PL240863B1 - Narzędzie i sposób wyciskania stopnia wału drążonego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są narzędzia i sposób wyciskania stopnia wału drążonego.

Znane są różne metody plastycznego kształtowania wyrobów stopniowanych. Procesem, w którym wykorzystuje się złożony ruch narzędzi jest wyciskanie z dwoma ruchomymi stemplami, które powodują odkształcanie materiału znajdującego się w wykroju zamkniętym. Informacje na temat tego procesu znajdują się w publikacji: Zhu S., Zhuang X., Xu D., Zhu Y., Zhao Z.: Flange forming at an arbitrary tube location through upsetting with a controllable deformation zone, Journal of Materials Processing Technology, 2019, 273, 116230.

Kolejną metodą umożliwiającą wytwarzanie stopniowanych wałów jest kucie w matrycach łupkowych. Matryce kuźnicze wykonuje się w postaci dwóch wkładek złożonych w trakcie kucia, a rozkładanych w momencie wyjmowania odkuwki z matrycy. Matryce łupkowe należą do grupy narzędzi przeznaczonych do kucia zamkniętego, ponieważ płaszczyzna podziału matryc w tym przypadku przebiega tak, aby wykroje w czasie całego procesu kucia tworzyły przestrzeń zamkniętą. Szczegółowe informacje na temat kucia w matrycach łupkowych przedstawiono np. w publikacji: Gontarz A., Myszak R.: Forming of external steps of shafts in three slidef orging press, Archives of Metallurgy and Materials 55, 2010, 689-694, lub w książce: Gontarz A.: Efektywne procesy kształtowania w trójsuwakowej prasie kuźniczej, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2005.

Kształtowanie wałów stopniowanych możliwe jest również metodą spęczania na stożki przejściowe. Informacje dotyczące procesu można odnaleźć np. w książce: Wasiunyk P.: Kucie na kuźniarkach, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1973 czy też w publikacji: Gokler M.I., Darendeliler H., Elmaskaya N.: Analysis of tapered preforms in cold upsetting, International Journal of Machine Tools & Manufacture 39 ,1999, 1-16.

Znana jest również technologia wytwarzania stopniowanych wałów metodą przepychania, która polega na wywieraniu nacisku na materiał umieszczony najczęściej w stożkowym narzędziu o mniejszym przekroju otworu, co powoduje przepchnięcie wsadu przez ten otwór skutkujące zmniejszeniem przekroju i jednoczesnym wydłużeniem kształtowanego materiału. Proces można prowadzić również przeciskając narzędzie przez wyrób. Proces przepychania analizowano m.in. w pracach: Srinivasan K., Venugopal P.: Adiabatic and friction heating on the open die extrusion of solid and hollow bodies, Journal of Materials Processing Technology, vol. 70, 1997, no. 1-3, 170-177; Srinivasan K., Venugopal P.: Direct and inverted open die extrusion (ODE) of rods and tubes, Journal of Materials Processing Technology, vol. 153-154, 2004, 765-770; Zhaohui H., Peifu F.: Solution to the bulging problem in the opendie cold extrusion of a spline shaft of relevant photoplastic theoretical study, Journal of Materials Processing Technology, vol. 114, 2001, no. 3, 185-188.

Znane jest również wytwarzanie wyrobów stopniowanych metodą spęczania opisane przez Hu X.L., Wang Z.R.: Numerical simulation and experimental study on the multi-step upsetting of a trick and wide flange on the end of pipe, Journal of Materials Processing Technology 151,2004, 321-327. Wsad umieszcza się w matrycy, a następnie spęcza się go narzędziem posiadającym płaską powierzchnię czołową. Po każdej operacji spęczania, wsad wysuwa się z matrycy i poddaje się kolejnym operacjom spęczania, do momentu uzyskania stopnia o wymaganej średnicy i wysokości.

Znane są również sposoby kształtowania wałów stopniowanych polegające na wyciskaniu z zastosowaniem jednej ruchomej tulei. W rozwiązaniach tych proces wyciskania realizowany jest w wykrojach zamkniętych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie kołnierzy wewnętrznych i zewnętrznych umiejscowionych na końcu lub w środkowej części wału. Informacje na temat ww. procesów znajdują się w dokumentach patentowych: PL224500 ‘(B1), PL224497 (B1), PL224499 (b1), PL224498 (B1),

PL224501 (B1), PL224795 (B1). Procesy wyciskania z jedną ruchomą tuleją mogą być również realizowane z zastosowaniem wykrojów otwartych. Rozwiązania takie przedstawione są w zgłoszeniu patentowym P.431697.

Przykłady technologii umożliwiających wyciskanie wyrobów stopniowanych znajdują się również w dokumentach patentowych: PL222188 (B1), PL222171 (B1), PL222169 (B1), w których przedstawiono procesy wyciskana promieniowego z zastosowaniem pierścienia ograniczającego. Zadaniem pierścienia jest zmiana stanu naprężenia w wyprasce, dzięki czemu ogranicza się zjawisko pękania i zmiany grubości wyciskanego kołnierza. Należy zaznaczyć, że pierścień ograniczający odkształca się plastycznie razem z wsadem. Podobną technologię przedstawiono w dokumencie patentowym PL222192 (B1), przy czym w rozwiązaniu tym zastosowano kilka ruchomych tulei, które ograniczają promieniowe płynięcie materiału, aczkolwiek tuleje te nie odkształcają się plastyczne w trakcie procesu.

PL 240 863 B1

Tuleje z kołnierzami mogą być również kształtowane metodą wyciskania współbieżnego przedstawioną w opisie patentowym PL232713.

Celem wynalazku jest wytwarzanie stopnia wału drążonego o dużej średnicy w trakcie jednego ruchu roboczego narzędzi.

Istotą narzędzia do wyciskania stopnia wału drążonego posiadającego stempel z trzpieniem umieszczony współosiowo w otworze tulei górnej w kształcie pierścienia, której otwór w pierwszej strefie od strony stempla z trzpieniem posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie, przy czym powierzchnia czołowa tulei górnej od strony drugiej strefy otworu jest prostopadła do osi tulei górnej, według wynalazku jest to, że stempel z trzpieniem jest usytuowany współosiowo ze stemplem rurowym, który posiada wzdłuż własnej osi symetrii otwór przelotowy. Stempel rurowy jest umieszczony współosiowo w otworze tulei dolnej w kształcie pierścienia, której otwór w pierwszej strefie od strony stempla rurowego posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie. Powierzchnia czołowa tulei dolnej od strony drugiej strefy otworu jest prostopadła do osi tulei dolnej i współpłaszczyznowa z powierzchnią czołową tulei górnej.

Istotą sposobu wyciskania stopnia wału drążonego, według wynalazku jest to, że do współosiowo umieszczonych tulei górnej i tulei dolnej wprowadza się wsad rurowy. Następnie od strony tulei górnej wprowadza się stempel z trzpieniem, a od strony tulei dolnej wprowadza się stempel rurowy. Po czym wprawia się w ruch postępowy stempel z trzpieniem z prędkością od 0,001 do 1000 mm/s i stempel rurowy z prędkością od 0,001 do 1000 mm/s w kierunku wsadu rurowego. Następnie wypełnia się materiałem wsadu rurowego drugą strefę otworu tulei górnej i drugą strefę otworu tulei dolnej, po czym wprawia się w ruch postępowy tuleję górną w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem z prędkością od 0,003 do 3000 mm/s i wprawia się w ruch postępowy tuleję dolną w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla rurowego z prędkością od 0,003 do 3000 mm/s. Następnie zatrzymuje się tuleję górną i tuleję dolną, po czym wprawia się w ruch postępowy tuleję górną w kierunku współbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem z taką samą prędkością jak prędkość stempla z trzpieniem i wprawia się w ruch postępowy tuleję dolną w kierunku współbieżnym do ruchu stempla rurowego z taką samą prędkością jak prędkość stempla rurowego.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie wałów stopniowanych drążonych. Kształtowanie odbywa się w jednym cyklu roboczym narzędzi, co jest korzystne w aspekcie wydajności technologii. W procesie wyciskania zastosowano dwie przemieszczające się tuleje, których wykroje zabezpieczają wsad przed możliwością jego wyboczenia w początkowej fazie procesu. Ruch tulei w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempli powoduje zwiększenie objętości wykroju co umożliwia odkształcenie znacznej długości wsadu. Dzięki temu podczas ruchu tulei w kierunku współbieżnym do ruchu stempli uzyskuje się stopnie o bardzo dużych średnicach.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy narzędzia do wyciskania stopnia wału drążonego, fig. 2 - przekrój osiowy tulei górnej, fig. 3 - przekrój osiowy tulei dolnej, a fig. 4 - przekrój osiowy odkuwki wału drążonego.

Narzędzia do wyciskania stopnia wału drążonego posiada stempel z trzpieniem 1 umieszczony współosiowo w otworze 2 tulei górnej 3a w kształcie pierścienia. Otwór 2 tulei górnej 3a w pierwszej strefie la od strony stempla z trzpieniem 1 posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie lIa. Natomiast powierzchnia czołowa X tulei górnej 3a od strony drugiej strefy Ila otworu 2 jest prostopadła do osi tulei górnej 3a. Stempel z trzpieniem 1 jest usytuowany współosiowo ze stemplem rurowym 4, który posiada wzdłuż własnej osi symetrii otwór przelotowy 5. Stempel rurowy 4 jest umieszczony współosiowo w otworze 6 tulei dolnej 3b w kształcie pierścienia. Otwór 6 tulei dolnej 3b w pierwszej strefie Ib od strony stempla rurowego 4 posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie IIb. Powierzchnia czołowa Y tulei dolnej 3b od strony drugiej strefy IIb otworu 6 jest prostopadła do osi tulei dolnej 3b i współpłaszczyznowa z powierzchnią czołową X tulei górnej 3a.

P r z y k ł a d 1

Do współosiowo umieszczonych tulei górnej 3a i tulei dolnej 3b wprowadzono wsad rurowy 7 o średnicy zewnętrznej 50 mm i grubości ścianki 10 mm ze stali 42CrMo4. Następnie od strony tulei górnej 3a wprowadzono stempel z trzpieniem 1, a od strony tulei dolnej 3b wprowadzono stempel rurowy 4, po czym wprawiono w ruch postępowy stempel z trzpieniem 1 z prędkością 0,001 mm/s i stempel rurowy 4 z prędkością 0,001 mm/s w kierunku wsadu rurowego 7. Po czym wypełniono materiałem wsadu rurowego 7 drugą strefę IIa otworu 2 tulei górnej 3a i drugą strefę IIb otworu 6 tulei dolnej 3b, po czym wprawiono w ruch postępowy tuleję górną 3a w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem 1 z prędkością 0,003 mm/s i wprawiono w ruch postępowy tuleję dolną 3b w kierunku przeciwbieżnym do

PL 240 863 B1 ruchu stempla rurowego 4 z prędkością 0,003 mm/s. Następnie zatrzymano tuleję górną 3a i tuleję dolną 3b, po czym wprawiono w ruch postępowy tuleję górną 3a w kierunku współbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem 1 z prędkością 0,001 mm/s i wprawiono w ruch postępowy tuleję dolną 3b w kierunku współbieżnym do ruchu stempla rurowego 4 z prędkością 0,001 mm/s. Uzyskano odkuwkę wału drążonego z kołnierzem zewnętrznym o średnicy 85 mm.

P r z y k ł a d 2

Do współosiowo umieszczonych tulei górnej 3a i tulei dolnej 3b wprowadzono wsad rurowy 7 ze stopu aluminium EN AW 6060 o średnicy zewnętrznej 25 mm i grubości ścianki 5 mm. Następnie od strony tulei górnej 3a wprowadzono stempel z trzpieniem 1, a od strony tulei dolnej 3b wprowadzono stempel rurowy 4, po czym wprawiono w ruch postępowy stempel z trzpieniem 1 z prędkością 1000 mm/s i stempel rurowy 4 z prędkością 1000 mm/s w kierunku wsadu rurowego 7. Po czym wypełniono materiałem wsadu rurowego 7 drugą strefę lIa otworu 2 tulei górnej 3a i drugą strefę IIb otworu 6 tulei dolnej 3b, po czym wprawiono w ruch postępowy tuleję górną 3a w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem 1 z prędkością 3000 mm/s i wprawiono w ruch postępowy tuleję dolną 3b w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla rurowego 4 z prędkością 3000 mm/s. Następnie zatrzymano tuleję górną 3a i tuleję dolną 3b, po czym wprawiono w ruch postępowy tuleję górną 3a w kierunku współbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem 1 prędkością 1000 mm/s i wprawiono w ruch postępowy tuleję dolną 3b w kierunku współbieżnym do ruchu stempla rurowego 4 z prędkością 1000 mm/s. Uzyskano odkuwkę wału drążonego z kołnierzem zewnętrznym o średnicy 45 mm.

Claims (2)

1. Narzędzie do wyciskania stopnia wału drążonego posiadające stempel z trzpieniem (1) umieszczony współosiowo w otworze (2) tulei górnej (3a) w kształcie pierścienia, której otwór (2) w pierwszej strefie (la) od strony stempla z trzpieniem (1) posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie (lIa), przy czym powierzchnia czołowa (X) tulei górnej (3a) od strony drugiej strefy (lIa) otworu (2) jest prostopadła do osi tulei górnej (3a) znamienne tym, że stempel z trzpieniem (1) jest usytuowany współosiowo ze stemplem rurowym (4), który posiada wzdłuż własnej osi symetrii otwór przelotowy (5), przy czym stempel rurowy (4) jest umieszczony współosiowo w otworze (6) tulei dolnej (3b) w kształcie pierścienia, której otwór (6) w pierwszej strefie (Ib) od strony stempla rurowego (4) posiada mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w drugiej strefie (IIb), zaś powierzchnia czołowa (Y) tulei dolnej (3b) od strony drugiej strefy (IIb) otworu (6) jest prostopadła do osi tulei dolnej (3b) i współpłaszczyznowa z powierzchnią czołową (X) tulei górnej (3a).

2. Sposób wyciskania stopnia wału drążonego znamienny tym, że do współosiowo umieszczonych tulei górnej (3a) i tulei dolnej (3b) wprowadza się wsad rurowy (7), po czym od strony tulei górnej (3a) wprowadza się stempel z trzpieniem (1), a od strony tulei dolnej (3b) wprowadza się stempel rurowy (4), po czym wprawia się w ruch postępowy stempel z trzpieniem (1) z prędkością od 0,001 do 1000 mm/s i stempel rurowy (4) z prędkością od 0,001 do 1000 mm/s w kierunku wsadu rurowego (7) następnie wypełnia się materiałem wsadu rurowego (7) drugą strefę (lIa) otworu (2) tulei górnej (3a) i drugą strefę (IIb) otworu (6) tulei dolnej (3b), po czym wprawia się w ruch postępowy tuleję górną (3a) w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem (1) z prędkością od 0,003 do 3000 mm/s i wprawia się w ruch postępowy tuleję dolną (3b) w kierunku przeciwbieżnym do ruchu stempla rurowego (4) z prędkością od 0,003 do 3000 mm/s, następnie zatrzymuje się tuleję górną (3a) i tuleję dolną (3b), po czym wprawia się w ruch postępowy tuleję górną (3a) w kierunku współbieżnym do ruchu stempla z trzpieniem (1) z taką samą prędkością jak prędkość stempla z trzpieniem (1) i wprawia się w ruch postępowy tuleję dolną (3b) w kierunku współbieżnym do ruchu stempla rurowego (4) z taką samą prędkością jak prędkość stempla rurowego (4).