книги из ГПНТБ / Шнейдер, Юрий Григорьевич. Холодная бесштамповая обработка точных деталей давлением

Фиг. 31. Схема работы ротационно-обжимного станка

Фиг. 33. Типовые детали, обрабатываемые ротационным обжатием.

69

При вращении шпинделя с бойками и матрицами последние под действием центробежной силы отходят от центра к периферии в тот момент, когда ролики 1 находятся в пространстве между роли­ ками 2 (фиг. 31, а), и сходятся к центру, когда ролики 1 натал­ киваются на ролики 2 (фиг. 31, б). При этом матрицы своими рабочими

поверхностями приходят в соприкосновение с металлом заготовки 6,

пластически деформируя его; заготовка обжимается и вытягивается. Таким образом, во время работы ротационно-обжимного станка матрицы, сходясь и расходясь от центра, производят периодические обжатия заготовки, теоретическое число которых в минуту может

быть определено по формуле

На фиг. 33 показаны некоторые типовые детали, обрабатываемые ротационным обжатием.

Способ ротационного обжатия наиболее производителен и при­ менение его особенно экономически целесообразно при изготовлении цилиндрических деталей небольшого диаметра (от 1 до 15 мм) и большой длины, обработка которых обычными способами затруд­ нительна.

Основными преимуществами этого метода по сравнению с обра­

боткой точением в условиях крупносерийного и массового произ­ водства являются:

5) повышение механических свойств поверхностного слоя обра­ батываемого металла за счет холодного наклепа и создания напря­

жений сжатия.

Достоинства метода ротационного обжатия наглядно иллюстри­

руются двумя приводимыми ниже примерами его применения в при­ боре- и машиностроении, с описанием конструкции применяемых

ротационно-обжимных станков.

На фиг. 34 показана кинематическая схема ротационно-обжимного автомата для изготовления конических штифтов (конусность 1 : 50)

малого диаметра [17].

От электродвигателя 1 посредством ремня 2 вращение передается шпинделю 3 обжимной головки, а от шпинделя через ременную передачу 4, карданный валик 5, коническую пару 6, сменные зубча­

На распределительном валу установлены кулачок 13, осуще­ ствляющий подачу задней бабки станка с прутком и отвод ее, кула­ чок 12, подающий пруток, и кулачок 7, подающий дисковый резец для отрезки готового штифта,

70

Автомат состоит из двух основных узлов: передней бабки 1

(фиг. 35) с обжимной головкой и задней бабки 2 с механизмами зажима и подачи прутка. Конструкция передней бабки в радиальном сечении (по обойме) показана на фиг. 36, конструкция задней бабки — на фиг. 37.

Работа матриц, расположенных в передней бабке автомата, описана выше. Зажим и подача заготовки производятся следующим образом. В тот момент, когда закончена обработка очередного штифта и обжимные матрицы находятся в разжатом состоянии, кулачок 12 (фиг. 34) посредством рычага 1 (фиг. 37) и толкателя 2 перемещает

вает кулачок 10 (фиг. 34), приводящий в действие механизм зажима

прутка. Зубчатое колесо 8, поворачиваясь на определенный угол,

выступами, расположенными на его ступице, приподнимает концы рычагов 5. Рычаги повертываются на своих осях, укрепленных в муфте 4, и через втулку 6 подают вперед гильзу 9. Гильза своей внутренней конусной поверхностью находит на наружную конусную часть цанги 10, которая зажимает пруток, упираясь торцом в кула­ чок 11. Во время перемещения вперед гильзы 9 между дном гильзы и задним торцом цанги сжимается цилиндрическая спиральная пружина 7.

При отжиме прутка описанный выше механизм срабатывает в обратной последовательности под действием кулачка 11 (фиг. 34).

Когда рычаги 5 освобождают гильзу 9, она под действием пружины 7

возвращается в исходное положение.

Полный цикл работы автомата таков. После зажима прутка кулачок 13 (фиг. 34) ускоренно подводит заднюю бабку к обжимной головке, после чего производит замедленную рабочую подачу прутка.

По окончании обжатия готовый штифт отрезается от прутка дисковым резцом, движением которого управляет кулачок 7 (фиг. 34). После отрезки задняя бабка под действием груза ускоренно отводится

в исходное положение, цанга 10 разжимается, производится подача прутка, и весь цикл работы автомата повторяется.

Точность и производительность ротационно-обжимных станков

во многом зависят от конструкции, точности изготовления и стой­ кости матриц.

Конструкция сменной матрицы для обработки конического штифта диаметром 1 мм видна из фиг. 38 (слева пунктирной линией

показана вторая матрица, скомплектованная с первой). Рабочие

размеры матриц для обработки штифтов диаметром 1; 1,5; 2 и 3 мм приведены в таблице на фиг. 38.

В момент максимального сближения матрицы образуют полость,

по форме и размерам соответствующую обрабатываемой детали, а на входном торце — коническую поверхность с углом конусности,

равным в данном случае 8°.

При обжатии цилиндрических деталей угол конуса у матриц для облегчения деформации металла и создания плавного перехода

72

Фиг. 37. Задняя бабка ротационно-обжимного автомата.

d+1

Фиг. 38. Матрица для обработки обжатием конического штифта.

74

от недеформированной части прутковой заготовки к утоненной обжатием части обычно принимается равным 11 -т-20°.

Степень обжатия цилиндрической заготовки определяется из

отношения

d— dr d ’

где d — диаметр заготовки;

di — диаметр цилиндрической части полости матриц в замкнутом положении (диаметр утоненной обжатием части заготовки).

Стойкость матриц зависит от их материала и технологии изго­ товления.

Испытания матриц на стойкость [9] показали, что их следует изготовлять из хромистой стали ЭХ 12 или инструментальной угле­ родистой У10А, как обеспечивающих наиболее высокую стойкость, хорошую обрабатываемость и низкую стоимость.

Режим работы ротационно-обжимного станка определяет произ­ водительность процесса; составляющими режима являются: подача

прутковой заготовки s и число оборотов шпинделя п.

Расчет величины подачи и числа оборотов шпинделя может быть произведен по следующим формулам [16].

Подача Si за время одного обжатия матрицами заготовки в мм

составляет

0.074d, S1 — (d — dx) d ’

где d и di — диаметры заготовки (соответственно) до и после

вытяжки в мм\ 0,074 — экспериментально полученный коэффициент для обжа­

тия стали У10А (а8 = 65 -г- 75 кг/мм2), диаметром от 1 до 15 мм.

Подача s2 за один оборот шпинделя s2 = f-k-s,

где f — коэффициент, учитывающий относительное движение обоймы; k — число роликов в обойме.

Подача в мм/сек.

где п — число оборотов шпинделя.

Число оборотов шгГинделя определяется по формуле

240 • dj • г? • tg

r.D (d2 — df) (sin 2-jj + sin 2~[2)

где v — допускаемая средняя скорость перемещения частиц металла;

— угол конуса матриц;

D — диаметр окружности точек соприкосновения роликов

и бойков В ММ',

75

Допускаемая средняя скорость перемещения частиц металла при

процессе обжатия может быть определена по формуле

где А — коэффициент скорости течения металла в мм!мин-, В — коэффициент, зависящий от степени обжатия, определяемый

экспериментальным путем в зависимости от материала и размера заготовки.

Так, для стали У10А диаметром от 1 до 15 мм при внутреннем диаметре обоймы редуцирного станка, равном 121 мм, А = 120 мм/мин и В = 3,5, а при диаметре обоймы, равном 243 мм, А = 154 мм/мин,

В = 3,5.

На ротационно-обжимном автомате для обработки конических штифтов, конструкция которого описана выше, шпиндель имеет две скорости, соответствующие числам оборотов 500 и 600 в мин.; число подач — шесть. Изменение величины подачи осуществляется посредством сменных зубчатых колес (фиг. 34).

Данные о производительности автомата при различных режимах

Таким образом, даже при среднем режиме, когда в минуту обра­

батывается шесть штифтов, производительность ротационно-обжим­

9 -т- 10-й класс чистоты поверхности, и удовлетворяется требование прямолинейности образующей.

С увеличением длины обрабатываемых деталей (длина конических штифтов, изготовляемых на автомате, не превышает 30 мм),

76

производительность редуцирования по сравнению с обработкой на токарных станках и автоматах еще возрастает.

Например, при обжатии заготовки из стали У10А диаметром d =

= 7,8 мм и длиной I = 175 мм до диаметра dY = 6,3 мм степень обжатия составляла

Удлинение заготовки составляло 105 мм (60%). Режим работы редуцирного станка характеризовался числом оборотов шпинделя п = 420 об/мин. и подачей на одно обжатие sx — 0,042 мм; время редуцирования t = 52 сек.

На предварительную и чистовую обработку подобной детали на токарном станке при средних режимах, применяемых на приборо­ строительных заводах, затрачивается около 5 мин. Если учесть при этом дополнительные затраты времени, связанные с использова­

нием люнета для деталей с большим отношением , производи­

тельность ротационного обжатия будет в 6 -н 7 раз выше производи­ тельности обработки точением.

Детали, более сложные по конфигурации, чем штифты, шпильки,

оси и многоступенчатые валики, на станках описанного типа обра­ батываются за несколько переходов, что оказывается менее произ­ водительным и н всегда экономически целесообразным. При обра­ ботке на таких станках деталей, ограниченных коническими поверх­

ностями значительной длины, приходится увеличивать габариты обжимной головки, так как длина рабочего конуса матриц, офор­ мляющего коническую поверхность, должна быть такой же, как длина конуса, образуемого на заготовке. Для обработки конусов большой длины и сложных профильных поверхностей применяется другая схема и, соответственно, другие станки для ротационного обжатия. Если для описанных станков характерно постоянное положение матриц относительно оси заготовки в конце каждого обжатия, то при так называемом профильном ротационном обжатии матрицы 1 (фиг. 39) меняют свое положение вдоль оси заготовки 5

под действием копирного кольца 4, внутренняя поверхность которого

имеет профиль, соответствующий форме обжимаемой детали; так,

при обработке конических деталей эта поверхность коническая; ролики 3 выполнены также конусными и с одной стороны соприка­

саются с бойками 2, а с другой — с внутренней рабочей поверхно­ стью копирного кольца 4, как показано на схеме фиг. 39.1 Благодаря

кинематической связи между перемещением копирного кольца

(ходом матриц в радиальном направлении) и подачей заготовки обеспечивается постепенное изменение величины обжатия заготовки

при образовании сложных профилей. Как профильные детали, так

идлинные конические поверхности обжимаются матрицами, имею­

1Способ профильного ротационного обжатия длинных конических поверх­ ностей разработан В. И. Любвиным и С. И. Ермишиным.

77

щими относительно небольшую длину рабочего желобка. Примером эффективного применения профильного ротационного обжатия может служить обработка шпинделя прядильного веретена (фиг. 40) на специальном ротационно-обжимном станке РК-1 [18].

На обычных станках для ротационного обжатия эту деталь получают за три операции тремя комплектами матриц. Полное

Фиг. 39. Схема механизма профильного ротационного обжатия.

время обработки составляет 40 сек., и даже при такой технологии

Фиг. 40. Шпиндель веретена.

Исходной заготовкой является пруток длиной 2,5 м и диаметром 10 н- 10,5 мм, из которого получается 10 -г- 12 шпинделей. Станок работает по автоматическому циклу и состоит из следующих основных

узлов (фиг. 41): рабочей головки А, люнета Б, профилирующего

механизма В, механизма перемещения барабана Г, каретки Д,

направляющих каретки и механизма подачи.

В передней части рабочей головки, выполненной за одно целое со станиной 2, расположено копирное кольцо 3, перемещающееся в обе стороны в осевом направлении. Внутренняя поверхность кольца конусная (угол конуса 8°).

78