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EINRICHTUNG ZUR EXPLOSIVEN HYDROPLASTISCHEN
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ENDBEARBEITUNG VON ROHRROHLINGEN Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur explosiven hydroplastischen Endbearbeitung von Rohrrohlingen zur Anwendung im
Maschinenbau.
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Aus der BG-PS 23 783 ist eine Einrichtung zum Profilieren von Außenoberflächen
von zylindrischen Körpern durch hydroplastische Deformation bekannt, die aus einem
Rumpf und einer Matrize besteht, die an einer Presse befestigt sind. Die Matrize
weist eine profilierte Innenoberfläche auf; in ihr ist der zu bearbeitende Rohling
angeordnet, wobei beide auf einer beweglichen Stütze angebracht sind. Am Kolben
eines senkrechten Kraftzylinders ist eine glatte Durchstechung mit einem zentralen
Sackloch vorgesehen, mit dem radiale Kanäle dicht verbunden sind. Der Kolben des
senkrechten Kraftzylinders weist einen zentralen Kanal auf, der mit dem Hochdruckraum
des senkrechten Kraftzylinders und mit dem zentralen Sackloch der glatten Durchstechung
verbunden ist. Im Rumpf sind Kanäle ausgebildet, durch die der Hochdruckraum des
senkrechten Kraftzylinders mit dem Ölzuführungssystem verbunden ist.
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Bei der Bearbeitung von zylindrischen Rohlingen bewegt sich durch
den Tauchkolben der Presse der senkrechte Kraftzylinder zusammen mit dem Werkzeug
(der glatten Durchstechung), längs der Achse des zu bearbeitenden zylindrischen
Rohlings. Als Ergebnis dieser Bewegung wird eine Gegenkraft erhalten und im Raum
des senkrechten Kraftzylinders entsteht ein Hochdruck. Unter der Wirkung dieses
Hochdrucks werden.die zu bearbeitende
Oberfläche und das Werkzeug
zwangsweise geschmiert.
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Da die Einrichtung auf einer Presse montiert ist, wird die Länge der
zu bearbeitenden Rohlinge vom Spiel zwischen den Massen und dem Hub der benutzten
Presse begrenzt. Deshalbtist diese Einrichtung zur Bearbeitung von längeren zylindrischen
Rohlingen nicht geeignet.
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Die Matrize, in der der Rohling angeordnet ist, ist unbeweglich, so
daß das Auslaufen des Metalls entgegengesetzt zur Deformationskraft begrenzt ist.
Dementsprechend kann die Einrichtung nicht zur Bearbeitung von Rohlingen mit größerer
Länge und mit größerem Deformationsgrad benutzt werden.
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Im senkrechten Kraftzylinder können keine überhochdrücke entstehen,
die gleich oder etwa gleich den Widerstandskontaktdrücken zwischen dem Arbeitswerkzeug
und dem zu bearbeitenden Rohling sind, so daß das Auftragen einer genügend dicken
Schmierschicht begrenzt ist, die eine sichere Flüssigkeitsreibung verwirklicht.
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Am Anfang der Bearbeitung des zylindrischen Rohlings wird im ganzen
Werkzeug und ebenfalls während der ganzen Bearbeitung im ersten Deformationselement
des Werkzeugs kein flüssiges Schmiermittel unter Druck zugeführt, so daß letzteres
unter Trocken- oder Grenzreibungsbedingungen arbeitet.
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Aus der SU-PS 412 724 ist eine Einrichtung zur Bearbeitung der Innenoberfläche
von Rohren durch Explosionen bekannt, die aus einem Rumpf besteht, an dem ein vorderer
und ein hinterer Anschlag befestigt sind. Am hinteren Anschlag sind ein Schalldämpfer,
eine Explosionskammer und ein Mittelanschlag befestigt. Im hinteren Anschlag
ist
ein Kolben mit einem Achssackloch angeordnet, in dem das Arbeitswerkzeug angebracht
ist. Der vordere und der hintere Anschlag sind durch ein Gehäuse miteinander verbunden.
Der zu bearbeitende Rohling ist unbeweglich im Vorderanschlag angeordnet, hinter
welchem ein Auffangbunker montiert ist.
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In die Explosionskammer wird Sprengstoff gelegt, nach dessen Zündung
das Arbeitswerkzeug unter der Wirkung der Explosionswelle in freiem Flug abfliegt,
wobei es den Rohling passierend, seine Innenoberfläche bearbeitet.
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Als Ergebnis des freien Abflugs des Werkzeugs wird eine oberflächliche
Impulsbearbeitung der Innenoberfläche des Rohlings bei Trockenreibungsbedingungen
verwirklicht.
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Infolge dieser Reibung und des Vorhandenseins von Höchstgeschwindigkeiten
entwickelt sich bei längeren R-ohlingen eine hohe Temperatur, die einen intensiven
Verschleiß oder ein Schmelzen der Oberflächen des Rohlings und des Werkzeugs hervorruft.
Deshalb werden keine längeren Rohlinge bearbeitet, da das Werkzeug in ihnen stekkenbleiben
kann und eine Explosion der Einrichtung möglich ist Da der vordere Anschlag, der
die Rolle einer umfassenden Bandage spielt, unbeweglich ist, besteht nicht die Möglichkeit
zur Vorgabe eines beträchtlichen Deformationsgrades und zur Verwirklichung eines
plastischen Auslaufens des Metalls, da das auslaufende Metall den vorderen Anschlag
mitzieht und ihn von der Einrichtung abreißt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur explosiven
hydroplastischen Endbear Xitung von Rohrrohlingen zu schaffen, deren Bauart die
explosive Bearbeitung und die hydroplastische Deformation der zu
bearbeitenden
Rohlinge bei überhochdrücken des Fluidums sichert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, die einen Rumpf
enthält, an dem ein vorderer und ein hinterer Anschlag befestigt sind. Hinter dem
vorderen Anschlag ist ein Auffangbunker montiert. Der hintere Anschlag enthält eine
Explosions-, eine Führungs- und eine Kompensationskammer, die miteinander verbunden
sind. In der Führungskammer ist in nächster Nähe das Arbeitswerkzeug angeordnet,
das ein zentrales Sackloch und radiale Kanäle aufweist. Die radialen Kanäle sind
mit dem zentralen Sackloch verbunden. Im vorderen Ende des Arbeitswerkzeugs ist
eine Dichtungsmanschette angebracht.
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Im vorderen Anschlag ist ein unbeweglicher Tauchkolben montiert und
ein beweglicher zylindrischer Kolben mit zentraler Öffnung angeordnet. Der zu bearbeitende
Rohrrohling ist in der zentralen öffnung des beweglichen zylindrischen Kolbens angeordnet.
Mit seinem einen Ende ist der bewegliche zylindrische Kolben auf dem unbeweglichen
Tauchkolben aufgesetzt, so daß eine Rückstoßkammer gebildet wird, die mit der Kompensationskammer
durch Längskanäle verbunden ist, die im beweglichen zylindrischen Kolben vorgesehen
sind.
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Wenn ein Rohrrohling mit größerer Länge bearbeitet wird, ist das zentrale
Sackloch des Arbeitswerkzeugs stufenartig und an seinem hinteren Ende ist ein Multiplikator
angebracht.. Dieser Multiplikator besteht aus einem frei beweglichen Kolben und
einer Kammer, die vor der Stirn des frei beweglichen Kolbens, im zentralen Sackloch,
gebildet wird.
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Die äußere Oberfläche des Arbeitswerkzeugs ist profiliert# ##enn ein
Rohrrohling mit profilierter Innenober-
fläche erhalten werden soll;
Soll die äußere Oberfläche des Rohrrohlings profiliert sein, so ist die innere Oberfläche
des beweglichen zylindrischen Kolbens profiliert.
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Wenn beide Oberflächen des Rohrrohlings profiliert sein müssen, werden
gleichzeitig ein Arbeitswerkzeug mit profilierter äußerer Oberfläche und ein beweglicher
zylindrischer Kolben mit profilierter innerer Oberfläche benutzt.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß: - die Anwendung der
explosiven Bearbeitung im Bereich der hydroplastischen glatten und profilierten
Bearbeitung von langen Rohrrohlingen, sowie auch die Bearbeitung von Werkstücken
aus schwer. deförmierbar#n#-Metallen durch plastische Deformation erweitert wird,
- der Deformationsvorgang bei Bedingungen eines allseitigen unregelmäßigen Drucks
verwirklicht wird, wobei das Auslaufen des deformierten Metalls entgegengesetzt
zur Bewegungsrichtung des Arbeitswerkzeugs durch die Rückstoßkraft unterstützt wird,
die durch den Druck des Fluidums -auf der größeren vorderen Stirn des beweglichen
zylindrischen Kolbens erhalten wird, - der erhaltene Rohrrohling neue mechanische
und physikalische Eigenschaften im Vergleich zu dem Ausgangsrohling.aufweist, und
zwar infolge der überhochdrücke und Geschwindigkeiten, bei denen der Deformationsvorgang
abläuft.
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Alle diese Vorteile vergrößern die Produktivität, da Rohrrohlinge
mit hoher Qualität der bearbeiteten Oberflächen erhalten werden.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt der Einrichtung in Ausgangsstellung
vor der Explosion, Fig. 2 einen Teillängsschnitt in Arbeitsstellung des Arbeitswerkzeugs
und des beweglichen zylindrischen Kolbens, Fig. 3 einen Querschnitt eines bearbeiteten
Rohrrohlings mit profilierter innerer Oberfläche, Fig. 4 einen Querschnitt eines
bearbeiteten Rohrrohlings mit profilierter äußerer Oberfläche, .Fig. 5 einen Teillängsschnitt
der Einrichtung, der das Ausschlagen des bearbeiteten Rohlings zeigt, Fig. 6 einen
Teillängsschnitt der Einrichtung, wenn in das Arbeitswerkzeug ein Multiplikator
eingebaut ist, Fig. 7 zeigt einen Querschnitt eines bearbeiteten Rohrrohlings mit
profilierten Innen- und Außenoberflächen.
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Die Einrichtung (Fig. 1) besteht aus einem Rumpf 1, an dem ein vorderer
und ein hinterer Anschlag 2 bzw. 3 montiert sind. Hinter dem vorderen Anschlag 2
ist ein Auffangbunker 4 montiert. Der vordere Anschlag 2 ist am Rumpf 1 durch eine
zerlegbare Verbindung 5 (z.B. Keile) befestigt. Im vorderen Anschlag 2 sind unbeweglich
ein Tauchkolben 6 montiert und ein beweglicher zylindrischer Kolben 7 mit zentraler
Öffnung, angebracht, in der der zu bearbeitende Rohrrohling 8 angeordnet ist. Mit
seinem einen Ende ist der bewegliche zylindrische Kolben 7 auf den unbeweglichen
Tauchkolben 6 aufgesetzt, so daß eine Rückstoßkammer 9 gebildet wird.
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Im hinteren Anschlag 3 sind in Reihe eine Explosions-, eine Führungs-
und eine Kompensationskammer 10, 11, bzw.
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12 ausgebildet, die miteinander verbunden sind. Die Explosidnskammer
10 und die Kompensationskammer 12 sind
durch im hinteren Anschlag
3 ausgearbeitete Kanäle 13 verbunden. Die Rückstoßkammer 9 ist mit der K9mpensationskammer
12 durch Längskanäle 14 verbunden, die im beweglichen zylindrischen Kolben 7 vorgesehen
sind.
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In der Führungskammer 11 ist in nächster Nähe ein Arbeitswerkzeug
15 angebracht, das ein zentrales Sackloch 16 und radiale Kanäle 17 aufweist, die
mit dem zentralen Sackloch 16 verbunden sind. Im vorderen Ende des Arbeitswerkzeugs
15 ist eine Dichtungsmanschette 18 angeordnet, die im zu bearbeitenden Rohrrohling
8 angebracht ist, so daß die Kammer 19 gebildet wird. Die Kompensationskamm.er 12
weist ein Entlüftungsventil 20 auf, während für die Explosionskammer 10 ein Speis.eventil
21 vorgesehen ist. In der Explosionskammer 10 befindet sich -Sprengstoff 22.
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Zwischen dem vorderen Anschlag. 2 und dem hinteren Anschlag 3 ist
eine Führung 23 zur Befestigung des beweglichen zylindrischen Kolbens 7 vorgesehen.
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Wenn längere Rohrrohlinge bearbeitet werden, ist das zentrale Sackloch
16 des Arbeitswerkzeugs.15 stufenartig ausgearbeitet. In seinem hinteren Ende. ist
ein Multiplikator angeordnet, der aus einem frei beweglichen Kolben 24 und einer
Kammer 25 besteht, die im zentralen Sackloch 16 vor der Stirn des frei beweglichen
Kolbens 24 gebildet ist. Bei dieser Variante sind im Arbeitswerkzeug 15 Längskanäle
26 vorgesehen,diedenRautn.überden breiteren Teil des frei beweglichen Kolbens 24
und die Kammer 19 verbinden, die hinter der Dichtungsmanschette 18 gebildet ist.
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Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Der bewegliche zylindrische
Kolben 7 bewegt sich zusammen
mit dem vorderen Anschlag 2 und der
Führung 23 nach rechts bis zum Austreten des beweglichen zylindrischen Kolbens 7
aus der Kompensationskammer 12. In dieser Lage wird die Explosionskammer 10 mit
Sprengstoff 22 geladen und in der Führungskammer 11 wird das Arbeitswerkzeug 15
in nächster Nähe angeordnet. Es folgt der Rückgang des vorderen Anschlags 2 in die
Ausgangsstellung, zusammen mit dem beweglichen zylindrischen Kolben 7 und der Führung
23, so daß der bewegliche zylindrische Kolben 7 in die Kompensationskammer 12 bis
zu einer bestimmten geschlossenen Stellung eintritt. In dieser Stellung berührt
das Arbeitswerkzeug 15 nicht die Stirn des zu bearbeitenden Rohrrohlings 8, während
die Dichtungsmanschette 18 in der Öffnung des zu bearbeitenden Rohrrohlings 8 eingetreten
ist. Mit einem Pumpenaggregat (in der Zeichnung nicht gezeigt),über das Speisungsventil
21, werden die Rückstoß- 9, die Ko;npensation#s- 12, die Führungs- 11, die Explosionskammer
10 und die Kammer 19 mit kühlender Schmierflüssigkeit gefüllt. Die vorhandene Luft
wird mit Hilfe eines Entlüftungsventils 20 abgeführt, nachdem dieses Ventil gerastet
wird, während das Pumpenaggregat seine Arbeit einstellt. Dabei wird zusätzlich das
aus dem vorderen Anschlag 2, dem beweglichen zylindrischen Kolben 7 und dem zu bearbeitenden
Rohrrohling 8 bestehende System durch einen EIilfsschraub- oder einen anderen Mechanismus
bis zum Andrükken der inneren Kante des zu bearbeitenden Rohrrohlings 8 ans Arbeitswerkzeug
15 gedrückt. Auf diese Weise wird eine selbständige Kammer 19 gebildet. Danach wird
der Sprengstoff 22 gesprengt, wobei durch die Wirkung der Explosionswelle in der
Rückstoßkammer 9, der Kompensationskammer 12, der Explosionskammer 10 und der Führungskammer
11 ein ungefähr gleicher- Druck P1 entsteht, der durch das schwächste Glied - in
diesem Fall das Arbeitswerkzeug 15 - freigegeben wird. Letzteres läuft mit der
Geschwindigkeit
der Explosionswelle und mit einer Kraft Q1 durch die Öffnung des zu bearbeitenden
Rohrrohlings 8 ab, wobei es die Deformationsarbeit ausführt.
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In dem Augenblick, in dem das Arbeitswerkzeug 15 durch die zu bearbeitende
Öffnung des Rohrrohlings 8 (Fig. 2) mit einer Geschwindigkeit VI. unter-der Wirkung
des Explosionsdruckes Pl hindurchtritt, wirkt in der hinter dem Arbeitswerkzeug
15 und dem von ihr ausgefüllten zentralen Sackloch 16, den radialen Kanälen 17 und
den geschlossenen Räumen a, b, c befindlichen kühlenden Schmierflüssigkeit ebenfalls
ein überhochdruck Pl. Dieser Druck preßt das Schmiermittel ein und es wird eine
flüssige Schicht mit genügender Dicke zur Verwirklichung der hydrodynamischen Reibung
in der Kontaktzone zwischen den deformierenden Zähnen des Arbeitswerkzeugs 15 und
der zu bearbeitenden Oberfläche des Rohrrohlings 8 gebildet. In der Kammer 19 entsteht
der Druck p2 P1, der vom Anpressen der Dichtungsmanschette 18 auf die kühlende Schmierflüssigkeit
hinter der Dichtungsmanschette 18 hervorgerufen wird. Dieser parallel mit dem mitziehenden
Druck der kühlenden Schmierflüssigkeit wirkende Druck p2 mit einer Geschwindigkeit
V erzeugt die flüssige Schicht zur hydrodynamischen Reibung auf der Stirnoberfläche
des Arbeitswerkzeugs 15. Die Deformation des zu bearbeitenden Rohrrohlings wird
bei einem allseitig unregelmäßigen Druck ausgeführt, wobei das Metall in Richtung
des schwächsten Widerstandes V2, entgegesetzt zur Bewegung des Arbeitswerkzeugs
15, ausläuft. Diesem Metallauslauf setzen sich die Reibungskräfte entgegen, die
zwischen der äußeren Oberfläche des Rohrrohlings 8 und der inneren Oberfläche des
beweglichen zylindrischen Kolbens 7 hervorgerufen werden. Da auf den beweglichen
zylindrischen, Kolben 7 die Kraft Q2 wirkt, bewegt er sich in Richtung des Metallauslaufs,
wobei er diesem Auslaufen mitziehend wirkt und gleichzeitig damit den Stoß der
Explosionswelle
teilweise dämpft und die kühlende Schmierflüssigkeit von der Kompensationskammer
12 zum Arbeitswerkzeug 15 hinausstößt. Nach dem Austreten aus dem Deformationsbereich
gerät das Arbeitswerkzeug 15 mit einer Geschwindigkeit, die kleiner als die ursprüngliche
ist, in den Auffangbunker 4.
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Das Herausnehmen des zu bearbeitenden Rohrrohlings 8 (Fig. 5) wird
durch den Speisedruck p ausgeführt, der mit einer Kraft Q3 auf den Pfropfen 27 wirkt,
der am Ende des Rohrrohlings 8 angebracht ist und durch die Dichtung 28 am beweglichen
zylindrischen Kolben 7 abgedichtet ist.
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Das Herausnehmen kann auch durch eine Mikroexplosionswelle ausgeführt
werden.