Ротационная вытяжка

Способ ротационной вытяжки возник при использовании вместо резцов на обычных токарных станках обжимных роликов, и первоначально назывался токарно-давильной обработкой[14].

Сущность процесса заключается в раскатке заготовки при помощи роликов по вращающейся оправке вдоль образующей детали, при отсутствии деформации фланца и изменения её диаметра[13]. Может выполняться с заданным утонением стенок, так и без утонения[15].

При серийном производстве[10], вытяжка выполняется на специальных давильно-раскатных станках, с гидравлическим перемещением роликов вдоль образующей детали. При вытяжке небольших деталей используются станки с горизонтальным шпинделем, при крупных — с вертикальным[11].

Ротационная вытяжка производится из заготовки, закреплённой на вращающейся оправке, роликами, сателлитно вращающимися от заготовки, которые перемещаются вдоль образующей оправки с необходимым заданным зазором. При соприкосновении роликов с заготовкой в месте их контакта возникает большое удельное давление, под действием которого металл заготовки пластически течёт в зазор между роликом и оправкой, образуя деталь. Внутренняя поверхность детали принимает форму наружной поверхности оправки, а наружный контур детали повторяет траекторию перемещения рабочей кромки ролика.

На современных станках ротационной вытяжки можно вести раскатку одним, двумя или тремя роликами. Наличие растягивающих сил в отформованном участке заготовки в продолжение всего процесса вытяжки и то, что отформованная часть заготовки всё время находится на оправке, уменьшает возможность продольного изгиба детали даже при наличии небольшого биения оправки или небольшой разностенности заготовки.

Различают два основных способа ротационной вытяжки:

1. Прямой, при котором направление течения материала совпадает с направлением перемещения ролика;
2. Обратный, при котором направление течения материала противоположно направлению перемещения ролика.

При ротационной вытяжке прямым способом наружный контур оправки должен повторять внутренний контур вытянутой детали с технологическими припусками, поэтому длина оправки должна быть больше длины детали, что усложняет конструкцию оправки, делает её тяжёлой и дорогой, а наладку более трудоёмкой.

Прямой способ ротационной вытяжки рекомендуется для формоизменения тонкостенных и длинномерных цилиндрических деталей, а также всех типов деталей конической и оживальной форм. При РВ по обратному способу оправка должна соответствовать внутреннему контуру заготовки, поэтому оправка может быть в несколько раз короче детали. Однако при этом способе возникает опасность появления продольного изгиба у выдавливаемой детали после схода её с оправки, что накладывает особо жёсткие требования к заготовке с разной толщиной металла, биение оправки и роликов и на точность установки зазора между оправкой и всеми роликами.

Обратный способ допустимо применять для формоизменения сравнительно толстостенных и коротких точных заготовок цилиндрических деталей или заготовок деталей.

Процесс ротационной вытяжки может быть подразделён на обработку без утонения, с утонением и раскатыванием.

При выдавливании без утонения за несколько последовательных проходов инструмента толщина стенки не меняется или же незначительно уменьшается. Получают более или менее значительное уменьшение максимального диаметра заготовки при обработке без утонения. При обработке с утонением и раскатке наружный диаметр заготовки (или внутренний диаметр труб) и получаемой детали сохраняется неизменным, а толщина стенки более или менее значительно уменьшается; благодаря этому увеличивается длина получаемой детали вдоль оси вращения. При ротационной вытяжке заготовку устанавливают между оправкой, закреплённой на шпинделе, и прижимом задней бабки.

Процесс ротационной вытяжки в одно время применяли ограниченно для получения деталей типа тел вращения с конической или цилиндрической образующей; теперь этим способом часто изготовляют детали с криволинейной формой образующей поверхности при перемещении ролика при помощи гидросуппорта управляемого с ЧПУ. На деталях выполняется окантовка, формовка специальными роликами, выдавка кольцевых канавок и ребер.

Многие детали, изготовлявшиеся ранее резанием из пруткового материала, поковок и штамповок, а при постоянной толщине стенок глубокой вытяжкой, успешно обрабатывают на ротационных машинах и станках.

При обработке предварительно нагретых заготовок диаметры деталей доходят до 7 м, а толщина заготовок до 30 мм и выше.

Материалом деталей, изготовляемых для ротационной вытяжки на станках из листовых и предварительно обработанных полых заготовок типа тел вращения, могут быть малоуглеродистые стали, алюминий, медь, латунь, жаропрочные сплавы.

Алюминий и его сплавы наиболее легко обрабатываемые материалы на давильных станках, но и мягкая сталь, предназначенная для глубокой вытяжки, обрабатывается хорошо. Обычно используют высококачественный чистый металл без шлака и инородных включений. В противном случае в металле при ротационной вытяжке образуются трещины, и изделия бракуются.

Для ротационной вытяжки пригодны многие чёрные и цветные металлы. Используемый для этого металл обычно должен иметь малое сопротивление деформированию, высокую пластичность, низкий предел текучести.

Некоторые детали из сплавов плохо поддаются обработке резанием, но легко могут быть обработаны на станках ротационной вытяжки.

При переводе деталей на ротационную вытяжку и при проектировании новых изделий, рассчитанных на изготовление этим способом, анализируют возможность его применения с учётом экономических преимуществ перед другими способами изготовления. Наибольшую пользу и эффективность можно получить, если новые машины конструируются с учётом применения ротационной вытяжки.

По зарубежным данным, самая широкая сфера применения давильно-обкатной обработки производство деталей реактивных двигателей и управляемых снарядов, а также днищ резервуаров радарных экранов, корпусов прожекторов, экранов ламп.

Например, этим способом изготовляются:

1. Коническая часть выхлопных труб из листовой стали толщиной 3 мм; готовая деталь имеет угол конуса 34°, диаметр основания детали 500 мм, высота 640 мм, толщина стенки 1 мм;
2. Насадки (сопла), выполняемые из заготовок нержавеющей стали, конической формы длиной 127 мм, обрабатываемых на станках типа токарных. После ротационной вытяжки насадка имеет размеры: высоту 305 мм, толщину стенки 1,14 мм, угол конуса детали 12°;
3. Корпус (кольцо) подшипника. Заготовка обработанная резанием поковка легированной хромистой стали. Наибольший диаметр готовой детали 508 мм, угол конуса 84°, толщина стенки по конусу от 3,2 до 2,3 мм;
4. Задний кожух компрессора. Заготовка сварная из листовой нержавеющей стали. После ротационной вытяжки получают полую деталь цилиндрической формы с внутренним диаметром 710 мм, длиной 197 мм. Затем деталь механически обрабатывается внутри и снаружи до получения толщины стенки 6,4 мм. Операциями окантовки, обточки и давильно-обкатной обработки получают пять внутренних рёбер и толщину стенки 1,5 мм при увеличении длины детали до 380 мм. В конце обработки выполняется операция нанесения рифлений с применением роликов специальной формы.

Ротационной вытяжкой могут быть легко изготовлены массивные трубчатые детали с переменной толщиной обработанных концов стенок и с наружными кольцевыми рёбрами. В комбинации с ротационной вытяжкой для получения сложной формы деталей можно применять дополнительные операции: прокатку, штамповку, сварку. Ротационной вытяжкой можно применять и как вспомогательные для придания окончательной формы полученным вытяжкой заготовкам. Часто на давильных станках обрабатывают отдельные секции (части) деталей, собираемые при помощи сварки или клёпки. Это позволяет изготовлять трубчатые детали с различной комбинацией сечений.

Эффективно обрабатывать ротационной вытяжкой длинные медные конические детали, применяемые в некоторых отраслях промышленности. На прессах такие детали получать трудно, если к тому же предъявляются жёсткие требования к качеству их поверхности.

Ротационной вытяжкой полезно изготовлять также хозяйственные принадлежности и аналогичные тонкостенные изделия сложной формы: ковши, кубки, бидоны, чайники, кофейники, баллоны, котелки, бочонки, круглые детали вентиляторов и вытяжных зонтов, фасонные медные детали пивоваренных установок, барабанов бетономешалок, крупные сосуды и посуду изделия для химической и пищевой промышленности.

Ролики применяют в качестве инструмента для работы при ротационной вытяжке. Ролики, устанавливаемые на специальных приспособлениях станков, вращаются на валу в подшипниках при соприкосновении с обрабатываемым материалом вращающихся заготовок.

Приспособление для установки ролика на станке жёсткое устройство, устанавливаемое, фиксируемое и надёжно закрепляемое после выверки на салазках станка. Оно должно соответствовать жёсткости давильного станка и выдерживать без больших деформаций возникающие в процессе работы значительные усилия, обеспечивая устойчивую работу давильно-обкатного станка.

Ролики изготавливают из высококачественной инструментальной (быстрорежущей) стали такой как ХВГ, У10, У8, термически обработанном (закалка, отпуск) до твёрдости HRC 62—64. При давильно-обкатной обработке выделяется значительное количество тепла. Хотя некоторое количество тепла отводится охлаждающей жидкостью, всё же ролики должны быть стойкими к повышенным температурам.

Валы для установки и закрепления роликов изготовляют цельными, а для очень крупных размеров сварными из инструментальной стали. Рабочие поверхности роликов после установки на валу не должны иметь биений. Смена ролика на приспособлении не должна занимать много времени. После посадки на вал ролики должны воспринимать осевые и радиальные усилия без деформации и смещений. На подшипниках вала ролики легко вращаются под нагрузкой. При начале давильной обработки должно быть обязательно зафиксировано вращение ролика. При малейших заеданиях вращения возникают пульсирующие усилия и вибрации, что влечёт к неустранимым дефектам обрабатываемой поверхности — гофрам.

Для различных давильно-обкатных работ и операций применяют ролики различной формы, учитывая профиль получаемых деталей. Рабочую поверхность роликов шлифуют и полируют до зеркального блеска, не допуская дефектов поверхности. Ролики для тяжёлых работ имеют диаметры 250—300 мм, радиусы закругления рабочей части 6—20 мм. Радиус закругления 3—6 мм используют для обработки материала толщиной меньше 4 мм. Обоснованных рекомендаций по выбору величин радиусов закруглений роликов для давильных работ ещё нет. Радиус закругления ролика влияет на усилие деформирования и устойчивость заготовки при обработке. С увеличением радиуса материал небольшой толщины не только теряет устойчивость, но и сильно растягивается, вплоть до разрыва. При уменьшении радиуса закругления ролика происходит подрезание фланца заготовок.

В качестве приспособления (оправки, патрона) для давильно-обкатных работ используют оправки, устанавливаемые и закрепляемые в шпинделе станка. Для крупно серийного и массового производства их изготовляют из цементируемой низкоуглеродистой стали. Рабочая поверхность оправок шлифуется; окончательное шлифование её рекомендуют производить на месте, чтобы устранить малейшее биение.

При изготовлении точных деталей для получения размеров с жёсткими допусками последнюю операцию обработки выполняют обязательно на металлической оправке. Для грубых работ можно использовать оправки из дерева твёрдых пород.

Точность деталей после давильно-обкатной обработки зависит от биения шпинделя станка, биения и степени износа оправки, жёсткости и точности станка, качества материала заготовки, от способа снятия детали с оправки и других факторов.

Стоимость инструмента для давильно-обкатной обработки не велика и обычно составляет 10—25 % от стоимости инструмента, используемого при пластическом формоизменении, выполняемом другими способами.

• Аверкиев, Ю. А. Технология холодной штамповки / Ю. А. Аверкиев, А. Ю. Аверкиев. — М.: Машиностроение, 1989. — 303 с.
• Браславский, В. М. Технология обкатки крупных деталей роликами. — Москва: Машиностроение, 1975. — 160 с.
• Гредитор, М. А. Давильные работы и ротационное выдавливание. — Москва: Машиностроение, 1971. — 239 с.
• Шихельман, Г. Л. Занимательная технология машиностроения. — М.: Машиностроение, 1987. — 171 с.

• Список литературы по ротационной вытяжке на сайте НПП «Технологический центр».