Ротационно-обжимные машины

Все ротационно-обжимные машины делятся на три группы: шпиндельные машины, в которых рабочие органы (штампы с ползунами) периодически производят обжатие благодаря вращению (или качанию) шпинделя, в пазах которого они расположены; кольцевые машины, в которых обжатие изделия штампами обусловливается выклинивающим действием роликов кольца (обоймы) вращающейся (или качающейся) вокруг неподвижного шпинделя; барабанные машины, в которых рабочие функции штампов осуществляются благодаря одновременному вращению в разные стороны шпинделя и обоймы.

Таблица 2.1 – Характеристика шпиндельных ротационно-обжимных машин

Шпиндельные ротационные машины называют ротационно-ковочными, поскольку на них осуществляют ковку заготовок. Схема действия подобной машины приведена на рис. 2.1. При вращении шпинделя под действием центробежных сил бойки прижимаются к обойме, а при набегании на ролики бойки движутся к центру и производят деформирование заготовки. Основными сборочными единицами машины являются: рабочая головка, включающая механизм обжатия; корпус машины; привод; подающее устройство, которое может быть роликовым или пневматическим.

В этой машине расстояние между штампами в крайних разомкнутом и сомкнутом состояниях не регулируется. Механизм обжатия этой машины обеспечивает только постоянную степень обжатия. В связи с этим такие механизмы находят применение в машинах для обжатия фасонных изделий, длина обрабатываемой части которых не превышает длину штампа, или для обжатия изделий на один размер, например для калибровки прутков.

Рис. 2.1. Ротационно-ковочная машина

Технические характеристики шпиндельных ротационно-обжимных машин отечественной конструкции приведены в табл.2.1.

В кольцевых машинах (рис 2.2.) рабочие органы совершают только возвратно-поступательное движение. Механизм обжатия кольцевой машины простого действия с постоянной степенью обжатия представляет собой вращающуюся вокруг неподвижного шпинделя обойму 2 кольца с сепаратором 3 и цилиндрическими роликами 4, действующими на ползуны 5. Возврат штампов 6 после обжатия обеспечивается пружинами 7, работающими на сжатие. Обойма 2, на которую опираются ролики 4, жестко связаны с барабаном 1, к которому крепят приводной шкив. В машинах с переменной степенью обжатия также применен механизм с вращающейся обоймой кольца, сепаратором и цилиндрическими роликами. Клинья совместно с ползунами и штампами совершают возвратно-поступательное движение в радиальном направлении. Они помещены в пазах тяги, скорость перемещения которой изменяется по заданной программе в зависимости от скорости подачи заготовки. Движение тяги осуществляется от гидравлического привода.

Рис. 2.2. Кольцевая машина

Принцип работы механизма обжатия барабанных машин: внутренний шпиндель со штампами и ползунами вращается от приводного зубчатого колеса в одну сторону, а наружный шпиндель с кольцом-обоймой и роликами, размещенными в сепараторе в противоположную. Наружный шпиндель приводится во вращение зубчатым колесом. В машинах барабанного типа совмещаются преимущества кольцевых и шпиндельных машин. В отличие от кольцевых машин износ кольца-обоймы носит равномерный характер по всей ее рабочей поверхности. Кроме того, по сравнению со шпиндельными машинами устраняется скольжение сепаратора по кольцу-обойме, что приводит к увеличению числа обжатий в 1 мин на 50-60%.

Радиальным обжатием на ротационно- и радиально обжимных машинах обрабатывают изделия с вытянутой осью круглого, полого и сплошного, четырехгранного и многогранного сплошного поперечного сечения. По длине полого или сплошного изделия его форма может быть гладкой цилиндрической или конической, со ступенями на наружной и внутренней поверхностях, выемки на наружной поверхности, с фасонной внутренней поверхностью - шлицевой - винтовой и др. Внутренние поверхности формируют с помощью оправок. В процессе обработки в зависимости от типа машины штампы совершают относительно оси заготовки радиальное и вращательное (качательное) или только радиальное движение. При получении круглых изделий заготовка вращается, некруглых - не вращается. Для радиального обжатия используют сплошные или полые цилиндрические, конусные, граненые и другие заготовки в зависимости от формы изготовляемого изделия. Радиальное обжатие заготовки осуществляют в горячем и холодном состоянии. При этом деформирование происходит по схеме, близкой к всестороннему сжатию, что позволяет обрабатывать малопластичные материалы, такие, как инструментальные стали, металлокерамические материалы, молибденовые, вольфрамовые стали и сплавы. Радиальное обжатие используют успешно также для образования неразъемных соединений (запрессовка пружин во втулках, закрепление сверл в хвостовиках, посадка втулок и фитингов на стальных кабелях и тросах и т.д.).

Изделия, получаемые на радиально-обжимных машинах, могут иметь размеры по диаметру от 0, 4 до 500 мм, по длине от 10-20 до 20000 мм. Шероховатость поверхности и точность размеров изделий зависит от состояния и качества изготовления инструмента, качества поверхности исходной заготовки, жесткости и тщательности наладки механизма обжатия. При удовлетворительном сочетании всех перечисленных факторов можно получить поверхность, соответствующую параметру шероховатости Ra=0, 08-0, 32 при холодной и Ra=1, 25-2, 5 при горячей обработке. Точность обработки при горячем обжатии соответствует 10-12-му квалитетам, а при холодном - 7-9-му квалитетам.

В процессе радиального обжатия улучшается структура металла, и повышаются его механические свойства. Повышение прочности изделий после обжатия предопределяет целесообразность его применения в тех случаях, когда выполнение термической обработки после изготовления детали по каким-либо причинам затруднено.

К преимуществам технологии радиального обжатия относится также высокая производительность, возможность получения изделий большой длины с незначительной кривизной, удобство механизации и автоматизации процесса.

Шум, производимый ротационно-ковочными машинами при работе, препятствует широкому распространению их в производстве. Причина шума - в соударении ползунов с кулачками обоймы. Попытка ликвидации его при помощи изоляции обоймы от станины (установки пластмассовых дисков и колец) пока не привели к желаемому результату. Для уменьшения шума при работе машин контактирующая поверхность бойков сделана сферической, а ширина бойка позволяет ему, не выходя из контакта с предыдущим роликом, входить в контакт с последующим.

Ролики в большинстве случаев сплошные, но могут быть и полые. Поверхности ползунов, контактирующие с роликами в процессе работы, выполняют с различным профилем. Обязательное требование к этим поверхностям - уменьшение удара в начальный момент, что приводит к снижению шума.

В современных конструкциях ротационно-ковочных машин ширину ползунов предусматривают равной или несколько большей расстояния между осями соседних роликов (рис. 2.3, а). В этом случае при вращении шпинделя контакт между ползуном и роликом не нарушается, что также приводит к уменьшению шума. Контактирующая поверхность ползунов, выполненная по синусоиде (рис. 2.3, б), исключает резкое изменение ускорений ползуна. В этом случае точность обработки поверхности ползуна должна быть настолько высокой, чтобы исключить нарушение контакта между роликом и ползуном.

Рис. 2.3.

Смазка головки машины уменьшает износ, обеспечивает охлаждение и, что очень важно, наиболее бесшумную работу.

В отечественных конструкциях ротационно-ковочных машин предусматривают комбинированную систему смазки: подшипники шпинделя смазывают при помощи шариковой масленки; ролики, ползуны и бойки - жидкой смазкой. Шестеренный насос нагнетает масло по трубе в обойму. Отсюда оно, заполняя все зазоры, стекает в сливной бак. В баке масло фильтруется и вновь нагнетается насосом.

Ротационно-ковочные машины всех типов оборудуют механизмами подачи заготовок. Привод этих механизмов может быть ручным, механическим или гидравлическим. В подающих механизмах предусмотрены упругие элементы, позволяющие заготовке проворачиваться и останавливаться в момент обжатия при непрерывном движении рабочих частей подачи.

Расчетными параметрами ротационно-ковочных машин являются: энергетические – мощность электродвигателя и размеры маховика; жесткость станины и размеры роликов по условию смятия на контактных поверхностях.

Электродвигатель выбирают по средней мощности, расходуемой за каждый рабочий ход. Работа, совершаемая за рабочий ход, складывается из работы пластической деформации обрабатываемой заготовки и упругой деформации частей машины. Упрощенно работа пластической деформации обрабатываемой заготовки

,

где s_Т – предел текучести обрабатываемого материала;

d, d₁ – соответственно начальный и конечный диаметры обрабатываемой заготовки;

m – коэффициент трения;

l₀. – длина обжимаемого участка заготовки.

Экспериментально установлено, что работа упругой деформации достаточно точно определяется выражением

.

Полная работа, израсходованная двигателем без учета потерь за рабочий ход, - это сумма работ, определяемых по выше упомянутым формулам.

Средняя мощность

где ;

n - частота вращения шпинделя, мин^-1;

р - количество роликов в сепараторе;

s - подача заготовки;

h - к.п.д. привода.

При выборе электродвигателя с повышенным скольжением необходимо учитывать мощность при ПВ = 100%. Момент инерции маховика определяют из условия допустимого скольжения электродвигателя.

При расчете размеров обоймы следует учитывать распределенные напряжения, возникающие от натяга при запрессовке обоймы в станину и напряжения от сосредоточенных сил, воспринимаемых обоймой при ударе бойков о заготовку.

Размеры роликов обоймы определяют с учетом смятия ролика и обоймы (задача Герца), а также ролика и ползуна при приложении равнодействующей давления со стороны заготовки:

;

,

где P - равнодействующая давления со стороны заготовки;

E₁ - приведенный модуль упругости ролика и обоймы;

d_В - внутренний диаметр обоймы;

d_p - диаметр ролика;

l - длина ролика;

E₂ - приведенный модуль упругости ползуна и ролика;

r_p - радиус закругления контактной поверхности ползуна;

s_1k, s_2k - контактное напряжения между обоймой и роликом, ползуном и роликом соответственно.

За диаметр роликов принимают наибольший из полученных при расчете по данным формулам.