RU2284242C2

RU2284242C2 - Knurling method with moving bearing units and apparatus for performing the same (variants)

Info

Publication number: RU2284242C2
Application number: RU2004133305/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Петровский (RU); Александр Николаевич Петровский; Евгений Федорович Сергутов (RU); Евгений Федорович Сергутов; Виталий Матвеевич Сорокин (RU); Виталий Матвеевич Сорокин
Original assignee: Александр Николаевич Петровский; Евгений Федорович Сергутов; Виталий Матвеевич Сорокин
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-09-27
Also published as: RU2004133305A

Abstract

FIELD: plastic working of materials, possibly manufacture of sections by knurling with rollers.

SUBSTANCE: shaping rollers are mounted in through grooves of holders. At side opposite to blank moving bearing units forming with rollers rolling pairs and closing rollers in grooves of holders are arranged. Then by further feed motion rollers are introduced to forced contact with walls of holder and with surfaces of moving bearing units while providing rotation of rollers around instantaneous axes on surfaces of moving bearing units and deformation of surface layers of blank at using tangential component of deforming effort. Apparatus for performing the method includes feed drive unit, housing, holders with cross grooves in which shaping rollers are mounted and moving bearing unit in the form of sleeve. In second variant of invention apparatus includes cranks with radial grooves in planetary journals where rollers are mounted, drive unit for feeding and rotating blank and also for timing and rotating cranks, moving rotary bearing units.

EFFECT: enhanced efficiency of process, improved quality of sections, enlarged manufacturing possibilities.

4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к обработке материалов, в частности к изготовлению профилей накатыванием роликами.The invention relates to the processing of materials, in particular to the manufacture of profiles by rolling by rollers.

Известен способ накатывания профилей, включающий предварительную установку профилирующих роликов в пазах держателей на осевых опорах вращения и последующее движение подачи, которым ролики вводят в контакт с заготовкой с обеспечением вращения роликов вокруг центральных осей и деформирования поверхностных слоев заготовки.A known method of rolling profiles, including the preliminary installation of the profiling rollers in the grooves of the holders on the axial bearings of rotation and the subsequent feed motion, by which the rollers are brought into contact with the workpiece to ensure rotation of the rollers around the central axes and deformation of the surface layers of the workpiece.

Устройство накатывания для реализации известного способа содержит механизм подачи, корпус, держатели, профилирующие ролики, закрепленные в пазах держателей на осевых опорах вращения и образующие профилирующими поверхностями накатываемый профиль (См. Накатывание резьб, червяков, шлицев и зубьев /В.В.Лапин, М.И.Писаревский, В.В.Самсонов, Ю.И.Сизов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. Отд-ние, 1986. - 228 с., ил., с.159, 161).The rolling device for implementing the known method comprises a feed mechanism, a housing, holders, profiling rollers fixed in grooves of the holders on the axial bearings of rotation and forming a rolled profile by profiling surfaces (See Rolling threads, worms, splines and teeth / V.V. Lapin, M I.I. Pisarevsky, V.V. Samsonov, and Yu.I. Sizov. - L.: Mechanical Engineering, Leningrad, Otdniye, 1986.- 228 p., Ill., P. 159, 161).

Известный способ и устройство осевого накатывания не позволяют в полной мере использовать пластические свойства материала для упрочнения накатываемого профиля, так как деформирующее усилие, передаваемое роликом, направлено радиально от центра ролика и не имеет тангенциальной составляющей. Действующие в тангенциальном направлении силы трения не оказывают существенного влияния на упрочнение. Ролик вдавливает зерна поверхностных слоев заготовки, не придавая им ориентированной вдоль направления подачи деформации. Кроме того, нагрузочная способность и жесткость осевых опор вращения лимитированы размерами ролика, что ограничивает величину деформирующей силы и технологические возможности способа и устройства по глубине деформации, шагу накатываемого профиля и производительности.The known method and axial rolling device does not allow the full use of the plastic properties of the material to strengthen the rolling profile, since the deforming force transmitted by the roller is directed radially from the center of the roller and does not have a tangential component. The friction forces acting in the tangential direction do not have a significant effect on hardening. The roller presses the grains of the surface layers of the workpiece, without giving them oriented along the direction of flow of deformation. In addition, the load capacity and stiffness of the axial bearings of rotation are limited by the dimensions of the roller, which limits the magnitude of the deforming force and technological capabilities of the method and device in terms of deformation depth, step of rolling profile and productivity.

Известен способ и устройство для импульсного планетарного накатывания. Профилирующие ролики устанавливают по обе стороны от заготовки в радиальных пазах планетарных шеек кривошипов на осевых опорах вращения. Вращением кривошипов роликам придают планетарное вращение в разных направлениях. При каждом обороте кривошипов ролики входят в силовой контакт с заготовкой, поворачиваются относительно своих центральных осей и деформируют поверхностные слои заготовки с образованием профиля. Вращение кривошипов и вращение заготовки синхронизированы. Заготовку после каждого вдавливания роликов поворачивают на величину углового шага накатываемого профиля. После формирования окружного профиля заготовка подается в осевом направлении на глубину деформации и цикл повторяется (См. патент US 4116032 А, 26.09.1978, В 21 Н 5/02, METHOD AND DEVICE FOR PRODUING MECHANICAL ELEMENT WITH SPUR GEAR OR SPIRAL GEAR AND PARTICULARLY SPUR GEAR BY COLD ROLLING WORK).A known method and device for pulsed planetary rolling. Profiling rollers are installed on both sides of the workpiece in the radial grooves of the planetary necks of the cranks on the axial bearings of rotation. The rotation of the cranks give the rollers planetary rotation in different directions. With each turn of the cranks, the rollers come into force contact with the workpiece, rotate relative to their central axes and deform the surface layers of the workpiece with the formation of a profile. The rotation of the cranks and the rotation of the workpiece are synchronized. The workpiece after each indentation of the rollers is turned by the value of the angular pitch of the rolled profile. After forming the circumferential profile, the workpiece is fed axially to the depth of deformation and the cycle repeats (See US Pat. GEAR BY COLD ROLLING WORK).

Устройству присущи отмеченные выше недостатки, ограничивающие нагрузочную способность опор и технологические возможности способа.The device has the disadvantages noted above, limiting the load capacity of the supports and technological capabilities of the method.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - увеличение деформирующего усилия, создание его тангенциальной составляющей, увеличение нагрузочной способности и жесткости опорных узлов роликов.The problem solved by the invention is to increase the deforming force, create its tangential component, increase the load capacity and stiffness of the roller support nodes.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении упрочняющего эффекта накатки, увеличении производительности и расширении технологических возможностей способа и устройств по высоте и шагу накатываемых профилей.The technical result from the use of the invention is to increase the hardening effect of knurling, increasing productivity and expanding the technological capabilities of the method and devices in height and pitch of rolled profiles.

Указанный результат достигается следующим.The specified result is achieved as follows.

В способе накатывания, включающем предварительную установку в пазах держателей профилирующих роликов и последующее движение подачи, в процессе которого ролики вводят в силовой контакт с заготовкой с обеспечением их вращения и деформирования поверхностных слоев заготовки с образованием профиля, согласно изобретению используют держатели со сквозными пазами, а при предварительной установке роликов со стороны, противоположной заготовке, размещают подвижные опоры, которые образуют с роликами пары качения и замыкают ролики в сквозных пазах держателей. Движением подачи ролики вводят в силовой контакт со стенками пазов держателей и поверхностями подвижных опор с обеспечением их вращения относительно мгновенных осей на поверхностях подвижных опор, деформирования поверхностных слоев заготовки с использованием тангенциальной составляющей деформирующего усилия и перемещения роликами подвижных опор.In the rolling method, including pre-installation of grooves of the rolls in the holders of the holders and the subsequent feed movement, during which the rollers are brought into force contact with the workpiece to ensure their rotation and deformation of the surface layers of the workpiece to form a profile, holders with through grooves are used according to the invention, and when to the preliminary installation of the rollers from the side opposite to the workpiece, movable bearings are placed that form rolling pairs with the rollers and close the rollers in the through groove ah holders. The feed motion rollers are brought into force contact with the walls of the grooves of the holders and the surfaces of the movable bearings to ensure their rotation relative to the instantaneous axes on the surfaces of the movable bearings, deformation of the surface layers of the workpiece using the tangential component of the deforming force, and the rollers move the movable bearings.

Устройство накатывания, содержащее привод подачи, корпус, держатели и установленные в поперечных пазах держателей профилирующие ролики, для реализации предлагаемого способа снабжено подвижной опорой, выполненной в форме втулки, охватывающей держатели и образующей с роликами пары качения. Подвижная опора установлена с возможностью перемещения на длину рабочего хода, поперечные пазы держателей выполнены сквозными, а ролики замкнуты в сквозных пазах внутренней поверхностью подвижной опоры.A rolling device comprising a feed drive, a housing, holders and profiling rollers installed in the transverse grooves of the holders is equipped with a movable support made in the form of a sleeve covering the holders and forming rolling pairs with rollers for implementing the proposed method. The movable support is installed with the ability to move the length of the stroke, the transverse grooves of the holders are made through, and the rollers are closed in the through grooves with the inner surface of the movable support.

Устройство для импульсного накатывания профилей, содержащее кривошипы с радиальными пазами в планетарных шейках, профилирующие ролики, установленные в радиальных пазах планетарных шеек, привод подачи и поворота заготовки, а также синхронизации и вращения кривошипов, для реализации предлагаемого способа снабжено подвижными поворотными опорами, охватываемыми планетарными шейками кривошипов при вращении последних, подвижные поворотные опоры образуют с роликами пары качения, радиальные пазы планетарных шеек кривошипов выполнены сквозными, а ролики замкнуты в сквозных пазах внешней поверхностью подвижных поворотных опор.A device for pulse rolling profiles containing cranks with radial grooves in the planetary necks, profiling rollers installed in the radial grooves of the planetary necks, a drive for feeding and turning the workpiece, as well as synchronizing and rotating cranks, for the implementation of the proposed method is equipped with movable rotary bearings covered by planetary necks the cranks during rotation of the latter, the movable rotary bearings form rolling pairs with the rollers, the radial grooves of the planetary necks of the cranks are made through ny, and the rollers are closed in the through grooves by the outer surface of the movable rotary bearings.

Вращение ролика, относительно мгновенной оси, расположенной на поверхности подвижной опоры, позволяет увеличить деформирующее усилие и получить его тангенциальную составляющую за счет уменьшения угла давления в кинематической паре заготовка-ролик.The rotation of the roller relative to the instantaneous axis located on the surface of the movable support, allows to increase the deforming force and obtain its tangential component by reducing the pressure angle in the kinematic pair of the workpiece-roller.

Расположение подвижной опоры вне ролика и эффект качения в кинематической паре ролик-опора позволяют выполнить роликовую опору с высокой нагрузочной способностью и необходимой жесткостью для увеличения глубины деформации и производительности.The location of the movable support outside the roller and the rolling effect in the kinematic pair of the roller support make it possible to perform a roller support with high load capacity and the necessary rigidity to increase the depth of deformation and productivity.

Отсутствие у ролика осевых опорных элементов позволяет упростить конструкцию, увеличить жесткость ролика, а также применить более плотную установку роликов и уменьшить шаг накатываемых профилей.The absence of axial support elements on the roller allows simplifying the design, increasing the rigidity of the roller, as well as applying a denser installation of the rollers and reducing the pitch of the rolled profiles.

На фиг.1 представлен способ накатывания с подвижной опорой; на фиг.2 - известный способ накатывания; на фиг.3 - график отношения радиальных деформирующих усилий для предлагаемого и известного способов; на фиг.4 - устройство осевого накатывания с подвижной опорой; на фиг.5 - устройство импульсного планетарного накатывания с подвижной опорой.Figure 1 presents the rolling method with a movable support; figure 2 - a known method of rolling; figure 3 is a graph of the relationship of radial deforming forces for the proposed and known methods; figure 4 - axial rolling device with a movable support; figure 5 - device pulsed planetary rolling with a movable support.

На фиг.1 показаны ролик 1, держатель 2, подвижная опора 3, заготовка 4 и схема действия сил для произвольной точки в зоне деформации.Figure 1 shows a roller 1, a holder 2, a movable support 3, a workpiece 4 and a diagram of the forces for an arbitrary point in the deformation zone.

Движением подачи ролик 1 вводят в силовой контакт с заготовкой 4, стенкой паза держателя 2, подвижной опорой 3, придают ролику вращение относительно мгновенной оси, расположенной на поверхности подвижной опоры, и формируют профиль деформацией поверхностных слоев заготовки. При этом ролик перекатывает опору на длину рабочего хода.The feed movement of the roller 1 is brought into force contact with the workpiece 4, the wall of the groove of the holder 2, the movable support 3, give the roller rotation about an instantaneous axis located on the surface of the movable support, and form a profile by deformation of the surface layers of the workpiece. In this case, the roller rolls the support to the length of the working stroke.

Деформирующее усилие R₁ направлено под углом α₁ к радиусу ролика, что определяет наличие радиальной P_r1 и тангенциальной составляющей P_t1, которая обеспечивает тангенциальный сдвиг материала и дополнительное упрочнение поверхности накатываемого профиля. В предлагаемом способе усилие подачи - P_s, глубина деформации - h, радиус ролика - r и угол давления - α₁ (между направлением усилия подачи и направлением скорости V на рабочей поверхности ролика) связаны следующими соотношениями:The deforming force R _{1 is} directed at an angle α ₁ to the radius of the roller, which determines the presence of a radial P _r1 and a tangential component P _t1 , which provides a tangential shift of the material and additional hardening of the surface of the rolling profile. In the proposed method, the feed force is P _s , the deformation depth is h, the radius of the roller is r and the pressure angle is α ₁ (between the direction of the feed force and the direction of speed V on the working surface of the roller) are related by the following relationships:

Для известного способа на фиг.2 показаны ролик 1, ось держателя 2, заготовка 4 и схема действия сил в произвольной точке зоны деформации. Усилие подачи - P_s, деформирующее усилие - R, глубина деформации - h, радиус ролика - r и угол давления - α (между направлением усилия подачи и направлением скорости на рабочей поверхности ролика) связаны следующими соотношениями:For the known method, figure 2 shows the roller 1, the axis of the holder 2, the workpiece 4 and the diagram of the action of forces at an arbitrary point in the deformation zone. The feed force is P _s , the deforming force is R, the deformation depth is h, the radius of the roller is r and the pressure angle is α (between the direction of the feed force and the direction of speed on the working surface of the roller) are related by the following relationships:

Из сравнения соотношений (1), (2) и графика на фиг.3 следует, что при одинаковых усилиях подачи и размерах роликов радиальная составляющая деформирующего усилия в предлагаемом способе почти вдвое превышает радиальное деформирующее усилие в известном способе:From a comparison of relations (1), (2) and the graph in figure 3 it follows that with the same feed forces and the sizes of the rollers, the radial component of the deforming force in the proposed method is almost double the radial deforming force in the known method:

На фиг.4 показаны ролик 1, блок держателей 2, выполненная в форме втулки подвижная опора 3, заготовка 4, фрагмент привода подачи 5 и корпус 6.Figure 4 shows the roller 1, the block of holders 2, made in the form of a sleeve movable support 3, the workpiece 4, a fragment of the feed drive 5 and the housing 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Привод подачи вводит ролики 1 в силовой контакт с заготовкой 4, стенками пазов держателей 2, внутренней поверхностью подвижной опоры 3, придает роликам вращение относительно мгновенных осей, расположенных на поверхности подвижной опоры, и формирует профиль деформацией поверхностных слоев заготовки. При этом ролики перекатывают опору на величину рабочего хода.The feed drive introduces the rollers 1 into force contact with the workpiece 4, the walls of the grooves of the holders 2, the inner surface of the movable support 3, imparts rotation to the rollers relative to the instantaneous axes located on the surface of the movable support, and forms a profile by deformation of the surface layers of the workpiece. In this case, the rollers roll the support by the size of the stroke.

На фиг.5 показаны ролик 1, кривошип 2, подвижная опора 3, заготовка 4, привод 5.5 shows a roller 1, a crank 2, a movable support 3, a workpiece 4, a drive 5.

Привод 5 обеспечивает шаговую подачу заготовки 4, ее поворот на величину углового шага накатываемого профиля и вращение кривошипов 2. При каждом обороте кривошипов ролики входят в силовой контакт с заготовкой 4, стенками пазов кривошипов 2, поверхностями подвижных поворотных опор 3, поворачиваются относительно мгновенных осей на поверхностях опор 3 и формируют накатываемый профиль деформацией поверхностного слоя заготовки. При этом подвижные опоры поворачиваются роликами. Привод 5 обеспечивает поворот заготовки после каждого вдавливания роликов на величину углового шага накатываемого профиля. После формирования окружного профиля заготовка подается в осевом направлении на глубину деформации и цикл окружной накатки повторяется.The drive 5 provides step-by-step feeding of the workpiece 4, its rotation by the value of the angular step of the rolling profile and rotation of the cranks 2. At each revolution of the cranks, the rollers come into force contact with the workpiece 4, the walls of the grooves of the cranks 2, the surfaces of the movable rotary bearings 3, rotate relative to the instantaneous axes by surfaces of the supports 3 and form a rolling profile by deformation of the surface layer of the workpiece. In this case, the movable supports are rotated by rollers. Drive 5 provides the rotation of the workpiece after each indentation of the rollers by the value of the angular pitch of the rolled profile. After the formation of the circumferential profile, the workpiece is fed axially to the depth of deformation and the cycle of circumferential knurling is repeated.

Промышленная применимость предлагаемого изобретения подтверждена испытаниями опытного образца.Industrial applicability of the invention is confirmed by testing a prototype.

Способ может быть применен любым предприятием, специализирующимся на металлообработке. Производство предлагаемых устройств может быть реализовано в условиях металлообрабатывающего участка, цеха или предприятия, специализирующихся на производстве технологической оснастки.The method can be applied by any enterprise specializing in metal processing. The production of the proposed devices can be implemented in the conditions of a metalworking site, workshop or enterprise specializing in the production of technological equipment.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить упрочняющий эффект накатки, увеличить производительности и расширить технологические возможности способа и созданных для его реализации устройств по высоте и шагу накатываемых профилей.The proposed technical solution allows to increase the hardening effect of knurling, to increase productivity and expand the technological capabilities of the method and the devices created for its implementation in terms of height and pitch of rolled profiles.

Claims

1. The method of rolling profiles, including pre-installation in the slots of the holders of the profiling rollers and the subsequent feed movement, during which the rollers are brought into force contact with the workpiece to ensure their rotation and deform the surface layers of the workpiece with the formation of a profile, characterized in that the holders are used with through grooves, when pre-installing the rollers from the side opposite the workpiece, place movable bearings that form rolling pairs with the rollers and close the rollers in the through the basics of the holders, and with the subsequent feed movement, the rollers are brought into force contact with the walls of the holders and the surfaces of the movable supports to ensure that the rollers rotate relative to the instantaneous axes on the surfaces of the movable supports and deform the surface layers of the workpiece using the tangential component of the deforming force and the movable bearings move the rollers.

2. A device for rolling profiles containing a feed drive, a housing and holders with transverse grooves in which profiling rollers are installed, characterized in that it is provided with a movable support in the form of a sleeve, covering the holders and forming rolling pairs with the rollers, the movable support is installed with the possibility displacements for the length of the working stroke, the transverse grooves of the holders are made through, and the rollers are closed in the through grooves with the inner surface of the movable support.

3. A device for rolling profiles containing cranks with radial grooves in the planetary necks, profiling rollers installed in the radial grooves of the planetary necks, a drive for feeding and turning the workpiece, as well as synchronizing and rotating the cranks, characterized in that it is equipped with movable rotary bearings covered the planetary necks of the cranks during rotation of the latter, the movable rotary bearings form rolling pairs with the rollers, the radial grooves of the planetary necks of the cranks are made through, and the rollers are closed in the through grooves of the outer surface of the movable swing bearings.