PL224500B1

PL224500B1 - How to squeeze the inner collar

Info

Publication number: PL224500B1
Application number: PL404615A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Winiarski; Andrzej Gontarz
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2016-12-30
Also published as: PL404615A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyciskania wewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury.The present invention relates to a method of extruding an inner flange, in particular at the end of a pipe.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod wytwarzania monolitycznych kołnierzy rur - stanowiących jeden kawałek materiału z częścią trzonową. Podstawową metodą produkcji kołnierzy rur jest obróbka skrawaniem. W metodzie tej półfabrykatem jest pręt lub rura, o średnicy zewnętrznej większej lub równej średnicy kołnierza, i średnicy wewnętrznej - w przypadku wsadu w postaci rury, mniejszej od średnicy wewnętrznej gotowego wyrobu. Półfabrykat poddawany jest obróbce wiórowej i poprzez skrawanie kolejnych warstw materiału następuje kształtowanie kołnierza. Kolejne metody kształtowania kołnierzy polegają na wywijaniu kołnierzy z rur cienkościennych metodą dwuetapowego statycznego roztłaczania sztywnymi narzędziami, oraz metodą tłoczenia elektrodynamicznego, które opisują Muzykiewicz W., Bednarczyk J., Rękas A., Łukaszka A.: „Wywijanie kołnierzy elementów r urowych sztywnymi narzędziami w warunkach statycznych i metodą tłoczenia elektrodynamicznego”, Rudy i Metale Nieżelazne R47, nr 10-11, 2002, s. 545-550. Wywijanie kołnierzy metodą dwuetapowego roztłaczania polega na kształtowaniu kielicha, przy pomocy narzędzia stożkowego, a następnie rozpychaniu tego kielicha przy pomocy narzędzia płaskiego do momentu dotłoczenia go do płaskiej powierzchni matrycy. Tłoczenie elektrodynamiczne polega na kształtowaniu ścianki rury bez udziału pośrednich mas. Energia elektryczna jest przekształcana na energię pola magnetycznego, która pod wpływem powstających w induktorze sił Lorentza zostaje zamieniona na energię ruchu i pracę plastycznego odkształcenia rury. Znane jest również wytwarzanie kołnierzy metodą spęczania, opisane przez Hu X.L., Wang Z.R.: „Numerical simulation and experimental study on the multi-step upsetting of a trick and wide flange on the end of pipe”, Journal of Materials Processing Technology 151, 2004, s. 321-327. Wsad umieszcza się w matrycy, a następnie spęcza się go narzędziem posiadającym płaską powierzchnię czołową powodującą spęczanie oraz trzpień zapobiegający wyboczeniu rury. Po każdej operacji spęczania, wsad wysuwa się z matrycy i poddaje się kolejnym operacjom spęczania, do momentu uzyskania kołnierza o wymaganej średnicy i grubości. Kolejną metodą jest wywijanie kołnierzy poprzez wyoblanie, która przedstawiona jest w pracy Fouly A. Mohamed, Sausy Zein ElAbden, Mohieled A.R.: „A rotary flange forming process on the late using a ball-shaped tool”. Journal of Materials Processing Technology 170, 2005, s. 501-508. Metoda polega na umieszczeniu narzędzia - którego część robocza jest kulą, wewnątrz rury i przemieszczaniu go w kierunku promieniowym na zewnątrz rury, przy jednoczesnym obrocie wsadu. Innym sposobem jest wywijanie kołnierzy metodą prasowania obwiedniowego charakteryzujące się tym, że półfabrykat kształtowany jest stemplem, który wykonuje ruch kulisty. W metodzie tej, narzędzie oddziałuje na kształtowany materiał, tylko częścią swojej powierzchni, dzięki czemu pomimo niskich sił kształtowania, uzyskuje się naciski jednostkowe umożliwiające plastyczne kształtowanie wsadu. Znane jest również wywijanie kołnierza narzędziem wykonującym ruch postępowy wzdłuż osi wsadu i obrotowy wokół własnej osi, opisywane przez Okoń Ł.: „Kształtowanie zewnętrznych kołnierzy rur metodą wywijania przy różnych stanach obciążenia”, praca doktorska, Lublin 2012. Wprowadzenie obrotu narzędzia zmniejsza jego obciążenie, powoduje bardziej równomierny rozkład nacisków jednostkowych na powierzchni styku narzędzie-wsad, oraz polepsza kinematykę płynięcia materiału. Znane jest również wytwarzanie kołnierza o dużej grubości przedstawione w artykule Y. Qin, R. Balendra: „An approach for the forming of large-thicknessflange components by injection forming” oraz wywijanie kołnierza przedstawione w polskich zgłoszeniach patentowych nr: P.404040 oraz P.404041.So far, there are a number of methods known and used for the production of monolithic pipe flanges - constituting one piece of material with a shaft. Machining is the primary method of producing pipe flanges. In this method, a semi-finished product is a bar or a pipe with an outer diameter greater than or equal to the diameter of the collar, and the inner diameter - in the case of a tube-shaped charge, smaller than the inner diameter of the finished product. The blank is machined and the flange is shaped by cutting successive layers of material. Subsequent methods of shaping flanges consist in rolling out flanges of thin-walled pipes by the method of two-stage static expanding with rigid tools, and the electrodynamic pressing method, as described by Muzykiewicz W., Bednarczyk J., Rękas A., Łukaszek A .: "Rolling out flanges of tubular elements with rigid tools in static conditions and the method of electrodynamic pressing ”, Rudy i Metale Nieżelazne R47, No. 10-11, 2002, pp. 545-550. Flanging the flanges by the two-stage expansion method consists in shaping the socket with a conical tool, and then extending the socket with a flat tool until it is pressed onto the flat surface of the die. Electrodynamic pressing consists in shaping the pipe wall without the participation of intermediate masses. Electric energy is converted into magnetic field energy, which under the influence of Lorentz forces generated in the inductor is converted into motion energy and the work of plastic deformation of the pipe. The production of flanges by the upsetting method is also known, as described by Hu XL, Wang ZR: "Numerical simulation and experimental study on the multi-step upsetting of a trick and wide flange on the end of pipe", Journal of Materials Processing Technology 151, 2004, pp. 321-327. The stock is placed in the die and then compressed with a tool having a flat face to cause upsetting and a pin to prevent buckling of the pipe. After each upsetting operation, the stock slides out of the die and is subjected to successive upsetting operations until a flange of the required diameter and thickness is obtained. Another method is rolling flanges by spinning, which is presented in the work of Fouly A. Mohamed, Sausy Zein ElAbden, Mohieled A.R .: "A rotary flange forming process on the late using a ball-shaped tool". Journal of Materials Processing Technology 170, 2005, pp. 501-508. The method consists in placing the tool - the working part of which is a ball, inside the pipe and moving it radially outside the pipe, while rotating the charge. Another method is to turn the collars by the method of circumferential pressing, characterized in that the blank is shaped by a punch that performs a spherical movement. In this method, the tool acts on the shaped material, only with a part of its surface, thanks to which, despite the low shaping forces, unit pressures are obtained that enable plastic shaping of the charge. It is also known to turn the collar with a tool that translates along the axis of the charge and rotates around its axis, described by Okoń Ł .: "Shaping the outer flanges of pipes by flaring at various load conditions", doctoral dissertation, Lublin 2012. Introducing tool rotation reduces its load, it causes a more even distribution of unit pressures on the contact surface of the tool-load, and improves the material flow kinematics. It is also known to produce a thick flange presented in the article by Y. Qin, R. Balendra: "An approach for the forming of large-thicknessflange components by injection forming" and flanging the flange presented in Polish patent applications no .: P.404040 and P. 404041.

Istotą sposobu wyciskania wewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei, następnie umieszcza się stempel współosiowo do półfabrykatu, po czym ustawia się tuleję współosiowo do stempla w odległości w zakresie od połowy grubości ścianki rury do trzykrotnej wartości średnicy zewnętrznej rury od powierzchni czołowej matrycy, następnie wprawia się w ruch postępowy stempel z prędkością w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s i spęcza się półfabrykat oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu, następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję z prędkością w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości stempla i zwiększa się długość kołnierza wału drążonego i kształtuje się wał drążony z kołnierzem. Półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy, która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się kołnierz o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości kołnierza wału drążonego.The essence of the method of extruding the inner flange, especially at the end of the pipe, is that the blank in the shape of a pipe section is placed coaxially in the die in the shape of an internally stepped sleeve, then the punch is coaxially placed to the blank, and then the bushing is coaxially aligned with the punch within the range of from the half of the pipe wall thickness to three times the value of the outer diameter of the pipe from the face of the die, then the punch is set in a translational motion at a speed ranging from 0.001 m / s to 100 m / s and the blank is compressed and the blank material is squeezed radially, then set in translating the sleeve at a speed ranging from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the punch speed and the length of the hollow shaft flange is increased and the hollow shaft with the flange is formed. The tube-shaped blank is placed coaxially in a die that has a circular or non-circular cross-section and a hollow shaft collar is formed with a circular or non-circular cross-sectional area, the cross-sectional area of which is constant over the entire length of the hollow shaft collar.

PL 224 500 B1PL 224 500 B1

Półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy, której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości kołnierza wału drążonego i kształtuje się kołnierz o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości kołnierza wału drążonego. Wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel oraz tuleję i kształtuje się kołnierz wału drążonego. Wprawia się w ruch postępowy stempel i spęcza się półfabrykat oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu i kształtuje się kołnierz wału drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla.The pipe segment-shaped blank is placed coaxially in a die, the cross-sectional area of which varies along the length of the hollow shaft flange, and a hollow shaft flange with a circular or non-circular cross-section is formed, the cross-sectional area of which varies along the length of the hollow shaft flange. The punch and the sleeve are simultaneously set in counter-rotating translational movement and the hollow shaft flange is formed. The punch is set in translation and the blank is compressed, the blank material is pressed out radially and the hollow shaft flange is formed, as a result of which the sleeve is moved in a translation direction opposite to the direction of the punch.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie wyrobów z kołnierzami przy zminimalizowaniu naddatków na obróbkę wiórową, co zwiększa wykorzystanie materiału. Dzięki plastycznemu kształtowaniu kołnierza, otrzymywany wyrób pozostaje monolitem. Eliminuje się konieczność łączenia elementów np. poprzez spawanie, zgrzewanie czy lutowanie. Wyrób z wyciśniętym kołnierzem charakteryzuje się ciągłym układem włókien w materiale, dzięki czemu uzyskuje się polepszone własności wytrzymałościowe produktu. Wytwarzanie kołnierza według wynalazku pozwala zachować stały wymiar średnicy zewnętrznej na całej długości rury. Zaproponowany sposób pozwala kształtować kołnierze o dużej wysokości, mierzonej w kierunku równoległym do osi rury.A beneficial effect of the invention is that it allows the flanged products to be deformed plastic while minimizing the machining allowances, which increases the material utilization. Due to the plastic shaping of the collar, the obtained product remains a monolith. The need to connect elements, e.g. by welding, fusing or soldering, is eliminated. A product with an extruded collar is characterized by a continuous arrangement of fibers in the material, thanks to which improved strength properties of the product are obtained. The production of the flange according to the invention allows the outer diameter to be kept constant over the entire length of the pipe. The proposed method allows for the formation of high-height flanges, measured in a direction parallel to the pipe axis.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w początkowej fazie wyciskania kołnierza wału drążonego, fig. 2 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w końcowej fazie wyciskania kołnierza wału drążonego, fig. 3a - widok w półprzekroju półfabrykatu, a fig. 3b - widok w półprzekroju wału drążonego z kołnierzem.The invention has been shown in an embodiment in the drawing, in which fig. 1 - shows a cross-section in an isometric view of tools and a blank in the initial phase of extrusion of a hollow shaft flange, fig. 2 - a cross-section in an isometric view of tools and a blank in the final phase of extrusion of a hollow shaft flange , Fig. 3a is a semi-sectional view of a blank, and Fig. 3b is a semi-sectional view of a hollow shaft with a flange.

Sposób wyciskania wewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury polega na tym, że półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury o grubości g ścianki rury i średnicy D zewnętrznej rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4 w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei. Następnie umieszcza się stempel 3 współosiowo do półfabrykatu 1, po czym ustawia się tuleję 2 współosiowo do stempla 3 w odległości ho w zakresie od połowy grubości g ścianki rury do trzykrotnej wartości średnicy D zewnętrznej rury od powierzchni 6 czołowej matrycy 4. Następnie wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1. Następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję 2 z prędkością V2 w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości V3 stempla 3 i zwiększa się długość h kołnierza 7 wału 5 drążonego i kształtuje się wał 5 drążony z kołnierzem 7 o długości h. Półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4, która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się kołnierz 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości h kołnierza 7 wału 5 drążonego. Półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4, której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości h kołnierza 7 wału 5 drążonego i kształtuje się kołnierz 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości h kołnierza 7 wału 5 drążonego. Wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 oraz tuleję 2 z prędkością V2 i kształtuje się kołnierz 7 wału 5 drążonego. Wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1 i kształtuje się kołnierz 7 wału 5 drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję 2 w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla 3.The method of extruding the inner flange, especially at the end of the pipe, consists in placing the blank 1 in the shape of a pipe section with the thickness g of the pipe wall and the diameter D of the outer pipe is placed coaxially in the die 4 in the shape of an internally stepped sleeve. Then the punch 3 is placed coaxially to the blank 1, and then the sleeve 2 is coaxial to the punch 3 at a distance ho in the range from half the thickness g of the pipe wall to three times the value of the outer pipe diameter D from the face 6 of the die face 4. Then it is set in motion forward punch 3 with a speed V3 in the range from 0.001 m / s to 100 m / s and the blank 1 is compressed and the material of the blank 1 is radially pressed out. Then the sleeve 2 is set in translational motion at a speed V2 in the range from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the speed V3 of the punch 3 and the length h of the flange 7 of the hollow shaft 5 increases and the hollow shaft 5 is formed with the flange 7 of the length h. The pipe-section blank 1 is placed coaxially in the die 4, which has a circular cross-section or non-circular and a flange 7 is formed with a circular or non-circular cross-section of a hollow shaft 5, the cross-sectional area of which is constant over the entire length h flange 7 of the hollow shaft 5. The blank 1 in the shape of a pipe section is placed coaxially in a die 4, the cross-sectional area of which varies along the length h of the flange 7 of the hollow shaft 5, and a flange 7 is formed with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft 5, the cross-sectional area of which is variable along the length h of the collar 7 of the hollow shaft 5. At the same time, the punch 3 is set in counter-rotating movement at the speed V3 and the sleeve 2 at the speed V2, and the collar 7 of the hollow shaft 5 is formed. The punch 3 is set in translation at the speed V3 and the blank 1 is compressed, and the material of the blank 1 is radially pressed and the collar 7 of the hollow shaft 5 is formed, as a result of which the sleeve 2 is moved in translation against the direction of the punch 3.

P r z y k ł a d. W przykładzie wykonania wewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury umieszcza się półfabrykat w kształcie odcinka rury o grubości g ścianki równej 10 mm i średnicy D zewnętrznej równej 70 mm współosiowo w matrycy 4 w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei 2, następnie umieszcza się stempel 3 współosiowo do półfabrykatu 1, po czym ustawia się tuleję 2 współosiowo do stempla 3 w odległości ho równej 10 mm od powierzchni 6 czołowej matrycy 4, następnie wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 równą 0,01 m/s i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1, następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję 2 z prędkością V2 równą 0,006 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości V3 stempla 3 i zwiększa się długość h kołnierza 7 wału 5 drążonego i uzyskuje się wał 5 drążony z kołnierzem 7 o długości h równej 45 mm.Example d In an embodiment of the inner flange, especially at the end of the pipe, a blank in the shape of a pipe section with a wall thickness g g equal to 10 mm and outer diameter D equal to 70 mm coaxially in a die 4 in the shape of an internally stepped sleeve 2, then placed the punch 3 is coaxially aligned to the blank 1, then the sleeve 2 is aligned to the punch 3 at a distance h0 equal to 10 mm from the face 6 of the die face 4, then the punch 3 is set in translation at a speed V3 equal to 0.01 m / s and compresses blank 1 is pressed and the material of blank 1 is radially extruded, then the sleeve 2 is set in translation at a speed V2 equal to 0.006 m / s in the opposite direction to the speed V3 of the punch 3 and the length h of the flange 7 of the hollow shaft 5 is increased and a hollow shaft 5 is obtained with a flange 7 with a length h of 45 mm.

Claims

Patent claims

Method of extruding the inner flange, especially at the end of the pipe, characterized in that the blank (1) in the shape of a pipe section with the thickness (g) of the pipe wall and the diameter (D) of the outer pipe is placed coaxially in the die (4) in the shape of an internally stepped sleeve, then the punch (3) is placed coaxially to the blank (1), and then the sleeve (2) is coaxially set to the punch (3) at a distance (ho) in the range from half the thickness (g) of the pipe wall to three times the diameter (D) ) of the outer tube from the face (6) of the die (4) face, then the punch (3) is set in translation at a speed (V3) in the range from 0.001 m / s to 100 m / s and the blank (1) is compressed and extruded radially the material of the blank (1), then the sleeve (2) is set in translational motion at a speed (V2) in the range from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the speed (V3) of the punch (3) and the length ( h) the flange (7) of the hollow shaft (5) and a hollow shaft (5) is obtained from the flanges A pin (7) with a length (h).

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the pipe section-shaped blank (1) is placed coaxially in a die (4) that has a circular or non-circular cross-section, and a flange (7) with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft (5) is formed, the area of which is the cross-sectional area is constant over the entire length (h) of the flange (7) of the hollow shaft (5).

3. The method according to p. 1 and 2, characterized in that the blank (1) in the shape of a pipe section is placed coaxially in the die (4), the cross-sectional area of which varies along the length (h) of the flange (7) of the hollow shaft (5) and the flange is formed (7) with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft (5), the cross-sectional area of which varies along the length (h) of the flange (7) of the hollow shaft (5).

4. The method according to p. A method as claimed in any of claims 1, 2 and 3, characterized in that the punch (3) is simultaneously driven in opposing translation at speed (V3) and the sleeve (2) at speed (V2) and the collar (7) of the hollow shaft (5) is formed.

5. The method according to p. 1, 2, 3, 4, characterized in that the punch (3) is set in translation at a speed (V3) and the blank (1) is compressed and the material of the blank (1) is radially pressed and the shaft flange (7) is formed (5) of the hollow, as a result of which the sleeve (2) is set in translation against the direction of the punch (3).