PL236376B1 - Narzędzie płaskie do kształtowania kul - Google Patents

Abstract

Narzędzie do walcowania poprzeczno-klinowego kul składa się z płyty (5), która z jednej strony jest płaska, zaś z drugiej strony, roboczej posiada występy (6), które składają się z kolejno następujących po sobie odcinków (6a, 6b, 6c, 6d), przy czym strona robocza narzędzia składa się z czterech kolejnych stref, na początku płyty (5) znajduje się strefa wcinania (1), w której znajdują się pierwsze odcinki (6a) o płaskich powierzchniach bocznych (7a). Dalej znajduje się strefa spęczania (2) o wykroju zmieniającym się od linii łamanej w łuk, w której znajdują się drugie odcinki (6b) występów (6). Następnie znajduje się strefa kalibrowania (3) z trzecimi odcinkami (6c) a za nią strefa wyjściowa (4) z czwartymi odcinkami (6d).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie płaskie do kształtowania kul, zwłaszcza walcowania ze spędzaniem materiału w walcarkach płasko-klinowych.

Znane jest rozwiązanie narzędzia poprzecznego - opisane w książce Pater Z. „Walcowanie poprzeczno-klinowe”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2009 r. - umożliwiające jednoczesne kształtowanie czterech kul. Składa się ono z dwóch części klina kształtującego i wkładki rozcinającej. Klin kształtujący ma typowy kształt, w którym wykonano wzdłużnie równoległe rowki klinowe o zarysie poprzecznym kołowym, które oddalone są od siebie na odległość mniejszą od średnicy wykonywanej kuli. W wyniku działania klina kształtującego otrzymywane są kule połączone łącznikami walcowymi o średnicy wynoszącej około połowy średnicy kuli. Rozcięcie ukształtowanych kul realizowane jest za pomocą wkładki rozcinającej, której działanie powoduje przekształcenie łączników w brakujące części kul. Charakterystyczne jest, że w trakcie rozcinania kule rozsuwane są na boki przez rowki, które w tej części narzędzia są pod kątem do kierunku walcowania - przemieszczania narzędzia klinowego.

Z kolei z polskiego patentu PL 215635 znane jest narzędzie do równoczesnego kształtowania plastycznego wyrobów typu kula metodą walcowania poprzecznego. Opisane w patencie narzędzie ma kształt płaskiej płyty, na powierzchni której wykonane są występy o wklęsłych powierzchniach bocznych. Konstrukcja narzędzia umożliwia jednoczesne walcowanie kilku kul z półfabrykatu w kształcie pręta, którego średnica jest nieco mniejsza od średnicy kuli. Cechą charakterystyczną narzędzia jest równoległe do siebie położenie występów kształtujących, co znacznie ogranicza minimalną średnicę półfabrykatów, z których mogą być walcowane kule. Praktyka pokazała, że narzędzia tego typu są przydatne do walcowania kul o średnicy około 10% większej od średnicy pręta, z którego są walcowane.

Dotychczasowe rozwiązania narzędzi stosowanych do walcowania poprzecznego odkuwek kul w walcarkach płasko-klinowych charakteryzują się możliwością kształtowania kul z półfabrykatów w postaci odcinków prętów o średnicy zbliżonej do średnicy kuli lub niewiele mniejszej od średnicy walcowanych kul. Często tego typu narzędzia mają klinowy kształt występów roboczych, który następnie gwałtownie przechodzi w zarys kołowy, co znacząco wpływa na zwiększenie całkowitej długości narzędzia oraz ma negatywny wpływ na kształt walcowanych kul oraz powoduje wzrost sił kształtowania.

Istota narzędzia płaskiego do kształtowania kul o średnicy większej co najmniej o 20% w stosunku do średnicy pręta, z którego są walcowane, w kształcie płyty zawierającej na powierzchni roboczej co najmniej dwa zasadniczo równoległe do siebie występy, których boki tworzą wykrój walcowania, przy czym na płycie znajduje się strefa wcinania oraz strefa kalibrowania, polega na tym, że pierwsze odcinki występów w strefie wcinania mają w przekroju poprzecznym zarys trójkątny, natomiast pomiędzy strefą wcinania a strefą kalibrowania znajduje się strefa spęczania, przy czym drugie odcinki występów w strefie spęczania mają stałą wysokość, równą w wysokości maksymalnej pierwszych odcinków na końcu strefy wcinania, zaś powierzchnie boczne drugich odcinków łagodnie zmieniają swój kształt z płaskiego od strony strefy wcinania na wklęsły w kierunku strefy kalibrowania, a promień wklęsłych powierzchni bocznych na końcu strefy spęczania jest równy promieniowi walcowanych kul, zaś szerokość drugich odcinków w strefie spęczania stopniowo zwiększa się w kierunku strefy kalibrowania, przy czym drugi odcinek stanowi przedłużenie pierwszego odcinka po czym przechodzi w trzeci odcinek, a razem tworzą występ.

Pierwsze odcinki posiadają płaskie powierzchnie boczne, przy czym wszystkie pierwsze odcinki korzystnie rozszerzają się pod jednakowym kątem w kierunku centralnej części narzędzia, zaś płaskie powierzchnie pochylone są pod jednakowym kątem w stosunku do podstawy płyty, przy czym wysokość pierwszych odcinków zwiększa się od wartości minimalnej do wartości maksymalnej na końcu strefy wcinania, natomiast odległość pomiędzy występami jest stała.

W szczególnym przypadku na płaskich powierzchniach bocznych pierwszych odcinków znajdują się nacięcia w kształcie regularnych wgłębień.

Wartość minimalna jest równa różnicy pomiędzy promieniem walcowanych kul a promieniem półfabrykatu, zaś wartość maksymalna na końcu strefy wcinania jest równa promieniowi walcowanych kul pomniejszonemu o wartość połowy szczeliny.

Strefa kalibrowania korzystnie zawiera trzecie odcinki występów o wklęsłych powierzchniach bocznych, przy czym kształt trzecich odcinków w strefie kalibrowania jest stały na całej jej długości, zaś promień wklęsłych powierzchni bocznych równy jest promieniowi walcowanych kul.

PL 236 376 B1

W ulepszonym rozwiązaniu, że za strefą kalibrowania znajduje się strefa wyjściowa, w której znajdują się czwarte odcinki, o wklęsłych powierzchniach bocznych, przy czym ich wysokość w strefie wyjściowej jest stała, zaś szerokość stopniowo zmniejsza się, natomiast promień wklęsłych powierzchni bocznych stopniowo zwiększa się od wartości równej promieniowi walcowanych kul do wartości maksymalnej większej od promienia walcowanych kul.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że narzędzie umożliwia jednoczesne walcowanie kilku odkuwek kul, których liczba jest uzależniona od wielkości walcarki. Wynalazek umożliwia walcowanie odkuwek kul o średnicach większych nawet o 30% w stosunku do średnicy półfabrykatów walcowych. Pozwala to na zastosowanie znanych materiałów w postaci prętów o średnicy 52 milimetry wykonywanych między innymi ze złomowanych szyn kolejowych. Dzięki wprowadzeniu na powierzchni roboczej narzędzia strefy kształtowania i spęczania z płynnie zmieniającym się wykrojem proces przebiega znacznie stabilniej w stosunku do walcowania konwencjonalnymi narzędziami, zaś wartość sił kształtowania jest mniejsza i relatywnie stała w całym zakresie strefy kształtowania i spęczania w stosunku do porównywalnych procesów, realizowanych konwencjonalnymi narzędziami. Dodatkowo istotnie zmniejszono drgania generowane podczas walcowania co będzie miało wpływ na podniesienie trwałości walcarek. Ponadto blisko dwukrotnie obniżono wartość maksymalną siły walcowania, co z kolei pozwoli na realizację procesu w walcarkach o znacznie mniejszej mocy.

Narzędzie do walcowania poprzecznego odkuwek kul o średnicy 70 milimetrów z pręta o średnich 52 milimetra zostało przedstawione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

• fig. 1 przedstawia widok narzędzia z góry, • fig. 2 - widok narzędzia z boku, • fig. 3 - widok narzędzia z tyłu, • fig. 4 - przekrój A-A poprzeczny narzędzia w strefie wcinania, • fig. 5 - przekrój B-B poprzeczny narzędzia poprowadzony przez początek strefy, kształ- towania i spęczania, • fig. 6 - przekrój C-C poprzeczny narzędzia poprowadzony przez środek strefy kształtowania i spęczania, zaś • fig. 7 - przekrój D-D poprzeczny narzędzia poprowadzony przez koniec strefy kształtowania i spęczania, • fig. 8 - przekrój E-E poprzeczny poprowadzony przez strefę kalibrowania, zaś • fig. 9 - widok izometryczny narzędzia.

Narzędzie do walcowania poprzecznego odkuwek kul, zwłaszcza walcowania ze spędzaniem materiału w walcarkach płasko-klinowych ma kształt płyty posiada strefę wcinania (1), strefę kalibrowania (3) oraz strefę wyjściową (4). Narzędzie składa się z płyty (5), która z jednej strony jest płaska, zaś z drugiej strony roboczej posiada pięć występów (6), które składają się z kolejno następujących po sobie odcinków (6a, 6b, 6c, 6d). Strona robocza narzędzia składa się z czterech kolejnych stref. Na początku płyty (5) znajduje się strefa wcinania (1), w której pierwsze odcinki (6a) posiadają płaskie powierzchnie boczne (7a, 7b). Wszystkie pierwsze odcinki (6a) w strefie wcinania (1) rozszerzają się pod jednakowym kątem β, równym 2° w kierunku centralnej części narzędzia. Długość (L1) strefy wcinania (1) wynosi 500 mm. Natomiast płaskie powierzchnie boczne (7a, 7b) pochylone są pod jednakowymi kątami a, które wynoszą 45°. Wysokość pierwszych odcinków (6a) w strefie wcinania (1) zwiększa się od wartości minimalnej (h1), wynoszącej dziewięć milimetrów na początku strefy wcinania (1), która jest równa różnicy pomiędzy promieniem walcowanych kul (Rk), równym 35 mm a promieniem półfabrykatu, równym 26 mm do wartości maksymalnej (h2), równej 34,5 mm na końcu strefy wcinania (1), która jest równa promieniowi walcowanych kul (Rk) pomniejszonemu o wartość połowy szczeliny (e), wynoszącej 1 mm. Natomiast odległość (h) pomiędzy występami (6) jest stała i wynosi 85 mm, ponadto na płaskich powierzchniach bocznych (7a, 7b) znajdują się nacięcia (11) w kształcie regularnych wgłębień o głębokości 0,4 mm, które oddalone są od siebie o 4 mm.

Następnie za strefą wcinania (1) znajduje się strefa kształtowania i spęczania (2), zwana dalej strefą spęczania (2), w której znajdują się drugie odcinki (6b), które mają stałą wysokość, równą wysokości maksymalnej (h2) pierwszych odcinków (6a) na końcu strefy wcinania (1). Powierzchnie boczne (8a, 8b) drugich odcinków (6b) stopniowo zmieniają swój kształt z płaskiego na początku strefy spęczania (2), przedstawionego na Figurze 5, poprzez krzywoliniowy przedstawiony na Figurze 6, aż do wklęsłego na końcu strefy spęczania (2) przedstawiony na Figurze 7, a promień wklęsłych powierzchni bocz

PL 236 376 Β1 nych (8a, 8b) na końcu strefy spęczania (2) jest równy promieniowi walcowanych kul (Rk). Zaś szerokość (S2) drugich odcinków (6b) w strefie spęczania (2) stopniowo zwiększa się od 2 mm na początku strefy spęczania (2) do 15 mm na końcu strefy kształtowania i spęczania (2).

Z kolei za strefą spęczania (2) znajduje się strefa kalibrowania (3), w której znajdują się trzecie odcinki (6c) o wklęsłych powierzchniach bocznych (9a) i (9b), przy czym kształt trzecich odcinków (6c) w strefie kalibrowania (3) nie zmienia się, ich szerokość (S3) jest stała, zaś promień wklęsłych powierzchni bocznych (9a, 9b) równy jest promieniowi walcowanych kul (Rk).

Ostatnią strefą jest strefa wyjściowa (4), w której znajdują się czwarte odcinki (6d), o wklęsłych powierzchniach bocznych (10a, 10b). Wysokość czwartych odcinków (6d) w strefie wyjściowej (4) jest stała, zaś ich szerokość (S₄) stopniowo zmniejsza się od wartości równej 15 mm do wartości równej 10 mm, natomiast promień wklęsłych powierzchni bocznych (10a, i 10b) stopniowo zwiększa się od wartości równej promieniowi walcowanych kul (Rk) do wartości większej (Rw) od promienia walcowanych kul i równej 37,5 mm.

Przykład porównawczy

Przy użyciu metody elementów skończonych (MES) porównano siły walcowania występujące w przypadku znanego narzędzia, według patentu nr 215635 z narzędziem wg wynalazku. Przebieg sił walcowania przedstawiono na wykresie. Literą (A) oznaczono przebieg sił w przypadku walcowania kul znanym narzędziem, a literą (B) oznaczono przebieg sił w przypadku walcowania kul narzędziem według wynalazku. Przebieg sił walcowania oznaczony literą (A) nie odbiega od przebiegu sił w warunkach rzeczywistych.

W trakcie walcowania kul o średnicy 60 mm znanym narzędziem występują znaczne skoki siły walcowania, której maksimum sięga 280 kN. Dodatkowo chwilowe skoki siły generują drgania. Natomiast przy walcowaniu takich samych kul przy użyciu narzędzia według wynalazku maksymalna siła nie przekracza 160 kN zaś sam proces przebiega znacznie łagodniej. Oznacza to, że do walcowania kul przy użyciu narzędzia według wynalazku, zapotrzebowanie na energię będzie znacznie mniejsze, a tym samym mogą być do tego celu wykorzystywane walcarki o mniejszej mocy. Natomiast łagodniejszy przebieg walcowania będzie pozytywnie wpływać na podniesienie trwałości i wydłużenie żywotności walcarki.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Narzędzie płaskie do kształtowania kul o średnicy większej co najmniej o 20% w stosunku do średnicy pręta, z którego są walcowane, w kształcie płyty zawierającej na powierzchni roboczej co najmniej dwa zasadniczo równoległe do siebie występy, których boki tworzą wykrój walcowania, przy czym na płycie znajduje się strefa wcinania oraz strefa kalibrowania, znamienne tym, że pierwsze odcinki (6a) występów (6) w strefie wcinania (1) mają w przekroju poprzecznym zarys trójkątny, natomiast pomiędzy strefą wcinania (1) a strefą kalibrowania (3) znajduje się strefa spęczania (2), przy czym drugie odcinki (6b) występów (6) w strefie spęczania (2) mają stałą wysokość, równą w wysokości maksymalnej (h2) pierwszych odcinków (6a) na końcu strefy wcinania (1), zaś powierzchnie boczne (8a, 8b) drugich odcinków (6b) łagodnie zmieniają swój kształt z płaskiego od strony strefy wcinania (1) na wklęsły w kierunku strefy kalibrowania (3), a promień wklęsłych powierzchni bocznych (8a, 8b) na końcu strefy spęczania (2) jest równy promieniowi walcowanych kul (Rk), zaś szerokość (S2) drugich odcinków (6b) w strefie spęczania (2) stopniowo zwiększa się w kierunku strefy kalibrowania (3), przy czym drugi odcinek (6b) stanowi przedłużenie pierwszego odcinka (6a) po czym przechodzi w trzeci odcinek (6c), a razem tworzą występ (6).
2. 2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwsze odcinki (6a) posiadają płaskie powierzchnie boczne (7a, 7b), przy czym wszystkie pierwsze odcinki (6a) rozszerzają się pod jednakowym kątem (β) w kierunku centralnej części narzędzia, zaś płaskie powierzchnie boczne (7a, 7b) pochylone są pod jednakowymi kątami (a) w stosunku do podstawy płyty (5), przy czym wysokość pierwszych odcinków (6a) zwiększa się od wartości minimalnej (h1) do wartości maksymalnej (h2) na końcu strefy wcinania (1), natomiast odległość (h) pomiędzy występami (6) jest stała.
3. 3. Narzędzie według zastrz. 2, znamienne tym, że na płaskich powierzchniach bocznych (7a, 7b) pierwszych odcinków (6a) występów (6) znajdują się nacięcia (11) w kształcie regularnych wgłębień.
4. 4. Narzędzie według zastrz. 2, znamienne tym, że wartość minimalna (h1) jest równa różnicy pomiędzy promieniem walcowanych kul (Rk) a promieniem półfabrykatu, zaś wartość maksymalna (h2) na końcu strefy wcinania (1) jest równa promieniowi walcowanych kul (Rk) pomniejszonemu o wartość połowy szczeliny (e).
5. 5. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że w strefie kalibrowania (3) znajdują się trzecie odcinki (6c) o wklęsłych powierzchniach bocznych (9a, 9b), przy czym kształt trzecich odcinków (6c) w strefie kalibrowania (3) jest stały na całej jej długości, zaś promień wklęsłych powierzchni bocznych (9a, 9b) równy jest promieniowi walcowanych kul (Rk).
6. 6. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że za strefą kalibrowania (3) znajduje się strefa wyjściowa (4).
7. 7. Narzędzie według zastrz. 6, znamienne tym, że w strefie wyjściowej (4) znajdują się czwarte odcinki (6d), o wklęsłych powierzchniach bocznych (10a, 10b), przy czym ich wysokość w strefie wyjściowej (4) jest stała, zaś szerokość (S4) stopniowo zmniejsza się, natomiast promień wklęsłych powierzchni bocznych (10a, 10b) stopniowo zwiększa się od wartości równej promieniowi walcowanych kul (Rk) do wartości maksymalnej (Rw) większej od promienia walcowanych kul (Rk).