PL240720B1

PL240720B1 - Sposób kształtowania kul

Info

Publication number: PL240720B1
Application number: PL423658A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Pater; Janusz Tomczak; Tomasz Bulzak
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-05-23
Also published as: PL423658A1

Description

PL 240 720 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania kul.

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, a z uwagi na dopuszczalną długość wsadu nie przekracza 80 mm.

Istotą sposobu kształtowania kul, według wynalazku, jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy mniejszej od średnicy kształtowanej kuli oraz o długości wielokrotnie większej od średnicy kształtowanej kuli nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji. Następnie wprowadza się półfabrykat do przestrzeni wejściowej pierwszego zestawu narzędzi składającego się z dolnej płyty płaskiej w kształcie prostopadłościanu oraz górnej płyty płaskiej w kształcie prostopadłościanu, które są równoległe do siebie i oddalone od siebie o odległość równą średnicy półfabrykatu. Na powierzchni górnej dolnej płyty płaskiej znajdują się klinowe występy o pochyłych powierzchniach bocznych, które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż dolnej płyty płaskiej. Odległości między klinowymi występami są równe długości dzielonych odcinków półfabrykatu, natomiast wysokość klinowych występów jest równa połowie średnicy półfabrykatu. Na powierzchni dolnej górnej płyty płaskiej znajdują się klinowe występy o pochyłych powierzchniach bocznych, które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż górnej płyty płaskiej. Odległości między klinowymi występami są równe długości dzielonych odcinków półfabrykatu, natomiast wysokość klinowych występów jest równa połowie średnicy półfabrykatu. Półfabrykat umieszcza się na dolnej płycie płaskiej na początku klinowych występów. Po czym wprawia się górną płytę płaską w ruch postępowy ze stałą prędkością i przemieszcza się górną płytę płaską wzdłuż jej osi nad dolną płytą płaską i zagłębia się w półfabrykat klinowe występy znajdujące się na dolnej płycie płaskiej oraz klinowe występy znajdujące się na górnej płycie płaskiej. Następnie wprawia się półfabrykat w ruch obrotowy i kształtuje się na obwodzie półfabrykatu pierścieniowe wgłębienia, które dzielą półfabrykat na jednakowe odcinki o długości większej od średnicy kształtowanej kuli i objętości równej objętości kształtowanej kuli, następnie stopniowo redukuje się średnicę półfabrykatu w miejscu ukształtowanych wgłębień. Po czym oddziałuje się na ukształtowane na półfabrykacie pierścieniowe wgłębienia bocznymi powierzchniami pochyłymi klinowych występów i kształtuje się stożkowe powierzchnie czołowe o jednakowych kątach rozwarcia. Następnie rozdziela się całkowicie od siebie półwyroby oraz dwa

PL 240 720 B1 skrajne odpady. Po czym przenosi się ukształtowane półwyroby z pierwszego zestawu narzędzi do drugiego zestawu narzędzi składającego się z dolnej matrycy i górnej matrycy, które mają kształt stopniowanych walców umieszczonych w ten sposób, że ich osie wzdłużne pokrywają się ze sobą, a powierzchnie czołowe dolnej matrycy i górnej matrycy są równoległe do siebie i oddalone od siebie o odległość większą od długości półwyrobów. Przy czym na górnej powierzchni dolnej matrycy znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni, którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli, zaś na powierzchni dolnej górnej matrycy znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni, którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli. Następnie umieszcza się półwyrób w wybraniu dolnej matrycy w ten sposób, że oś półwyrobu pokrywa się z osią 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. Następnie czynność powtarza się dla pozostałych półwyrobów. Kąty rozwarcia stożkowych powierzchni czołowych półwyrobów wynoszą od 90° do 150°, korzystnie 120°.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na wydajne kształtowanie kul o większych średnicach, dochodzących do 80 mm z półfabrykatów w kształcie prętów walcowych z główek zł omowanych szyn kolejowych, których średnica nie przekracza 50 mm. Poprzez dokładny podział półfabrykatu na stałe objętości materiału możliwe jest 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 izometryczny narzędzi i półfabrykatu w początkowym etapie kształtowania półwyrobów, fig. 2 - widok izometryczny narzędzi i ukształtowanych półwyrobów w końcowym etapie kształtowania półwyrobów, fig. 3 - widok z tyłu narzędzi i ukształtowanych półwyrobów, fig. 4 - przekrój izometryczny w początkowym etapie procesu kształtowania kuli, fig. 5 - przekrój izometryczny w końcowym etapie procesu kształtowania kuli, fig. 6a - kształt półfabrykatu, fig. 6b - kształt półwyrobów, fig. 6c - kształt kuli.

Sposób kształtowania kul charakteryzuje się tym, że półfabrykat 8 w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy do mniejszej od średnicy D kształtowanej kuli 14 oraz o długości Lo wielokrotnie większej od średnicy D kształtowanej kuli 14 nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji. Następnie wprowadza się półfabrykat 8 do przestrzeni wejściowej pierwszego zestawu narzędzi I składającego się z dolnej płyty płaskiej 1 w kształcie prostopadłościanu oraz górnej płyty płaskiej 2 w kształcie prostopadłościanu, które są równoległe do siebie i oddalone od siebie o odległość równą średnicy do półfabrykatu 8, przy czym na powierzchni górnej dolnej płyty płaskiej 1 znajdują się klinowe występy 3a, 4a, 5a oraz 6a o pochyłych powierzchniach bocznych 7a, 7b, które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż dolnej płyty płaskiej 1. Odległości między klinowymi występami 3a, 4a, 5a oraz 6a są równe długości L dzielonych odcinków półfabrykatu 8. Wysokość klinowych występów 3a, 4a, 5a oraz 6a jest równa połowie średnicy do półfabrykatu 8. Na powierzchni dolnej górnej płyty płaskiej 2 znajdują się klinowe występy 3b, 4b, 5b oraz 6b o pochyłych powierzchniach bocznych 7a, 7b, które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż górnej płyty płaskiej 2. Odległości między klinowymi występami 3b, 4b, 5b oraz 6b są równe długości L dzielonych odcinków półfabrykatu 8, natomiast wysokość klinowych występów 3b, 4b, 5b oraz 6b jest równa połowie średnicy do półfabrykatu 8. Półfabrykat 8 umieszcza się na dolnej płycie płaskiej 1 na początku klinowych występów 3a, 4a, 5a oraz 6a, po czym wprawia się górną płytę 2 w ruch postępowy ze stałą prędkością V1 i przemieszcza się górną płytę 2 wzdłuż jej osi nad dolną płytą 1 i zagłębia się w półfabrykat 8 klinowe występy 3a, 4a, 5a, 6a znajdujące się na dolnej płycie 1 oraz klinowe występy 3b, 4b, 5b, 6b znajdujące się na górnej płycie 2. W wyniku tego wprawia się półfabrykat 8 w ruch obrotowy, następnie kształtuje się na obwodzie półfabrykatu 8 pierścieniowe wgłębienia, które dzielą półfabrykat 8 na jednakowe odcinki o długości L większej od średnicy D kształtowanej kuli 14 i objętości równej objętości kształtowanej kuli 14. Następnie stopniowo redukuje się średnicę półfabrykatu 8 w miejscu ukształtowanych wgłębień. Po czym oddziałuje się na ukształtowane na półfabrykacie 8 pierścieniowe wgłębienia bocznymi powierzchniami 7a, 7b klinowych występów 3a, 3b, 4a 4b, 5a, 5b, 6a i 6b i kształtuje się stożkowe powierzchnie czołowe 11a i 11b o jednakowych kątach rozwarcia α. Następnie rozdziela się całkowicie od siebie półwyroby 9a, 9b i 9c oraz dwa skrajne odpady 10a i 10b, po czym przenosi się ukształtowane półwyroby 9a, 9b i 9c z pierwszego zestawu narzędzi I do drugiego zestawu narzędzi II składającego się zdolnej matrycy 12a i górnej matrycy 12b, które mają kształt stopniowanych walców umieszczonych w ten sposób, że ich osie wzdłużne pokrywają się ze sobą, a powierzchnie czołowe dolnej matrycy 12a i górnej matrycy 12b są równoległe do siebie

PL 240 720 B1 i oddalone od siebie o odległość większą od długości L półwyrobów 9a, 9b i 9c. Na górnej powierzchni dolnej matrycy 12a znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni 13a, którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli 14. Na powierzchni dolnej górnej matrycy 12b znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni 13b, którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli 14. Następnie umieszcza się półwyrób 9a w wybraniu dolnej matrycy 12a w ten sposób, że oś półwyrobu 9a pokrywa się z osią dolnej matrycy 12a i wprawia się górną matrycę 12b w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej 12a i zgniata się półwyrób 9a wklęsłymi powierzchniami 13a i 13b znajdującymi się w dolnej matrycy 12a i górnej matrycy 12b i kształtuje się kulę 14, następnie czynność powtarza się dla pozostałych półwyrobów 9b i 9c.

P r z y k ł a d wykonania

Półfabrykat 8 w kształcie odcinka pręta, którego długość początkowa Lo wynosiła 440 mm, a średnica początkowa do wynosiła 50 mm nagrzewy był do temperatury 1200°C. Następnie nagrzany półfabrykat 8 umieszczany był w przestrzeni wejściowej pierwszego zestawu narzędzi I. Po czym górna płyta 2 wprawiana była w postępowy ruch ze stałą prędkością V1, wynoszącą 300 mm/s, w wyniku czego przemieszczano górną płytę 2 wzdłuż jej osi nad dolna płytą 1 i zagłębiano w półfabrykat 8 klinowe występy 3a, 4a, 5a, 6a oraz klinowe występy 3b, 4b, 5b, 6b. W wyniku oddziaływania klinowych występów 3a, 4a, 5a, 6a oraz klinowych występy 3b, 4b, 5b, 6b półfabrykat 8 wprawiany był w ruch obrotowy, w trakcie którego kształtowano na obwodzie półfabrykatu 8 pierścieniowe wgłębienia, które dzieliły półfabrykat 8 na jednakowe odcinki o długości L, równej 120 mm i objętości równej objętości kształtowanej kuli 14. Następnie stopniowo redukowano średnicę półfabrykatu 8 w miejscu ukształtowanych wgłębień. Po czym kształtowano stożkowe powierzchnie czołowe 11a i 11b o jednakowych kątach rozwarcia α wynoszących 120°. Następnie rozdzielano całkowicie od siebie półwyroby 9a, 9b i 9c oraz dwa skrajne odpady 10a i 10b. Następnie przenoszono ukształtowane półwyroby 9a, 9b i 9c z pierwszego zestawu narzędzi I do drugiego zestawu narzędzi II. Po czym umieszczano półwyrób 9a w dolnej matrycy 12a i wprawiano górną matrycę 12b w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej 12a z prędkością V2, wynoszącą 150 mm/s i zgniatano półwyrób 9a wklęsłymi powierzchniami 13a i 13b, znajdującymi się w dolnej matrycy 12a i górnej matrycy 12b i kształtowano kulę 14 o średnicy D równej 80 mm. Następnie przemieszczano matrycę górną 12b do góry z prędkością V3 wynoszącą 200 mm/s i usuwano ukształtowaną kulę 14 z matrycy dolnej 12a. Następnie czynność powtarza się dla pozostałych półwyrobów 9b i 9c.

Wykaz oznaczeń

- dolna płyta płaska

- górna płyta płaska

3a, 3b, 4a 4b, 5a, 5b, 6a, 6b - klinowe występy a, 7b - boczne powierzchnie

- półfabrykat

9a, 9b, 9c - półwyroby

10a, 10b - skrajne odpady

11a, 11b - stożkowe powierzchnie czołowe

12a - matryca dolna

12b - matryca górna

13a, 13b - powierzchnie wklęsłe matryc

- odkuwka kuli

I - pierwszy zestaw narzędzi

II - drugi zestaw narzędzi

Do - średnica wsadu

Lo - długość wsadu

L - długość półwyrobu

D - średnica kuli α - kąt stożkowych powierzchni

V1 - prędkość postępowa płaskiej płyty górnej

V2 - prędkość postępowa matrycy górnej w ruchu roboczym

V3 - prędkość postępowa matrycy górnej w ruchu powrotnym

Claims

PL 240 720 B1

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób kształtowania kul znamienny tym, że półfabrykat (8) w kształcie odcinka pręta o przekroju kołowym i średnicy (do) mniejszej od średnicy (D) kształtowanej kuli (14) oraz o długości (Lo) wielokrotnie większej od średnicy (D) kształtowanej kuli (14) nagrzewa się powyżej temperatury rekrystalizacji, następnie wprowadza się półfabrykat (8) do przestrzeni wejściowej pierwszego zestawu narzędzi (I) składającego się z dolnej płyty płaskiej (1) w kształcie prostopadłościanu oraz górnej płyty płaskiej (2) w kształcie prostopadłościanu, które są równoległe do siebie i oddalone od siebie o odległość równą średnicy (do) półfabrykatu (8), przy czym na powierzchni górnej dolnej płyty płaskiej (1) znajdują się klinowe występy (3a), (4a), (5a) oraz (6a) o pochyłych powierzchniach bocznych (7a), (7b), które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż dolnej płyty płaskiej (1), a odległości między klinowymi występami (3a), (4a), (5a) oraz (6a) są równe długości (L) dzielonych odcinków półfabrykatu (8), natomiast wysokość klinowych występów (3a), (4a), (5a) oraz (6a) jest równa połowie średnicy (do) półfabrykatu (8), zaś na powierzchni dolnej górnej płyty płaskiej (2) znajdują się klinowe występy (3b), (4b), (5b) oraz (6b) o pochyłych powierzchniach bocznych (7a), (7b), które są równoległe do siebie i rozmieszczone w jednakowych odległościach od siebie wzdłuż górnej płyty płaskiej (2), a odległości między klinowymi występami (3b), (4b), (5b) oraz (6b) są równe długości (L) dzielonych odcinków półfabrykatu (8), natomiast wysokość klinowych występów (3b), (4b), (5b) oraz (6b) jest równa połowie średnicy (do) półfabrykatu (8), przy czym półfabrykat (8) umieszcza się na dolne płycie płaskiej (1) na początku klinowych występów (3a), (4a), (5a) oraz (6a), po czym wprawia się górną płytę płaską (2) w ruch postępowy ze stałą prędkością (V1) i przemieszcza się górną płytę płaską (2) wzdłuż jej osi nad dolną płytą płaską (1) i zagłębia się w półfabrykat (8) klinowe występy (3a), (4a), (5a), (6a) znajdujące się na dolnej płycie płaskiej (1) oraz klinowe występy (3b), (4b), (5b), (6b) znajdujące się na górnej płycie płaskiej (2), następnie wprawia się półfabrykat (8) w ruch obrotowy i kształtuje się na obwodzie półfabrykatu (8) pierścieniowe wgłębienia, które dzielą półfabrykat (8) na jednakowe odcinki o długości (L) większej od średnicy (D) kształtowanej kuli (14) i objętości równej objętości kształtowanej kuli (14), następnie stopn iowo redukuje się średnicę półfabrykatu (8) w miejscu ukształtowanych wgłębień, po czym oddziałuje się na ukształtowane na półfabrykacie (8) pierścieniowe wgłębienia bocznymi powierzchniami pochyłymi (7a), (7b) klinowych występów (3a), (3b), (4a) (4b), (5a), (5b), (6a) i (6b) i kształtuje się stożkowe powierzchnie czołowe (11a) i (11b) o jednakowych kątach rozwarcia (α), następnie rozdziela się całkowicie od siebie półwyroby (9a), (9b) i (9c) oraz dwa skrajne odpady (10a) i (10b), po czym przenosi się ukształtowane półwyroby (9a), (9b) i (9c) z pierwszego zestawu narzędzi (I) do drugiego zestawu narzędzi (II) składającego się zdolnej matrycy (12a) i górnej matrycy (12b), które mają kształt stopniowanych walców, umieszczonych w ten sposób, że ich osie wzdłużne pokrywają się ze sobą, a powierzchnie czołowe dolnej matrycy (12a) i górnej matrycy (12b) są równoległe do siebie i oddalone od siebie o odległość większą od długości (L) półwyrobów (9a), (9b) i (9c), przy czym na górnej powierzchni dolnej matrycy (12a) znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni (13a), którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli (14), zaś na powierzchni dolnej górnej matrycy (12b) znajduje się wybranie o wklęsłej powierzchni (13b), którego zarys jest identyczny jak zarys kształtowanej kuli (14), następnie umieszcza się półwyrób (9a) w wybraniu dolnej matrycy (12a) w ten sposób, że oś półwyrobu (9a) pokrywa się z osią dolnej matrycy (12a) i wprawia się górną matrycę (12b) w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej (12a) i zgniata się półwyrób (9a) wklęsłymi powierzchniami (13a) i (13b) znajdującymi się w dolnej matrycy (12a) i górnej matrycy (12b) i kształtuje się kulę (14), następnie czynność powtarza się dla pozostałych półwyrobów (9b) i (9c).
2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że kąty rozwarcia (α) stożkowych powierzchni czołowych (11a) i (11b) półwyrobów (9a), (9b) oraz (9c) wynoszą od 90° do 150°, korzystnie 120°.