PL209187B1

PL209187B1 - Sposób kształtowania elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym, o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, zwłaszcza ze stopów aluminium, element konstrukcyjny uzyskany tym sposobem oraz urządzenie do realizacji tego sposobu

Info

Publication number: PL209187B1
Application number: PL372737A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Rosa; Ryszard Grzyb; Leszek Kowalski
Original assignee: Rosa Stanisław Zakład Produkcji Sprzętu Oświetleniowego
Priority date: 2005-02-11
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2011-07-29
Also published as: PL372737A1; EP1690610A1; RU2380187C2; RU2005121489A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, w tym również rur cylindryczno-zbieżnych i stożkowych, zwłaszcza ze stopów aluminium, element konstrukcyjny uzyskany tym sposobem oraz urządzenie do realizacji tego sposobu.

Ze zgłoszenia wynalazku nr P- 347611 znany jest sposób kształtowania rur cylindrycznozbieżnych z aluminium i jego stopów, w którym wsadową rurę cylindryczną nasadza się na dopasowany trzpień metalowy i całość wprawia się w ruch obrotowy, natomiast zewnętrzną powierzchnię rury poddaje się na zimno regulowanemu naciskowi, co najmniej dwóch nienapędzanych rolek kształtujących o średnicy zewnętrznej 2-6 razy większej od najmniejszej średnicy kształtowanego stożka, składających się z części walcowej i czołowej części zbieżnej oraz korzystnie umieszczonych w jednej płaszczyźnie i rozłożonych równomiernie na obwodzie rury, które dociska się do zewnętrznej powierzchni rury i jednocześnie przesuwa wzdłuż osi rury, korzystnie z prędkością 1-15 mm na 1 obrót rury, przy czym nacisk rolek kształtujących jest tak regulowany, że względna redukcja grubości ścianki rury w części walcowej i stożkowej wynosi 0,1 do 0,3 i/lub odkształcenie względne średnicy zewnętrznej rury w części walcowej wynosi 0,02 do 0,1, a w części stożkowej wynosi 0,02 do 0,6.

Wspomniany powyżej wynalazek według zgłoszenia P-347611 opisuje również urządzenie do kształtowania rur cylindryczno-zbieżnych, które posiada łoże, na którym zamocowany jest wrzeciennik napędzający obrotowy uchwyt, w którym z kolei zamocowany jest trzpień do kształtowania rur oraz osadzony przesuwnie na łożu suport, w którym umieszczone są obrotowo co najmniej dwie nienapędzane rolki kształtujące, które mogą wykonywać dośrodkowe ruchy zbieżne. Każda z rolek składa się z części walcowej oraz czołowej części zbieżnej, a średnica zewnętrzna każdej z rolek jest 2-6 razy większa od najmniejszej średnicy kształtowanego stożka. Rolki znajdują się w jednej płaszczyźnie i rozł o ż one są równomiernie na obwodzie. W celu uniknię cia bicia kształ towanej rury na ł o ż u osadzona jest przesuwnie przynajmniej jedna podtrzymka rury oraz podtrzymka rdzenia. By zapobiec ugięciu rdzenia w czasie zakładania rury na trzpień w łożu umieszczona jest dodatkowa podtrzymka pomocniczą, która chowana jest w łożu w czasie kształtowania rury.

Sposób i urządzenie według zgłoszenia P-347611 daje możliwość dokładnego kształtowania na zimno rur metalowych cylindryczno-zbieżnych i/lub stożkowych o dużej smukłości, a zwłaszcza dokładnego kształtowania masztów i słupów oświetleniowych z aluminium i jego stopów. Szczególne warunki obróbki sposobem według zgłoszenia P-347611 pozwalają uzyskać maszty i słupy z aluminium i jego stopów o polepszonych własnościach wytrzymałościowych, odporne na działanie zewnętrznego obciążenia.

Jednakże, jak wykazała dotychczasowa praktyka, kształtowanie na zimno rur cylindrycznozbieżnych i/lub stożkowych o dużej smukłości znanym sposobem niesie ze sobą pewne niedogodności, a mianowicie:

- uzyskiwana wytrzymałość ukształtowanych elementów nie była w pełni zadawalająca; zbyt małą wytrzymałość ukształtowanych elementów uzyskuje się wówczas gdy używa się wsadu z rur wyciskanych ze stopów aluminium o zwykłych własnościach, a zwłaszcza gdy rura wsadowa posiada umowną granicę plastyczności R0,2 poniżej 65 N/mm² i wytrzymałość Rm poniżej 125 N/mm²,

- czas kształtowania rury na trzpieniu jest stosunkowo długi; jest to spowodowane koniecznością ograniczenia prędkości obrotowej trzpienia, gdyż przy wyższych prędkościach obrotowych występują drgania trzpienia i kształtowanej rury, uniemożliwiające kształtowanie rury z większą prędkością,

- czasy pomocniczych operacji zakładania rury na trzpień i ściągania gotowego elementu z trzpienia są stosunkowo duż e; jest to spowodowane oddzielnymi nienapę dzanymi podtrzymkami rury i trzpienia, które trzeba odpowiednio przestawiać za pomocą przepychania lub ciągnięcia suportem przy zakładaniu rury wsadowej, i równocześnie trzeba podpierać trzpień nie przestawną podtrzymka znajdującą się na łożu (zgłoszenie wynalazku nr P-347611).

Powyższe niedogodności skłoniły twórców do podjęcia prac rozwojowych w celu opracowania nowego, korzystniejszego sposobu.

Sposób kształtowania według wynalazku, elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym o stał ym lub o zmiennym przekroju wzdł u ż osi i duż ej smukł o ś ci, zwł aszcza ze stopów aluminium, polega na tym, że obracającą się rurę wsadową, uzyskaną metodą wyciskania z materiału, którego wartość umownej granicy plastyczności R0,2 mieści się w zakresie 70-100 N/mm² oraz wydłużenie

PL 209 187 B1 procentowe A posiada wartość minimum 18%, poddaje się operacji odkształcania plastycznego na zimno za pomocą regulowanego, obwodowego nacisku nie napędzanymi rolkami, przy czym:

- w przypadku rury wsadowej nałożonej na obracający się trzpień, odkształcanie przeprowadza się tak, aby względna redukcja średnicy rury wsadowej ε_ά = (d₀-d₁)/do wynosiła minimum 0,03, oraz względna redukcja grubości ścianki rury wsadowej ε₉ = (g₀-g₁)/ go wynosiła minimum 0,1, oraz aby uzyskać wartość umownej granicy plastyczności R0,2 materiału kształtowanego elementu konstrukcyjnego w zakresie od 180 do 240 N/mm², a

- w przypadku obracającej się rury wsadowej bez trzpienia, odkształcanie przeprowadza się tak, aby względna redukcja średnicy rury wsadowej ε_ά = (d₀-d₁)/do wynosiła minimum 0,12, oraz aby uzyskać wartość umownej granicy plastyczności R0,2 materiału kształtowanego elementu konstrukcyjnego w zakresie od 180 do 240 N/mm ².

Przedmiotem wynalazku jest również element konstrukcyjny o przekroju kołowym o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, zwłaszcza ze stopów aluminium, który wykonany jest sposobem, w którym obracającą się rurę wsadową, uzyskaną metodą wyciskania z materiału, którego umowna granica plastyczności R0,2 mieści się w zakresie 70-100 N/mm² oraz wydłużenie procentowe A posiada wartość minimum 18%, poddaje się operacji odkształcania plastycznego na zimno za pomocą regulowanego, obwodowego nacisku nie napędzanymi rolkami, przy czym:

- w przypadku rury wsadowej nałożonej na obracający się trzpień, odkształcanie przeprowadza się tak, aby względna redukcja średnicy rury wsadowej ε_ά = (d₀-d₁)/do wynosiła minimum 0,03, oraz względna redukcja grubości rury wsadowej ε₉ = (g₀-g₁)/ go wynosiła minimum 0,1, oraz aby uzyskać wartość umownej granicy plastyczności R0,2 materiału kształtowanego elementu konstrukcyjnego w zakresie od 180 do 240 N/mm² a

- w przypadku obracającej się rury wsadowej bez trzpienia, odkształcanie przeprowadza się tak, aby względna redukcja średnicy rury wsadowej ε_ά = (d₀-d₁)/do wynosiła minimum 0,12, oraz aby uzyskać wartość umownej granicy plastyczności R0,2 materiału kształtowanego elementu konstrukcyjnego równą od 180 do 240 N/mm².

Pod pojęciem względnej redukcji średnicy rury wsadowej rozumie się odkształcenie względne średnicy zewnętrznej rury wyrażone wzorem ε_ά = (d₀-d₁)/d₀, gdzie d₀ - początkowa średnica rury, d₁ - średnica rury po odkształceniu.

Pod pojęciem umownej granicy plastyczności R0,2 rozumie się naprężenie, odpowiadające działaniu siły rozciągającej wywołujące w próbce umowne wydłużenie trwałe wynoszące 0,2% długości pomiarowej. Pod pojęciem wydłużenia procentowego A rozumie się trwałe wydłużenie długości pomiarowej próbki (Lu-L0) po zerwaniu wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej (L0), gdzie Lu - końcowa długość pomiarowa próbki po zerwaniu. Definicja własności materiału R0,2 oraz A jest podana zgodnie z normą PN-EN 10002-1:2001

Próba rozciągania.

Sposób według wynalazku kształtowania elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, zwłaszcza ze stopów aluminium oraz wykonany tym sposobem element konstrukcyjny w przykładowym rozwiązaniu charakteryzuje się cechami, które są omówione poniżej.

Wysokie własności wytrzymałościowe elementów konstrukcyjnych według wynalazku, posiadających przekrój kołowy o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, uzyskanych sposobem według wynalazku, pozwalają na wykonywanie na przykład słupów i masztów oświetleniowych o większej odporności o co najmniej 10% na zewnętrzne obciążenia, niż wykonywane starym sposobem, oraz pozwalają na obniżenie masy i kosztów produkcji tych wyrobów.

Przeprowadzone badania wykazały, że takich wysokich wytrzymałości elementu konstrukcyjnego nie można uzyskać z rury wsadowej ze stopu aluminium o własnościach na przykład R0,2 = 61 N/mm², Rm = 121 N/mm², gdyż zastosowane odkształcenie umacnia materiał w mniejszym stopniu, dając wytrzymałość elementu konstrukcyjnego, w postaci rury cylindryczno-stożkowej, równą R0,2 = 161 N/mm²i Rm = 178 N/mm².

Przykład kształtowania elementu konstrukcyjnego

Rura wsadowa wyciskana o średnicy d0 = 124 i grubości ścianki g0 = 4,4 ze stopu aluminium w gatunku EN AW 6060 o własnościach mechanicznych: R0,2 = 74,95 N/mm², Rm = 170 N/mm², A = 19,5% jest kształtowana sposobem według wynalazku na trzpieniu poprzez regulowany nacisk na zewnętrzną powierzchnię obracającej się wraz z trzpieniem rury, za pomocą nie napędzanych trzech rolek, równo rozłożonych na obwodzie, przy czym rolki przesuwają się osiowo względem kształtowanej rury

PL 209 187 B1 z posuwem 4 mm na jeden obrót rury. Regulowany nacisk rolek wywoł uje odkształ cenie materiał u, w wyniku którego otrzymujemy ukształ towaną część cylindryczną elementu konstrukcyjnego o wymiarach: średnica d1 = 120 i grubość ścianki g0 = 4,0. Tak odkształcona rura charakteryzuje się odkształceniem względnym średnicy równym ε_ά = (d₀-d₁)/ d₀ = 0,033 i odkształceniem względnym ścianki ε_θ = (g₀-g₁)/g₀ = 0,10. W wyniku takiego odkształcenia na zimno materiał rury umocnił się, powodując uzyskanie odpowiednio wysokiej wytrzymałości materiału elementu konstrukcyjnego o wartościach R0,2 = 192,7 N/mm², Rm = 216,6 N/mm² przy wydłużeniu A = 5,5%.

Przedmiotem wynalazku jest również urządzenie do kształtowania elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, zwłaszcza ze stopów aluminium, które posiada łoże, wrzeciennik z uchwytem napędzającym trzpień i suport z rolkami kształtującymi, przy czym suport wyposażony jest w podnoszoną rolkę, o osi prostopadłej do osi trzpienia, służącą do podpierania trzpienia oraz dodatkową jedną lub dwie podnoszone rolki, z osiami równoległymi do osi trzpienia, do podpierania kształtowanej rury wsadowej i umieszczone jak najbliżej rolek kształtujących oraz sterowany ściągacz do ściągania z trzpienia ukształtowanego elementu. Ponadto na łożu osadzona jest przesuwnie napędzana, w jednym korpusie, podtrzymka trzpienia i kształtowanej rury, w której dodatkowo znajduje się rolka, służąca do podpierania trzpienia przy zakładaniu rury na trzpień, oraz rolki centrujące kształtowaną rurę, które zawsze trzymają centrycznie rurę wsadową za wolny koniec, a także blisko usytuowane rolki centrujące i podpierające trzpień, które trzymają trzpień blisko miejsca, gdzie kończy się rura wsadowa.

Urządzenie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania w postaci schematu na załączonym rysunku.

Urządzenie posiada łoże, wrzeciennik z silnikiem M1, który obraca trzpień i rurę zamocowana w uchwycie U, przesuwny i napędzany silnikiem M2 suport SU z trzema rolkami kształtującymi, które dociska się w sposób regulowany za pomocą śrub napędzanych silnikami M31, M32, M33. Na suporcie od strony wrzeciennika zamocowana jest podtrzymka trzpienia, w której siłowniki pneumatyczne C11 i C12 podnoszą rolkę R1 w celu podpierania trzpienia w czasie zakładania rury wsadowej na trzpień, oraz podtrzymkę kształtowanej rury, która znajduje się blisko rolek kształtujących, i w której siłownik pneumatyczny C2 podnosi rolkę R2 i dociska ją do kształtowanej rury wsadowej, dodatkowo wymuszając jej centryczny obrót. Na suporcie, od strony wrzeciennika, również osadzony jest wysuwany zaczep ściągający SC, napędzany siłownikiem pneumatycznym C6, służący do ściągania z trzpienia ukształtowanego elementu konstrukcyjnego. Ponadto na łożu osadzona jest, napędzana silnikiem M4, podtrzymka trzpienia i kształtowanej rury RT, w której znajduje się rolka R3, podnoszona siłownikiem pneumatycznym C3, służąca do podpierania trzpienia w czasie mocowania rury wsadowej w uchwycie wrzeciennika, oraz trzy rolki centrujące kształtowaną rurę R4, schodzące się centrycznie do środka i napędzane siłownikiem C4, oraz trzy rolki R5 centrujące i podpierające trzpień, schodzące się centrycznie do środka i napędzane siłownikiem C5, blisko usytuowane względem rolek R4.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że pozwala na zautomatyzowanie pracy i zastosowanie sterowania procesem i operacji pomocniczych za pomocą komputera. Uzyskuje się przez to zmniejszenie czasu pomocniczego przy zakładaniu rury wsadowej na trzpień oraz zmniejszenie czasu pomocniczego przy ściąganiu ukształtowanego gotowego elementu konstrukcyjnego z trzpienia. Zastosowane podtrzymki P1 z rolką R1 na suporcie dają możliwość lepszego i pewniejszego podpierania trzpienia i kształtowanego elementu o dużej smukłości, który pod własnym ciężarem mógłby ulec odkształceniu. Zastosowane podtrzymki P2 korzystnie z dwoma rolkami R2 na suporcie dają możliwość dodatkowego podpierania i centrowania kształtowanej rury. Ponadto zastosowanie napędzanej podtrzymki RT, która posiada w jednym korpusie zamocowane rolki R4 centrujące wsadową rurę i rolki R5 centrujące i podpierające trzpień w miejscu końca wsadowej rury, powodują zmniejszenie długości podparcia trzpienia i tym samym zwiększają częstotliwość drgań własnych trzpienia, i umożliwiają kształtowanie elementów z większą prędkością obrotową i większą wydajnością.

Przykład kształtowania elementu konstrukcyjnego według wynalazku sposobem według wynalazku.

Rurę wsadową wyciskaną o średnicy d0 = 124 i grubości ścianki g0 = 4,4 ze stopu aluminium w gatunku EN AW 6060 o własnościach mechanicznych: R0,2 = 74,95 N/mm² Rm = 170 N/mm² A = 19,5% kształtuje się na trzpieniu poprzez regulowany nacisk na zewnętrzną powierzchnię obracającej się wraz z trzpieniem rury, za pomocą nie napędzanych trzech rolek, równo rozłożonych na obwodzie, przy czym rolki przesuwają się z posuwem 4 mm na jeden obrót rury. Regulowany nacisk rolek wywołuje odkształcenie materiału, w wyniku, którego otrzymuje się ukształtowaną część cylindryczną elementu konstrukcyjnego o wymiarach: średnica d1 = 120 i grubość ścianki g0 = 4,0. Tak ukształtowana

PL 209 187 B1 rura charakteryzuje się odkształceniem względnym średnicy równym ε_ά = (d₀-d₁)/d₀ = 0,033 i odkształceniem względnym ścianki ε₉ = (g₀-g₁)/g₀ = 0,10. W wyniku takiego odkształcenia na zimno materiał rury umocnił się, powodując uzyskanie wysokiej wytrzymałości materiału elementu konstrukcyjnego o wartościach R0,2 = 192,7 N/mm², = 216,6 N/mm² przy wydłużeniu A = 5,5%.

Proces przykładowego kształtowania elementu konstrukcyjnego o dużej smukłości, w postaci rury cylindryczno-stożkowej, według wynalazku na urządzeniu według wynalazku sposobem według wynalazku przebiega w następujący sposób:

Czynności pomocnicze przy zakładaniu rury wsadowej:

Rurę wsadową zakłada się ręcznie na trzpień od strony wolnego końca i dosuwa ją do rolki suportu R1, która podpiera trzpień w odpowiedniej odległości od uchwytu U, a następnie trzpień podpiera się rolką R3 w podtrzymce RT. Rolkę R1 opuszcza się na suporcie podpierającym trzpień, a rurę wsadową przesuwa jedn5mi końcem do uchwytu i zaciska się ją w uchwycie. Podtrzymkę RT przesuwa się do pozycji umożliwiającej chwycenie drugiego końca rury i zatrzymuje się podtrzymkę RT wyłącznikiem krańcowym W1, który zostaje włączony naciskiem końca rury wsadowej. Następnie rolkami R5 podtrzymki RT centruje się trzpień i równocześnie opuszcza się rolkę R3 podpierającą trzpień w podtrzymce RT. Potem koniec rury wsadowej zostaje uchwycony i centrowany rolkami R4 podtrzymki RT, a następnie rura zostaje zaciśnięta szczękami w uchwycie U. Suport przesuwa się do miejsca, w którym ma się rozpocząć kształtowanie, przy czym przed rozpoczęciem kształtowania, lub nieco później, powinna być podniesiona rolka R2 suportu, podpierająca dodatkowo walcowaną rurę wsadową.

Kształtowanie elementu konstrukcyjnego:

W celu rozpoczęcia procesu kształtowania sposobem według wynalazku uruchamia się program kształtowania, podczas którego urządzenie według wynalazku realizuje podane poniżej funkcje.

Kształtowanie rury wsadowej zaczyna się od włączenia obrotu wrzeciennika, który napędza trzpień wraz z rurą wsadową, a następnie rolki kształtujące schodząc się do środka w sposób regulowany, zaczynają odkształcać zewnętrzną powierzchnię rury, z zadanymi przez program parametrami, tak, aby uzyskać wymagane odkształcenie rury wsadowej.

Wydłużana w wyniku kształtowania rura wsadowa naciska, co pewien czas na wyłącznik krańcowy W2 powodując przejazd podtrzymki RT w prawo, tak aby rura stale była trzymana w pobliżu jej końca rolkami R4. W końcowej fazie kształtowania opuszcza się rolkę R2 na suporcie, przy czym suport dochodzi do podtrzymki naciskając na wyłącznik krańcowy W3 podtrzymki RT, który rozłącza sprzęgło SI, umożliwiając przepychanie podtrzymki RT suportem w kierunku końca trzpienia.

Czynności pomocnicze przy ściąganiu ukształtowanego elementu z trzpienia.

Po ukształtowaniu elementu (element wraz z trzpieniem trzymany jest na końcu rolkami kształtującymi) rozwiera się rolki centrujące R4 i R5 podtrzymki RT, i zwalnia się ukształtowany element uchwytu U przez rozwarcie szczęk. Następnie wstępnie ściąga się ukształtowany element z trzpienia, z części cylindrycznej, przejeżdżając suportem z zaciśniętymi rolkami kształtującymi poza długość części cylindrycznej trzpienia. Podnosi się rolkę R3 w podtrzymce RT, w celu podparcia trzpienia wraz z ukształtowanym elementem i następnie rozsuwa się rolki kształtujące. Następnie przejeżdża się suportem w kierunku uchwytu do takiego miejsca, w którym będzie możliwe ściąganie ukształtowanego elementu. Wówczas wysuwa się zaczep ściągający rurę SC, zaczepia się nim o koniec ukształtowanego elementu, i przesuwa suport do miejsca, w którym można założyć nową rurę wsadową, przy czym równocześnie ściąga się z trzpienia ukształtowany element. Następnie podnosi się rolkę R1 suportu podpierając trzpień i opuszcza rolkę R3 podtrzymki RT, poczym całkowicie ściąga się ręcznie ukształtowany element z trzpienia. Po wykonaniu wszystkich tych czynności urządzenie przygotowane jest do założenia następnej rury wsadowej.

Claims

1. Sposób kształtowania elementów konstrukcyjnych o przekroju kołowym o stałym lub o zmiennym przekroju wzdłuż osi i dużej smukłości, zwłaszcza ze stopów aluminium, w którym wsadową rurę cylindryczną wprawia się w ruch obrotowy, natomiast zewnętrzną powierzchnię rury poddaje się na zimno regulowanemu naciskowi, co najmniej dwóch nienapędzanych rolek kształtujących, znamienny tym, że obracającą się rurę wsadową, uzyskaną metodą wyciskania z materiału, którego umowna granica plastyczności R0,2 mieści się w zakresie 70-100 N/mm² oraz wydłużenie procentowe A wynosi