Способ изготовления спирали шнека

Область техники

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована при изготовлении спиралей шнеков из полимерного материала.

Предшествующий уровень техники

Известен способ изготовления изделий с винтовой поверхностью, при котором витки формируют обкаткой под давлением по модели с получением кольца, например, в виде пояса сфероида, затем кольцо разрезают и растягивают на величину шага витка. (Патент RU °2063825, от 05.03.94г.)

Известен способ изготовления спирали шнека из прутка, включающий операцию нагрева заготовки, навивки заготовки в спираль и профилирования витков шнека прокаткой валками. (SU JV°535997, публ.25.1 1.76, бюллетень >43).

Недостатком известного способа является сложность процесса и высокая стоимость изделия.

Известен способ изготовления спирали шнека из полосы, включая прокатку полосы с переменной по ширине степени деформации. (SU N2546139, публ.15.08.82, бюллетень N230). Перед прокаткой полосу нарезают в поперечном направлении в зоне ее наименьшей деформации при прокатке, преимущественно на участке, равном 2/3-3/4 ее ширины. Далее полосу подвергают прокатке в валках с трапецеидальным зазором, осуществляя изменяющуюся по ширине полосы деформацию. Оставшаяся часть, а именно, перемычка попадает в зону наибольшей деформации при прокатке и утоняется и уплотняется. При отводе готовой спирали с придания ей заданного шага перемычка ломается под действием собственного веса спирали. (SU N2546139, публ.15.08.82, бюллетень JN230).

Недостатком способа является низкая производительность процесса, высокая материалоемкость и высокая стоимость изделия. известен способ изготовления изделий с винтовой поверхностью, включая формирование витков из тонколистового металла обработкой давлением, причем, витки формируют обкаткой под давлением по модели с получением кольца, например, в виде пояса сфероида, затем кольцо разрезают и растягивают на величину шага витка (Пат. RU N° 2063825).

Известен способ изготовления из полосы изделий с винтовыми ребрами, при котором заготовку в виде полосы сгибают вдоль продольной оси до наложения одной части на другую, а затем формируют спираль навивкой на оправку виток к витку (Пат. RU N° 1754273.).

Недостатком этого технического решения является трудность изготовления шнеков с большой поверхностью пера шнека и сложность необходимой оснастки, поскольку необходимо изначально формировать перо шнека, а только потом приваривать его к валу.

Известен способ получения спирали для шнека, включающий вырезание заготовки в виде металлической полосы прямоугольного сечения и ее дальнейшее формирование в спираль, путем прокатки в специальных валках (SU jsr«671899, публ. 05.07.1979; > 1696072, публ. 07.12.1991 ; ЛЬ 1754273, публ. 15.03.1992).

Недостатком известных способов является их высокая трудоемкость, необходимость использования для изготовления спирали сложного и дорогостоящего оборудования, энергоемкость производства.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления спирали геликоидального шнека, согласно которому из листа исходного материала вырезают кольцевые заготовки, в каждой из которых выполняют радиальный разрез, по линиям разреза кольца последовательно жестко соединяют между собой, после чего из полученного полуфабриката, путем его равномерного растяжения вдоль продольной оси с заданным шагом, формируют спираль, которую приваривают к валу (Пат. RU N°2287391, публ. 10.01.2006). Недостатком известного способа является большая материалоемкость конечного продукта спирали, так как часть материала, которую вырезают из центральной области заготовки, в дальнейшем не используют, и она идет в отходы. В зависимости от размеров шнека, отходы могут составлять 30-50% исходного материала. Учитывая, то, что спирали для шнеков изготавливают, как правило, из дорогих материалов, (нержавеющая сталь, цветные металлы и т.д.) такие значительные потери материала имеют большое значение, т.к. увеличивают стоимость конечного изделия.

Раскрытие полезной модели

В основу полезной модели поставлена задача уменьшение стоимости изделия, путем снижения материалоемкости, при повышении его надежности и долговечности, а также расширения функциональных возможностей изделия.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления спирали шнека, при котором формируют кольца спирали после чего из полученного полуфабриката, путем его равномерного растяжения с заданным шагом вдоль продольной оси, формируют спираль, согласно полезной модели в качестве материала спирали используют износостойкий полимерный материал, а кольца спирали формируют из цилиндрической заготовки, путем обработки в размер внешнего и внутреннего диаметров спирали с образованием сквозного отверстия вдоль оси цилиндрической заготовки, затем под углом 0,5-3 градуса к оси заготовки выполняют надпил глубиной равной радиусу заготовки, закрепляют заготовку и придают ей одновременно вращательное движение со скоростью (0,1-5) об/мин и поступательное перемещение со скоростью подачи (10-1000) мм/мин в направлении режущего инструмента с образованием колец спирали, и последующим нагревом спирали до температуры (100-200)°С, после этого формируют спираль, путем равномерного растяжения вдоль продольной оси на оправке и фиксации при этом на ней витков спирали, далее закрепленную спираль охлаждают до комнатной температуры, затем снова нагревают до температуры (50-75) ОС и снова охлаждают до комнатной температуры.

Результатом полезной модели является низкая материалоемкость. Снижение материалоемкости достигается за счет повышения коэффициента 5 использования материала спирали шнека, при сохранении высокого качества изделия. Расширение функциональных возможностей достигается за счет возможности использования спирали для изготовления как обычного шнека, так и гибкого, а также, использования в качестве износостойкой накладки на любой шнек (гибкий или обычный). Надежность и долговечность изделий ю повышается за счет повышения износостойкости и устойчивости к химическим воздействиям.

Нагрев колец спирали до температуры (100-200)°С и повторный нагрев спирали до температуры (50-75)°С с медленным охлаждением до комнатной температуры позволит устранить действие эффекта памяти материала, 15 обеспечит наилучшее формирования лопасти шнека за счет ликвидации остаточных деформаций, что повышает надежность и качество изделия.

Лучший вариант осуществления полезной модели

Для изготовления спирали со следующими параметрами: внешний диаметр 100 мм, внутренний диаметр 35 мм, шаг спирали 95 мм, толщина пера: 8 мм, 20 длина спирали 1400 мм используют цилиндрическую заготовку из высокомолекулярного полиэтилена длинною 140 мм, диаметром 118 мм. На токарном станке по оси заготовки просверливают отверстие диаметром 48 мм. Затем дисковой пилой с числовым программным управлением, установленной под углом 2 градуса к оси заготовки, делают пропил на глубину 35-36 мм. 25 Пропил выполняют, придавая заготовке вращательное движение со скоростью 3 об/мин с одновременным поступательным перемещением в направлении дисковой пилы со скоростью 15 мм/мин. После выполнения пропила заготовку помещают в печь, выдерживают в течение 30 минут при температуре (95-100) °С, извлекают из печи и надевают на цилиндрическую оправку длиной 1500 мм, зо диаметром 30-35 мм. Заготовку растягивают и фиксируют на оправке на оправке. Оставляют остывать до комнатной температуры. Затем, не снимая с оправки, снова помещают в печь, выдерживают при температуре от (50-100)°С в течение 30 мин и позволяют медленно остыть до комнатной температуры. Скорость вращательного и поступательного движения заготовки определяется необходимой толщиной витков.

Промышленная применимость

Наиболее успешно предлагаемый способ может быть использован при изготовлении спиралей шнеков из полимерного материала, в частности, для машин сельскохозяйственного назначения и в промышленности. Возможно также использовать заявленную технологию при изготовлении спирали как для обычного шнека, так и гибкого, а также, использовать в качестве износостойкой накладки на любой шнек (гибкий или обычный). Использование предлагаемого технического решения, по сравнению с существующими, позволит снизить материалоемкость изделий, повысить качество, надежность, долговечность изделия, расширить функциональные возможности его использования, а также способ изготовления позволит применить материалы, имеющие лучшие функциональные характеристики, чем использовавшиеся ранее для тех же целей.