Устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек

Предлагаемое в качестве полезной модели устройство относится к области обработки металлов давлением путем ротационного выдавливания раскатными головками на правках.

Техническим результатом является возможность изготовления цилиндрических тонкостенных оболочек ротационным выдавливанием в условиях серийного производства с получением изделий, предназначенных для измерительных целей в приборостроении.

Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек содержит оправку, выполненную в виде металлического цилиндра, связанного с вращающимся приводом и цилиндрический съемник, расположенный на внешней поверхности оправки. Упомянутая оправка выполнена из двух частей - твердосплавного наконечника, изготовленного на основе вольфрамо-кобальтовых карбидов со сквозным осевым отверстием и хвостовика из более мягкого материала с глухим осевым отверстием, которое связано радикальным каналом с атмосферой. При этом хвостовик жестко соединен с наконечником при помощи переходной втулки с фланцем, введенной в их осевые отверстия. На поверхности хвостовика имеется резьба с гайкой, образующей упор для цилиндрического съемника.

Заявляемое устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек повышает на 25-45% качество изготовления тонкостенных цилиндрических оболочек.

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек относится к области обработки металлов давлением с помощью шариковых раскатных головок.

Известно устройство для получения трубчатых изделий шариковыми раскатными головками, содержащее цилиндрическую оправку, выполненную из твердых металлов типа углеродистых сталей, на которую с натягом надевается трубчатая заготовка (а.с. 426730).

К недостатку устройства следует отнести возникающие от действия атмосферного давления проблемы со снятием изделий с оправки после раскатки, если необходимо получить глухие трубки с дном, когда заготовкой для раскатки служит колпачок.

Частично эта проблема решается в устройстве для изготовления полых трубчатых изделий с помощью обкатывающих давильных элементов, в котором имеется расположенный на оправке-пуансоне съемник в виде полого цилиндра-толкателя для готового изделия (а.с. 1613219).

Однако, при получении раскаткой глухих цилиндрических оболочек с тонкими стенками от действия атмосферного давления при съеме готового изделия помимо усилий, противодействующего съему, возникают недопустимые радиальные деформации тонкостанного участка.

Кроме того, к цилиндрическим оболочкам, получаемым методом раскатки для использования в приборостроении, предъявляются требования высокой чистоты внутренней поверхности и равнотолщинности тонкостенного участка. Эти показатели напрямую зависят от твердости материала оправки и будут улучшаться с повышением твердости.

Однако, оправки, выполненные из сверхтвердого материала, вызывают трудности при их механической обработке, что создает проблемы при выполнении каналов и при установке съемников-толкателей.

Задачей полезной модели является повышение качества полученных раскаткой изделий.

При этом техническим результатом является возможность изготовления цилиндрических тонкостенных оболочек ротационным выдавливанием в условиях серийного производства с получением изделий, предназначенных для измерительных целей в приборостроении.

Достигается это за счет того, что устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек содержит оправку, выполненную в виде металлического цилиндра, связанного с вращающимся приводом и цилиндрический съемник, расположенный на внешней поверхности оправки. Упомянутая оправка выполнена из двух частей - твердосплавного наконечника, изготовленного на основе вольфрамо-кобальтовых карбидов со сквозным осевым отверстием и хвостовика из более мягкого материала с глухим осевым отверстием, которое связано радикальным каналом с атмосферой. При этом хвостовик жестко соединен с наконечником при помощи переходной втулки с фланцем, введенной в их осевые отверстия. На поверхности хвостовика имеется резьба с гайкой, образующей упор для цилиндрического съемника.

На чертеже изображена оправка со съемником и тонкостенной цилиндрической оболочкой.

Оправка состоит из твердосплавного наконечника 1 и хвостовика 2, выполненного из более мягкого материала. Твердосплавный наконечник 1 является формообразующим для раскатываемого изделия 3. При этом для выполнения требований по чистоте внутренней поверхности и равнотолщинности стенок, материал для наконечника должен быть максимально твердым. Для этого применен сплав с мелкодисперсной структурой на основе вольфрамо-кобальтовых карбидов, который после специальной термообработки имеет внутреннюю пористость около 0,2% и твердость в пределах 88-90 HRa.

Однако раскатка на твердосплавных оправках обеспечивает высокую чистоту внутренней поверхности и, следовательно, герметичность прилегающих поверхностей оболочки и оправки, что увеличивает усилия от атмосферного давления, препятствующие съему готового изделия.

Данное техническое противоречие можно было бы решить, выполнив осевое отверстие в твердом теле оправки с выходом в атмосферу. Этот путь трудно осуществим, поскольку материал такой твердости практически не поддается механической обработке и осевое отверстие 4 в нем можно заложить лишь предварительно, при засыпке компонентов в форму перед термообработкой изготовляемой оправки.

Более того, необходимая на хвостовом участке нарезка под гайку также трудно осуществима технически. Поэтому изготовление оправки с хвостовиком целиком из твердого сплава нецелесообразно экономически из-за значительной стоимости вольфрамо-кобальтовых компонентов.

Все это определило необходимость выполнения оправки составной: из твердосплавного наконечника с предварительно заложенным отверстием 4 и жестко соединенного с ним хвостовика из обычной стали.

Хвостовик 2 выполнен из материала, поддающегося механической обработке, поэтому нарезка резьбы 5 на поверхности под гайку 6, а так же выполнение глухого осевого отверстия 7 и радиального канала 8 проводится обычными методами обработки металлов,

Проблема жесткого соединения хвостовика с твердосплавным наконечником решена с помощью переходной втулки 9, имеющей фланец 10, которая введена в осевые отверстия 4 и 7 и заштифтована со стороны хвостовика, а со стороны твердосплавного наконечника соединена пайкой фланца 10. Такое соединение позволило получить необходимую жесткость и прочность составной оправки.

На внешней поверхности оправки расположен цилиндрический съемник 11, упирающийся в гайку 6.

Устройство работает следующим образом.

Оправка устанавливается на токарном станке и на твердосплавный наконечник 1 одевается трубчатая заготовка. Затем оправку подводят к раскатной головке и включают станок. В результате вращательного и поступательного движения оправки происходит пластическое деформирование заготовки и осуществляется процесс ротационного выдавливания цилиндрической оболочки. Получив заданную толщину стенки оболочки, оправку отводят в начальное положение и выключают станок.

В процессе работы, в результате пластической деформации, заготовка плотно садится на оправку. Для ее съема вращением гайки 6 перемещают съемник 11 вдоль оси оправки. При сходе цилиндрической оболочки 3 с наконечника 1 оправки, происходит подсос атмосферного воздуха по каналам 4, 7 и 8. В результате не образуется разряжение, препятствующее съему изделия и создающее усилия, приводящие к деформации тонкостенного участка оболочки.

Проведенные испытания показали повторяемость геометрических размеров цилиндрических оболочек и высокое метрологическое качество изделий.

Таким образом, при изготовлении цилиндрических оболочек выполнено основное требование - получение высоких метрологических характеристик за счет использования оправки из высокотвердого материала. Также обеспечена возможность легкого съема изделия за счет выполнения осевых отверстий в твердосплавном наконечнике и в жестко связанным с ним хвостовике. Все указанные в формуле признаки являются естественными для характеристики всего объекта, и только в их совокупности обеспечивается достижение положительного технического результата и, следовательно, заявляемое в качестве полезной модели устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек соответствует изобретательскому уровню.

Заявляемое в качестве полезной модели устройство повышает на 25-45% качество изготовления тонкостенных цилиндрических оболочек.

1. Устройство для ротационного выдавливания тонкостенных цилиндрических оболочек, содержащее оправку, выполненную в виде металлического цилиндра, связанного с вращающимся приводом, и цилиндрический съемник, расположенный на внешней поверхности оправки, отличающееся тем, что в нем оправка выполнена из двух частей - твердосплавного наконечника, изготовленного на основе вольфрамо-кобальтовых карбидов и хвостовика из стали.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наконечник выполнен со сквозным осевым отверстием.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что хвостовик выполнен с глухим осевым отверстием, которое связано радиальным каналом с атмосферой и жестко соединен с наконечником.

4. Устройство по п. 1 или 3, отличающееся тем, что хвостовик соединен с наконечником при помощи переходной втулки с фланцем, введенной в их осевые отверстия.

5. Устройство по любому из пп. 1, 3 или 4, отличающееся тем, что на поверхности хвостовика имеется резьба с гайкой, образующей упор для цилиндрического съемника.