Вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок

Реферат: Вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок містить фундаментну раму з закріпленою на ній станиною, на котрій змонтовані вертикальні напрямні колони, що жорстко з’єднані з нерухомою траверсою, механізм переміщення рухомої траверси по напрямних колонах, укріплений на нерухомій траверсі, механізм центрування заготівки відповідно осі преса та привід пересування прошивного пуансона з головкою, привід обертання пуансона з черв'ячною парою. Робоча частина розкатної головки складається з двох частин. Механізм для центрування заготівки по осі прошивки складається з двох пар рухомих губок та гідроциліндрів їх приводу. UA 83425 U (12) UA 83425 U UA 83425 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі металургії та може бути використана при виготовленні порожніх циліндричних заготівок, що надалі застосовуються для виробництва безшовних труб методами прокатки, пресування або належних до подальшої обробки в машинобудуванні. Прошивку порожніх циліндричних заготівок застосовують при виробництві труб пресуванням, а також при використанні зливків стаціонарної розливки або безперервнолитої заготівки на окремих агрегатах з пілігримовим, безперервним, рейковим та автоматичним трубовиготовельними станами. Окрім того, отримана після прошивки порожня циліндрична заготівка може бути використана для подальшої механічної обробки в машинобудуванні. За допомогою прошивки виготовляють порожні циліндричні заготівки із різних марок сталі та кольорових металів. У тих випадках, коли прошивка порожніх заготівок пов'язана із значними труднощами або стає практично неможливою, застосовують свердління заготівок з наступним їх експандируванням (роздачею за допомогою внутрішнього деформуючого інструмента). При цьому, експандирування дозволяє отримувати порожні заготівки більшої довжини, ніж при прошивці. При експандируванні співвідношення довжини заготівки ( l ) до її внутрішнього діаметра ( d ) допускається у межах l  10  12 . При прошивці співвідношення l  5  6 d d l допускається для високолегованих сталей та  7  8 для вуглецевих сталей (див. книгу О.П. d Грудєв та ін. Технологія прокатного виробництва. - М., Металургія, 1994, с. 512-514). Відомий пристрій виготовлення порожніх заготівок, що містить контейнер, в порожнину якого встановлюють огранену заготівку, центрування заготівки в порожнині контейнера гранями заготівки по його стінках, (див. авторське свідоцтво СРСР № 910299 "Спосіб виготовлення порожніх заготівок" МКВ B21j 5/10, "Бюлетень", № 9, 1982, с. 33). Прошивку заготівки із зворотнім витискуванням металу, при якому для зменшення зусилля прошивки заготівку прошивають ступінчатим прошивнем, здійснюючи при введенні першого ступеню прошивня роздачу заготівки із заповненням металом зазорів між гранями заготівки та стінкою контейнера, а зворотне витискування здійснюють при введенні другого ступеню прошивня. Недоліком пристрою відповідно до а. с. СРСР № 910299 є неможливість виготовлення порожньої циліндричної заготівки із співвідношенням її довжини (I) до внутрішнього діаметра (d) більше, ніж 10 (див. книгу В.М. Друян та ін. Виробництво труб на установках с пілігримовими станами. - М., Металургія, 1973, с. 174-175). Відомий також пристрій виготовлення порожніх циліндричних заготівок із дном, що містить контейнер, в якому здійснюють установку ограненої заготівки в порожнину контейнера, центрування заготівки в порожнині контейнера и прошивку заготівки із заповненням металом зазорів між гранями заготівки и стінкою контейнера (див. книгу О.А. Пляцковский та ін. Виробництво гарячекатаних труб на сучасних пілігримових установках. Ростовське книжкове видання, 1971, с. 37-45). При використанні вищенаведеного пристрою після прошивки отримують порожній стакан із дном. Недолік вищенаведеного пристрою полягає в значному рості зусилля прошивки у кінцевій стадії процесу, що робить можливим його застосування лише при виготовленні заготівок із співвідношенням l , не більшим, ніж 6…10. d Найбільш близьким по технічній суті і технічному результату, що досягається, до корисної моделі, що заявляється, є вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, який містить механізм центрування заготівки по осі прошивки у стані та привід, містить фундаментну раму з закріпленою на ній станиною, на котрій змонтовані вертикальні напрямні колони, що жорстко з'єднані з нерухомою траверсою, механізм переміщення рухомої траверси по напрямних колонах, укріплений на нерухомій траверсі, механізм центрування заготівки відповідно осі преса та привід пересування прошивного пуансона (див. книгу Н.Ф. Єрмолаєв. Механічне обладнання трубних цехів. 2-е видання. - М., Металургіздат, 1949, с. 127-135). (найближчий аналог). Суттєвими ознаками найближчого аналога, що співпадають з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, що містить фундаментну раму з закріпленою на ній станиною, на котрій змонтовані вертикальні напрямні колони, що жорстко з'єднані з нерухомою траверсою, механізм переміщення рухомої траверси по напрямних колонах, укріплений на нерухомій траверсі, механізм центрування заготівки відповідно до осі преса та привід пересування прошивного пуансона з головкою. 1 UA 83425 U 5 10 15 20 25 30 35 Відомий як найближчий аналог прошивний прес має наступні недоліки. По-перше, при його застосуванні неможливо виробляти порожні заготівки із співвідношенням довжини (I) до внутрішнього діаметра (d) більше, ніж 10. По-друге, в процесі прошивки неможливе суттєве збільшення зовнішнього діаметра заготівки D. Наявність вказаних недоліків суттєво звужує сортамент продукції, що може бути вироблена при застосуванні відомого преса за найближчим аналогом. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок шляхом оснащення його додатковим устаткуванням для комбінованого процесу прошивки і розкочування зливків стаціонарної розливки або безперервнолитої заготівки у вертикальному прошивному пресі у "вільному" режимі прошивки за рахунок спеціального механізму послідовного затискання заготівки спочатку у нижній частині, а потім у верхній та здійснення процесу прошивки і розкочування звільненої частини заготівки прошивним пуансоном з розкатною головкою, робоча частина якої складається з двох частин, перша з котрих має форму еліптичного параболоїда, а друга еліптичного циліндра, більша та менша осі еліпсів котрих у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки мають однаковий напрямок та довжину. Це дозволяє ліквідовувати наявні дефекти, властиві безперервнолитому металу та забезпечує розширення сортаменту за рахунок можливості виготовлення порожніх циліндричних заготівок із співвідношенням довжини (I) до внутрішнього діаметра (d) в межах l  10...30 , а також дозволяє досягти суттєвого збільшення зовнішнього діаметра заготівки. d Поставлена задача вирішується тим, що вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, що містить фундаментну раму з закріпленою на ній станиною, на котрій змонтовані вертикальні напрямні колони, що жорстко з'єднані з нерухомою траверсою, механізм переміщення рухомої траверси по напрямних колонах, укріплений на нерухомій траверсі, механізм центрування заготівки відповідно осі преса та привід пересування прошивного пуансона з головкою, згідно з корисною моделлю, має додатковий привід у вигляді електродвигуна з черв'ячною парою для обертання прошивного пуансона з розкатною головкою, при цьому робоча частина розкатної головки складається з двох частин, перша з котрих, має форму еліптичного параболоїда, а друга - еліптичного циліндра, більша та менша осі еліпсів котрих у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки мають однаковий напрямок та довжину, а механізм для центрування заготівки по осі прошивки складається з двох пар рухомих губок та гідроциліндрів їх приводу. Крім того, вертикальний прошивний прес має співвідношення довжин більшої 2a та меншої 2b осей еліпсів у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки, що становить 2a / 2b  101  105 , довжина першої частини l1 робочої частини головки становить , , 0,9  11 діаметра d отвору, що прошивається, а довжина l2 другої частини робочої частини , головки становить 0,6  10 довжини l1 першої частини робочої частини головки, тобто: , 40 45 50 55 , , d  2a, a  (101  105) b отвору, що прошивається, l1  (0,9  11) d , l2  (0,6  10) l1 . , Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Технічний результат полягає в значному зниженні осьового зусилля, що досягається за рахунок того, що отримання наскрізного отвору у нагрітій до температури гарячої пластичної деформації заготівці здійснюють комбінованим методом "прошивки - розкатки" за рахунок спеціальної форми робочої частини головки прошивного пуансона, що здійснює гвинтовий рух, а також за рахунок "вільного" режиму прошивки, що здійснюється спеціальним механізмом затискання і центрування заготівки. Робоча частина головки складається з двох частин: першої, що має форму еліптичного параболоїда, і другої, що має форму еліптичного циліндра, більша та менша осі еліпсів котрих у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки мають однаковий напрямок та довжину. Канонічне рівняння еліптичного параболоїда має вигляд (дивися, наприклад, довідник: И.Н. Бронштейн, К.А. Сємєндяєв. Довідник по математиці. Видання 4-е. - М., Державне видавництво техніко-теоретичної літератури, 1954, стор. 230) x2 a2  y2 b2  2pZ , (1) 2 UA 83425 U 5 10 де x , y - відповідно поточні координати точки на поверхні параболоїду в напрямках осей ox та oy ; a , b - відповідно більша та менша півосі еліпса у поперечному перетині параболоїда; p - параметр параболоїда; Z - довжина еліптичного параболоїда в напрямку осі oz . Перетини параболоїда, що є паралельними осі oz є параболами, а перетини, що є паралельними площині xoy є еліпсами. Вершина параболоїда знаходиться в початку координат (точка o). Вісь oz є віссю симетрії, а площини xoz та yoz є площинами симетрії. При заданих параметрах a , b , p , Z координати точок поверхні еліптичного параболоїду є повністю визначеними. Канонічне рівняння еліптичного циліндра має вигляд (дивися, наприклад, довідник: И.Н. Бронштейн, К.А. Сємєндяєв. Довідник по математиці. Видання 4-е. - М., Державне видавництво техніко-теоретичної літератури, 1954, стор. 232) x2 y2  1 , (2) a2 b2 де x , y - відповідно поточні координати точки на поверхні циліндра в напрямках осей ox та 15  oy ; 20 25 30 35 40 45 50 55 a , b - відповідно більша та менша півосі еліпса у поперечному перерізі еліптичного циліндра. При заданих параметрах a , b координати точок поверхні еліптичного циліндра є повністю визначеними. Таким чином, вибір форми робочої поверхні головки прошивного пуансона є обумовлений наступним. Форма еліптичного параболоїда першої частини робочої поверхні головки забезпечує зниження осьового зусилля прошивки за рахунок поступового, плавного збільшення деформації. Наявність другої (розкатної) частини робочої поверхні головки в формі еліптичного циліндра при одночасній осьовій подачі та обертанні головки (гвинтовому русі) забезпечує розкатку еліптичного отвору в заготівці в круглий. Вибір співвідношення довжин більшої та меншої осей еліпса на кордоні першої та другої частин робочої поверхні головки у межах 1,01…1,05 забезпечує високу якість внутрішньої поверхні заготівки (без дефектів типу "підрізів"). Довжина першої частини робочої поверхні головки у межах 0,9…1,1 від діаметра отвору, що прошивається, забезпечує мінімізацію зусиль прошивки. Довжина другої частини робочої поверхні головки (розкатної частини) у межах 0,6…1,0 від довжини першої частини робочої поверхні головки забезпечує якісну розкатку еліптичного отвору в заготівці в отвір круглої форми з мінімальними відхиленнями щодо форми. Виготовлення порожніх циліндричних заготівок із співвідношенням довжини I до внутрішнього діаметра d в межах l  10...30 забезпечується за рахунок значного зниження d осьового зусилля прошивки при вибраних умовах руху головки, а також формі та розмірах її робочої поверхні. Розширення сортаменту за рахунок збільшення зовнішнього діаметра порожніх заготівок досягається шляхом використання "вільної" прошивки, що забезпечує більш значне зростання зовнішнього діаметра у порівнянні з "закритою" прошивкою за рахунок послідовного затискання заготівки спочатку у її нижній частині, а потім - у верхній та звільнення їх під час прошивки. Відмітними ознаками вертикального прошивного преса, що заявляється, від найближчого аналога є те, що центрування заготівки по осі прошивки здійснюють шляхом її силового затискання в одному та більш місці механізмом, що складається з двох пар рухомих губок та гідроциліндрів їх приводу, а прошивку отвору прошивним пуансоном здійснюють одночасно з його розкаткою головкою, що обертається, робоча частина котрої складається з двох частин, перша з котрих, має форму еліптичного параболоїда, а друга - еліптичного циліндра, більша та менша осі еліпсів котрих у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки мають однаковий напрямок та довжину. Додаткові відмітні ознаки вертикального прошивного преса, що заявляється, від найближчого аналога є в тому, що співвідношення довжин більшої та меншої осей еліпсів у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки становить 1,01…1,05, довжина першої частини робочої частини головки становить 0,9…1,1 діаметра отвору, що прошивається, а довжина другої частини робочої частини головки становить 0,6…1,0 довжини першої ділянки робочої частини головки. Ці співвідношення являються оптимальними, при яких досягається максимальний технічний результат. 3 UA 83425 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок наведений на наступних кресленнях. На Фіг. 1 наведено загальний вигляд вертикального прошивного преса. На Фіг. 2 наведено переріз А-А на Фіг. 1. На Фіг. 3 наведено переріз Б-Б на Фіг. 1. На Фіг. 4 наведено місце I на Фіг. 1. На Фіг. 5 наведено головку прошивного преса для здійснення прошивки заготівки із одночасною розкаткою отвору. На Фіг. 6 наведено переріз В-В на Фіг. 5. На Фіг 7 наведено переріз Г-Г на Фіг. 5. Вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, що пропонується, складається з фундаментної рами 1, на котрій закріплена станина 2 (Фіг. 1). В станині 2 змонтовані чотири колони 3, що жорстко з'єднані з нерухомою траверсою 4. Рухома траверса 5 може переміщуватися по напрямних колонах 3 за допомогою двох гідравлічних циліндрів 6, що є укріпленими в траверсі 4. На фундаментній рамі 1 з двох боків преса змонтовані металеві конструкції 7, котрі конструктивно мають три горизонтальні площадки: на нижній та середній площадках змонтовані механізми 8 для центрування заготівки 9 відповідно осі преса шляхом затискання заготівки; на верхній площадці розташовано привід 10, що забезпечує обертання прошивного пуансона 11. В центрі рухомої траверси 5 знаходиться опорно-поворотний вузол пуансона (Фiг. 1, місце I ), за допомогою котрого осьове зусилля прошивки POC передається від рухомої траверзи 5 до прошивного пуансона 11, що обертається. Вузол здатний передавати осьове зусилля на пуансон у зворотному напрямку, тобто при витягуванні пуансона зі заготівки після прошивки. Привід для створення моменту Mкр обертання пуансона (Фіг. 2) складається з черв'ячного колеса 12, черв'яка 13 та провідного електричного двигуна 14. Крізь центральний отвір черв'ячного колеса 12 проходить пуансон, що має квадратну форму поперечного перерізу. Обертання прошивного пуансона з моментом Mкр не залежить від його осьового руху. Механізми 8 для центрування заготівки 9 шляхом її затискання є однаковими і кожен з них (Фіг. 3) являє собою пару рухомих губок 15, які синхронно переміщуються в напрямних 16 за допомогою гідравлічних циліндрів 17. Опорно-поворотний вузол прошивного пуансона (фіг. 4) має два упорні підшипники 18, що приймають осьове зусилля від рухомої траверси 5 в двох напрямках за допомогою втулки 19 та кришки 20. Втулка 19 за допомогою різьбового з'єднання становить одне ціле з прошивним пуансоном 11. Квадратний прошивний пуансон 11 має головку 21 для здійснення процесу прошивки та розкатки отвору в заготівці (Фіг. 5). Профіль робочої поверхні головки 21 виконано у вигляді двох ділянок: перша ділянка у вигляді еліптичного параболоїда має довжину I1; друга ділянка у вигляді еліптичного циліндру має довжину l2 (Фіг. 5). У вільному поперечному перерізі В-В (Фіг. 6) еліптичний параболоїд має форму еліпса з параметрами більшої та меншої осей, що дорівнюють відповідно 2a та 2b . На відстані l1 , від вершини параболоїда (точка О) поперечний переріз має форму еліпса з параметрами більшої та меншої осей, що дорівнюють відповідно 2a та 2b . Таку ж саму форму має поперечний переріз на другій ділянці (переріз Г-Г, Фіг. 7). Прошивка отвору в заготівці 9 при використанні вертикального прошивного преса, що заявляються як корисна модель, здійснюється наступним чином. В початковому положенні рухома траверза 5 та прошивний пуансон 11 знаходяться у крайньому верхньому положенні, а губки 15 механізмів 8 для центрування заготівки 9 є розведеними. Заготівку установлюють на стіл станини 2 преса та затискують у вертикальному положенні двома парами губок 15, що забезпечує центрування заготівки 9 по осі прошивки. Після цього вмикається механізм обертання пуансона 11 і після цього рухома траверса 5 починає рух вниз, внаслідок чого здійснюється занурення головки 21 пуансона 11 в заготівку 9 при одночасному обертанні та осьовому русі головки 21. При підході головки 21 пуансона 11 до верхнього устрою для центрування заготівки 9 надається команда на відхід верхніх губок 15 від поверхні заготівки 9. Це, при подальшому опусканні траверси 5, забезпечує режим "вільної" прошивки заготівки, що, в свою чергу, дозволяє забезпечити зростання зовнішнього діаметра заготівки D відповідно його початкової величини. Після проходження головкою 21 зони верхніх губок 15, надається команда на їх зведення одночасно з відходом нижніх губок 15 від поверхні заготівки 9. Після проходження головкою 21 зони нижніх губок 15, надається команда на їх зведення. Таким чином здійснюється наскрізна прошивка заготівки головкою 21 з додатковою розкаткою отвору. Зворотній хід прошивного пуансона 11 здійснюють при зведених губках 15, що фіксують прошиту заготівку 9 в стаціонарному положенні. Після того, як головка 21 вийшла з прошитого отвору заготівки 9, губки 15 відводять від поверхні заготівки, а її знімають із стола станини. 4 UA 83425 U Корисна модель, що пропонується, дозволяє здійснювати прошивку отвору у циліндричній заготівці з підвищеним показником співвідношення довжини l заготівки до діаметра d отвору 5 10 15 20 ( l  10...30 ), що досягається застосуванням комбінованого процесу прошивки - розкатки. Окрім d того, прошивка у "вільному" режимі при звільненні заготівки від затискання губками устрою для центрування, дозволяє збільшити початковий діаметр на 5….10 %, а в разі використання декількох циклів прошивки - до 50 %. Приклад конкретного використання вертикального прошивного пресу. Здійснюють прошивку безперервнолитого зливка із вуглецевої сталі марки 45. Довжина зливка l0 =3000 мм, діаметр зливка D 0 =490 мм, температура нагріву заготівки 1250…1280 °C. Параметри прошивної головки наступні: 2a  d  100 мм; a  20 мм; b  a  48,54 мм; l1  d  100 мм; l2  0,8 l1  80 103 , мм. Швидкість осьового руху пуансона V0  75 мм/с. Величина подачі головки за час її одного обертання S  30 мм (частота обертання головки n  150 обертів за хвилину, або 15,7 радіан за секунду). В результаті здійснення прошивки із застосуванням вертикального пресу, що заявляється, отримали заготівку з наступними параметрами: зовнішній діаметр D  505 мм; внутрішній діаметр d  100 мм; довжина l  2934 мм. Таким чином, застосування вертикального прошивного пресу, що заявляється як корисна модель, дозволило отримати заготівку із співвідношеннями l  29,34 при відносному збільшенні зовнішнього діаметра d D  D0 D   100 %  3,06% . Такі показники не можуть бути досягнуті при використанні відомих D0 способів та пристроїв. Використання вертикального прошивного стану для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, що заявляється, дозволяє ліквідовувати наявні дефекти, властиві безперервнолитому металу та забезпечує розширення сортаменту за рахунок можливості виготовлення порожніх циліндричних заготівок із співвідношенням довжини ( l ) до внутрішнього діаметра ( d ) в межах l  10...30 , а також дозволяє досягти суттєвого збільшення зовнішнього діаметра заготівки. d 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Вертикальний прошивний прес для виготовлення порожніх циліндричних заготівок, що містить фундаментну раму 1 з закріпленою на ній станиною 2, на котрій змонтовані вертикальні напрямні колони 3, що жорстко з’єднані з нерухомою траверсою 4, механізм переміщення 6 рухомої траверси 5 по напрямних колонах 3, укріплений на нерухомій траверсі 4, механізм центрування заготівки відповідно осі преса та привід пересування прошивного пуансона 11 з головкою, який відрізняється тим, має додатковий привід 10 обертання пуансона 11 у вигляді електродвигуна 14 з черв'ячною парою 12, 13 для обертання прошивного пуансона з розкатною головкою, при цьому робоча частина розкатної головки складається з двох частин, перша з котрих, має форму еліптичного параболоїда, а друга - еліптичного циліндра, більша та менша осі еліпсів котрих у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки мають однаковий напрямок та довжину, а механізм 8 для центрування заготівки по осі прошивки складається з двох пар рухомих губок 15 та гідроциліндрів 17 їх приводу. 2. Вертикальний прошивний прес за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення довжин більшої 2a та меншої 2b осей еліпсів у поперечному перерізі з'єднання частин робочої частини головки становить 2a / 2b  101  105 , довжина першої частини l1 робочої частини головки , , становить 0,9  11 діаметра d отвору, що прошивається, а довжина l2 другої частини робочої , частини головки становить 0,6  10 довжини l1 першої ділянки робочої частини головки, тобто: , 45 2a  (101  105)2b , де 2a  d отвору, що прошивається, , , l1  (0,9  11)d отвору, що прошивається, , l2  (0,6  10)l1 , , де a , b - відносно більша та менша півосі еліпса у поперечному перерізі еліптичного параболоїда; 5 UA 83425 U l1 - довжина першої робочої частини головки пуансона, що має форму еліптичного параболоїда; l 2 - довжина другої робочої частини головки пуансона, що має форму еліптичного циліндра. 6 UA 83425 U 7 UA 83425 U 8 UA 83425 U 9 UA 83425 U 10 UA 83425 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11