Устройство станка «Торсиона» своими руками
Торсировка — это продольное скручивание прутка (либо нескольких прутков одновременно), является одной из распространенных операций художественной ковки. С ее помощью можно изготавливать привлекательные кузнечные узоры. Поэтому станок «Торсион» (или отдельный узел «Торсион») часто входит в арсенал оборудования современных кузниц.
Оглавление
Сущность операции и ее возможности
В ходе продольного скручивания пруток подвергается винтообразному переплетению оси, причем многократному. Поскольку напряженное состояние кручения характеризуется преобладанием напряжений сдвига, к которым макроструктура металла особенно критична, то далеко не все заготовки, даже при совершенном, с технической точки зрения, станке, способны выдержать торсировку без трещинообразования.
Горячая торсировка имеет ряд преимуществ: пластичность разогретого металла повышается, сопротивление деформированию, наоборот, понижается. Следовательно, снижаются нагрузки на привод станка. Во многих случаях (скручивание мягких металлов и сплавов, малоуглеродистых сталей и т.п.) можно выполнять операцию усилием самого кузнеца. Таким способом можно успешно деформировать прутки некруглого поперечного сечения, у которых пластический момент сопротивления различен по разным осям.
Вместе с тем горячее деформирование сопровождается образованием окалины, которую на готовых полуфабрикатах удалить довольно сложно. Кроме того, в процессе продольного скручивания возможно залипание отдельных зон заготовки, что препятствует дальнейшей работе над изделием, например, формированию двойной спирали.
С точки зрения возможности получения брака, ручная торсировка безопаснее, поскольку в противном случае можно «перекрутить» заготовку. Станок «Торсион» с электроприводом в таком случае следует оснащать недешевыми шаговыми двигателями, которые в состоянии останавливать вращение заготовки после определенного числа оборотов.
Типичные виды брака при выполнении данной операции представлены на рис. 1.
Таким образом, выбор способа выполнения данной кузнечной операции следует производить с учетом пластичности металла (использовать преимущественно горячекатаный прокат малоуглеродистых сталей), скорости скручивания (с ростом динамики процесса напряжения в материале увеличиваются), а также способа закрепления заготовки.
Устройство «торсион»
Данный узел унифицируется с прочими элементами универсального станка для холодной или горячей ковки. Приспособление включает в себя:
- Полый патрон с любым способом зажима прутка — с помощью трех/двух кулачков, цанги, резьбы и т.д.
- Каретку, на которой устанавливается сменный зажимной узел. с неподвижным зажимным узлом, который предназначен для фиксации противоположного торца прутка.
- Собственно, зажимной узел с подвижными захватами шарикового, или клинового типа.
- Ползуна, который, перемещаясь по направляющим станины, обеспечит торсировку прутков разной длины.
- Станины, на которой монтируются все устройства, перечисленные выше.
- Приводной рукоятки или штурвала — для ручного приспособления.
- Пульта управления электродвигателем — для механизированного варианта.
Общий вид такого приспособления приведен на рис. 2
Как видно из рисунка, универсальность оснастки обеспечивается наличием посадочных мест под различные захваты, учитывающие диаметр прутка, поскольку универсальность патрона обеспечивается его конструкцией. Все габаритные размеры приспособления предварительно просчитываются с учетом способности выполнить скручивание заготовок с определенными диаметром и длиной.
Для надежного направления предусматривается посадка патрона в подшипнике скольжения, который размещается в правой части станины. Лучше, если в ее верхней части расположить несколько отверстий для подачи смазки к точкам фрикционного контакта патрона с подшипником. Рукоятку или штурвал насаживают на консольную часть патрона по горячепрессовой посадке (чтобы исключить проскальзывание под нагрузкой), либо прорезать на торце патрона шлицевые пазы, в которые будет заводиться рукоятка.
Подвижная каретка, на которой монтируется узел зажима пассивной части прутка, стоит выполнять с направляющими, для которых можно приспособить соответствующий узел от списанного токарного станка, например, ТВ-4. Зажим производится применением пары стандартных эксцентриковых захватов: это обеспечивает равномерность зажима. Для снижения износа захватов иногда предусматривают разрезную втулку из нормализованной среднеуглеродистой стали, которая будет обжимать пруток: ее заменить легче, чем сами захваты.
Некоторой доработки потребует патрон: в нем необходимо получить сквозное отверстие, предназначенное для ввода прутка в зону деформирования. Можно обойтись и без этого, но в таком случае приспособление будет обладать ограниченной функциональностью.
Станину можно сварить из толстостенных профильных труб, либо использовать швеллер подходящего по габаритам размера.
Изготовление приспособления «Торсион» целесообразно при больших объемах производства данной операции.
Способы изготовления станка «Торсиона»
Имеет смысл изготавливать такой станок для выполнения не только торсировки, но и других технологических переходов художественной ковки. В этом случае изменяются продольные габариты станка, поскольку продольное скручивание удобнее всего выполнять при исходном горизонтальном расположении прутка.
К вопросу оснащения станка электроприводом следует подходить крайне осторожно. Даже малооборотистый электродвигатель потребует объемной червячной передачи, что будет сопровождаться необоснованной потерей мощности и КПД. Поэтому, если принято решение об изготовлении станка «Торсион» своими руками, то наиболее целесообразными вариантами будут два:
- Использование шагового двигателя;
- Применение сельсин-мотора.
Главная особенность шагового двигателя заключается в том, что полный оборот его ротора выполняется за четыре шага, для чего напряжение на обмотки статора подается попарно. Управление такими двигателями производится с использованием принципа микрошага, когда питание на обмотки осуществляется по синусоидальной кривой. Для электропитания станка «Торсион» вполне подойдет шаговый двигатель, который имеет постоянный магнит, поскольку в этом случае будет обеспечен точный поворот патрона на угол 45-900, чего чаще всего и требуется при торсировке.
Момент М, необходимый для скручивания прутка, определяется с учетом его момента инерции:
М = (mr2)ω/2, где:
m — масса той части прутка, которая пребывает в зоне пластической деформации;
r — радиус поперечного сечения прутка;
ω — желаемая угловая скорость поворота патрона.
С другой стороны
М = 0,8σтW, где
σт — предел пластичности материала по касательным напряжениям;
W — момент сопротивления (для круглого сечения W = 0,2d3).
Из двух значений М выбирают наибольшее, и по нему устанавливают мощность шагового двигателя (с учетом запаса по мощности 20-30%, который учитывает инерцию материала и потери мощности в приводе).
Сельсинные приводы применять в самодельных станках для художественной ковки нецелесообразно, поскольку управление ими весьма сложно.
Прочие элементы для станка «Торсион» выбираются из тех же соображений, что и описанные ранее.
Общий вид станка представлен на рис. 3.
Интересные видео по теме представлены здесь:
и
Для обсуждения и дополнения материалов статьи собственным практическим опытом просьба оставлять содержательные комментарии.
