PL224684B1 - Sposób kucia kul - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kucia kul w wykroju zamkniętym, zwłaszcza kul o dużych wymiarach z główek złomowanych szyn.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod wytwarzania odkuwek w kształcie kul, które wykorzystuje się jako półfabrykaty łożysk tocznych oraz mielniki w młynach kulowych. Do najczęściej spotykanych metod zalicza się kucie matrycowe na kuźniarkach, kucie matrycowe na prasach kuźniczych oraz walcowanie w walcarkach poprzecznych i skośnych. Kucie matrycowe odkuwek kul o mniejszych średnicach realizowane jest na kuźniarkach. W procesie wykorzystuje się materiał ws adowy w postaci stalowych prętów, o średnicach mniejszych od wymiaru kształtowanych odkuwek. Szczegółowo proces kucia odkuwek kul na kuźniarkach przedstawiono w książce autorstwa Luty W. „Metaloznawstwo i obróbka cieplna stali łożyskowych”, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1980 r. Kuźniarki konstrukcyjnie zbliżone są do pras mechanicznych o korbowym układzie napędowym umieszczonym poziomo, które posiadają dwa suwaki, poruszające się względem siebie pod kątem prostym. Stosowane są najczęściej do spęczania oraz kucia odkuwek w kształcie brył obrotowych z półfabrykatów w postaci prętów i rur. W trakcie kształtowania odkuwek na kuźniarkach półfabrykat jest zaciskany w suwaku zaciskającym, natomiast narzędzia powodujące odkształcenie materiału przemieszczają się wraz z suwakiem głównym w płaszczyźnie poziomej.

Odkuwki kul o większych średnicach kształtuje się matrycowo na ogół na prasach śrubowych z napędem ciernym, wykorzystując materiał wsadowy w postaci prętów o przekroju kołowym ze stali o zwiększonej zawartości węgla i manganu. Bezpośrednio po procesie kucia wykonuje się okrawanie wypływki na prasach mimośrodowych. Największą wydajność przy wytwarzaniu kul uzyskuje się stosując proces walcowania skośnego. Szczegółowo proces walcowania skośnego kul opisano w książce Dobrucki W. „Zarys obróbki plastycznej metali”, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1975 r. W czasie jednego obrotu walców uzyskuje się jedną kulę. W trakcie jednej minuty otrzymuje się 160 kul o śre dnicy około 0 30 mm lub 40 kul o średnicy około 0 120 mm. Kule walcowane są w walcarkach skośnych wyposażonych w dwa walce z naciętymi po linii śrubowej pojedynczymi bruzdami, na długości wynoszącej na ogół 3,5 zwoju. Osie walców są nachylone ukośnie względem osi materiału wsadowego - pręta pod kątem od 3° do 7°. Podczas walcowania walce obracają się w tym samym kierunku, materiał zaś obraca się w przeciwnym kierunku. W procesach walcowania skośnego kul wykorzystuje się półfabrykaty w kształcie prętów o przekroju kołowym.

Z polskiego zgłoszenia patentowego o numerze P. 398831 znany jest sposób kształtowania kul metodą kucia półswobodnego, który polega na kształtowaniu odkuwek kul z półfabrykatu w kształcie pręta o przekroju kołowym między dwiema matrycami. Narzędzia na powierzchniach czołowych mają wykonane kształtowe wykroje sferyczno-stożkowe i w czasie procesu kucia zbliżają się do siebie, kształtując półfabrykat spoczywający na sprężystej podtrzymce w odkuwkę kuli.

Z polskiego zgłoszenia patentowego o numerze P. 395350 znany jest sposób walcowania poprzecznego narzędziami płaskimi wyrobów typu kula, zwłaszcza z główek złomowych szyn, który polega na kształtowaniu kul bezpośrednio z półfabrykatu w kształcie odcinków główek złomowanych szyn. Opisany w zgłoszeniu proces walcowania kul realizowany jest dwuetapowo przy wykorzystaniu dwusekcyjnych narzędzi płasko-klinowych. W pierwszym etapie półfabrykat w postaci główki szyny kształtowany jest między płaskimi narzędziami klinowymi w pręty o przekroju kołowym. W drugim et apie odwalcowane pręty o przekroju kołowym zostają przemieszczone do drugiej sekcji narzędzi, gdzie przy ruchu powrotnym narzędzi zostają przekształcone w kule.

Istotą sposobu kucia kul w wykroju zamkniętym, zwłaszcza kul o dużych wymiarach z główek złomowanych szyn jest to, że wsad w kształcie główki złomowanej szyny nagrzewa się do temperatury kształtowania na gorąco, która wynosi od 1000°C do 1250°C, następnie od nagrzanego wsadu odcina się półfabrykat na długość h > dk, przy czym długość półfabrykatu określa się w ten sposób, aby masa półfabrykatu była równa masie kształtowanej kuli, następnie półfabrykat umieszcza się w zamkniętym wykroju, który znajduje się w dzielonej matrycy lewej oraz dzielonej matrycy prawej, po czym dzieloną matrycę lewą oraz dzieloną matrycę prawą zaciska się na powierzchniach stożkowych w otworze stożkowym pierścienia oporowego, po czym wprawia się stempel w ruch roboczy i przemieszcza się stempel ze stałą prędkością w otworze cylindrycznym, znajdującym się w górnej części dzielonej m atrycy lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy prawej, w kierunku półfabrykatu, po czym oddział ywuje się sferyczną powierzchnią stempla na półfabrykat i spęcza się półfabrykat, po czym wypełnia się dolną część zamkniętego wykroju o sferycznych powierzchniach roboczych i kształtuje się kulę, naPL 224 684 B1 stępnie przemieszcza się stempel w kierunku przeciwnym do ruchu roboczego oraz przemieszcza się jednocześnie dzieloną matrycę lewą i dzieloną matrycę prawą w kierunku stempla ze stałą prędkością, następnie rozwiera się dzieloną matrycę lewą oraz dzieloną matrycę prawą ze stałą prędkością i usuwa się z wykroju zamkniętego ukształtowaną kulę. Korzystnie, półfabrykat w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się we wklęsłych kowadłach o zarysie walcowym i kształtuje się przedkuwkę o przekroju zbliżonym do koła i średnicy dw mniejszej od średnicy dm otworu cylindrycznego (dw < dm), znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy prawej. Alternatywnie, półfabrykat w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się w pryzm atycznych kowadłach o zarysie wielokątnym i kształtuje się przedkuwkę o zarysie przekroju poprzecznego zbliżonym do wielokąta wypukłego, którego przekątne są mniejsze od średnicy otworu cylindrycznego, znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy prawej.

Korzystnym skutkiem sposobu według wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie kul o większych wymiarach w stosunku do uzyskiwanych w procesach walcowania bezpośrednio. Proces kucia może być realizowany bezpośrednio z półfabrykatu w kształcie główek złomowanych szyn, dzięki czemu eliminuje się dodatkowe operacje związane z przygotowaniem materiału. Wynalazek zwiększa wydajność wytwarzania kul w stosunku do uzyskiwanej w tradycyjnych procesach kucia matrycowego. Zmniejsza się również zużycie energii i materiałów dzięki wyeliminowaniu naddatków technologicznych na wypływkę oraz zmniejszeniu liczby operacji technologicznych.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzia w widoku z góry, fig. 2 - przekrój osiowy A-A narzędzi i półfabrykatu w początkowym etapie procesu, fig. 3 - przekrój osiowy narzędzi i ukształtowanej kuli w końcowym etapie procesu, fig. 4 - otworzone narzędzia w widoku z góry, zaś fig. 5 - przekrój osiowy B-B otwartych narzędzi oraz ukształtowanej kuli.

Sposób kucia kul w wykroju zamkniętym, zwłaszcza kul o dużych wymiarach z główek złomowanych szyn, polega na tym, że wsad w kształcie główki złomowanej szyny nagrzewany jest do temperatury kształtowania na gorąco, która wynosi od 1000°C do 1250°C. Następnie od nagrzanego wsadu odcinany jest półfabrykat 8 na długość h > dk. Długość h półfabrykatu 8 określa się w ten sposób, aby masa półfabrykatu 8 była równa masie kształtowanej kuli 9. Następnie półfabrykat 8 umieszcza się w zamkniętym wykroju, który znajduje się w dzielonej matrycy 2a lewej oraz dzielonej matrycy 2b prawej, po czym dzieloną matrycę 2a lewą oraz dzieloną matrycę 2b prawą zaciska się na zewnętrznych powierzchniach 5a i 5b stożkowych w otworze 10 stożkowym, znajdującym się w pierścieniu 1 oporowym. Następnie wprawia się stempel 6 w ruch roboczy i przemieszcza się stempel 6 ze stałą prędkością Vi w otworze cylindrycznym, znajdującym się w górnej części dzielonej matrycy 2a lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy 2b prawej, w kierunku półfabrykatu 8. Otwór cylindryczny o średnicy dm tworzą dwie połówkowe powierzchnie 3a i 3b znajdujące w górnej części dzielonej matrycy 2a lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy 2b prawej. Następnie oddziaływuje się sferyczną powierzchnią 7 stempla 6 na półfabrykat 8 i spęcza się półfabrykat 8, przy czym sferyczna powierzchnia 7 ma promień Rs równy promieniowi kształtowanej kuli 9. W wyniku oddziaływania stempla 6 wypełnia się dolną część zamkniętego wykroju o sferycznych powierzchniach 4a i 4b roboczych i kształtuje się kulę 9. Sferyczne powierzchnie 4a i 4b robocze mają promień Rm równy promieniowi kształtowanych kul. Następnie przemieszcza się stempel 6 w kierunku przeciwnym do ruchu roboczego. W tym samym czasie przemieszcza się dzieloną matrycę 2a lewą i dzieloną matrycę 2b prawą w kierunku stempla 6 ze stałą prędkością V2. Następnie samoistnie rozwiera się dzieloną matrycę 2a lewą oraz dzieloną matrycę 2b prawą ze stałą prędkością V₃ i usuwa się z wykroju zamkniętego ukształtowaną kulę 9.

W przykładzie wykonania półfabrykat 8 w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się we wklęsłych kowadłach o zarysie walcowym i kształtuje się przedkuwkę o przekroju zbliżonym do koła i średnicy dw mniejszej od średnicy dm otworu cylindrycznego (dw < dm), znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy 2a lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy 2b prawej.

W innym przykładzie wykonania, półfabrykat 8 w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się w pryzmatycznych kowadłach o zarysie wielokątnym i kształtuje się przedkuwkę o zarysie przekroju poprzecznego zbliżonym do wielokąta wypukłego, którego przekątne są mniejsze od średnicy dm otworu cylindrycznego, znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy 2a lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy 2b prawej.

PL 224 684 B1

Wykaz oznaczeń:

- pierścień oporowy,

2a - dzielona matryca lewa,

2b - dzielona matryca prawa,

3a, 3b - połówkowe powierzchnie walcowe,

4a, 4b - sferyczne powierzchnie robocze,

5a, 5b - powierzchnie stożkowe,

- stempel,

- sferyczna powierzchnia stempla,

- półfabrykat,

- kula,

- otwór stożkowy,

V₁ - prędkość ruchu roboczego stempla,

V₂ - prędkość ruchu dzielonych matryc,

V3 - prędkość rozwierania matryc, h - długość półfabrykatu, dk - średnica kuli, dw - średnica przedkuwki, dm - średnica otworu cylindrycznego, ds - średnica stempla,

Rm - promień sferycznych powierzchni roboczych, Rs - promień sferycznej powierzchni stempla.

Claims (3)

1. Sposób kucia kul w wykroju zamkniętym, zwłaszcza kul o dużych wymiarach z główek złomowanych szyn, znamienny tym, że wsad w kształcie główki złomowanej szyny nagrzewa się do temperatury kształtowania na gorąco, która wynosi od 1000°C do 1250°C, następnie od nagrzanego wsadu odcina się półfabrykat (8) na długość h > dk, przy czym długość (h) półfabrykatu (8) określa się w ten sposób, aby masa półfabrykatu (8) była równa masie kształtowanej kuli (9), następnie półfabrykat (8) umieszcza się w zamkniętym wykroju, który znajduje się w dzielonej matrycy (2a) lewej oraz dzielonej matrycy (2b) prawej, po czym dzieloną matrycę (2a) lewą oraz dzieloną matrycę (2b) prawą zaciska się na powierzchniach (5a) i (5b) stożkowych w otworze (10) stożkowym pierścienia (1) oporowego, po czym wprawia się stempel (6) w ruch roboczy i przemieszcza się stempel (6) ze stałą prędkością (V_±) w otworze cylindrycznym, znajdującym się w górnej części dzielonej matrycy (2a) lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy (2b) prawej, w kierunku półfabrykatu (8), po czym oddziaływuje się sferyczną powierzchnią (7) stempla (6) na półfabrykat (8) i spęcza się półfabrykat (8), po czym wypełnia się dolną część zamkniętego wykroju o sferycznych powierzchniach (4a) i (4b) roboczych i kształtuje się kulę (9), następnie przemieszcza się stempel (6) w kierunku przeciwnym do ruchu roboczego oraz przemieszcza się jednocześnie dzieloną matrycę (2a) lewą i dzieloną matrycę (2b) prawą w kierunku stempla (6) ze stałą prędkością (V₂), następnie rozwiera się dzieloną matrycę (2a) lewą oraz dzieloną matrycę (2b) prawą ze stałą prędkością (V₃) i usuwa się z wykroju zamkniętego ukształtowaną kulę (9).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że półfabrykat (8) w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się we wklęsłych kowadłach o zarysie walcowym i kształtuje się przedkuwkę o przekroju zbliżonym do koła i średnicy (dw) mniejszej od średnicy (dm) otworu cylindrycznego dw < dm, znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy (2a) lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy (2b) prawej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że półfabrykat (8) w kształcie odcinka główki złomowanej szyny zgniata się w pryzmatycznych kowadłach o zarysie wielokątnym i kształtuje się przedkuwkę o zarysie przekroju poprzecznego zbliżonym do wielokąta wypukłego, którego przekątne są mniejsze od średnicy (dm) otworu cylindrycznego, znajdującego się w górnej części dzielonej matrycy (2a) lewej oraz w górnej części dzielonej matrycy (2b) prawej.