PL204023B1 - Narzędzie do walcowania gwintu i sposób walcowania gwintu - Google Patents

Abstract

Narzędzie do walcowania gwintu z odcinkiem przyporu z kilkoma zębami profilowymi do wykonywania rowków gwintowych na zewnętrznej stronie obrabianego elementu o symetrii obrotowej, a zwłaszcza rury albo odcinka rurowego, charakteryzuje się tym, że pierwszy wchodzący w przypór w procesie walcowania ząb profilowy (14.1) jest wykonany całkowicie bez ewentualnie przewidzianej fazy, a osiowa rozciągłość (a) odcinka przyporu (12) odpowiada pojedynczemu skokowi krążka.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do walcowania gwintu i sposób walcowania gwintu, w którym stosuje się narzędzie do walcowania gwintu.

Wykonywanie gwintu, a zwłaszcza gwintu zewnętrznego, na obrabianym elemencie o symetrii obrotowej, na przykład na rurze albo odcinku rurowym, polega zwykle na walcowaniu gwintu. W ramach tej bezwiórowej obróbki plastycznej na zimno, tworzywa metalowe doprowadza się do płynięcia z zastosowaniem ciśnienia w ich sieci krystalicznej i prasuje w kształt nadany przez zastosowane narzędzia. Przy tym wysokość ciśnienia, które jest konieczne do obróbki plastycznej, zależy po pierwsze od fizycznych właściwości materiału obrabianego elementu, takich jak wytrzymałość, sprężystość, rozciągliwość, i tym podobne, a po drugie ciśnienie wymagane do obróbki plastycznej określa się geometrycznymi parametrami obróbki plastycznej i wynikającą stąd możliwością swobodnego płynięcia.

Przy tym należy mieć na uwadze, że wydrążone bryły, a więc na przykład rura albo odcinek rurowy, na których należy walcować gwint, w zależności od grubości ich ścianek prasuje się sprężyście za pomocą siły występującej przy walcowaniu, a w przypadkach ekstremalnych także plastycznie owalnie. Zwłaszcza z uwagi na fakt, że z punktu widzenia oszczędności materiałowej i ciężaru wciąż jest pożądane możliwie daleko idące zmniejszenie grubości ścianek, istnieje przy tym ryzyko plastycznego, owalnego odkształcenia, które oczywiście jest niepożądane.

W celu uniknię cia tych problemów znane jest ze stanu techniki wprowadzanie do wydrążonej bryły odpowiedniego trzpienia w celu uniknięcia nadmiernego odkształcenia plastycznego. Takie środki nie zawsze jednak prowadzą do pożądanego wyniku, ponieważ występuje efekt polegający na tym, że siła walcowania nie tylko odciska na obrabianym elemencie wymagany profil gwintu, lecz także ścianki wyciskają się z siebie plastycznie i powodują szybkie roztłaczanie średnicy obrabianego elementu, co może prowadzić do pękania obrabianego elementu. Stąd wobec zadania ustalenia minimalnej grubości ścianki możliwość polega w istocie na dobraniu siły walcowania w taki sposób, aby była ona odpowiednia do walcowania gwintu, a jednocześnie była mniejsza niż maksymalna sprężysta siła oporu obrabianego elementu.

Wobec opisanej sytuacji i narzędzi do walcowania gwintów, które są znane jako przedmioty do wykorzystania wstępnego, oraz wobec znanych sposobów, w których stosuje się te narzędzia do walcowania gwintów, u podstaw wynalazku leży zadanie opracowania narzędzia do walcowania gwintu i sposobu, w którym stosuje się narzędzie do walcowania gwintu, dzięki którym można walcować z wystarczającą niezawodnością gwinty na wydrążonych bryłach o symetrii osiowej i z mniejszą grubością ścianki niż było to dotychczas znane i możliwe.

Narzędzie do walcowania gwintu, z odcinkiem przyporu z kilkoma zębami profilowymi, do wykonywania rowków gwintowych w obrabianym elemencie o symetrii obrotowej, a zwłaszcza w rurze albo odcinku rurowym, charakteryzuje się według wynalazku tym, że pierwszy wchodzący w przypór w procesie walcowania ząb profilowy jest wykonany całkowicie bez ewentualnie przewidzianej fazy, a osiowa rozciągłość odcinka przyporu odpowiada pojedynczemu skokowi krążka.

Korzystnie, co najmniej jeden ząb profilowy jest przynajmniej częściowo poszorstkowany.

Korzystnie, zęby profilowe połowy odcinka przyporu, wchodzącej najpierw w przypór, są poszorstkowane.

Korzystnie, uśredniona głębokość poszorstkowania poszorstkowanych zębów wynosi około 10 μm, przy czym zwłaszcza arytmetyczna środkowa wartość poszorstkowania poszorstkowanych zębów profilowych wynosi około 12,5 μm.

Sposób walcowania gwintu, w którym stosuje się narzędzie do walcowania gwintu z odcinkiem przyporu z kilkoma zębami profilowymi, do wykonywania rowków gwintowych w obrabianym elemencie o symetrii obrotowej, polega według wynalazku na tym, że pierwszy wchodzący w przypór w procesie walcowania ząb profilowy wykonuje się całkowicie bez ewentualnie przewidzianej fazy, przy czym osiowa rozciągłość odcinka przyporu odpowiada pojedynczemu skokowi krążka, przy czym zwłaszcza stosuje się trzpień wewnętrzny, a luz pomiędzy trzpieniem wewnętrznym i obrabianym narzędziem wynosi od około 0,3 do 0,6 mm.

Korzystnie, początek procesu walcowania prowadzi się z mniejszą prędkością niż dalszy proces walcowania.

Korzystnie, prędkość na początku procesu walcowania wynosi od około 105 do 110 obrotów na minutę, a prędkość dalszego procesu walcowania wynosi od około 120 do 140 obrotów na minutę.

Korzystnie, obróbce poddaje się rurę o grubości ścianki około 2,6 mm.

PL 204 023 B1

Narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku ma zgodnie ze znanymi dotychczas narzędziami odcinek przyporu z kilkoma profilowymi zębami do wykonania bruzd gwintowych na zewnętrznej stronie rury albo odcinka rurowego. Profilowe zęby są, patrząc w przekroju poprzecznym, w zasadzie ukształtowane trapezowo, tak że można w ten sposób wytwarzać gwint trapezowy na zewnętrznej stronie rury albo odcinka rurowego. Zgodnie z wynalazkiem pierwszy ząb profilowy wchodzący w przypór w procesie walcowania jest wykonany cał kowicie, z wyją tkiem ewentualnie istniejącej fazy. Mówiąc inaczej, w przypadku pierwszego zęba profilowego, patrząc w kierunku walcowania obrabianego elementu, narzędzia do walcowania gwintów według wynalazku, chodzi nie o ząb profilowy wykonany częściowo, mówiąc inaczej o ząb profilowy skrócony w kierunku promieniowym, który zgodnie ze stanem techniki ma na celu tak zwane nacięcie, lecz raczej o to, że wszystkie zęby profilowe odcinka przyporu są wyposażone w przybliżeniu w tę samą wysokość.

Należy wspomnieć, że w przypadku szybkobieżnych narzędzi do walcowania zwykle pierwsze dwa zęby profilowe, które służą do wykonania nacięcia, nie są wykonane z pełną wysokością, tak że w obszarze tego nacięcia gwint, a zwłaszcza rowki gwintu wykonane na zewnętrznej stronie rury albo odcinka rurowego doprowadza się dopiero stopniowo do wymaganej głębokości. W przeciwieństwie do tego w przypadku narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku jest to tak zwane nacięcie całkowicie pominięte, tak że przed wykonaniem gwintu o wymaganej głębokości bruzd gwintowych nie ma miejsca na żadne wstępne odkształcenie, a raczej przy walcowaniu jako pierwszy ząb profilowy wchodzi w przypór z obrabianym elementem całkowicie wykonany ząb profilowy. Ten pierwszy ząb profilowy może ewentualnie mieć pewną fazę. W pozostałej części jest on jednak wykonany całkowicie, co w zasadzie prowadzi do tego, że materiał rury zaczyna bezpośrednio płynąć i nie jest dopiero stopniowo doprowadzany do swojej końcowej postaci. Zgodnie ze stanem techniki prowadzono to dotychczas w ten sposób, aby oszczędzać strefy brzegowe narzę dzia. W przeciwień stwie do tego zgodnie z wynalazkiem rezygnuje się z tego, powodując płynięcie materiału bezpośrednio z przyporem pierwszego profilowego zęba i doprowadzając gwint do jego ostatecznej postaci. Ma to tę zaletę, że przy stosowaniu szczególnie cienkościennej rury nie istnieje ryzyko obszernego płynięcia materiału w ten sposób, że następnie pozostaje w pewnym stopniu za mało materiału, aby zapewnić wymaganą wytrzymałość. Mówiąc inaczej, za pomocą narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku odkształcenie odbywa się bardzo szybko i na wąskiej przestrzeni, tak że materiał w takim stopniu, w jakim jest to możliwe, pozostaje na miejscu i może przyczynić się do nośności wytworzonego gwintu.

Mówiąc inaczej, określone odkształcane miejsce wchodzi w przypór z narzędziem tylko na czas trwania obracania. Do tego przyczynia się także dalsza cecha narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku, zgodnie, z którą rozciągłość osiowa odcinka przyporu, który ma zęby profilowe do wykonywania bruzd gwintowych, odpowiada jednemu skokowi rolki. Oznacza to po pierwsze, że narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku znajduje się w przyporze z obrabianym narzędziem w stosunkowo krótkim obszarze, co powoduje, ż e odkształ cenie plastyczne, wychodzą c z rury albo odcinka rurowego z gładką powierzchnią, do całkowicie wykonanego gwintu odbywa się na najwęższej przestrzeni i stosunkowo szybko, co przyczynia się do tego, że materiał rury pozostaje na swoim miejscu w celu zapewnienia wymaganej nośności. W tym miejscu należy zauważyć, że narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku może być wykonane po pierwsze jako tak zwana osiowa rolka do nawalcowywania gwintu, która ma wolne od skoku pierścienie profilowe. Mówiąc inaczej, każdy ząb profilowy jest wykonany w postaci zamkniętego pierścienia na zewnętrznym obwodzie narzędzia do walcowania gwintu, co oznacza, że narzędzie do walcowania gwintu jest w tym przypadku ustawione pod pewnym kątem do obrabianego elementu, tak że dzięki bezskokowym pierścieniom profilowym na obrabianym elemencie można wykonywać gwint o wymaganym skoku. Fakt, że odcinek przyporu odpowiada jednemu skokowi rolki do nawalcowywania gwintu oznacza w tym przypadku, że odcinek przyporu z obrabianym narzędziem znajduje się w przyporze poprzez pojedynczy skok wytworzonego gwintu. Alternatywnie narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku może być wykonane także jako promieniowa rolka do nawalcowywania gwintu, która ma profil odpowiadający wytwarzanemu obrabianemu elementowi. Mówiąc inaczej profil narzędzia do walcowania gwintu ma w tym przypadku pewien skok. Przy tym waż ne jest, aby osiowa rozcią g ł o ść odcinka przyporu odpowiadała pojedynczemu skokowi gwintu na narzędziu do walcowania gwintu.

Po drugie, dzięki stosunkowo krótkiemu wykonaniu tak zwanego odcinka przyporu, uzyskuje się drugi korzystny efekt. Wymagana siła walcowania zależy od długości odcinka przyporu i dzięki stosunkowo krótkiemu wykonaniu odcinka przyporu zmniejsza się znacznie siła walcowania, przez co kompensuje się do pewnego stopnia niechybny wpływ, który towarzyszy wyżej wymienionym środkom, a mianowicie

PL 204 023 B1 rezygnacja z nacięcia, a więc do pewnego stopnia z powolnego plastycznego odkształcenia materiału na początku przyporu narzędzia do walcowania gwintu. Zgodnie z wynalazkiem przypór ma miejsce bezpośrednio z całkowicie wykonanym pierwszym zębem profilowym, co prowadzi do wysokich występujących nacisków promieniowych. Aby móc wprowadzić te naciski promieniowe korzystne jest utrzymywanie odcinka przyporu stosunkowo krótko, tak aby pojawiająca się siła walcowania pozostawała w akceptowalnych granicach. W ten sposób okazuje się, że obydwie opisane cechy narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku współdziałają ze sobą umożliwiając wytwarzania gwintu za pomocą akceptowalnej siła walcowania i na rurze o szczególnie niskiej grubości ścianki.

Należy wspomnieć, że dzięki narzędziu do walcowania gwintu według wynalazku możliwe jest wykonywanie po raz pierwszy tak zwanej zewnętrznej albo stojakowej rury wzdłużnie przestawnej podpory, którą stosuje się w budownictwie, w postaci jednego elementu. Dotychczas w tym obszarze umieszczano na odcinku podstawowym o stosunkowo małej grubości ścianki odcinek o dużej grubości ścianki, na który nawalcowywano gwint. Oczywiście nie zaleca się, aby wykonanie w postaci jednego elementu pociągało za sobą wyposażenie całej rury w większą grubość ścianki, ponieważ większa grubość ścianki w obszarach poza gwintem nie jest konieczna i prowadzi, zatem do nieakceptowalnych kosztów materiałowych i produkcyjnych. Sposobem według wynalazku jest jednak możliwe walcowanie gwintu na rurze o stosunkowo małej grubości ścianki, tak że w porównaniu ze stanem techniki dla odcinka gwintu nie musi być wybierany szczególny odcinek o większej grubości ścianki. Narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku i przynależny sposób umożliwiają raczej walcowanie gwintu na stosunkowo cienkościennej rurze i dzięki szczególnemu przyporowi narzędzia do walcowania gwintu z rurą pozostaje wystarczająca grubość ścianki, aby zapewnić wymagane właściwości nośne. Staje się przez to możliwe wykonanie w postaci jednego elementu rury zewnętrznej albo stojakowej z nawalcowanym gwintem, w którym, mówiąc inaczej, wewnętrzna powierzchnia zewnętrznego gwintu jest w znacznym stopniu równa. Przy tym tak zwany odcinek podstawowy rury ma grubość ścianki 2,6 mm, a w obszarze odcinka gwintowego istnieje pozostała grubość ścianki od około 1,6 do 1,8 mm.

W próbach w związku z narzędziem do walcowania gwintu nowego rodzaju okazało się korzystne, przynajmniej częściowe, nadawanie szorstkości jednemu z profilowych zębów odcinka przyporu. O ile w stanie techniki stosuje się zwykle szlifowany profil rolki, aby proces płynięcia biegł możliwie bez zakłóceń, to w przypadku narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku okazało się w licznych próbach, ż e dla procesu pł ynię cia jest korzystna szorstka powierzchnia.

Przy tym uważa się za szczególnie zalecane i korzystne, aby szorstkość była nadawana tym zębom profilowym, które są wykonane w obszarze połowy odcinka przyporu, wchodzącej jako pierwsza w przypór z obrabianymi elementami.

Jako korzystną miarę powierzchniowej szorstkości poszorstkowanych zębów profilowych można podać uśrednioną głębokość chropowatości R_z około 10 μτι i ewentualnie średnią arytmetyczną chropowatości R_a 12,5 μm. Przy tych wartościach daje się uzyskać dobre wyniki sposobu walcowania gwintu. Należy zauważyć, że przy uśrednionej głębokości chropowatości Rz chodzi o średnią arytmetyczną poszczególnych głębokości pięciu sąsiadujących ze sobą poszczególnych odcinków pomiarowych o takiej samej długości. Średnia arytmetyczna wartość szorstkości Ra jest średnią arytmetyczną bezwzględnych wartości odchyleń profilów wewnątrz odcinka pomiarowego.

Rozwiązanie powyższego zadania leżącego u podstaw wynalazku odbywa się po drugie sposobem walcowania gwintu, w którym stosuje się narzędzie do walcowania gwintu według wynalazku. Jak już podano, za pomocą prób można było potwierdzić, że za pomocą tego rodzaju sposobu z zastosowaniem narzędzia według wynalazku daje się wykonać gwint także na rurze albo odcinku rurowym o stosunkowo małej grubości ścianki i wystarczającej pozostałej grubości ścianki odpowiadającej wymaganiom nośności.

Przy tym w ramach sposobu według wynalazku korzystne jest stosowanie trzpienia wewnętrznego, którego luz wewnątrz obrabianego narzędzia wynosi od około 0,3 do 0,6 mm. W przypadku tego rodzaju wartości można uzyskać doskonałe wyniki sposobu walcowania gwintu.

Dzięki próbom ustalono ponadto, że w ramach sposobu według wynalazku lepsze wyniki można uzyskać wtedy, gdy stosuje się zróżnicowane szybkości obróbki, przy czym proces walcowania rozpoczyna się przy stosunkowo małej szybkości, a dalszy proces walcowania, mówiąc inaczej tak zwany przebieg, odbywa się przy stosunkowo wysokiej szybkości obróbki.

Jak już wspomniano, stanowi to korzystny przypadek zastosowania sposobu według wynalazku dzięki temu, że gwint nawalcowuje się na rurę, którą stosuje się jako tak zwaną rurę zewnętrzną albo stojakową wzdłużnie przestawnej podpory stosowanej w budownictwie. Należy wspomnieć, że w takim

PL 204 023 B1 przypadku gwint jest wykonany na górnym końcu rury stojakowej, a tak zwaną rurę wewnętrzną wtyka się od góry w rurę zewnętrzną. Dzięki kilku tak zwanym otworom wytyczającym, wykonanym w rurze wewnętrznej, można wtykać w nie tak zwany trzpień wytyczający, tak że można przestawiać z grubsza układ składający się z rury wewnętrznej i trzpienia wytyczającego wewnątrz podłużnego otworu, który jest wykonany w rurze zewnętrznej w obszarze gwintu. Nastawianie dokładne prowadzi się za pomocą nakrętki nakręconej na gwint rury zewnętrznej albo stojakowej, na której opiera się w pewnym stopniu trzpień wytyczający. Co do reszty, to odnośnie tego należy odnieść się do dokumentu patentowego nr EP 0 625 622 A1, z którego jest znana tego rodzaju podpora. Dzięki sposobowi według wynalazku stało się po raz pierwszy ekonomicznie możliwe i racjonalne wytwarzanie rury zewnętrznej z nawalcowanym gwintem w postaci jednego elementu. Przy tym w przypadku poddawanej obróbce rury korzystna jest grubość ścianki około 2,6 mm. W obszarze nawalcowanego gwintu pozostaje resztkowa grubość ścianki od około 1,6 do 1,8 mm.

Wynalazek będzie bliżej wyjaśniony za pomocą rozwiązania przedstawionego przykładowo na rysunku, na którego figurze przedstawiono w przekroju połowę narzędzia do walcowania gwintu według wynalazku.

Przedstawione na figurze narzędzie do walcowania 10 jest narzędziem o symetrii obrotowej, które na swoim obwodzie zewnętrznym ma odcinek przyporu 12 o długości a, która odpowiada pojedynczemu skokowi gwintu. W ten sposób, jak podano poprzednio, można osiągnąć szczególnie korzystny proces odkształcenia plastycznego. Odcinek przyporu 12 ma w pokazanym przypadku trzy zęby profilowe 14 oraz patrząc w kierunku walcowania ostatni, trochę mniejszy ząb profilowy 16. Zęby profilowe mają, patrząc w przekroju, kształt trapezowy, tak że nadają się do wykonywania bruzd gwintowych i leżących pomiędzy nimi mostków również o przekroju trapezowym. Narzędzie do walcowania gwintu 10 według wynalazku odznacza się po pierwsze tym, że odcinek przyporu 12 z zębami profilowymi 14 ma długość tylko jednego skoku gwintu.

Po drugie, patrząc w kierunku walcowania, pierwszy ząb profilowy 14.1 jest wykonany jako pełny ząb profilowy. W szczególności w porównaniu ze stanem techniki są opuszczone tylko częściowo wykonane zęby profilowe 18, które są zaznaczone linią kreskową. W stanie techniki pierwszy wchodzący w przypór ząb profilowy 18.1 wyposaża się zwykle po pierwsze w fazę, a po drugie w wysokość około jednej trzeciej w pełni wykonanego zęba profilowego 14. Ponadto, patrząc w przekroju, górna strona jest wykonana z pewnym nachyleniem, aby zrealizować łagodne tak zwane nacięcie. Obowiązuje to w takim samym stopniu w przypadku drugiego, wchodzącego w przypór zęba profilowego 18.2, który ma wysokość około dwóch trzecich w pełni wykonanego zęba profilowego. Zgodnie z wynalazkiem te zęby profilowe przeznaczone do nacięcia są jednak pominięte, a pierwszy wchodzący w przypór ząb profilowy 14.1 przewiduje się bezpośrednio jako całkowicie wykonany ząb profilowy. Ewentualnie może być on wyposażony w lekką fazę, jak zaznaczono na figurze. Należy jeszcze wspomnieć, że zgodnie z korzystnym rozwiązaniem zęby profilowe 14.1 i 14.2 w obszarze pierwszej połowy odcinka przyporu 12, patrząc w kierunku walcowania, są poszorstkowane także wzdłuż połowy skoku rolki do nawalcowywania gwintu. Dzięki takim środkom można było uzyskać szczególnie dobre wyniki sposobu walcowania gwintu.

Claims (9)

1. Narzędzie do walcowania gwintu, z odcinkiem przyporu z kilkoma zębami profilowymi, do wykonywania rowków gwintowych w obrabianym elemencie o symetrii obrotowej, a zwłaszcza w rurze albo odcinku rurowym, znamienne tym, że pierwszy wchodzący w przypór w procesie walcowania ząb profilowy (14.1) jest wykonany całkowicie bez ewentualnie przewidzianej fazy, a osiowa rozciągłość (a) odcinka przyporu (12) odpowiada pojedynczemu skokowi krążka.

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że co najmniej jeden ząb profilowy (14.1, 14.2) jest przynajmniej częściowo poszorstkowany.

3. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że zęby profilowe (14.1, 14.2) połowy odcinka przyporu (12), wchodzącej najpierw w przypór, są poszorstkowane.

4. Narzędzie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że uśredniona głębokość poszorstkowania (Rz) poszorstkowanych zębów (14.1, 14.2) wynosi około 10 μιτι, przy czym zwłaszcza arytmetyczna środkowa wartość poszorstkowania (Ra) poszorstkowanych zębów profilowych (14.1,14.2) wynosi około 12,5 μm.

PL 204 023 B1

5. Sposób walcowania gwintu, w którym stosuje się narzędzie do walcowania gwintu z odcinkiem przyporu z kilkoma zębami profilowymi, do wykonywania rowków gwintowych w obrabianym elemencie o symetrii obrotowej, a zwłaszcza w rurze albo odcinku rurowym, znamienny tym, że pierwszy wchodzący w przypór w procesie walcowania ząb profilowy wykonuje się całkowicie bez ewentualnie przewidzianej fazy, przy czym osiowa rozciągłość (a) odcinka przyporu (12) odpowiada pojedynczemu skokowi krążka.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się trzpień wewnętrzny, a luz pomiędzy trzpieniem wewnętrznym i obrabianym narzędziem wynosi od około 0,3 do 0,6 mm.

7. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że początek procesu walcowania prowadzi się z mniejszą prędkością niż dalszy proces walcowania.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że prędkość na początku procesu walcowania wynosi od około 105 do 110 obrotów na minutę, a prędkość dalszego procesu walcowania wynosi od około 120 do 140 obrotów na minutę.

9. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że obróbce poddaje się rurę o grubości ścianki około 2,6 mm.