RU2397052C2 - Method for manufacturing of parts - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, namely to manufacturing of rotary parts, such as rings. bushings, rolls, rollers under conditions of wasteless and low waste production. Method includes winding several layers of rolled metal onto coil used as external shell of part, material of rolled metal is represented by metal tape, tape is previously profiled, turns are fixed to each other, and binding and/or antifriction material are placed between turns of tape.

EFFECT: invention provides for increased rigidity of part and simplification of its manufacturing.

6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к изготовлению деталей вращения типа колец, втулок, роликов, валиков в условиях безотходного и малоотходного производства.The invention relates to mechanical engineering, namely to the manufacture of rotation parts such as rings, bushings, rollers, rollers in a non-waste and low-waste production environment.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому (прототипом) является способ изготовления деталей вращения (авт.св. СССР №1682091А1, 07.10.1991), включающий навивку на катушку, используемую в качестве наружной оболочки детали, в несколько слоев металлического проката, при этом в процессе навивки слои плотно прижимают друг к другу посредством прижимного ролика. В качестве проката используют металлическую нить, а закрепление наружных слоев детали осуществляют напрессовкой на нее металлической оболочки, соответствующей внешней форме детали.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed (prototype) is a method of manufacturing rotation parts (ed. St. USSR No. 1682091A1, 10/07/1991), including winding onto the coil used as the outer shell of the part, in several layers of rolled metal, in the process of winding, the layers are pressed tightly against each other by means of a pressure roller. A metal thread is used as a rolled product, and the outer layers of the part are fixed by pressing a metal shell corresponding to the external shape of the part.

Недостатками данного способа является пониженная жесткость детали, так как между витками остается большое свободное пространство и сложность изготовления детали, так как на наружный слой витков необходимо напрессовать на предварительно изготовленную по внешней форме готовой детали наружную оболочку.The disadvantages of this method is the reduced rigidity of the part, since there is a large free space between the turns and the complexity of manufacturing the part, since it is necessary to press the outer shell pre-made according to the external shape of the finished part on the outer layer of the turns.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение жесткости детали и упрощение ее изготовления.The task of the invention is to increase the rigidity of the part and simplify its manufacture.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления деталей вращения, включающем навивку на катушку, используемую в качестве наружной оболочки детали, в несколько слоев металлического проката, при этом в процессе навивки слои плотно прижимают друг к другу посредством прижимного ролика, в качестве материала металлического проката используют металлическую ленту, ленту предварительно профилируют, витки между собой закрепляют, а между витками ленты размещают связующий и (или) антифрикционный материал.The problem is solved in that in the known method of manufacturing rotation parts, including winding on a coil used as the outer shell of the part, in several layers of rolled metal, while in the process of winding the layers are pressed tightly against each other by means of a pressure roller, as a metal material rolled metal tape is used, the tape is pre-shaped, the coils are fixed to each other, and a binder and / or antifriction material are placed between the coils of the tape.

За счет использования в качестве проката металлической ленты, при которой свободное пространство между витками уменьшается, повышается жесткость детали. Заполнение свободного пространства между витками металлического проката связующим материалом дополнительно повышает жесткость детали, а кроме того, отпадает необходимость установки на деталь наружной оболочки, что упрощает изготовление детали. При использовании связующего материала с высокими антифрикционными свойствами отпадает необходимость в последующей операции заполнения подшипника смазкой.Due to the use of metal tape as a rental, in which the free space between the turns is reduced, the rigidity of the part increases. Filling the free space between the coils of rolled metal with a binder material additionally increases the rigidity of the part, and in addition, there is no need to install an outer shell on the part, which simplifies the manufacture of the part. When using a binder material with high antifriction properties, there is no need for the subsequent operation of filling the bearing with grease.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема осуществления способа изготовления детали, на фиг.2 - поперечное сечение катушки и прижимного валка, на фиг.3 - поперечное сечение кольца упорного подшипника, на фиг.4 - поперечное сечение кольца упорного подшипника с напрессованными металлическими кольцами, на фиг.5 - схема расположения фиксирующих гнезд на витках детали, на фиг.6 - два варианта поперечного сечения шарнирного подшипника.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of an implementation method for manufacturing a part, Fig. 2 is a cross section of a thrust bearing ring, Fig. 3 is a cross section of a thrust bearing ring, and Fig. 4 is a cross section of a thrust bearing ring with pressed metal rings, in Fig. 5 is a diagram of the location of the locking sockets on the turns of the part; in Fig. 6 are two versions of the cross section of an articulated bearing.

Бухту 1 (фиг.1) металлической ленты 2 разматывают, а ленту 2 подвергают правке правильными валками 3, затем профилируют валками 4, подвергают упрочняющей или иной термообработке ТО, подают на направляющий валок 5 и наносят на ленту необходимый материал. Валок 5 контактирует с бункером 6, в котором находится связующий (антифрикционный) материал. Поверхность направляющего валка 5 захватывает связующий (антифрикционный) материал и переносит его на поверхность лены 2. После этого осуществляют навивку ленты 2 на катушку 7, в результате чего постепенно формируется деталь 8. Для обеспечения требуемой плотности соединения витков в процессе навивки ленты 2 ее с помощью прижимного валка 9 прижимают к катушке 7.The coil 1 (Fig. 1) of the metal tape 2 is unwound, and the tape 2 is subjected to straightening by correct rolls 3, then it is profiled by rollers 4, subjected to hardening or other heat treatment THAT, it is fed to the guide roll 5 and the necessary material is applied to the tape. The roller 5 is in contact with the hopper 6, which is a binder (antifriction) material. The surface of the guide roll 5 captures the binder (antifriction) material and transfers it to the surface of the flax 2. After this, the tape 2 is wound onto the reel 7, as a result of which part 8 is gradually formed. To ensure the required density of the connection of the coils during winding of the tape 2 using the pressure roller 9 is pressed against the coil 7.

Прижим валка 9 с упорами 10 осуществляют под действием силы Р, либо с помощью механизма (не показан), регулирующего его поперечную подачу.The roller clip 9 with stops 10 is carried out under the action of the force P, or using a mechanism (not shown) that regulates its transverse feed.

Профилирующие валки 4 обрезают ленту по краям, в результате чего деталь формируется сложной формы (фиг.2). На фиг.3 показано кольцо упорного шарикового подшипника, у которого в процессе изготовления детали за счет обрезки краев ленты формируют не только внутреннюю поверхность диаметром d, наружную поверхность диаметром D и заданную высоту h, но и дорожку качения радиусом rg и даже фаски радиусом rf. Это существенно упрощает изготовление детали, так как отпадает необходимость в последующей механической обработке этих поверхностей.Profile rolls 4 cut the tape around the edges, as a result of which the part is formed of complex shape (figure 2). Figure 3 shows the thrust ball bearing ring, in which during the manufacturing process the parts by trimming the edges of the tape form not only the inner surface with a diameter d, the outer surface with a diameter D and a given height h, but also a raceway of radius rg and even bevels of radius rf. This greatly simplifies the manufacture of the part, since there is no need for subsequent machining of these surfaces.

Ленту 2 используют шириной, равной высоте изготавливаемой детали 8. В таком случае ее просто наматываю на катушку 7. Но можно применять узкую ленту, меньшую высоты детали. В последнем случае ленту изготавливают плющением круглого проката, например проволоки, валками 4 (фиг.1) или используют стандартную узкую ленту. При использовании узкой ленты для заполнения всего профиля детали при навивке ее на катушку 7 ленте сообщают дополнительное возвратно-поступательное движение вдоль профиля детали. При изготовлении детали из узкой ленты на торцах детали возникают неровности, равные ширине ленты. Поэтому при изготовлении детали из узкой ленты, как правило, необходимо закрывать эти поверхности тонкостенными оболочками или неровности этих поверхностей заполняют связующим материалом.Tape 2 is used with a width equal to the height of the workpiece 8. In this case, it is simply wound on a reel 7. But you can use a narrow tape smaller than the height of the part. In the latter case, the tape is made by flattening round rolled products, for example wire, with rolls 4 (Fig. 1) or using a standard narrow tape. When using a narrow tape to fill the entire profile of the part, when winding it onto the reel 7, an additional reciprocating motion is reported along the profile of the part. In the manufacture of parts from a narrow tape at the ends of the part, irregularities occur equal to the width of the tape. Therefore, in the manufacture of parts from a narrow tape, as a rule, it is necessary to cover these surfaces with thin-walled shells or the irregularities of these surfaces are filled with a binder.

Данный способ не исключает возможности установки на внутреннюю или наружную поверхность детали 8 металлических колец 11 и 12 (фиг.4) или даже боковых тонкостенных оболочек (не показано). Но во многих случаях это не требуется, так как усложняет изготовление детали, вызывает необходимость дополнительных затрат на изготовление таких оболочек.This method does not exclude the possibility of installing on the inner or outer surface of the part 8 metal rings 11 and 12 (Fig. 4) or even lateral thin-walled shells (not shown). But in many cases this is not required, since it complicates the manufacture of the part, and necessitates additional costs for the manufacture of such shells.

Так как витки ленты при намотке закрепляют связующим материалом, то они прочно удерживаются между собой и не требуют наличия внешних оболочек. При необходимости усилить осевую прочность сцепления между витками ленты профилирующими валками 4 формируют такой поперечный профиль ленты 2, например создают фиксирующие гнезда 13 и 14, как показано на фиг 5, что витки ленты детали 8 (фиг.2) будут связаны между собой механически в одном или в нескольких местах.Since the turns of the tape during winding are fixed with a binder material, they are firmly held together and do not require external shells. If necessary, to strengthen the axial adhesion between the turns of the tape by the forming rolls 4, they form such a transverse profile of the tape 2, for example, create locking sockets 13 and 14, as shown in Fig. 5, so that the turns of the tape of part 8 (Fig. 2) will be mechanically connected together in one or in several places.

Другим вариантом крепления витков между собой является их сварка. Например, контактную сварку осуществляют с помощью прижимного валка 9, пропуская электрический ток между лентой 2 или валком 9 и катушкой 7 (фиг.2). Под действием сварки изменяются физико-механические свойства ленты, что не всегда желательно.Another option for securing the coils to each other is their welding. For example, contact welding is carried out using a pressure roll 9, passing an electric current between the tape 2 or the roll 9 and the coil 7 (figure 2). Under the action of welding, the physical and mechanical properties of the tape change, which is not always desirable.

С целью снижения затрат на изготовление детали используют предварительно термически упрочненную ленту, что не потребует сложной термической обработки детали после ее изготовления навивкой из ленты и существенно снизит припуски на ее окончательную обработку. Чтобы в процессе сварки физико-механические свойства ленты на рабочих поверхностях детали 8 не изменялись, сварку осуществляют не по всему профилю, а на отдельных небольших участках ленты (фиг.2). Для этого на прижимном валке 9 делают кольцевые выступы 10, которыми он под действием силы Р прижимает ленту к детали 8.In order to reduce the cost of manufacturing a part, a previously thermally hardened tape is used, which does not require complex heat treatment of the part after its manufacture by winding from the tape and significantly reduces the allowances for its final processing. So that during the welding process the physicomechanical properties of the tape on the working surfaces of the part 8 are not changed, welding is carried out not along the entire profile, but on separate small sections of the tape (figure 2). To do this, annular protrusions 10 are made on the pressure roll 9, with which he presses the tape against the part 8 under the action of force P.

Профилирование ленты валками 4 позволяет изготавливать предложенным способом самые разнообразные детали, например наружные и внутренние кольца шариковых, роликовых, шарнирных подшипников и многих других деталей. В качестве примера на фиг.6 показаны два варианта поперечного профиля внутреннего кольца шарнирного подшипника. При варианте 15 профилирующими валками 4 (фиг.1) ленте придают выпуклый профиль, подвергают ТО, а при навивке (фиг.6 поз.15) плотно прижимают витки друг к другу. При варианте 16 ленте придают изогнутый профиль, радиус профиля ленты от витка к витку изменяют от прямолинейного до выпуклого, а на последнем витке делают равным заданному радиусу сферы кольца R. Свободное пространство между витками заполняют связующим материалом. Витки сваривают между собой описанным выше или иным способом, что обеспечивает по краям детали заданную прочность.The profiling of the tape by rolls 4 makes it possible to produce a wide variety of parts by the proposed method, for example, the outer and inner rings of ball, roller, spherical bearings and many other details. As an example, figure 6 shows two options for the transverse profile of the inner ring of an articulated bearing. In option 15, with profiling rolls 4 (FIG. 1), a convex profile is attached to the tape, subjected to maintenance, and during winding (FIG. 6, pos. 15), the coils are tightly pressed against each other. With option 16, a curved profile is attached to the tape, the radius of the tape profile from coil to coil is changed from rectilinear to convex, and at the last turn it is made equal to the specified radius of the sphere of the ring R. The free space between the turns is filled with a binder material. The coils are welded together as described above or in another way, which provides the specified strength along the edges of the part.

В целом использование предлагаемого способа позволяет получать более прочные детали, чем при их изготовлении традиционным способом из сплошного материала, так как известно, что волокнистые изделия имеют большую прочность, чем изделия сплошного сечения. И опорная способность рабочих поверхностей деталей, изготовленных предлагаемым способом, возрастает, так как волокна металла в данном случае располагаются вдоль рабочей поверхности, а это обеспечивает их высокую износостойкость и циклическую прочность.In General, the use of the proposed method allows to obtain more durable parts than when they are manufactured in the traditional way from a solid material, since it is known that fibrous products have greater strength than products of a solid section. And the supporting ability of the working surfaces of parts manufactured by the proposed method increases, since the metal fibers in this case are located along the working surface, and this ensures their high wear resistance and cyclic strength.

Приведем следующий пример. Требуется изготовить кольцо упорного подшипника 1118 аналогичное тому, что изображено на фиг.3. Наружный диаметр D=82,5 мм, внутренний диаметр d=65,5 мм и высота h=2,7 мм. Радиус дорожки качения rg=2,7 мм, расположен он на диаметре dg=74 мм и имеет глубину Δ=0,5 мм.We give the following example. It is required to manufacture a thrust bearing ring 1118 similar to that shown in FIG. 3. Outer diameter D = 82.5 mm, inner diameter d = 65.5 mm and height h = 2.7 mm. The radius of the raceway is rg = 2.7 mm, it is located on the diameter dg = 74 mm and has a depth Δ = 0.5 mm.

Для изготовления этой детали используем стандартную ленту нормальной точности с обрезанными кромками, светлокаленую, термообработанную, третьей прочности, толщиной 0,2 мм и шириной 3 мм (ГОСТ 2614-55) из стали 65Г (ГОСТ 1050-60). Изготавливать деталь будем по схеме, приведенной на фиг.1, витки между собой будем закреплять контактной сваркой по схеме, изображенной на фиг.2.For the manufacture of this part, we use a standard tape of normal accuracy with cut edges, light-colored, heat-treated, third strength, 0.2 mm thick and 3 mm wide (GOST 2614-55) from 65G steel (GOST 1050-60). We will produce the part according to the scheme shown in Fig. 1, we will fix the coils between each other by contact welding according to the circuit shown in Fig. 2.

Учитывая малую глубину дорожки качения, изготовим кольцо прямоугольного сечения, а дорожку качения получим на операциях окончательной обработки детали шлифованием. Между витками поместим тонкий слой твердой смазки типа дисульфида молибдена или графита или любую консистентную смазку. В таком случае не потребуется операция заполнения подшипника смазкой, а долговечность подшипника возрастет. Несложно определить, что для изготовления данной детали необходима лента общим объемом Vl=5,6 мм³ и/или длиной l=9,4 м. При навивке требуется уложить 42 витка ленты. Если укладывать ленту с частотой вращения катушки 300 об/мин, то для изготовления детали потребуется всего 8,5 сек. Тем самым обеспечивается очень высокая производительность. Коэффициент использования материала с учетом последующих шлифовальных операций составляет КИМ=0,82.Given the shallow depth of the raceway, we will produce a ring of rectangular cross section, and we will obtain the raceway in the operations of final processing of the part by grinding. Between the turns we place a thin layer of solid lubricant such as molybdenum disulphide or graphite or any grease. In this case, the operation of filling the bearing with grease is not required, and the durability of the bearing will increase. It is easy to determine that for the manufacture of this part, a tape with a total volume of Vl = 5.6 mm ³ and / or a length l = 9.4 m is required. When winding, 42 turns of tape are required. If you lay the tape with a coil speed of 300 rpm, then for the manufacture of the part it will take only 8.5 seconds. This ensures very high productivity. The utilization of the material, taking into account subsequent grinding operations, is KIM = 0.82.

Если данную деталь изготавливать традиционным способом вырубкой из листа, то коэффициент использования материала составит КИМ=0,18. Затраты на изготовление детали также будут высокие, так как потребуются изготовление вырубных штампов, трудоемкая токарная обработка заготовки и последующая энергоемкая термическая обработка.If this part is made in the traditional way by cutting from a sheet, then the material utilization factor will be KIM = 0.18. The cost of manufacturing the part will also be high, as it will require the manufacture of die cutting dies, laborious turning of the workpiece and subsequent energy-intensive heat treatment.

Из металлических нитей данную деталь изготовить можно только с применением тонкостенных оболочек, так как иначе наружная поверхность детали будет слишком неровной. Но на изготовление наружных оболочек потребуется дополнительный металл, так что коэффициент использования материала составит КИМ=0,51, т.е. на 30% больше, чем при изготовлении предложенным способом. К тому же возрастут затраты на изготовление детали, так как потребуется изготовить два вырубных и несколько штампов для формирования профиля оболочек детали, а также обеспечить их сложную термическую обработку. Жесткость изготовления детали будет существенно меньше, чем при изготовлении из ленты.This part can be made of metal threads only using thin-walled shells, since otherwise the outer surface of the part will be too uneven. But for the manufacture of outer shells, additional metal will be required, so the material utilization factor will be KIM = 0.51, i.e. 30% more than in the manufacture of the proposed method. In addition, the cost of manufacturing the part will increase, since it will be necessary to produce two punching and several dies to form the profile of the shells of the part, as well as to ensure their complex heat treatment. The rigidity of the manufacturing part will be significantly less than when manufacturing from tape.

Технико-экономическая эффективность предложенного способа обработки заключается:Feasibility study of the proposed processing method is:

1. В повышении жесткости деталей.1. In increasing the rigidity of parts.

2. В снижении затрат на изготовление деталей.2. In reducing the cost of manufacturing parts.

3. В повышении прочности деталей и увеличения износостойкости их рабочих поверхностей.3. In increasing the strength of parts and increasing the wear resistance of their work surfaces.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №301905, кл. B21C 47/00, 1971.1. USSR Copyright Certificate No. 301905, cl. B21C 47/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР №1682091, кл. B23K 20/00, 1991.2. USSR copyright certificate No. 1682091, cl. B23K 20/00, 1991.

Claims (1)

Способ изготовления деталей вращения, включающий навивку на катушку, используемую в качестве наружной оболочки детали, в несколько слоев металлического проката, при этом в процессе навивки слои плотно прижимают друг к другу посредством прижимного ролика, отличающийся тем, что в качестве металлического проката используют металлическую ленту, ленту предварительно профилируют, слои между собой закрепляют, а между слоями ленты размещают связующий и/или антифрикционный материал. A method of manufacturing rotation parts, including winding onto a coil used as the outer shell of a part into several layers of rolled metal, while during the winding, the layers are pressed tightly against each other by means of a pressure roller, characterized in that a metal strip is used as the rolled metal, the tape is pre-shaped, the layers are fixed to each other, and a binder and / or antifriction material is placed between the layers of the tape.

Images