CC BY
15
УДК 021.983
РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ШАРИКОВЫХ РАСКАТНЫХ УСТРОЙСТВ
В. А. Коротков, П.В. Романов
На основе анализа типовых конструкций шариковых раскатных устройств и существующего расчёта геометрических размеров, опорных колец, шариковых давильных элементов и величины их перемещения в радиальном направлении показана возможность увеличения радиального перемещения примерно в 3 раза благодаря применению новой конструкции сепаратора, состоящего из корпуса и плоских пружин, на концах которых выполнены пазы шириной 0,95йш, а также использованию опорных колецс углом наклона а < 45°.Возможность увеличения радиального перемещения давильных элементов расширяет технологические возможности шариковых раскатных устройств и позволяет формоизменять, например, тонкостенные многоступенчатые металлические оболочки.
Ключевые слова: шариковые давильные элементы, опорные кольца, сепаратор, радиальное перемещение, угол наклона опорных колец, плоские пружины сепаратора.
Ротационная вытяжка представляет собой процесс локального формоизменения заготовок с помощью деформирующих элементов. Для получения малогабаритных, высокоточных, тонкостенных цилиндрических металлических оболочек широкое применение имеют шариковые раскатные устройства. На рис. 1 показана типовая конструкция устройства, предназначенного для изготовления тонкостенных цилиндрических оболочек [1].
Конструкция устройства состоит из корпуса 6, опорных колец 4 и лимба 5. Деформирующий шарик 3 удерживается от падений сепаратором 2. Корпус устройства крепится в обойме 7, устанавливаемой на суппорте токарного станка. Положение корпуса относительно оси оправки 1 регулируется болтами 8. Величина утонения стенки задается с помощью лимба, перемещение которого определяет положение опорных колец и шарика. Внутренняя поверхность корпуса 6, контактирующая с опорными кольцами 4, обрабатывается на месте установки устройства. Поэтому регулировка корпуса относительно оси шпинделя станка не предусматривается.
Главным недостатком такой конструкции является недостаточное радиальное перемещение давильного элемента (шарика). Это связанно с использованием жесткого сепаратора, который не позволяет шарику переместиться ниже определенного значения, которое определяется по формуле [2]
где в - угол, характеризующий положение точки касания шарика с сепаратором, приблизительно равный 72о. С учётом этого значения угла в находим 8=0,34йш. На рис. 2 приведена схема расчёта основных параметров конструкции устройства.
Рис. 1. Типовое шариковое раскатное устройство для ротационной вытяжки оболочек
Рис. 2. Схема для определения основных параметров опорных колец и величины радиального перемещения давильных элементов
Диаметр шарика для формоизменения стенки заготовки за один проход определяется из выражения
(2)
=
2{Н - И),
1 — СОБ у
где Н - толщина стенки заготовки, И - толщина стенки готового изделия, у - угол контакта материала с давильным элементом, равный 20 ~=~25°. Если используется шариковый давильный элемент меньшего диаметра, то глу-
бина радиальной подачи шариковых давильных элементов должна быть не более r=0,0225dш и максимально возможное число проходов для используемого устройства будет определяться отношением п=Б/г.
Ширина опорной поверхности кольца Ьс связана с ходом шарика в радиальном направлении и определяется зависимостью [2]
Участок соприкосновения шариковых давильных элементов с опорной поверхностью кольца
1 =
(4)
cosa
где a - угол наклона опорной поверхности колец.
В случае, если величина радиального перемещения давильных элементов устройства S будет меньше H-h, получить из заготовки готовое изделие нельзя, и требуется проектировать и изготавливать новое устройство.
Таким образом, в существующих конструкциях шариковых раскатных устройств от диаметра шарика зависит число проходов при формоизменении заготовки и конструкция шарикового раскатного устройства может быть использована для изготовления только цилиндрической оболочки определённого диаметра и толщин стенки. Это обстоятельство ограничивает технологические возможности шариковых раскатных устройств.
Из зависимостей (3) и (4) видно, что с уменьшением угла a увеличивается ширина опорной поверхности кольца и его участка соприкосновения с шариковыми давильными элементами. Это приводит к увеличению хода шариковых давильных элементов в радиальном направлении. Однако этому перемещению препятствует конструкция существующих сепараторов.
Рассмотрим конструкцию шарикового раскатного устройства, в котором используется сепаратор с плоскими пружинами (рис. 3), на концах которых выполнены пазы шириной 0,95ёш. Число плоских пружин соответствует числу шариковых давильных элементов. Пружины закрепляются на корпусе сепаратора, установленного в корпусе раскатного устройства. При радиальном перемещении давильных элементов, последние воздействуют на плоские пружины и упруго их деформируют. Благодаря упругому деформированию плоских пружин сепаратора существенно увеличивается величина радиального перемещения шариковых давильных элементов.
Это позволяет расширить технологические возможности устройства, позволяющие формоизменять многоступенчатые полые заготовки и получать высокоточные многоступенчатые осесимметричные оболочки. Проведённые расчёты по определению радиального перемещения шариковых давильных элементов в зависимости от угла a (наклона опорной поверхности опорных колец) показали, что относительное радиальное пере-
237
мещение, определяемое как отношение радиального перемещения при использовании опорных колец с углом наклона а £ 45° к величине радиального перемещения Б45 при использовании колец с углом наклона 45°
Рис. 3. Сепаратор шарикового раскатного устройства с плоскими пружинами
Из графика рис. 4 или уравнения (5) следует, что новое устройство позволяет почти в три раза увеличить величину радиального перемещения давильных элементов. Благодаря этому существенно расширяются технологические возможности раскатного устройства.
3
О 20 40 60
—- а гр.
Рис. 4. График зависимости радиального перемещения давильного элемента от угла наклона поверхности кольца
Общий вид раскатного устройства для изготовления двухступенчатой металлической оболочки показан на рис. 5. Устройство для ротационной вытяжки цилиндрических оболочек содержит оправку 16 закреплён-
ную в шпинделе токарного станка, на которой установлены съемник 17 и заготовка 18, корпус 6 установленный на суппорте, микрометрическую гайку 1, упорный подшипник 2, бандаж 3 для входного опорного кольца 4, бандаж 8 для выходного опорного кольца 7, шариковые давильные элементы 5, упорный подшипник 9, плоские пружины 10, закреплённые винтами 11 во втулке сепаратора 12, диска 14, который закреплён на корпусе 6 специальными винтами 13 с установленными пружинами 15.
Х- 3 I 5 6 7 3 ? X; V 12 12 %
Рис. 5. Общий вид шарикового раскатного устройства с сепаратором,
имеющим плоские пружины
Устройство для ротационной вытяжки шариковыми давильными элементами закрепляют на суппорте токарного станка и ориентируют по поверхности оправки 16, закреплённой в шпинделе токарного станка. Устанавливают съемник 17, а затем заготовку 18.
Устройство работает следующим образом. Исходное положение деталей устройства показано выше оси симметрии. Заготовку 18 устанавливают в паз оправки 16 для того, чтобы исключить проскальзывание заготовки на оправке. Составной сепаратор, имеющий втулку 12, базируется по отверстию корпуса 6 и контактирует с диском 14. На втулке сепаратора 12 винтами 11 консольно закреплены плоские пружины 10, в пазах которых установлены шариковые давильные элементы 5. При этом плоские пружи-
ны 10 поджимают шариковые давильные элементы 5 к рабочей поверхности опорных колец 4 и 7 благодаря воздействию в продольном направлении пружин 15 на диск 14, с которым контактирует втулка 12 сепаратора. Поворотом микрометрической гайки 1 по часовой стрелке устанавливают требуемое диаметральное положение давильных элементов 5 и осуществляют ротационную вытяжку. В процессе ротационной вытяжки осуществляется вращение оправки 16 с плоской заготовкой 18. При осевом перемещении устройства происходит формоизменение плоской заготовки 18. После ротационной вытяжки устройство перемещают в исходное положение. На последующем проходе поворотом микрометрической гайки 1 осуществляют перемещение входного опорного кольца 4 вместе с бандажом 3 в продольном направлении, в результате чего происходит перемещение давильных элементов 5 в радиальном направлении и настройка устройства на требуемый диаметральный размер. При радиальном перемещении давильные элементы 5 воздействуют на плоские пружины 10 сепаратора, происходит их изгиб. Это позволяет увеличить путь радиального перемещения, в отличие от известных устройств с жёстким сепаратором и расширить диапазон настройки размеров. Благодаря этому расширяются технологические возможности устройства и возможная номенклатура получаемых деталей. На рис. 5 ниже оси симметрии показано формоизменение полученного на первом переходе полуфабриката ротационной вытяжкой с утонением. Устройство перемещают в исходное положение и с помощью съемника 17, полуфабрикат 18 снимается с оправки 16.
Таким образом, новая конструкция устройства позволяет расширить технологические возможности его использования для получения многоступенчатых оболочек или цилиндрических оболочек различного диаметра и толщины стенки.
Список литературы
1. Ковка и штамповка: справочник в 4 т. / под ред. А. Д. Матвеева. М.: Машиностроение, 1987. Т. 4. 456 с.
2. Ротационная вытяжка оболочек: монография. / А.А. Баранов, А.И. Вальтер, В.А. Коротков, Л.Г. Юдин. М.: Машиностроение-1; Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 280 с.
Короткое Виктор Анатольевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@pambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Романов Павел Витальевич, студент, mpf-tula@pambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE EXPANSION OF TECHNOLOGICAL CAPABILITIES: ROLLED BALL DEVICES
V.A. Korotkov, P. V. Romanov 240
Based on the analysis of a standard construction ball rolled devices and the existing calculation of the geometric dimensions, the bearing rings, the ball devil-governmental elements and the magnitude of their displacement in the radial direction shows the possibility of increasing radial displacement is about 3 times thanks to the use of a new design of separator consisting of a body and the flat springs on the line-Zach which is made grooves with a width of 0.95 dm, as well as the use of support rings with slope angle . The possibility of increasing radial displacement davil-tion of elements extends the technological capabilities: rolled ball devices and allows you to formoizmeneniya multistage metal shell.
Key words: ball pressing elements, basic rings, separator, radial movement, tilt angle of basic rings, flat springs of a separator.
Korotkov Victor Anatolievich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Tula, Tula State University,
Romanov Pavel Vitalievich, student, mpf-tula@pambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.777
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В ТРАССИРУЮЩИХ ТОЧКАХ В ПРОЦЕССЕ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
К.О. Поцелуев, Н.В. Петрухин, Д.М. Тесаков
Анализируется напряженно-деформированное состояние в ключевых трассирующих точках и линиях. Используется математическая модель процесса деформирования заготовки, полученная в программном комплексе Qform 3D.
Ключевые слова: трассирующие точки, характер изменения интенсивности напряжений и степень деформации, износ инструмента от касательных скоростей.
Процессы обработки металлов давлением (ОМД), а в особенности процессы объемного деформирования заготовок нуждаются в постоянном исследовании, анализе и развитии. Большинство деталей, которые можно получить с помощью методов холодного или горячего выдавливания, применяются в ключевых узлах машин и устройств, изготавливаемых на ведущих предприятиях нашего региона. Особое внимание уделяется разработке высокоэффективных малоотходных технологических процессов получения осесимметричных деталей малых габаритов. В данной ситуации математические методы анализа и моделирования таких видов выдавливания направлены на повышение качества деталей, расширение технологических возможностей универсального прессового оборудования и, в конечном итоге, на получение значительного экономического эффекта при среднесерийном и крупносерийном видах производства. Кроме того, совер-
