Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для термосиловой обработки осесимметричных деталей

Изобретение относится к технологии машиностроения, а более конкретно к устройствам для термосиловой обработки маложестких осесимметричных деталей типа «вал».

Известно устройство для термосиловой обработки, содержащее многослойный сборно-секционный стапель, выполненный в виде трубы из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у изделия, внутреннее пространство которого заполнено наполнителем из песка с чугунной стружкой, радиаторы с радиальными пазами, установленные на наружной поверхности изделия по всей его длине, крышки подпятника и сферические пяты для жесткой фиксации изделия с обеих сторон относительно торцов стапеля [заявка СССР №4689434, C21D 9/06, 1985].

Недостатком данного устройства является сложность конструкции из-за наличия в конструкции сборного многослойного стапеля и большого количества радиаторов, а также вредные условия труда, т.к. при охлаждении устройства в масле наполнитель стапеля пропитывается маслом, а скорость его охлаждения очень мала, поэтому происходит выгорание масла и как следствие задымление производственных площадей.

Известно устройство для термосиловой обработки, малой жесткости, включающее стапель, который выполнен в виде трубы из металла с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у изделия [авторское свидетельство СССР №1407969, кл. C21D 1/62, 1/63, 1988].

Недостатком данного устройства является ограниченные технологические возможности, т.к. вал испытывает только деформации растяжения, при этом при обработке возможно проявление неравномерной по длине вала остаточной деформации, что, следовательно, ведет к нестабильности геометрии детали в эксплуатационной период и потере точности.

Известно устройство для термосиловой обработки, включающее стапель, который выполнен в виде трубы из металла с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у изделия, резьбовым механизмом фиксации детали с обоих концов в виде двух крышек с центральным отверстием, переходящим в отверстие с внутренней сферической поверхностью, двух шайб-сфер и двух гаек для силового замыкания и тяг с резьбой на внутренней и наружной поверхностях [патент РФ №2260628, кл. C21D 9/06, 2003].

Недостатком данного устройства является ограниченные технологические возможности, т.к. вал испытывает только деформации растяжения, при этом при обработке возможна неравномерная по длине вала остаточная деформация, что ведет к нестабильности геометрии детали в эксплуатационном периоде и потере точности.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению, выбранным в качестве прототипа, является устройство для термосиловой обработки валов, которое содержит вертикально установленный стапель, выполненный из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у детали с резьбой на обоих концах, резьбовой механизм фиксации детали с обоих концов в виде двух опорных крышек с отверстиями в центре, выполненных с возможностью неразъемного соединения со стапелем с использованием устанавливаемых в отверстиях крышек, цилиндрических тяг с резьбой на внутренней и наружной поверхностях, причем по внутренней резьбе фиксируют деталь, а по наружной - гайку для силового замыкания, стапель выполнен в виде цилиндрической трубы с фланцами на обоих концах, служащими для размещения на них опорных крышек, верхняя из которых выполнена с возможностью вращения ее относительно стапеля в крутильном направлении, а нижняя - жестко зафиксирована, тяги выполнены с возможностью ограничения их поворота в крутильном направлении посредством осей, устанавливаемых в отверстиях тяг, при этом верхний фланец стапеля выполнен с профильной отбортовкой, имеющей выступы, размещенные диаметрально напротив друг друга, а в теле верхней опорной крышки радиально и симметрично установлены оси, выступающие наружу концы которых выполнены с возможностью контактного взаимодействия с профильной поверхностью верхнего фланца стапеля, нижняя тяга выполнена с возможностью силового замыкания с использованием сферической шайбы, поджимаемой гайкой и размещенной в сферическом гнезде нижней опорной крышки, а также с возможностью силового размыкания оси тяги выполнением диаметрального отверстия в виде продольного паза, сопрягаемого с таким же пазом в теле нижней опорной крышки, а верхняя тяга выполнена с возможностью предотвращения прокручивания гайки относительно верхней опорной крышки с использованием штифтов, распределенных в продольном направлении в полуцилиндрических углублениях граней гайки и цилиндрических отверстиях тела верхней опорной крышки [патент РФ №2381281, кл. C21D 8/00, C21D 9/28, 2010].

Недостатком данного устройства является ограниченные технологические возможности, так как стапель имеет один профиль отбортовки и соответственно один угол закручивания, а также привязка закручивания к осевым деформациям.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является совершенствование конструкции устройства для термосиловой обработки, обеспечивающее повышение качества термосиловой обработки.

Задача решается тем, что в устройстве для термосиловой обработки осесимметричных деталей, содержащем вертикально установленный стапель, выполненный из материала с коэффициентом линейного расширения, большим, чем у детали с резьбой на обоих концах, резьбовой механизм фиксации детали с обоих концов в виде двух опорных крышек с отверстиями в центре, выполненных с возможностью неразъемного соединения со стапелем с использованием устанавливаемых в отверстиях крышек, цилиндрических тяг с резьбой на внутренней и наружной поверхности, причем по внутренней резьбе фиксируют деталь, а по наружной - гайку для силового замыкания, стапель выполнен в виде цилиндрической трубы с фланцами на обоих концах, служащими для размещения на них опорных крышек, верхняя из которых выполнена с возможностью вращения ее относительно стапеля в крутильном направлении, а нижняя - жестко зафиксирована, нижняя тяга выполнена с возможностью ограничения ее поворота в крутильном направлении посредством оси, устанавливаемой в отверстии нижней тяги, нижняя тяга выполнена с возможностью силового замыкания с использованием сферической шайбы, поджимаемой гайкой и размещенной в сферическом гнезде нижней опорной крышки, а также с возможностью силового размыкания оси нижней тяги выполнением диаметрального отверстия в виде продольного паза в теле нижней опорной крышки, верхняя тяга имеет лыски, по которым устанавливается двухсторонний клин, который с противоположных сторон поджимается клиновыми призмами, связанными каждый отдельно через шпонку и ходовой винт с шаговыми двигателями, причем клиновые призмы проходят в пазах направляющих, при этом верхняя опорная крышка, направляющие, шаговые двигатели закрепляются на раме Π -образной формы.

Выполнение верхней тяги с лысками позволяет передавать максимальный крутящий момент на заготовку за счет большей несущей способности данного соединения.

Установка на лыски верхней тяги двухстороннего клина создает крутящий момент на одном конце заготовки, создавая сдвиговые деформации по всей длине вала.

Поджим двухстороннего клина с противоположных сторон клиновыми призмами обеспечивает усиление крутящего момента за счет клинового передаточного механизма и не создает изгибающего момента на валу за счет уравновешивания поперечных сил.

Связь отдельно через шпонку и ходовой винт с шаговыми двигателями каждой клиновой призмы обеспечивает расширение технологических возможностей из-за простоты регулирования крутящим моментом по времени и величине, не привязываясь к осевым температурным деформациям.

Размещение клиновых призм в пазах направляющих повышает жесткость конструкции, уменьшает до минимума величину изгибающего момента.

Закрепление верхней опорной крышки, направляющих, шаговых двигателей на раме Π-образной формы делает конструкцию компактной и легко регулируемой.

Устройство для термосиловой обработки иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, где приведен общий вид, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1, на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.

Устройство для ТСО для фиксации заготовки 1 с резьбовыми концами содержит нижнюю тягу 2 и верхнюю тягу 3, которые проходят через нижнюю опорную крышку 4 и верхнюю опорную крышку 5 со сферическими шайбами 6. Нижняя тяга 2 и верхняя тяга 3 в осевом направлении фиксируются гайками 7. В крутильном направлении нижняя тяга 2 фиксируется осью 8, проходящей в отверстие нижней опорной крышки 4, которая жестко соединяется со стапелем 9 винтами (не показаны), внутри которого проходит заготовка 1. На стапель накручивается нагревательный элемент 10. Верхняя часть стапеля 9 крепится к раме 11 П-образной формы винтами (не показаны). Верхняя тяга 3 имеет лыски 12, по которым с ней контактирует двухсторонний клин 13. Двухсторонний клин 13 поджимается клиновыми призмами 14, которые через ходовой винт 15 и шпонку 16 связаны с шаговыми двигателями 17. Клиновые призмы 14 проходят в пазу направляющих 18, которые зафиксированы на раме 11 винтами 19. Шаговые двигатели 17 закрепляются на раме 11 винтами 20.

Устройство для ТСО работает следующим образом. На заготовку 1 навинчиваются до упора в дно резьбовых отверстий нижняя тяга 2 и верхняя тяга 3. На верхнюю тягу 3 навинчивают гайку 7 и закрепляют двухсторонний клин 13. Затем заготовку 1 с нижней тягой 2 и верхней тягой 3 опускают в стапель 9 через нижнюю опорную крышку 4 и верхнюю опорную крышку 5 с опорой гайки 7 на сферическую шайбу 6. В нижнюю тягу 2 через нижнюю опорную крышку 4 вставляют ось 8 для фиксации нижней тяги 2 в крутильном направлении относительно стапеля 9. С опорой на сферическую шайбу 6 затягивают гайку 7 на нижней тяге 2, задавая определенный натяг в осевом направлении. Далее включают нагревательный элемент 10. Стапель удлиняется при температурном расширении больше, чем заготовка 1, создавая в ней осевые деформации. В контакт с двухсторонним клином 13 вводят клиновые призмы 14. В соответствии с алгоритмом работы производят включение шаговых двигателей 17, которые через ходовые винты 15 и шпонки 16 перемещаются в радиальном направлении по отношению к заготовке 1, за счет чего производят поворот двухстороннего клина 13 на заданный угол.

Использование данного устройства позволяет повысить качество термосиловой обработки.