, известное устройство предназначено для формовки профилей только в открытых калибрах, неприемлемых для реализации метода интенсивного деформирования.
3
Известен валок профилегибочного стана (авт. св. СССР №1007783, МПК B21D 5/06, опубл. 30.03.83, Бюл. №12), включающий цилиндрический и конический элементы, в котором с целью повышения работоспособности валка за счет уменьшения его износа, на боковой поверхности каждого конического элемента выполнена канавка в виде синусоиды, расположенной по его окружности.
Недостатком этого известного устройства является то, что контактные напряжения при профилировании полосы увеличиваются на границах канавки (в силу известного закона распределения силы подгибки полки при уменьшении размера контактной площадки), хотя и происходит некоторая разгрузка контактного участка ролика за счет упругой деформации прилегающего к синусоидальной канавке материала ролика. Однако боковые стенки синусоидальной канавки, подверженные циклическому нагружению, со временем разрушаются, причем условия их работы хуже, чем при упругой деформации в условиях сжато-напряженного состояния цельного валка. Это снижает срок службы валка по сравнению с цельной конструкцией. Кроме того, синусоидальная стенка канавки может вызывать наклонные царапины или контактные полосы на профиле. Более того, выполнение синусоидальной канавки на конической поверхности валка вызывает определенные технологические трудности.
Известен комплект формующих роликов для интенсивного формообразования (Филимонов С.В., Филимонов В.И. Интенсивное формообразование гнутых профилей. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 444 с., стр.373-377. Более специфично, «Комплекты формующих роликов, представляющие основную технологическую оснастку при установке на станок, образуют роликовые пары с рабочими калибрами, соответствующими формам технологических переходов» (стр.373, третий абзац, см. также рис.6.40, показывающий роликовую пару, состоящую из верхнего и нижнего роликов и образующую закрытый калибр); «Главной особенностью рабочих калибров для интенсивного формообразования является замкнутый по всему периметру рабочий контур (закрытый калибр)» (стр.375, второй абзац); «Конструктивно ролики технологических переходов могут быть выполнены цельными или сборными (рис.6.44). Применять конструкции сборных роликов рекомендуется в случаях: 1) невозможности или сложности обработки рабочей поверхности инструмента; 2) необходимости изготовления гаммы однотипных профилей, например, профилей швеллерного типа с различной шириной донной части; 3) частой замены быстроизнашивающейся рабочей части ролика» (стр.377, первый и второй абзацы).
К недостаткам известного устройства относится то, что при больших контактных давлениях происходит износ валков и возникают отклонения геометрических параметров профиля, а также то, что определение размеров участков максимального износа формующих роликов для реализации интенсивного деформирования до проектирования роликов под определенный типоразмер профиля до недавнего времени было затруднительным, в то время как установление оптимальной ширины быстроизнашивающихся элементов из антифрикционного материала является весьма настоятельным в связи с условиями захвата и перемещения заготовки при профилировании. С другой стороны, при возникновении весьма больших контактных давлений (при профилировании заготовок толщиной более 3 мм) соответствующие участки имеют потертости или следы роликовой оснастки, ухудшающие внешний вид профиля и качество поверхности.
Данное известное устройство принято за прототип.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является увеличение срока эксплуатации формующей оснастки и повышение качества производимых профилей.
Для достижения указанного технического результата в комплекте формующих роликов для интенсивного формообразования гнутых профилей, который состоит из пар верхнего и нижнего роликов сборной конструкции, образующих замкнутые калибры, соответствующие технологическим переходам, включающих быстроизнашивающиеся элементы, согласно полезной модели, рабочий контур быстроизнашивающегося элемента верхнего ролика выполнен шириной, соответствующей ширине зоны изгиба заготовки у дна профиля и увеличенный на ширину 2S (S-толщина заготовки) к середине ролика, быстроизнашивающийся элемент нижнего ролика выполнен в виде усеченной конической шайбы, покрывающей 1/3 конической образующей нижнего ролика с отсчетом от цилиндрического участка последнего, быстроизнашивающиеся элементы верхнего и нижнего роликов выполнены составными в виде сопряженных шайб с возможностью вращения друг относительно друга, причем, внутреннюю шайбу из антифрикционного материала крепят неподвижно к другим элементам верхнего ролика или нижнего ролика, не относящимся к быстроизнашивающимся.
При этом шайбы сопряжены по цилиндрической поверхности. При этом шайбы сопряжены по конической поверхности. Техническая задача обеспечивается за счет нормированной ширины быстроизнашивающегося элемента и особой конструкции этого элемента. При формообразовании профиля максимальные контактные напряжения на верхнем ролике локализуются в области зоны изгиба с переходом на две толщины заготовки в сторону серединной части ролика, а распределение контактных напряжений на нижнем ролике падает на одну треть длины образующей конического участка ролика с отсчетом от цилиндрической части ролика (фиг.3). Поэтому быстроизнашивающиеся элементы роликов имеют указанную выше ширину. Изготовление указанных элементов из антифрикционного материала или их своевременная замена (в зависимости от свойств заготовки) позволяет увеличить срок службы роликовой оснастки и повысить качество профилей за счет уменьшения трения между заготовкой и роликами. При изготовлении профилей из труднодеформируемых заготовок или заготовок значительной толщины быстроизнашивающиеся элементы изготавливают составными и монтируют таким образом, чтобы рабочий элемент, контактирующий с заготовкой, имел возможность вращения относительно внутренней шайбы, которую крепят неподвижно с другими элементами валка, не относящимися к быстроизнашивающимся. При этом трение скольжения между роликом и заготовкой (вследствие различия линейных скоростей по высоте профиля) на участке контакта заготовки и конической шайбы заменяется на трение качения вследствие поворота внешней рабочей шайбы относительно внутренней шайбы, чем обеспечивается меньший износ роликовой оснастки и, соответственно, обеспечивается более высокое качество профиля. Что касается трения скольжения между внутренней шайбой из антифрикционного материала и наружной шайбой, то сила от контакта заготовки и ролика, передаваемая на участок их контакта, распределяется по большей площади и износ будет незначительным. Отметим, что произвольное увеличение размеров быстроизнашивающихся элементов профиля (при их исполнении из антифрикционных материалов) может привести к отсутствию захвата роликами конца заготовки при задании заготовки в ролики. Для верхнего ролика расширение шайбы в сторону периферии в области подгибаемой полки не приводит к негативному результату, поскольку контактные напряжения на верхней поверхности подгибаемой полки обычно незначительны.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - представлена роликовая пара одного из технологических переходов,
на фиг.2 - представлена роликовая пара одного из последних переходов,
на фиг.3(а. б, в) - представлены результаты исследований методом конечноэлементного моделирования уровня контактных напряжений и их локализации относительно профиля, контактные напряжения на верхнем ролике, распределение контактных напряжений на нижнем ролике, распределение напряжений на верхнем ролике с их наложением на модель.
Роликовая пара одного из технологических переходов состоит из верхнего и нижнего ролика. Верхний ролик включает центральный элемент 1, быстроизнашивающийся элемент 2 и периферийный замыкающий элемент 3. Указанные элементы имеют отверстие 4 с пазом под шпонку (условно не показан) для монтажа ролика на верхний рабочий вал соответствующей клети профилировочного станка и соединяются с помощью стяжных винтов 5 с пружинными шайбами. В роликовом калибре, образованном верхним и нижним роликом, расположена заготовка 6. Нижний ролик включает периферийный элемент 7, быстроизнашивающийся элемент 9 и центральный элемент 10. Элементы нижнего ролика 7, 9, 10 стягиваются винтами 8 с пружинными шайбами и имеют отверстие 11 с пазом (условно не показан) для монтажа на нижний рабочий вал соответствующей клети профилировочного станка.
Роликовая пара одного из последних переходов состоит из верхнего и нижнего роликов. Верхний ролик включает центральный элемент 12, внутреннюю шайбу 13, наружную (рабочую) шайбу 14 (выполненную с размерами, обеспечивающими ее свободное вращение в собранном состоянии ролика) и периферийный элемент 15. Элементы 12, 13 и 15 стянуты винтами 16 с пружинными шайбами. Заготовка 6 расположена в калибре, образованном рабочими поверхностями верхнего и нижнего ролика. Нижний ролик включает периферийный замыкающий элемент 17, наружную (рабочую) шайбу 18 (выполненную с размерами, обеспечивающими ее свободное вращение в собранном состоянии ролика), внутреннюю шайбу 19 из антифрикционного материала и центральный. элемент 20. Элементы 17, 19 и 20 стянуты винтом 21 с пружинной шайбой.
Устройство работает следующим образом. Заготовка подается последовательно в калибры роликовых пар, захватывается роликами и перемещается в направлении профилирования. В местах максимальных контактных напряжений (фиг.3) шайбы из антифрикционного материала уменьшают силу трения скольжения, а в случае составных шайб (фиг.2) сила трения скольжения заменяется на силу трения качения, и становится незначительной, что и увеличивает срок эксплуатации формующей оснастки и повышает качество производимых профилей.
При использовании цельной роликовой оснастки в случае формовки профилей из толстых или высокопрочных заготовок из-за больших контактных давлений часто приходится увеличивать число переходов и, следовательно, число роликовых пар. Применение заявляемой полезной модели позволит сократить число переходов и тем самым уменьшить материальные затраты на освоение и производство гнутых профилей.
Центральные и замыкающие элементы роликов могут быть выполнены преимущественно из стали 45 или ХВГ с последующей закалкой; шайбы - из бронзы или других современных антифрикционных материалов достаточной прочности. Альтернативно, составные шайбы могут сопрягаться по коническим поверхностям, в частности, имеющим угол наклона образующей равным углу подгибки полки профиля в данном переходе. Размерные параметры роликов и состав комплекта в целом определяются типовыми проектными процедурами, принятыми для реализации метода интенсивного деформирования (Филимонов С.В., Филимонов В.И. Интенсивное формообразование гнутых профилей. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 444 с.).
Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления полезной модели с помощью описанных в заявке (и других, известных ранее) средств и методов в приложении к профилированию с достижением усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Реализация полезной модели не оказывает отрицательных воздействий на окружающую среду.