PL198740B1 - Sposób walcowania obrabianego przedmiotu, narzędzie do walcowania oraz układ złożony z narzędzia do walcowania i obrabianego przedmiotu - Google Patents

Abstract

Do walcowania obrabianego przedmiotu na- rz edziem walcowniczym (1) z wieloma elemen- tami tocznymi (13) umieszczonymi w lo zyskach hydrostatycznych (2) tylko cz esc elementów tocznych (13) jest w przyporze z obrabianym przedmiotem, a elementy toczne (13) nie b ed a- ce w przyporze z obrabianym przedmiotem zasadniczo uszczelniaj a lo zyska hydrostatycz- ne (2). W przypadku takiego narz edzia walcow- niczego elementy toczne (13) s a rozmieszczone na powierzchni, a lo zyska hydrostatyczne (2) maj a w obszarze elementów tocznych (13) ob- wodowe uszczelnienie. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób walcowania obrabianego przedmiotu za pomocą narzędzia do walcowania z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych, narzędzie walcownicze z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w hydrostatycznych łożyskach oraz układ złożony z takiego narzędzia walcowniczego i obrabianego przedmiotu.

Przez narzędzie walcownicze z wieloma elementami tocznymi ułożyskowanymi w łożyskach hydrostatycznych rozumiane jest każde narzędzie, które służy do tego, by poprzez elementy toczne wywierać siły ściskające na obrabiany przedmiot. Należy tu wymienić zwłaszcza krążkowanie i dogniatanie rolkami. Są to technologicznie bardzo skuteczne sposoby wygładzania powierzchni, zwłaszcza na częściach metalowych, oraz umacniania warstwy zewnętrznej w celu zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej.

Do krążkowania i dogniatania rolkami stosuje się między innymi hydrostatyczne narzędzia walcownicze, jakie są opisane w EP 0 353 376 A1. Usytuowane wewnątrz, silnie obciążone kontury obrabianego przedmiotu są dla takich narzędzi przeważnie niedostępne. Przy konturach, które są tak małe i złożone, że znane narzędzia ze względu na swą wielkość nie wchodzą w obszary, które należy obrobić, trzeba przejść na inne sposoby. Ponadto narzędzia wyposażone przeważnie tylko w jedną lub w niewiele kulek lub rolek wymagają trójwymiarowego przebiegu ruchu dostosowanego dokł adnie do konturu obrabianego przedmiotu, który to przebieg musi być zobrazowany przez sterowanie maszyną. Prowadzi to do kosztownego sterowania, które przeważnie okazuje się niemożliwe do praktycznej realizacji.

Do umacniania warstwy powierzchniowej o skomplikowanych konturach w braku lepszego sposobu często stosuje się śrutowanie. Wadą śrutowania jest mała głębokość wnikania i przez to skuteczność zmniejszona w stosunku do walcowania. Ciasnota przestrzenna przy skomplikowanych konturach prowadzi poza tym często do spiętrzenia odprowadzanego, zużytego śrutu. Zmniejsza to dodatkowo skuteczność śrutowania.

Skomplikowane kontury można walcować również za pomocą wygniatających narzędzi mechanicznych lub hydrostatycznych. Proces walcowania odbywa się wtedy w punkcie działania pomiędzy rolką a powierzchnią narzędzia. Wydłużenie powierzchni obrabianego przedmiotu można osiągnąć przez dwuwymiarowy ruch narzędzia lub obrabianego przedmiotu, Należy przy tym przykładowo wymienić obrót obrabianego przedmiotu i posuw narzędzia. Przy skomplikowanych powierzchniach, jak przykładowo powierzchnie o swobodnych kształtach, nakłada się dosuw w trzeciej osi.

Czasami stosuje się również narzędzia walcownicze z wieloma hydrostatycznymi elementami tocznymi umieszczonymi na linii obwodowej narzędzia. Narzędzia takie nadają się do obróbki wewnętrznych linii kołowych, a przy posuwie narzędzia lub obrabianego przedmiotu również do obrabiania wewnętrznych powierzchni cylindrycznych. Zastosowanie takich narzędzi ogranicza się jednak do tego rodzaju celów.

Zadaniem wynalazku jest zatem opracowanie sposobu walcowania obrabianego przedmiotu narzędziem walcowniczym z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w hydrostatycznych łożyskach, które umożliwia łatwe i skuteczne obrabianie przedmiotów obrabianych. W szczególności do takiego sposobu zaproponowano narzędzie walcownicze z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych oraz układ złożony z takiego narzędzia walcowniczego i obrabianego przedmiotu.

Zadanie to zostało według wynalazku rozwiązane przez sposób walcowania obrabianego przedmiotu za pomocą narzędzia walcowniczego z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w ł o ż yskach hydrostatycznych, przy którym podczas walcowania tylko część elementu tocznego jest w przyporze z obrabianym przedmiotem, a elementy toczne nie bę d ą ce w przyporze z obrabianym przedmiotem zasadniczo uszczelniają łożyska hydrostatyczne.

Podczas gdy przy wszystkich znanych sposobach z narzędziami walcowniczymi z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych podczas całej obróbki wszystkie elementy toczne są ciągle w przyporze, podstawą wynalazku jest spostrzeżenie, że istnieją nowe możliwości wytwarzania hydrostatycznych narzędzi walcowniczych, kiedy zadba się o uszczelnienie hydrostatycznych łożysk pozostających poza przyporem. Uszczelnienie takie w prosty sposób uzyskuje się przez to, że elementy toczne nie będące w przyporze z obrabianym przedmiotem uszczelniają łożyska hydrostatyczne. Zmniejsza to znacznie koszt regulacji, ponieważ boczne części ruchome elePL 198 740 B1 mentu tocznego podczas współdziałania z obrabianym przedmiotem i elementu tocznego pozostającego poza przyporem można wykorzystać do uszczelniania łożyska hydrostatycznego.

Okazało się, że z reguły wystarcza tylko ciśnienie hydrostatyczne działające na elementy toczne, aby dociskać je do obwodowej powierzchni, która stanowi gniazdo zaworu.

Sposób według wynalazku umożliwia, by narzędzie walcownicze poruszało się liniowo lub obrotowo. Dzięki temu można obrabiać narzędziem walcowniczym dowolne powierzchnie wewnętrzne i zewnętrzne. Umieszczenie łożysk hydrostatycznych na podstawowym korpusie narzędzia można dostosować do obrabianego profilu przedmiotu. Można jednak wykonać również narzędzia walcownicze stosowane uniwersalnie, które są prowadzone na powierzchniach obrabianego przedmiotu ruchem translacyjnym i/lub obrotowym.

Korzystne odmiany sposobu według wynalazku przewidują, że przy liniowym ruchu narzędzia walcowniczego w jednym kierunku obrabiane jest wielokrotnie to samo miejsce obrabianego przedmiotu. Sposób ten umożliwia prowadzonymi kolejno przez obrabiany przedmiot elementami tocznymi obrabianie przedmiotu w obszarach ściśle usytuowanych obok siebie. Przy stosowaniu wielu elementów tocznych można również te same miejsca przedmiotu obrabiać wiele razy różnymi elementami tocznymi tego samego narzędzia. Pozwala to również na polepszenie jakości walcowania przez zwiększenie wymiarów narzędzia lub liczby elementów tocznych.

Zadanie wynalazku zostało również rozwiązane przez narzędzie walcownicze z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych, gdzie te elementy toczne są rozmieszczone na płaszczyźnie.

Podczas gdy w znanych narzędziach walcowniczych elementy toczne są umieszczone na prostej linii obwodowej, w narzędziu walcowniczym według wynalazku przewidziano, że elementy toczne są rozmieszczone na powierzchni narzędzia walcowniczego, aby w jednym przejściu roboczym móc obrabiać nie tylko jedną linię, ale również płaszczyznę obrabianego przedmiotu.

Korzystne jest, kiedy powierzchnia jest wykonana łukowo w co najmniej jednym kierunku. Powierzchnia ta daje się zatem dopasować do konturu obrabianego przedmiotu lub umożliwia optymalne sprzężenie pomiędzy narzędziem a obrabianym przedmiotem, którym łatwiej jest sterować.

Powierzchnia, na której rozmieszczone są elementy toczne, może również mieć wklęsłe lub wypukłe zagięcia, przy czym korzystnie w obszarze tych zagięć umieszczone są elementy toczne. Umożliwia to indywidualne dopasowanie narzędzia walcowniczego do specjalnych przedmiotów obrabianych i ich optymalną obróbkę.

Elementy toczne mogą być umieszczone na narzędziu walcowniczym na liniach równoległych lub na równoległych liniach obwodowych. Korzystnie jest jednak, jeżeli elementy toczne usytuowane jeden za drugim w kierunku obróbki są przestawione o pewien wymiar. Przestawienie elementów tocznych powoduje to, że nie walcuje się wiele razy tego samego miejsca obrabianego przedmiotu, ale obrabia się usytuowane ściśle jedno za drugim miejsca obrabianego przedmiotu, aby w miarę możliwości obrobić równomiernie powierzchnię.

Jeżeli liczba elementów tocznych umieszczonych w hydrostatycznych łożyskach na narzędziu walcowniczym przekracza pięć wraz z łożyskami zasilanymi płynem hydraulicznym, ilość płynu hydraulicznego potrzebnego przy walcowaniu zwiększa się tak, że nie jest już możliwe skuteczne obrabianie. Dlatego według wynalazku zaproponowano, aby w narzędziach walcowniczych z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych łożyska te miały w obszarze elementów tocznych zawsze obwodowe uszczelnienie.

Przy znanych łożyskach hydrostatycznych doprowadzanie płynu hydraulicznego można było przerywać razem dla wszystkich łożysk. Indywidualna regulacja doprowadzania płynu hydraulicznego do poszczególnych łożysk była jednak niemożliwa. Wynalazek przewiduje natomiast, że w obszarze elementów tocznych przewidziane jest obwodowe uszczelnienie. Usytuowane w tych miejscach uszczelnienie umożliwia otwieranie lub zamykanie uszczelnienia przez boczny ruch elementów tocznych. Bez dodatkowego sterowania lub regulacji można więc otwierać lub uszczelniać łożysko hydrostatyczne przez współdziałanie pomiędzy elementami tocznymi a obrabianym przedmiotem.

Korzystne jest, kiedy łożyska hydrostatyczne mają szczelinę uszczelniającą, która ma tak dobrane wymiary, że działa jak dławik hydrauliczny. Ta szczelina uszczelniająca ma jako swe główne zadanie umożliwiać lub powstrzymywać przepływ płynu hydraulicznego. Wykonanie w postaci dławika hydraulicznego ma tę zaletę, że nawet przy otwartej szczelinie uszczelniającej tylko ograniczona przez działanie dławiące ilość płynu hydraulicznego przedostaje się przez tę szczelinę uszczelniającą, aby dostać się do obszaru pomiędzy narzędziem lub elementem tocznym a obrabianym przedmiotem.

PL 198 740 B1

Zmniejsza się przez to również ilość płynu hydraulicznego wydostającego się przez wiele łożysk hydrostatycznych.

Zadanie wynalazku zostało również rozwiązane przez układ złożony z narzędzia walcowniczego z wieloma elementami tocznymi umieszczonymi w łożyskach hydrostatycznych oraz z obrabianego przedmiotu, w którym część elementów tocznych wystaje poza łożyska hydrostatyczne na wymiar odpowiadający odstępowi pomiędzy łożyskami hydrostatycznymi a obrabianym przedmiotem, a druga część wystaje poza łożyska hydrostatyczne na większy wymiar.

Przy takim układzie położenie elementu tocznego zmienia się w zależności od tego, czy jest on w przyporze z obrabianym przedmiotem, czy też nie. Umoż liwia to wykorzystywanie poło ż enia elementu tocznego do uszczelniania i regulacji dławika. Przy szczególnie mocnym przyleganiu pomiędzy elementami tocznymi a obrabianym przedmiotem dławiki pomiędzy łożyskami hydrostatycznymi a elementami tocznymi otwierają się szeroko, przez co wypł ywa wiele pł ynu hydraulicznego. Przy mniejszym docisku pomiędzy elementami tocznymi a obrabianym przedmiotem dławiki otwierają się tylko niewiele, tak że tylko stosunkowo mała ilość płynu hydraulicznego opuszcza łożysko hydrostatyczne. Kiedy wreszcie elementy toczne nie są już w przyporze do obrabianego przedmiotu, dławik jest zamykany i uszczelnia korzystnie całkowicie wypływ płynu hydraulicznego.

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzie według wynalazku w przekroju wzdłuż linii zaznaczonej na fig. 2, fig. 2 - narzędzie według wynalazku w widoku z góry ze schematycznie pokazanym przedmiotem obrabianym, fig. 3 - narzędzie z fig. 2 w widoku z boku, fig. 4 - schematycznie szczegół z fig. 2, fig. 5 - schematycznie działanie łożysk hydrostatycznych, fig. 6 - schematycznie łukowe narzędzie w widoku z boku, fig. 7 - łukowe narzędzie z fig. 6 w widoku z góry, a fig. 8 przedstawia schematycznie narz ę dzie z zasadniczo pł aską powierzchnią.

Przedstawione na rysunku walcownicze narzędzia 1, 50 i 60 mają wiele hydrostatycznych łożysk 2-11, które są umieszczone w korpusie 12 narzędzia. W tych łożyskach hydrostatycznych jako elementy toczne umieszczone są kulki 13-22. Obwiednia kulek 13-22 jest zbliżona do schematycznie zaznaczonego konturu 23 obrabianego przedmiotu. Ten kontur 23 obrabianego przedmiotu pokazuje, że w elementy toczne 13-22 wyposażone są tylko te obszary narzędzia 1, w których wymagana jest obróbka konturu 23 obrabianego przedmiotu.

Hydrostatyczne łożyska 2-11 są połączone z centralną komorą 24 dostarczającą płyn, tak że wszystkie łożyska hydrostatyczne 2-11 są jednakowo zaopatrywane w płyn hydrauliczny.

Elementy toczne są usytuowane w odstępie a od siebie. Odstęp ten jest określony zasadniczo przez wielkość elementów tocznych 13-22 i przez potrzebną stabilność korpusu 12 narzędzia.

Na długości L narzędzia 1 zastosowano dużą liczbę podobnych konstrukcji. Elementy toczne 13-22 nie są jednak umieszczone jeden za drugim, ale pomiędzy kolejnymi płaszczyznami są przestawione z odstępem bocznym b, jak pokazano na fig. 4. Korpus 12 narzędzia jest wyposażony w mocują cy trzpień 25, który tworzy połączenie z obrabiarką (nie pokazano). Obrabiarka ta przy opisanym narzędziu 1 wykonuje jedynie liniowy ruch tam i z powrotem, jak zaznaczono strzałką 26 na fig. 2, aby obrabiać przedmiot obrabiany 27 na całej jego długości I. Każdy korpus toczny 13-22 pozostawia przy tym ślad równoległy do kierunku 26 ruchu narzędzia 1. Przy postępie obróbki narzędzie 1 wykonuje przy swym ruchu wzdłużnym 26 pewną liczbę śladów w odstępie b. Przy założeniu wystarczającej liczby płaszczyzn z kulkami cała obrabiana powierzchnia przedmiotu obrabianego 27 jest pokryta śladami w odstępie b, a więc jest całkowicie obrobiona. Jeżeli narzędzie 1 ma podwójną długość, wówczas w jednym przejściu można przeprowadzić podwójną obróbkę pożądaną ze względu na niezawodność procesu.

Na fig. 2 wyraźnie pokazano, że elementy toczne umieszczone są na liniach przebiegających ukośnie względem osi wzdłużnej narzędzia 1. Wynika z tego przestawienie b, które prowadzi do płaskiej obróbki przedmiotu obrabianego 27. Taki sam efekt można uzyskać również przez to, że elementy toczne są umieszczone na liniach, które przebiegają równolegle do osi wzdłużnej narzędzia, kiedy narzędzie poruszane jest nieco ukośnie względem zaznaczonego kierunku 26 ruchu. Przez ustawienie skośnego położenia narzędzia 1 względem kierunku 26 ruchu można dowolnie zmieniać odstęp b, aby przedmiot obrabiany można było obrabiać na liniach ciasno umieszczonych obok siebie i/lub obrabiać wielokrotnie w jednym przejściu.

Na fig. 2 i 3 pokazano, że długość L narzędzia jest wielokrotnością długości I obrabianego przedmiotu. Oznacza to, że duża liczba elementów tocznych nie jest w przyporze, ale pracuje zawsze tylko mała liczba elementów tocznych. Rozwiązania takiego nie da się zrealizować w przypadku naPL 198 740 B1 rzędzia według stanu techniki, ponieważ elementy toczne nie będące w przyporze umożliwiają swobodny wypływ płynu pod ciśnieniem. W obszarach narzędzia usytuowanych poza obrabianym przedmiotem powoduje to tak dużą stratę płynu, że wspólne dla wszystkich elementów tocznych doprowadzanie ciśnienia przez komorę 24 nie jest wystarczające.

Według wynalazku elementy toczne 13, 14 przedstawione schematycznie na fig. 5 są ułożyskowane tak, że w stanie spoczynkowym we współdziałaniu z korpusem 12 narzędzia spełniają zadanie zaworów. Elementy toczne 13, 14 są trzymane w otworach 28, 29 korpusu 12 narzędzia tak, że są one przez zewnętrzny kontur 30 korpusu 12 narzędzia wysunięte na wymiar e. Element toczny 13 lub 14 i otwór 28 lub 29 są tak do siebie dopasowane, że powstaje niewielka obwodowa uszczelniająca szczelina 31 lub 32. Gniazdo 33 lub 34 zaworu utworzone jako obwodowy kołnierz uniemożliwia wypadnięcie elementu tocznego 13 lub 14 z korpusu 12 narzędzia, a obwodowy kołnierz 35 lub 36 uniemożliwia wpadnięcie elementu tocznego 13 lub 14 w wewnętrzną komorę 24 narzędzia 1.

Ciśnienie cieczy działające w otworach 28, 29, zaznaczone na fig. 5 strzałkami 37 lub 38, wytwarza hydrauliczną siłę 39 lub 40, która jest zwrócona do gniazda 33 zaworu lub do obrabianego przedmiotu 41. W ten sposób siła hydrauliczna na elemencie tocznym 13 zapewnia szczelne zamykanie otworu 28 i uniemożliwia przez to stratę płynu hydraulicznego w stanie spoczynkowym elementu tocznego 13.

Jeżeli element toczny 14 przy liniowym ruchu 26 narzędzia 1 napotka obrabiany przedmiot 41, wówczas element ten zostaje podniesiony przez obrabiany przedmiot 41 i jak poprzednio istniejąca siła hydrauliczna w otworze 29 dociska element toczny 14 teraz do powierzchni 42 obrabianego przedmiotu. Zaznaczona strzałką 40 siła płynu hydraulicznego wytwarza duże naprężenia ściskające w powierzchni 42 obrabianego przedmiotu, które powodują plastyfikację warstwy brzegowej i pożądane jej odkształcenie.

Uszczelniająca szczelina 31 lub 32 ma takie wymiary, że działa ona jako dławik hydrauliczny i tylko niewielka ilość cieczy, zaznaczona strzałką 43, może uchodzić z komory ciśnieniowej. Z jednej strony więc niezbędne ciśnienie do wytworzenia siły walcowania jest utrzymywane w komorze, a z drugiej strony elementy toczne 14 mogą obracać się praktycznie bez tarcia w otworze 29. W ten sposób element toczny 14 może obtaczać się po powierzchni 42 obrabianego przedmiotu, aż dojdzie do końca obrabianego przedmiotu i element toczny 14 na skutek działania siły hydraulicznej będzie mógł znów wysunąć się do położenia spoczynkowego przedstawionego na elemencie tocznym 13.

Do obrabianych przedmiotów z rowkami w kształcie łuku okręgu przewidziane jest narzędzie 50 pokazane na fig. 6 i 7. Przy tym narzędziu czynny obszar 51 narzędzia 50 wykonany jest nie prostoliniowo, ale jako segment łuku okręgu. Ruch 52 obróbki przebiega przy tym nie liniowo, ale po okręgu lub po wycinku okręgu. Dzięki temu można obrabiać łukowo ukształtowane powierzchnie na obrabianym przedmiocie 53 na długości I obrabianego przedmiotu 53.

Dalszą postać realizacji narzędzia walcowniczego przedstawiono na fig. 8. W przypadku tego narzędzia walcowniczego korpus 61 narzędzia obraca się zgodnie z kierunkiem strzałki 62 wokół osi 63. Korpus 61 narzędzia ma płaszczyznę 64, na której umieszczono spiralnie wiele elementów tocznych 65.

Obrabiany przedmiot 66, narysowany linią przerywaną, poruszany jest ruchem posuwisto-zwrotnym zgodnie z kierunkiem strzałki 67 wzdłuż narzędzia tak, że boczna powierzchnia 68 obrabianego przedmiotu 66 jest obrabiana za pomocą obrabiarki 60, a zwłaszcza elementów tocznych 65 podobnie jak tarczą polerowniczą.

Na skutek ruchu posuwisto-zwrotnego obrabianego przedmiotu i obrotowego ruchu narzędzia boczna powierzchnia 68 obrabianego przedmiotu 66 jest obrabiana pełnopłaszczyznowo.

Claims (10)

1. Sposób walcowania obrabianego przedmiotu (27) za pomocą narzędzia walcowniczego (1) z wieloma elementami tocznymi (13) umieszczonymi w hydrostatycznych łożyskach (2), znamienny tym, że podczas walcowania tylko część elementów tocznych (13) jest w przyporze z obrabianym przedmiotem (27), a elementy toczne (13) nie będące w przyporze z obrabianym przedmiotem (27) zasadniczo uszczelniają hydrostatyczne łożyska (2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że narzędzie walcownicze (1) poruszane jest liniowo lub obrotowo.

PL 198 740 B1

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przy liniowym ruchu narzędzia walcowniczego (1) w jednym kierunku (26) obrabiane jest więcej niż to samo miejsce obrabianego przedmiotu (27).

4. Narzę dzie walcownicze (1) z wieloma elementami tocznymi (13) umieszczonymi w ło ż yskach hydrostatycznych (2), znamienne tym, że elementy toczne (13) są rozmieszczone na powierzchni.

5. Narzędzie walcownicze według zastrz. 4, znamienne tym, że powierzchnia ta jest wykonana łukowo w co najmniej jednym kierunku.

6. Narzędzie walcownicze według zastrz. 4 albo 5, znamienne tym, ż e powierzchnia ta jest wykonana jako zagięta w co najmniej jednym kierunku.

7. Narzędzie walcownicze według zastrz. 4-6, znamienne tym, że w kierunku (26) obróbki umieszczone jeden za drugim elementy toczne (13) są przestawione o wymiar b.

8. Narzę dzie walcownicze (1) z wieloma elementami tocznymi (13) umieszczonymi w hydrostatycznych łożyskach (2), znamienne tym, że hydrostatyczne łożyska (2) w obszarze elementów tocznych (13) mają obwodowe uszczelnienie (32).

9. Narzędzie walcownicze (1) według zastrz. 8, znamienne tym, że hydrostatyczne łożyska (2) mają szczelinę uszczelniającą, która ma takie wymiary, że działa jako dławik hydrauliczny.

10. Układ złożony z narzędzia walcowniczego (1) z wieloma elementami tocznymi (13) umieszczonymi w hydrostatycznych łożyskach (2) i z obrabianego przedmiotu (39), znamienny tym, że część tocznych elementów (13) w zależności od odstępu pomiędzy hydrostatycznym łożyskiem a obrabianym przedmiotem (39) wystaje poza hydrostatyczne ł o ż ysko (2), a druga część wystaje poza hydrostatyczne łożysko dalej niż wymieniony wymiar.