PL234176B1 - Sposób walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych - Google Patents

Abstract

Sposób walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych, zwłaszcza walcowania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych w dwóch etapach charakteryzuje się tym, że półfabrykat w kształcie odcinka pręta o średnicy równej średnicy maksymalnej odkuwki (35) i długości mniejszej od długości walcowanej odkuwki (35) nagrzewa się w całej objętości do temperatury właściwej dla obróbki plastycznej na gorąco. Następnie umieszcza się nagrzany półfabrykat w strefie wejściowej pierwszego zestawu narzędziowego, składającego się z dwóch walców (6 i 7) klinowych oraz dwóch prowadnic (3) liniowych. Po czym wprawia się dwa walce (6 i 7) klinowe w ruch obrotowy z jednakową prędkością (n1) obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się przy pomocy centralnych powierzchni klinowych (14 i 15) znajdujących się na powierzchniach cylindrycznych (10 i 11) walców (6) oraz (7) klinowych stopień (28) środkowy do średnicy d1 i długości L1. Następnie po wykonaniu przez zespolone narzędzia (1 i 2) pełnego obrotu, zatrzymuje się ruch obrotowy walców (6 i 7). Następnie uruchamia się ruch postępowy popychacza ze stałą prędkością i przemieszcza się wzdłuż osi walcowania półfabrykat z ukształtowanym stopniem (28) środkowym do strefy wejściowej drugiego zestawu narzędziowego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych, zwłaszcza walcowania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych w dwóch etapach.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod wytwarzania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych, które ze względu na duże wymiary kształtowanych półwyrobów realizowane są metodami kucia swobodnego i półswobodnego. Szczegółowo procesy kucia ciężkich odkuwek w kształcie stopniowanych wałów i osi opisano w książce Wasiunyk W. „Kucie matrycowe” Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1987 r. Przedstawione w książce procesy kucia osi składają się z kilku operacji, takich jak: spęczanie, wydłużanie, odsadzanie, odcinanie naddatków technologicznych. Procesy realizowane są na prasach kuźniczych hydraulicznych z zastosowaniem wsadów w postaci wlewków. Pomimo dużej uniwersalności i prostej konstrukcji narzędzi kucie stopniowanych osi dla kolejnictwa obarczone jest dużym nakładem robocizny oraz dużymi stratami materiału.

Znane są również procesy walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek stopniowanych osi i wałów. Do najczęściej spotykanych metod walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek zalicza się walcowanie z wykorzystaniem narzędzi płaskich, które podczas procesu przemieszczają się w przeciwnych kierunkach oraz walcowanie z wykorzystaniem klinowych narzędzi w kształcie walców, obracających się w zgodnym kierunku. Szczegółowo procesy walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek zostały opisane w monografii autorstwa Pater Z. pt. „Walcowanie poprzeczno-klinowe”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2009 r. Cechą charakterystyczną odkuwek kształtowanych w procesach walcowania poprzeczno-klinowego jest ich symetria osiowa oraz prostoliniowość osi. Ograniczeniem zastosowania WPK odkuwek stopniowanych osi i wałów jest ich wielkość. Obecnie nie spotyka się tego typu procesów, które umożliwiałyby walcowanie odkuwek o średnicach powyżej 100 mm i długościach przekraczających 1000 mm.

Istotą sposobu walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych, zwłaszcza walcowania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych w dwóch etapach jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka pręta o średnicy równej średnicy maksymalnej odkuwki i długości mniejszej od długości walcowanej odkuwki nagrzewa się w całej objętości do temperatury właściwej dla obróbki plastycznej na gorąco, po czym umieszcza się nagrzany półfabrykat w strefie wejściowej pierwszego zestawu narzędziowego, składającego się z dwóch walców klinowych oraz dwóch prowadnic liniowych, następnie wprawia się dwa walce klinowe w ruch obrotowy z jednakową prędkością obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się przy pomocy centralnych powierzchni klinowych znajdujących się na powierzchniach cylindrycznych walców klinowych stopień środkowy, następnie po wykonaniu przez zespolone narzędzia pełnego obrotu, zatrzymuje się ruch obrotowy walców, po czym uruchamia się ruch postępowy popychacza ze stałą prędkością i przemieszcza się wzdłuż osi walcowania półfabrykat z ukształtowanym stopniem środkowym do strefy wejściowej drugiego zestawu narzędziowego, składającego się z walców klinowych oraz dwóch prowadnic, następnie uruchamia się ruch obrotowy walców klinowych z jednakową prędkością obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się po obu końcach półfabrykatu stożkowe czopy o jednakowym kącie rozwarcia, przy pomocy klinowych występów, które znajdują się na powierzchniach cylindrycznych walców klinowych, następnie zagłębia się w półfabrykat boczne kliny, które znajdują się na walcach klinowych za skrajnymi klinami i redukuje się przekrój skrajnych stopni odkuwki osi do średnicy oraz jednocześnie kalibruje się środkowy stopień odkuwki o średnicy przy pomocy centralnych klinów, znajdujących się przed strefą wyjściową na powierzchniach cylindrycznych walców klinowych, następnie ukształtowaną odkuwkę przemieszcza się do gniazda znajdującego się w strefie wyjściowej dolnego walca klinowego i usuwa się odkuwkę z przestrzeni roboczej walców klinowych podczas dalszego ruchu obrotowego zespolonych narzędzi.

Półfabrykat nagrzewa się do temperatury od 1050°C do 1250°C, korzystnie do 1150°C.

Walce klinowe obracają się ze stałą prędkością, wynoszącą 2 obr/min.

Na końcach półfabrykatu kształtuje się stożkowe czopy o jednakowym kącie, wynoszącym od 50° do 70°, korzystnie 60°.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na kształtowanie plastyczne ciężkich odkuwek stopniowanych osi w jednej operacji walcowania poprzeczno-klinowego. Sposób według wynalazku jest znacznie tańszy od dotychczas stosowanych metod wytwarzania odkuwek osi kolejowych. Realizacja procesu w jednej operacji pozwala na zmniejszenie zużycia materiału oraz skrócenie czasu wytwarzania. Ponadto dzięki ukształtowaniu w pierwszym etapie procesu stożkowych czopów wyeliminowano skrajne odpady występujące w typowych procesach walcowania poprzeczno-klinowego.

PL 234 176 B1

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia widok z boku w początkowym etapie procesu, fig. 2 - widok izometryczny początkowego etapu procesu, fig. 3 - widok izometryczny po ukształtowaniu środkowego stopnia, fig. 4 - widok izometryczny półfabrykatu z ukształtowanym stopniem, przemieszczonego do drugiego zestawu narzędziowego, fig. 5 - widok izometryczny narzędzi i półfabrykatu z ukształtowanymi stopniami stożkowymi, fig. 6 widok izometryczny narzędzi i odkuwki w końcowym etapie procesu, fig. 7 - widok izometryczny usuwania odkuwki z przestrzeni roboczej, fig. 8a - widok półfabrykatu, fig. 8b - widok półwyrobu z ukształtowanym stopniem środkowym, fig. 8c - widok półfabrykatu z ukształtowanymi czopami stożkowymi, zaś fig. 8d - widok ukształtowanej odkuwki osi.

Sposób walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych, zwłaszcza walcowania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych w dwóch etapach polega na tym, że półfabrykat 5 w kształcie odcinka pręta o średnicy do równej średnicy maksymalnej odkuwki 35 i długości Lo mniejszej od długości L walcowanej odkuwki 35 nagrzewa się w całej objętości do temperatury właściwej dla obróbki plastycznej na gorąco. Następnie umieszcza się nagrzany półfabrykat 5 w strefie wejściowej I pierwszego zestawu narzędziowego, który składa się z dwóch walców 6 i 7 klinowych oraz dwóch prowadnic 3 i 4 liniowych. Następnie wprawia się dwa walce 6 i 7 klinowe w ruch obrotowy z jednakową prędkością ni, obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się przy pomocy centralnych powierzchni klinowych 14 i 15 znajdujących się na powierzchniach cylindrycznych 10 i 11 walców 6 oraz 7 klinowych stopień 28 środkowy do średnicy d1 i długości L1. Następnie po wykonaniu przez zespolone narzędzia 1 i 2 pełnego obrotu, zatrzymuje się ruch obrotowy walców 6 i 7, uruchamiając ruch postępowy popychacza 27 ze stałą prędkością V i przemieszcza się wzdłuż osi walcowania półfabrykat 5 z ukształtowanym stopniem 28 środkowym do strefy wejściowej II drugiego zestawu narzędziowego, składającego się z walców 8 i 9 klinowych oraz dwóch prowadnic 3 i 4. Następnie uruchamia się ruch obrotowy walców 8 i 9 klinowych z jednakową prędkością m obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się po obu końcach półfabrykatu 5 stożkowe czopy 29 i 30 o jednakowym kącie rozwarcia a, przy pomocy klinowych występów 16 i 17 oraz 18 i 19, które znajdują się na powierzchniach cylindrycznych 12 i 13 walców 8 i 9 klinowych. Następnie zagłębia się w półfabrykat 5 boczne kliny 20 i 21 oraz 22 i 23, które znajdują się na walcach 8 i 9 klinowych za skrajnymi klinami 16 i 17, 18 i 19 i redukuje się przekrój skrajnych stopni 31 i 32 odkuwki osi do średnicy d2. Jednocześnie kalibruje się środkowy stopień 28 odkuwki o średnicy d1 przy pomocy centralnych klinów 24 i 25, znajdujących się przed strefą wyjściową na powierzchniach 12 i 13 cylindrycznych walców 8 i 9 klinowych. Następnie ukształtowaną odkuwkę 35 przemieszcza się do gniazda 26 znajdującego się w strefie wyjściowej dolnego walca 9 klinowego i usuwa się odkuwkę 35 z przestrzeni roboczej walców 8 i 9 klinowych podczas dalszego ruchu obrotowego zespolonych narzędzi 1 i 2. Półfabrykat 5 nagrzewa się do temperatury od 1050°C do 1250°C, korzystnie do 1150°C. Walce 6 i 7 oraz 8 i 9 klinowe obracają się ze stałą prędkością m, wynoszącą 2 obr/min. Na końcach półfabrykatu 5 kształtuje się stożkowe czopy 29 i 30 o jednakowym kącie a, wynoszącym od 50° do 70°, korzystnie 60°.

P r z y k ł a d wykonania

Nagrzany do temperatury 1150°C półfabrykat 5 w kształcie odcinka pręta o średnicy do = 180 mm i długości Lo = 1600 mm wprowadzany był wzdłuż swojej osi do przestrzeni roboczej utworzonej przez dwa walce 6 i 7 klinowe oraz dwie prowadnice 3 i 4. Następnie włączany był ruch obrotowy zespolonych narzędzi 1 i 2, wprawiający w ruch obrotowy walce 6 i 7 klinowe, które obracały się w tym samym kierunku z jednakowymi prędkościami m = 2 obr/min. Obracające się walce 6 i 7 klinowe chwytały półfabrykat 5 klinami 14 i 15, które umieszczone były w części centralnej na powierzchniach cylindrycznych 10 i 11 walców 6 i 7 klinowych i wprawiały go w ruch obrotowy w kierunku przeciwnym do kierunku obrotów walców, jednocześnie redukując przekrój poprzeczny środkowego stopnia 28 odkuwki do średnicy d1 = 150 mm na długości L1 = 1000 mm, jednocześnie wydłużając materiał na L2 = 1550 mm. Po wykonaniu przez zespolone narzędzia 1 oraz 2 pełnego obrotu wyłączano ich ruch obrotowy i przemieszczano osiowo półfabrykat 5 z ukształtowanym stopniem środkowym 28 do strefy wejściowej drugiego zestawu narzędziowego, który składał się z dwóch walców 8 i 9 klinowych oraz dwóch prowadnic 3 i 4. Proces przemieszczania realizowany był przy pomocy popychacza 27, który przemieszczał się w osi walcowania ze stałą prędkością, która wynosiła V = 100 mm/s. Po wprowadzeniu półfabrykatu 5 z ukształtowanym stopniem środkowym 28 do strefy wejściowej jl drugiego, zestawu narzędziowego ponownie uruchamiany był ruch obrotowy walców 8 i 9 klinowych w tym samym kierunku i z jednakową prędkością, która wynosiła m = 2 obr/min. Następnie w czasie ruchu obrotowego walców 8 i 9 klinowych kształtowano przy pomocy klinowych występów 16 i 17 oraz 18 i 19, po obu końcach półfabrykatu 5 stożkowe czopy 29 i 30

PL 234 176 B1 o jednakowym kącie rozwarcia a, który wynosił 60°, co powodowało wydłużenie materiału do długości L3 = 1600 mm. Przy czym klinowe występy 16 i 17 oraz 18 i 19 znajdowały się na powierzchniach cylindrycznych 12 i 13 walców 8 i 9 klinowych. Następnie zagłębiano w półfabrykat 5 boczne kliny 20 i 21 oraz 22 i 23, które znajdowały się na walcach 8 i 9 klinowych za skrajnymi klinami 16 i 17,18 i 19 i redukowano przekrój skrajnych stopni 31 i 32 odkuwki osi do średnicy d2 = 120 mm. W tym samym czasie jednocześnie kalibrowano środkowy stopień 28 odkuwki o średnicy d1 = 150 mm przy pomocy centralnych klinów 24 i 25, znajdujących się przed strefą wyjściową na powierzchniach 12 i 13 cylindrycznych walców 8 i 9 klinowych. Następnie ukształtowaną odkuwkę 35 o długości L = 1800 mm przemieszczano do gniazda 26 znajdującego się w strefie wyjściowej dolnego walca 9 klinowego, a następnie usuwano odkuwkę 35 z przestrzeni roboczej walców 8 i 9 klinowych podczas dalszego ruchu obrotowego zespolonych narzędzi 1 i 2.

Wykaz oznaczeń

1,2 - zespolone narzędzia

3, 4 - prowadnice liniowe

- półfabrykat

6, 7 - walce klinowe

8, 9 - walce klinowe

10, 11 - powierzchnie cylindryczne walców

12, 13 - powierzchnie cylindryczne walców

14, 15 - centralne kliny

16, 17, 18, 19 - klinowe występy

20, 21,22, 23 - boczne kliny

24, 25 - centralne kliny

- gniazdo

- popychacz

- środkowy stopień odkuwki

29, 30 - stożkowe czopy

31, 32 - skrajne stopnie odkuwki

33, 34 - nieodkształcane stopnie odkuwki

- odkuwka do - średnica początkowa półfabrykatu d1 - średnica środkowego stopnia odkuwki d2 - średnica skrajnych stopni odkuwki

L - długość odwalcowanej odkuwki

Lo - długość początkowa półfabrykatu

L1 - długość środkowego stopnia odkuwki

L2 - długość półfabrykatu po ukształtowaniu środkowego stopnia

L3 - długość półfabrykatu po ukształtowaniu stopni stożkowych a - kąt rozwarcia stożkowych czopów

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych, zwłaszcza walcowania ciężkich odkuwek osi i wałów stopniowanych w dwóch etapach, znamienny tym, że półfabrykat (5) w kształcie odcinka pręta o średnicy (do) równej średnicy maksymalnej odkuwki (35) i długości (Lo) mniejszej od długości (L) walcowanej odkuwki (35) nagrzewa się w całej objętości do temperatury właściwej dla obróbki plastycznej na gorąco, po czym umieszcza się nagrzany półfabrykat (5) w strefie wejściowej (I) pierwszego zestawu narzędziowego, składającego się z dwóch walców (6) i (7) klinowych oraz dwóch prowadnic (3) i (4) liniowych, następnie wprawia się dwa walce (6) i (7) klinowe w ruch obrotowy z jednakową prędkością (m) obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się przy pomocy centralnych powierzchni klinowych (14) i (15) znajdujących się na powierzchniach cylindrycznych (10) i (11) walców (6) oraz (7) klinowych stopień (28) środkowy do średnicy (d1) i dłu

   PL 234 176 B1 gości (L1), następnie po wykonaniu przez zespolone narzędzia (1) i (2) pełnego obrotu, zatrzymuje się ruch obrotowy walców (6) i (7), po czym uruchamia się ruch postępowy popychacza (27) ze stałą prędkością (V) i przemieszcza się wzdłuż osi walcowania półfabrykat (5) z ukształtowanym stopniem (28) środkowym do strefy wejściowej (II) drugiego zestawu narzędziowego, składającego się z walców (8) i (9) klinowych oraz dwóch prowadnic (3) i (4), następnie uruchamia się ruch obrotowy walców (8) i (9) klinowych z jednakową prędkością (Q1) obrotową w tym samym kierunku i kształtuje się po obu końcach półfabrykatu (5) stożkowe czopy (29) i (30) o jednakowym kącie rozwarcia (a), przy pomocy klinowych występów (16) i (17) oraz (18) i (19), które znajdują się na powierzchniach cylindrycznych (12) i (13) walców (8) i (9) klinowych, następnie zagłębia się w półfabrykat (5) boczne kliny (20) i (21) oraz (22) i (23), które znajdują się na walcach (8) i (9) klinowych za skrajnymi klinami (16) i (17), (18) i (19) i redukuje się przekrój skrajnych stopni (31) i (32) odkuwki osi do średnicy (d2) oraz jednocześnie kalibruje się środkowy stopień (28) odkuwki o średnicy (d1) przy pomocy centralnych klinów (24) i (25), znajdujących się przed strefą wyjściową na powierzchniach (12) i (13) cylindrycznych walców (8) i (9) klinowych, następnie ukształtowaną odkuwkę (35) przemieszcza się do gniazda (26) znajdującego się w strefie wyjściowej dolnego walca (9) klinowego i usuwa się odkuwkę (35) z przestrzeni roboczej walców (8) i (9) klinowych podczas dalszego ruchu obrotowego zespolonych narzędzi (1) i (2).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że półfabrykat (5) nagrzewa się do temperatury od 1050°C do 1250°C, korzystnie do 1150°C.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walce (6) i (7) oraz (8) i (9) klinowe obracają się ze stałą prędkością (01), wynoszącą 2 obr/min.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na końcach półfabrykatu (5) kształtuje się stożkowe czopy (29) i (30) o jednakowym kącie (a), wynoszącym od 50° do 70°, korzystnie 60°.

   PL 234 176 Β1

   Rysunki

   Fig. 1

   PL 234 176 Β1

   16 20 12

   PL 234 176 Β1

   16 20 12 // 17 21

   PL 234 176 Β1

   16 20 12 17 21

   PL234 176 Β1

   20 12 24 5 19 21

   PL 234 176 Β1

   16 20 12 17 21

   PL234 176 Β1

   16 33 20 12 17 21

   PL 234 176 Β1

   Fig, 8d