PL236099B1 - Sposób kucia kul - Google Patents

Abstract

Sposób kucia kul, zwłaszcza z prętów walcowych polega na tym, że półfabrykat (5) w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy (do) mniejszej od średnicy kutej kuli oraz o długości (Lo) wielokrotnie większej od średnicy kutej kuli nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji, następnie wprowadza się półfabrykat (5) do przestrzeni roboczej pierwszego zestawu narzędzi, składającego się z dwóch matryc (1a i 1b) oraz dwóch stempli (3a i 3b), po czym wprawia się dwie matryce (1a i 1b) w przeciwbieżny ruch postępowy z jednakową prędkością (Vo) i przemieszcza się dwie matryce (1a i 2b) po prowadnicy (4) w kierunku półfabrykatu (5) i wprowadza się skrajne odcinki półfabrykatu (5) do otworów cylindrycznych (2a i 2b) dwóch matryc (1a i 1b), następnie zatrzymuje się ruch postępowy dwóch matryc (1a i 1b), po czym wprawia się w przeciwbieżny ruch postępowy dwa stemple (3a i 3b) i przemieszcza się z jednakową prędkością V1 dwa stemple (3a i 3b) w otworach cylindrycznych (2a i 2b) dwóch matryc (1a i 1b) w kierunku półfabrykatu (5), następnie oddziałuje się na półfabrykat (5) wklęsłymi powierzchniami (8a i 8b) dwóch stempli (3a i 3b), po czym spęcza się swobodnie środkowy odcinek półfabrykatu (5) i jednocześnie wysuwa się skrajne odcinki półfabrykatu (5) z otworów cylindrycznych (2a i 2b) dwóch matryc (1a i 1b) i kształtuje się półwyrób o wypukłej powierzchni bocznej do kształtu baryłki i o sferycznych powierzchniach czołowych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób kucia kul, zwłaszcza z prętów walcowych.

Dotychczas znane i stosowane są metody wytwarzania kul, wykorzystywanych w młynach kulowych lub łożyskach tocznych. Do najczęściej spotykanych zalicza się odlewanie, kucie matrycowe lub swobodne oraz walcowanie. Kule ze stali zlewnej odlewa się najczęściej do form trwałych wykonanych z metalu, tak zwanych kokili. Kucie matrycowe kul realizowane jest na ogół na prasach ciernych lub kuźniarkach, z wykorzystaniem materiału wsadowego w postaci prętów ze stali o zwiększonej zawartości węgla i manganu. Bezpośrednio po procesie kucia na prasach mimośrodowych lub korbowych wykonuje się okrawanie wypływki. Procesy kucia swobodnego i matrycowego kul opisano w artykule autorów Sińczak J., Łukaszek M., Stanik A.: „Kucie kul do młynów kulowych”, Obróbka Plastyczna Metali, nr 5,1997 r. Autorzy podają, że kule stosowane na mielniki do młynów kulowych o średnicach powyżej 200 mm wykonuje się najczęściej w procesach kucia swobodnego. Natomiast kule o wymiarach do 200 mm kształtuje się w procesach kucia matrycowego z wypływką na prasach i młotach. Podstawową wadą procesu kucia jest stosunkowo niska wydajność oraz dość duże straty materiału związane z wypływką. Największą wydajność i uzysk materiałowy przy wytwarzaniu kul uzyskuje się stosując proces walcowania poprzeczno-klinowego oraz skośnego. Szczegółowo procesy walcowania skośnego kul opisano w książce autorstwa Dobrucki W. „Zarys obróbki plastycznej metali”, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1975 r. Opisana w książce metoda polega na walcowaniu kul 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, zwykle pod kątem od 3° do 7°. Podczas walcowania walce obracają się w tym samym kierunku, materiał zaś obraca się w przeciwnym kierunku. Aby otrzymać dobre wyniki walcowania, średnica wsadu powinna wynosić około 0,97 średnicy gotowych kul. Średnica walców jest 5 + 6 razy większa od średnicy kul. W czasie jednego obrotu walców uzyskuje się jedną kulę. W trakcie jednej minuty można otrzymać nawet 160 kul o średnicy około 0 30 mm lub 40 kul o średnicy około 0 120 mm. Ograniczeniem metody jest możliwość kształtowania kul o średnicach nieprzekraczających 120 mm.

Znane są również metody kucia kul z główek odciętych od złomowanych szyn kolejowych. Proces taki z uwagi na niesymetryczny kształt półfabrykatu, realizowany jest w matrycach otwartych. W trakcie kucia na obwodzie kuli powstaje wypływka, którą okrawa się na oddzielnych prasach okrojniczych. Ograniczeniem procesu kucia odkuwek kul z główek złomowanych szyn kolejowych jest ich średnica, która z uwagi na dopuszczalną długość wsadu nie przekracza 80 mm.

Istotą sposobu kucia kul, zwłaszcza z prętów walcowych według wynalazku jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy mniejszej od średnicy kutej kuli oraz o długości wielokrotnie większej od średnicy kutej kuli nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji, następnie wprowadza się półfabrykat do przestrzeni roboczej pierwszego zestawu narzędzi, składającego się z dwóch matryc, które posiadają otwory cylindryczne, które położone są naprzeciw siebie w taki sposób, że otwory cylindryczne znajdują się w jednej osi, zaś odległość między powierzchniami dwóch matryc jest większa od długości półfabrykatu oraz dwóch stempli, które znajdują się w otworach cylindrycznych dwóch matryc i skierowane są wklęsłymi p owierzchniami w kierunku półfabrykatu, po czym wprawia się dwie matryce w przeciwbieżny ruch postępowy z jednakową prędkością i przemieszcza się dwie matryce po prowadnicy w kierunku półfabrykatu i wprowadza się skrajne odcinki półfabrykatu do otworów cylindrycznych dwóch matryc, następnie zatrzymuje się ruch postępowy dwóch matryc, po czym wprawia się w przeciwbieżny ruch postępowy dwa stemple i przemieszcza się z jednakową prędkością dwa stemple w otworach cylindrycznych dwóch matryc w kierunku półfabrykatu, następnie oddziałuje się na półfabrykat wklęsłymi powierzchniami, które znajdują się na powierzchniach czołowych dwóch stempli, po czym spęcza się swobodnie środkowy odcinek półfabrykatu i jednocześnie wysuwa się skrajne odcinki półfabrykatu z otworó w cylindrycznych dwóch matryc i kształtuje się półwyrób o wypukłej powierzchni bocznej do kształtu baryłki i o sferycznych powierzchniach czołowych, przy czym największa średnica półwyrobu jest mniejsza od średnicy kuli, a długość półwyrobu jest większa od średnicy kuli, następnie przemieszcza się dwie matryce oraz dwa stemple w kierunku skrajnych końców prowadnicy i przenosi się ukształtowany półwyrób z pierwszego zestawu narzędzi do drugiego zestawu narzędzi, składającego się z dolnej matrycy i górnej matrycy, które umieszczone są w jednej osi i mają wykonane na powierzchniach czołowych, znajdujących się naprzeciwko siebie wklęsłe powierzchnie o zarysie

PL 236 099 B1 kształtowanej kuli, po czym umieszcza się półwyrób w dolnej matrycy i wprawia się górną matrycę w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej i zgniata się półwyrób wklęsłymi powierzchniami, znajdującymi się w dolnej matrycy i górnej matrycy i kształtuje się kulę.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na kształtowanie kul o dużych średnicach z półfabrykatów w kształcie prętów walcowych, których średnica może być nawet dwa razy mniejsza od średnicy kutych kul. W rezultacie wynalazek umożliwia kucie kul o średnicy 100 mm z prętów o średnicy 50 mm, które mogą być wytwarzane między innymi z główek złomowanych szyn kolejowych w procesach walcowania. Kolejnym korzystnym skutkiem wynalazku jest możliwość kształtowania kul w sposób bezodpadowy, co zwiększa wydajność procesu i obniża zużycie materiału i energii.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia widok z boku narzędzi i półfabrykatu w początkowym etapie procesu kształtowania półwyrobu, fig. 2 - przekrój osiowy A-A poprowadzony wzdłuż osi narzędzi i półfabrykatu w początkowym etapie procesu kształtowania półwyrobu, fig. 3 - przekrój izometryczny w początkowym etapie procesu kształtowania półwyrobu, fig. 4 - przekrój izometryczny narzędzi i półfabrykatu po zatrzymaniu matryc, fig. 5 - przekrój izometryczny w końcowym etapie kształtowania półwyrobu, fig. 6 - widok izometryczny wycofanych matryc z ukształtowanym półwyrobem, fig. 7 - przekrój izometryczny w początkowym etapie procesu kształtowania kuli, fig. 8 - przekrój izometryczny w końcowym etapie procesu kształtowania kuli, fig. 9a - kształt półfabrykatu, fig. 9b - kształt półwyrobu, fig. 9c - kształt kuli.

Sposób kucia kul, zwłaszcza z prętów walcowych charakteryzuje się tym, że półfabrykat 5 w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy do mniejszej od średnicy D kutej kuli 11 oraz o długości Lo wielokrotnie większej od średnicy D kuli 11 nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji. Następnie wprowadza się półfabrykat 5 do przestrzeni roboczej pierwszego zestawu narzędziowego I, składającego się z dwóch matryc 1a i 1b oraz dwóch stempli 3a i 3b. Matryce 1a oraz 1b mają kształt płyt w których wykonane są cylindryczne otwory 2a i 2b, których średnica jest większa od średnicy do półfabrykatu 5. Ponadto matryce w początkowym etapie procesu umieszczone są naprzeciwko siebie w prowadnicy 4 w taki sposób, że otwory 2a i 2b znajdują się w jednej osi, a odległość między powierzchniami czołowymi jest większa od długości Lo półfabrykatu 5. Po czym dwie matryce 1a i 1b wprawiane są w przeciwbieżny ruch postępowy z jednakową prędkością Vo i przemieszczane są po prowadnicy 4 w kierunku półfabrykatu 5, wprowadzając skrajne odcinki półfabrykatu 5 do otworów cylindrycznych 2a i 2b dwóch matryc 1a i 1b. Następnie matryce 1a i 1b są zatrzymywane, po czym przemieszcza się z jednakową prędkością V1 dwa stemple 3a i 3b w otworach cylindrycznych 2a i 2b dwóch matryc 1a i 1b w kierunku półfabrykatu 5. Dwa stemple 3a i 3b mają kształt stopniowanych walców, na których powierzchniach czołowych wykonane są wgłębienia w kształcie wklęsłych powierzchni (8a) i (8b), których zarys jest zgodny z zarysem powierzchni sferycznej kształtowanej kuli 11. W wyniku oddziaływania na półfabrykat 5 wklęsłych powierzchni 8a i 8b stempli 3a i 3b spęczany jest w sposób swobodny środkowy odcinek półfabrykatu 5. Jednocześnie wysuwa się skrajne odcinki półfabrykatu 5 z otworów cylindrycznych 2a i 2b dwóch matryc 1a i 1b, kształtując półwyrób 6 o wypukłej powierzchni bocznej w kształcie zbliżonym do baryłki i o sferycznych powierzchniach czołowych 7a i 7b. Największa średnica d półwyrobu 6 jest mniejsza od średnicy D kuli 11, a długość L półwyrobu 6 jest większa od średnicy D kuli 11. Następnie przemieszcza się dwie matryce 1a i 1b oraz dwa stemple 3a i 3b w kierunku skrajnych końców prowadnicy 4 i przenosi się ukształtowany półwyrób 6 z pierwszego zestawu narzędzi I do drugiego zestawu narzędzi II, składającego się z dolnej matrycy 9a i górnej matrycy 9b. Przy czym na powierzchniach czołowych dolnej matrycy 9a oraz górnej matrycy 9b wykonane są wykroje w kształcie wklęsłych powierzchni 10a i 10b, których zarys jest taki sam jak kształt powierzchni sferycznej kształtowanej kuli 11, a odległość między powierzchniami czołowymi dolnej matrycy 9a oraz górnej matrycy 9b jest większa od długości L półwyrobu 6. Po czym umieszcza się półwyrób 6 w dolnej matrycy 9a. Dolna matryca 9a i górna matryca 9b umieszczone są w jednej osi w ten sposób, że wklęsłe powierzchnie 10a i 10b znajdują się naprzeciwko siebie i po złożeniu tworzą wykrój o zarysie sferycznym, odpowiadający zarysowi kształtowanej kuli 11. Następnie wprawia się górną matrycę 9b w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej 9a, zgniatając półwyrób 6 wklęsłymi powierzchniami 10a i 10b, znajdującymi się w dolnej matrycy 9a i górnej matrycy 9b w rezultacie kształtuje się kulę 11.

Półfabrykat 5 w kształcie odcinka pręta, którego długość początkowa Lo wynosiła 270 mm, a średnica początkowa do wynosiła 50 mm nagrzany był do temperatury 1200°C. Następnie nagrzany półfabrykat 5 umieszczany był w przestrzeni roboczej pierwszego zestawu narzędziowego. Po czym dwie matryce 1a i 1b wprawiane były w przeciwbieżny ruch postępowy z jednakową prędkością Vo,

PL 236 099 B1 wynoszącą 50 mm/s, w wyniku czego wprowadzano skrajne odcinki półfabrykatu 5 do otworów cylindrycznych 2a i 2b dwóch matryc 1a i 1b. Następnie matryce 1a i 1b zatrzymywano, po czym przemieszczano z jednakową prędkością V1, wynoszącą 100 mm/s dwa stemple 3a i 3b w otworach cylindrycznych 2a i 2b matryc 1a i 1b w kierunku półfabrykatu 5. Następnie podczas wysuwania skrajnych odcinków półfabrykatu 5 z otworów cylindrycznych 2a i 2b spęczano swobodnie środkowy odcinek półfabrykatu 5, w wyniku czego kształtowany był półwyrób 6 o wypukłej powierzchni bocznej w kształcie zbliżonym do baryłki i o sferycznych powierzchniach czołowych 7a i 7b, Największa średnica d półwyrobu 6 wynosiła 80 mm, a długość L półwyrobu 6 wynosiła 140 mm. Następnie przemieszczano matryce 1a i 1b oraz stemple (3a) i (3b) z jednakową prędkością V2, która wynosiła 50 mm/s w kierunku skrajnych końców prowadnicy 4. W tym czasie ukształtowany półwyrób 6 przenoszony był do drugiego zestawu narzędzi, składającego się z dolnej matrycy 9a i górnej matrycy 9b. Po umieszczeniu półwyrobu 6 w dolnej matrycy 9a górna matryca 9b była wprawiana w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej 9a z prędkością V3 równą 100 mm/s, zgniatając półwyrób 6 wklęsłymi powierzchniami 10a i 10b, które znajdowały się w dolnej matrycy 9a i górnej matrycy 9b i w rezultacie kształtowano kulę 11. Następnie górna matryca 9b przemieszczana była do góry z prędkością V4 równą 100 mm/s, a ukształtowana kula 11 usuwana była z dolnej matrycy 9a.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób kucia kul, zwłaszcza z prętów walcowych, znamienny tym, że półfabrykat (5) w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy (do) mniejszej od średnicy (D) kutej kuli (11) oraz o długości (Lo) wielokrotnie większej od średnicy (D) kutej kuli (11) nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji, następnie wprowadza się półfabrykat (5) do przestrzeni roboczej pierwszego zestawu narzędzi (I), składającego się z dwóch matryc (1a) i (1b), które posiadają otwory cylindryczne (2a) i (2b), które położone są naprzeciw siebie w taki sposób, że otwory cylindryczne (2a) i (2b) znajdują się w jednej osi, zaś odległość między powierzchniami dwóch matryc (1a) i (1b) jest większa od długości (Lo) półfabrykatu (5) oraz dwóch stempli (3a) i (3b), które znajdują się w otworach cylindrycznych (2a) i (2b) dwóch matryc (1a) i (1b) i skierowane są wklęsłymi powierzchniami (8a) i (8b) w kierunku półfabrykatu (5), po czym wprawia się dwie matryce (1a) i (1b) w przeciwbieżny ruch postępowy z jednakową prędkością (Vo) i przemieszcza się dwie matryce (1a) i (1b) po prowadnicy (4) w kierunku półfabrykatu (5) i wprowadza się skrajne odcinki półfabrykatu (5) do otworów cylindrycznych (2a) i (2b) dwóch matryc (1a) i (1b), następnie zatrzymuje się ruch postępowy dwóch matryc (1a) i (1b), po czym wprawia się w przeciwbieżny ruch postępowy dwa stemple (3a) i (3b) i przemieszcza się z jednakową prędkością (V1) dwa stemple (3a) i (3b) w otworach cylindrycznych (2a) i (2b) dwóch matryc (1a) i (1b) w kierunku półfabrykatu (5), następnie oddziałuje się na półfabrykat (5) wklęsłymi powierzchniami (8a) i (8b), które znajdują się na powierzchniach czołowych dwóch stempli (3a) i (3b), po czym spęcza się swobodnie środkowy odcinek półfabrykatu (5) i jednocześnie wysuwa się skrajne odcinki półfabrykatu (5) z otworów cylindrycznych (2a) i (2b) dwóch matryc (1a) i (1b) i kształtuje się półwyrób (6) o wypukłej powierzchni bocznej do kształtu baryłki i o sferycznych powierzchniach czołowych (7a) i (7b), przy czym największa średnica (d) półwyrobu (8) jest mniejsza od średnicy (D) kuli (11), a długość (L) półwyrobu (6) jest większa od średnicy (D) kuli (11), następnie przemieszcza się dwie matryce (1a) i (1b) oraz dwa stemple (3a) i (3b) w kierunku skrajnych końców prowadnicy (4) i przenosi się ukształtowany półwyrób (6) z pierwszego zestawu narzędzi (I) do drugiego zestawu narzędzi (II), składającego się z dolnej matrycy (9a) i górnej matrycy (9b), które umieszczone są w jednej osi i mają wykonane na powierzchniach czołowych, znajdujących się naprzeciwko siebie wklęsłe powierzchnie (10a) i (10b) o zarysie kształtowanej kuli (11), po czym umieszcza się półwyrób (6) w dolnej matrycy (9a) i wprawia się górną matrycę (9b) w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej (9a) i zgniata się półwyrób (6) wklęsłymi powierzchniami (10a) i (10b), znajdującymi się w dolnej matrycy (9a) i górnej matrycy (9b) i kształtuje się kulę (11).