PL227481B1 - Sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach.

Wkręty ciesielskie są nową kategorią wkrętów do drewna o długości 80-400 mm, które zastępują metalowe łączniki i gwoździe do łączenia drewna konstrukcyjnego o dużych przekrojach. Montaż konstrukcji za pomocą wkrętów ciesielskich jest szybszy, a połączenie jest bardziej estetyczne niż w przypadku łączników, których złącza umieszczane są na zewnątrz.

Znany jest sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich, zawierający etap przygotowania drutu, polegający na przeciąganiu drutu do zadanej średnicy oraz jego prostowaniu, etap kształtowania łba, polegający na zbijaniu łba na maszynach będących modyfikacją maszyn do krótkich wkrętów a następnie odcinania na zadaną długość wkrętu, etap walcowania gwintu na typowych gwinciarkach nacinających gwint, etap nacinania fazy. Operacje powyższe są prowadzone na pojedynczych, odrębnych maszynach i przetwarzane w sposób gniazdowy, polegający na tym, że przed maszyną jest podawanie materiału (półproduktów) tylko na tę maszynę i następuje odbiór do pojemnika, jako przygotowanie do kolejnej operacji. Kolejną grupą operacji jest hartowanie i cynkowanie galwaniczne, co odbywa się w kolejnych zakładach specjalizujących się w hartowaniu oraz cynkowaniu galwanicznym. Hartowanie prowadzone jest w typowych piecach hartowniczych jednostronnego załadunku lub przelotowych, gdzie wkręty umieszczane są w koszach. Trudnością w tym procesie prowadzonym dla długich wkrętów jest zachowanie ich prostoliniowości po ukończeniu procesu. Wkręty ulegają wygięciu, a ich prostowanie jest żmudną bardzo kosztowną operacją, wręcz nieopłacalną. Ponadto proces hartowania długich wkrętów musi być prowadzony w ściśle kontrolowanych warunkach, których celem jest uzyskanie wkrętu o twardości ułatwiającej proces wkręcania, zwłaszcza duża twardość łba umożliwia przyłożenie dużych sił obrotowych potrzebnych do wkręcania długich wkrętów. Dodatkowo utwardzenie gniazda pod narzędzie zmniejsza skłonność do kaleczenia gniazda przez, bit w przypadku niepewnego włożenia końcówki wkręcającej. Z kolei wnętrze wkrętu musi być bardziej plastyczne aby zachować elastyczność w czasie montażu, a także w czasie eksploatacji. Wkręty przeznaczone są do mocowania konstrukcji drewnianych, które zawsze pracują w czasie obciążeń wiatrem. Wkręt nie może pękać w czasie obciążeń poprzecznych. Z kolei wykorzystanie nagrzewania indukcyjnego detali o nieregularnych kształtach, jakimi są wkręty ciesielskie, z uwagi na zjawisko fizyczne wymuszające przepływ prądów wirowych w materiale, powoduje nierównomierny rozkład gęstości mocy w poszczególnych elementarnych przekrojach wkrętu, a co za tym idzie nierównomierny rozkład temperatury. Tak nagrzany wkręt poddany procesowi hartowania uzyskałby nierównomierną twardość. Dodatkowo przekroje poniżej ok. 2 mm jakimi są gwinty wkrętów, uległyby stopieniu. Ponadto kolejnym problemem przy nieregularnych kształtach a zwłaszcza przy przekrojach poniżej 8 mm jest drastycznie malejąca sprawność przekazywania energii, która kształtuje się poniżej 40% (η < 40%) co skutkuje zwiększonym zużyciem energii i podnosi koszty procesu hartowania. Ponadto, pomiędzy wymienionymi procesami konieczna jest obecność pracowników do załadunku/wyładunku wkrętów, a także w operacjach transportu międzyoperacyjnego/międzyzakładowego. Ostatnim procesem jest pakowanie prowadzone w odrębnym lub pierwszym zakładzie z ciągu.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach, eliminującego wyżej wskazane niedogodności oraz zapewniającego uzyskanie prostoliniowości wyprodukowanych wkrętów oraz wysokich parametrów wytrzymałościowych.

Sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach, zawierający etap przygotowania drutu, etap kształtowania wkrętów, etap hartowania a następnie etap cynkowania galwanicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w jednej automatycznej linii produkcyjnej, drut w kręgach o nawoju średnicy od 0,8-1,0 m najpierw poddaje się prostowaniu a następnie cięciu na odcinki o zadanej długości od 80-400 mm, po czym kolejne odcinki poddaje się kształtowaniu łba na zimno przez uderzenie wzdłuż osi odcinka, dwuetapowo, przy czym w pierwszym etapie na jednym końcu odcinka drutu formowana jest kula z której w drugim etapie formowany jest kształt łba z gniazdem pod narzędzie wkręcające, a następnie wykonuje się gwint, po czym zaciska się gwintowaną końcówkę w uchwytach w których odwzorowany jest gwint a następnie nacina się karb tnący, i tak wykonane wkręty podwiesza się za łeb na zawiesiach i przemieszcza w szczelinowej komorze strefy grzewczej przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej z płaskim wzbudnikiem stanowiącym jednocześnie płaszcz termiczny dla nagrzewanych wkrętów, w której wkręty nagrzewa się do temperatury hartowania, przy czym energia cieplna pochodząca od indukowanych prądów wirowych we wtrętach stanowi 20-40%

PL 227 481 B1 a energia ze zwrotnego promieniowania cieplnego pochodzącego od nagrzanych wkrętów stanowi

80-60%.

Korzystnie, drut prostuje się przeciągając go przez układ rolek prostujących, które umieszczone są w dwóch płaszczyznach usytuowanych względem siebie pod kątem 90°.

Korzystnie, nacinanie karbu tnącego realizuje się wysokoobrotowym frezem z węglików spiekanych na sucho.

Korzystnie, wkręty przed nacinaniem karbu tnącego pozycjonuje się poprzez nadanie wkrętom wolnego ruchu obrotowego przenoszonego z koła ciernego do czasu aż wskoczy w gniazdo uchwytu, przy czym wkręty korzystnie obracają się o 30-60° a podczas obrotu szczęki uchwytu zaciskają się do końca w sposób mechaniczny, sterowane wewnętrzną krzywką.

Korzystnie, podczas nagrzewania wkrętów do temperatury hartowania, maksymalna moc pobierana przez uzwojenie płaskiego wzbudnika przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej pracującego w temperaturze o ok. 50°C wyższej od temperatury hartowania wkrętów, wynosi 120 kW.

Korzystnie, materiał do kolejnych operacji podaje się za pomocą podajników łańcuchowych albo ześlizgów z drutu.

Wynalazek przykładowo przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia linię produkcyjną wkrętów ciesielskich, w rzucie perspektywicznym; fig. 2 - stanowisko kształtowania łba wkrętu, w przekroju wzdłużnym; fig. 3 - stanowisko hartowania wkrętów, w rzucie perspektywicznym.

Przykład wykonania wynalazku

Drut z materiału 19MnB4 albo 20MnB4 albo 23MnB4 o średnicy 5,85-7,1 mm oraz Rm: 420600 MPa, dostarczono w kręgach zwiniętych w nawoju o średnicy 0,8-1,0 m, maksymalnej wadze kręgu do 1,5 t i wysokości 1 m. Krąg drutu nakłada się na odwijarkę 1 a następnie prostuje się poprzez przeciąganie go przez układ rolek prostujących 2, z prędkością 18 m/min, które umieszczone są w dwóch płaszczyznach usytuowanych względem siebie pod kątem 90°, a następnie drut podaje się do zespołu noża odcinającego 3, gdzie odcina się odcinki drutu na zadaną długość od 80 mm - 400 mm. Nóż jest w formie dwóch płyt z otworem, do którego wprowadza się drut. Jedna z płyt jest zamocowana trwale a druga ruchomo, która uzyskuje napęd i nacisk od małej prasy mimośrodowej. Długość odcinka drutu reguluje się w wyżłobieniu zakończonym ruchomym zderzakiem. Drut podawany z napędzanych rolek prostujących przechodzi przez oczko noża aż dotknie zderzaka. W chwili dotknięcia cały posuw zatrzymuje się i uruchamia się sprzęgło zwalniające na prasie mimośrodowej wyzwalając jednokrotny ruch suwaka prasy w wyniku czego drut zostaje obcięty. Jest to proces decydujący o końcowej krzywiźnie wkrętu. Następnie obcięty odcinek w postaci pręta, stacza się w kierunku poprzecznym do obecnego ruchu i ustawia w zasobniku podajnika. Następnie pręt podaje się do operacji formowania łba w prasie 4 za pomocą dwułańcuchowego podajnika o skoku gniazd ściśle dopasowanym do taktów prasy formującej łeb. Dwa łańcuchy podajnika mają regulowaną szerokość ich rozstawienia dzięki czemu w sposób pewny chwyta się i transportuje pręty o długościach od 80 do 400 mm. Gniazda chwytne podajnika otwierają się tylko na kole nawrotowym podajnika łańcuchowego. Przez pozostały czas ruchu poziomego pozostają zamknięte trwale utrzymując pręt. Formowanie łba prowadzi się na zimno, bez wstępnego podgrzewania końcówki pręta, w dwóch etapach, Przy czym, w pierwszym etapie formuje się kulę przez uderzenie wzdłuż osi pręta naciskiem ok. 60 ton, z której w drugim etapie poprzez uderzenie wzdłuż osi pręta, naciskiem ok, 60 ton, formuje się właściwy kształt łba np. w formie talerza, stożka lub kluczowy z gniazdem pod narzędzie. Etapy te realizuje się w tłoczniku dwugniazdowym o stałym odstępie gniazd. Prędkość podawania odcinków drutu wynosi 40-50 szt./min. Tłocznik zamocowany jest w standardowej prasie mimośrodowej o nacisku 100T, Zmianę kierunku ruchu z pionowego posuwisto zwrotnego na poziomy realizuje się poprzez klinowy układ przeniesienia nacisku. Tłocznik przy obu gniazdach posiada szczeki zaciskowe 16, 17 uniemożliwiające cofniecie pręta przy osiowym uderzeniu formującym. Szczęki zamykane są przez siłowniki pneumatyczne sterowane ruchem suwaka prasy. W celu uformowania kuli pręt trzymany przez podajnik łańcuchowy wprowadza się do pierwszego gniazda tłocznika. Podajnik łańcuchowy zostaje zatrzymany, ale nie zwalnia pręta. Szczęki zacisku zamykają się pneumatycznie unieruchamiając pręt, a następnie zostaje wykonany takt prasy 18 realizujący uderzenie, które formuje kulkę. Szczęki zacisku zwalniają pręt i podajnikiem przenosi się pręt z uformowaną kulą do następnego gniazda tłocznika i jednocześnie do gniazda pierwszego wprowadza się kolejny pręt do uformowania kuli. Następnie formuje się właściwą główkę wkrętu, w cyklu identycznym jak opisanym wyżej, gdzie przy tym samym uderzeniu w gnieździe drugim formowana jest właściwa główka, a w gnieździe pierwszym wykonywana jest kolejna kula. Następnie pręty przenosi się na przenośniku łańcuchowym do koła nawrotowego,

PL 227 481 B1 gdzie przekazuje się pręt na kolejny transporter łańcuchowy 5, podnoszący go do stanowiska gwintowania 6. Dzięki uformowaniu łba, pręt trzyma się i prowadzi w ześlizgach wykonanych z drutu. Stanowisko gwintowania pręta 6 jest stanowiskiem o ruchu ciągłym. Wymaga kolejki materiału czekającego przed wejściem. Kolejka 1a jest ustawiona w ześlizgach z drutu. Proces gwintowania przeprowadza się w standardowej gwinciarce dwupłytowej, pracującej w trybie ciągłym. Jedna z płyt jest osadzona na stałe, a druga porusza się poziomym ruchem posuwisto zwrotnym względem płyty stałej. Płyty tnące mają wydrążony wzór rozwinięcia gwintu na wkręcie. Pręty pobiera się pojedynczo z kolejki i przez zapadkę mechaniczną wprowadza się do przestrzeni międzypłytowej, gdzie w trakcie przesuwania się płyt pomiędzy sobą sam pręt wykonuje ruch obrotowy. Na długości płyty, pręt wykonuje 2-3 obrotów. Prędkość gwintowania wynosi 32-40 szt./min, przy mocy silnika 40 kW. Płyta cofając się uwalnia nagwintowany pręt z przestrzeni pomiędzy płytami gwintującymi. Wkręt łapie się ponownie za łeb w ześlizg z drutu 7, którym trafia na stanowisko 8 nacinania karbu tnącego. Nacinanie karbu realizuje się wysokoobrotowym frezem z węglików spiekanych na sucho. Wkręty podaje się na miejsce frezowania poprzez ośmiogniazdowy podajnik karuzelowy. Wkręty mocuje się stabilnie w uchwytach będących odwzorowaniem gwintu, natomiast dokładne pozycjonowanie wkrętu do uchwytu odbywa się poprzez nadanie wkrętowi wolnego ruchu obrotowego przenoszonego z koła ciernego. Takie mocowanie wkrętu nie deformuje i nie uszkadza wyrobionego gwintu. Obrót wkrętu następuje do czasu aż wskoczy w gniazdo uchwytu. Do takiego pozycjonowania wystarcza obrót o ok. 30-60°. W tym czasie podajnik karuzelowy wykonuje część obrotu a szczeki uchwytu zaciskają się do końca w sposób mechaniczny sterowane wewnętrzną krzywką. Zamocowany wkręt przesuwa się na stanowisko frezowania. Podajnik karuzelowy zostaje zatrzymany. Zatrzymanie wykonuje się co 360/8 stopni aby umożliwić stabilne dojście frezu, wykonanie nacięcia i cofnięcie freza do pozycji spoczynkowej. Prędkość frezowania wynosi 50 szt/min. Po wykonaniu nacięcia, podajnik przesuwa się o kolejny 1/8 obrotu, otwiera się uchwyt i uwalnia się wkręt. Wkręt wpada w krótki ześlizg 9 z drutu, który kończy się na podajniku łańcuchowym 10 transportującym wkręty w pozycji pionowej na stanowisko hartowania 11. Do hartowania wkręty transportuje się pojedynczo powieszone za łeb na podajniku łańcuchowym 10 z dwoma kołami nawrotowymi. Uchwyty do hartowania zapewniają najmniejszą płaszczyznę kontaktu z wkrętem, aby nie odbierać dostarczanego ciepła. Wkręty zakłada się na transporter w sposób zautomatyzowany, z wykorzystaniem mechanizmu zegarowego, który pobiera taktowanie z przesuwającego się transportera. Wkręty nagrzewa się w przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej 14, przeznaczonej do nagrzewania elementów stalowych o nieregularnym kształcie i przekroju poprzecznym od 1 mm-20 mm, w ruchu ciągłym. W nagrzewnicy gorący płaski wzbudnik, wykonany z materiału żaroodpornego i/lub żarowytrzymałego, nie jest chłodzony, zatem pełni jednocześnie rolę płaszcza termicznego dla nagrzewanych wkrętów, zapobiegając wypromieniowaniu energii do otoczenia. W związku z tym wkręty nagrzewane są w sposób mieszany, to jest energią cieplną pochodzącą z wzbudzanych w nich prądów wirowych oraz energią cieplną pochodzącą ze zwrotnego promieniowania cieplnego, pochodzącego od nagrzanych indukcyjnie wkrętów. Udziały poszczególnych form energii kształtują się w zakresie od 80-60% energii pochodzącej ze zwrotnego promieniowania cieplnego oraz 20-40% energii cieplnej pochodzącej z prądów wirowych. Udział zwrotnego promieniowania cieplnego rośnie w raz ze zmniejszeniem się przekroju poprzecznego nagrzewanego detalu 15. Sprawność przekazywania energii jest większa niż 70%. Wzbudnik ma odpowiednio dobraną długość, tak aby gęstość mocy dostarczanej nie powodowała nierównomiernego nagrzewania stref wkrętów o różnych przekrojach. Długość czynna komory wzbudnika przykładowo wynosi 4000 mm dla wkrętów o maksymalnej długości 300 mm oraz maksymalnej średnicy 7 mm. Wkręty podwieszone są za łeb na podajniku łańcuchowym 10 i prowadzone są przez szczelinę nagrzewnicy 14. Szybkość transportera dopasowana jest do szybkości podawania w krętów z gwinciarki i wynosi ok. 60 szt./ min. Uzwojenie płaskiego wzbudnika pracuje w temperaturze o ok. 50°C wyższej od temperatury hartowania wkrętów przy czym maksymalna moc pobierana przez wzbudnik wynosi 120 kW. Po wyjściu z nagrzewnicy 14 wkręty 15 trafiają na zrzutnik 13, którym jest odpowiednio wygięty drut, gdzie spadają do wodnej kąpieli hartującej 12, zawierającej dodatki. Twardość powierzchniowa wkrętów o długości 80-400 mm po hartowaniu, wynosi 26-35 HRC.

Wszystkie czynności przenoszenia materiału pomiędzy wyżej opisanymi operacjami są zautomatyzowane z wykorzystaniem podajników łańcuchowych lub ześlizgów wykonanych z drutu.

Tak wykonane wkręty ciesielskie poddaje się procesowi cynkowania galwanicznego.

PL 227 481 B1

Claims (7)

1. Sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach, zawierający etap przygotowania drutu, etap kształtowania wkrętów, etap hartowaniu a następnie etap cynkowania galwanicznego, znamienny tym, że w jednej automatycznej linii produkcyjnej, drut w kręgach o nawoju średnicy od 0,8-1,0 m najpierw poddaje się prostowaniu a następnie cięciu na odcinki o zadanej długości od 80-400 mm, po czym kolejne odcinki poddaje się kształtowaniu łba na zimno przez uderzenie wzdłuż osi odcinka, dwuetapowo, przy czym w pierwszym etapie na jednym końcu odcinka drutu formowana jest kula z której w drugim etapie formowany jest kształt łba z gniazdem pod narzędzie wkręcające, a następnie wykonuje się gwint, po czym zaciska się gwintowaną końcówkę w uchwytach w których odwzorowany jest gwint a następnie nacina się karb tnący, i tak wykonane wkręty podwiesza się za łeb na zawiesiach i przemieszcza w szczelinowej komorze strefy grzewczej przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej z płaskim wzbudnikiem stanowiącym jednocześnie płaszcz termiczny dla nagrzewanych wkrętów, w której wkręty nagrzewa się do temperatury hartowania, przy czym energia cieplna pochodząca od indukowanych prądów wirowych we wkrętach stanowi 20-40% a energia ze zwrotnego promieniowania cieplnego pochodzącego od nagrzanych wkrętów stanowi 80-60%.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drut prostuje się przeciągając go przez układ rolek prostujących, które umieszczone są w dwóch płaszczyznach usytuowanych względem siebie pod kątem 90°.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nacinanie karbu tnącego realizuje się wysokoobrotowym frezem z węglików spiekanych na sucho.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wkręty przed nacinaniem karbu tnącego pozycjonuje się poprzez nadanie wkrętom wolnego ruchu obrotowego przenoszonego z koła ciernego do czasu aż wskoczy w gniazdo uchwytu.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wkręty obracają się o 30-60°, przy czym podczas obrotu szczęki uchwytu zaciskają się do końca w sposób mechaniczny, sterowane wewnętrzną krzywką.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas nagrzewania wkrętów do temperatury hartowania, maksymalna moc pobierana przez uzwojenie płaskiego wzbudnika przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej pracującego w temperaturze o ok. 50°C wyższej od temperatury hartowania wkrętów, wynosi 120 kW.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał do kolejnych operacji podaje się za pomocą podajników łańcuchowych albo ześlizgów z drutu.