PL247072B1 - Narzędzie klinowe do walcowania odkuwek - Google Patents

Abstract

Narzędzie klinowe do walcowania odkuwek, posiadające kształt walca składa się ze strefy wprowadzania wsadu, strefy wcinania, w której znajduje się występ klinowy (4II), strefy kształtowania, której znajduje się występ klinowy, strefy kalibrowania, w której znajduje się występ klinowy (4IV) oraz strefy usuwania odkuwki, charakteryzuje się tym, że strefa wprowadzania wsadu ma kształt powierzchni walcowej (1) o średnicy podstawowej walca (D), następnie za strefą wprowadzania wsadu znajduje się strefa wcinania, w której na powierzchni walcowej (1) znajdują się dwa symetrycznie rozmieszczone względem osi narzędzia występy prowadzące (2a) i (2b), na których powierzchniach górnych znajdują się nacięcia (3a) i (3b) w kształcie symetrycznie rozmieszczonych rowków, przy czym występy prowadzące (2a) i (2b) pochylone są pod kątem (β1) w kierunku części centralnej narzędzia, zaś wysokość występów prowadzących (2a) i (2b) jest mniejsza od wysokości (h) występu klinowego (4II), (4IV), natomiast głębokość nacięć (3a) i (3b), znajdujących się na powierzchniach występów prowadzących (2a) i (2b) jest mniejsza od wysokości występów prowadzących (2a) i (2b), a centralnie w strefie wcinania pomiędzy dwoma występami prowadzącymi (2a) i (2b) znajduje się występ klinowy (4II) w kształcie trójkąta równoramiennego nawiniętego na powierzchnię walcową (1), który jest pochylony pod kątem rozwarcia klina (β) większym od kąta (β1) pochylenia występów prowadzących (2a) i (2b), zaś powierzchnie boczne (5aII) i (5bII) występu klinowego (4II) są wypukłe.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie klinowe do walcowania odkuwek, zwłaszcza do walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek osiowosymetrycznych.

Dotychczas znane są narzędzia do walcowania poprzeczno-klinowego oraz śrubowo-klinowego, które stosowane są do kształtowania odkuwek wałków i osi stopniowanych. Szczegółowo konstrukcję narzędzi do walcowania poprzeczno-klinowego wyrobów osiowosymetrycznych opisano w książce autorstwa Pater Z. „Walcowanie poprzeczno-klinowe”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej 2009 r. Autor w książce opisuje najczęściej spotykane narzędzia, które mają kształt pojedynczego klina nawiniętego na walec. Takie narzędzie zbudowane jest z trzech podstawowych stref, to jest: wejściowej, gdzie klin wcina się w materiał na wymaganą głębokość; strefy kształtowania, w której redukcja przekroju poprzecznego rozwijana jest na wymaganą szerokość walcowania; strefy kalibrowania, gdzie następuje usunięcie owalizacji przekroju poprzecznego oraz skrzywień powstałych we wcześniejszych fazach kształtowania. Znane są również narzędzia, które składają się z kilku klinów działających na materiał równocześnie, wtedy walec ma mniejszą średnicę, ale występują większe siły kształtowania lub działających na materiał kolejno, wtedy walec ma średnicę większą, a siły kształtowania są mniejsze.

Znane są również narzędzia płasko-klinowe, które stosowane są do walcowania odkuwek wałków stopniowanych z wykorzystaniem walcarek płasko-klinowych. Tego typu narzędzia szczegółowo opisano w monografii autorstwa Pater Z. „Walcowanie poprzeczno-klinowe”, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej 2009 r. Narzędzia płasko-klinowe mają kształt płaskich płyt, na powierzchniach których umieszczone są klinowe występy robocze, które podczas przemieszczania się narzędzi w walcarce stopniowo odkształcają materiał.

Dotychczasowe rozwiązania narzędzi stosowanych do walcowania poprzeczno-klinowego odkuwek, zarówno w kształcie walców, jak i płaskich płyt charakteryzują się występowaniem klinowych powierzchni roboczych, które są płaskie i pochylone pod kątem kształtowania w stosunku do powierzchni płyty lub części cylindrycznej walca. Takie rozwiązanie powoduje dużą niejednorodność odkształcenia materiału, co wpływa niekorzystnie na własności mechaniczne walcowanych odkuwek, powoduje wzrost sił kształtowania oraz może prowadzić do powstawania pęknięć wewnętrznych w walcowanych odkuwkach.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji narzędzia, które zapewnia jednorodne odkształcenia materiału podczas procesu walcowania i jednocześnie zmniejsza siły walcowania oraz zwiększa stabilność procesu walcowania.

Istotą narzędzia klinowego do walcowania odkuwek, posiadającego kształt walca, składającego się ze strefy wprowadzania wsadu, strefy wcinania, w której znajduje się występ klinowy, strefy kształtowania, w której znajduje się występ klinowy, strefy kalibrowania, w której znajduje się występ klinowy oraz strefy usuwania odkuwki, według wynalazku jest to, że strefa wprowadzania wsadu ma kształt powierzchni walcowej o średnicy podstawowej walca. Następnie za strefą wprowadzania wsadu znajduje się strefa wcinania, w której na powierzchni walcowej znajdują się dwa symetrycznie rozmieszczone względem osi narzędzia występy prowadzące, na których powierzchniach górnych znajdują się nacięcia w kształcie symetrycznie rozmieszczonych rowków. Występy prowadzące pochylone są pod kątem w kierunku części centralnej narzędzia, zaś wysokość występów prowadzących jest mniejsza od wysokości występu klinowego. Głębokość nacięć, znajdujących się na powierzchniach występów prowadzących jest mniejsza od wysokości występów prowadzących, a centralnie w strefie wcinania pomiędzy dwoma występami prowadzącymi znajduje się występ klinowy w kształcie trójkąta równoramiennego nawiniętego na powierzchnię walcową, który jest pochylony pod kątem rozwarcia klina większym od kąta pochylenia występów prowadzących. Powierzchnie boczne występu klinowego są wypukłe i styczne do górnej powierzchni walcowej występu klinowego. Zarys wypukłych powierzchni bocznych występu klinowego w przekroju normalnym ma kształt łuku o promieniu stycznym do górnej powierzchni walcowej występu klinowego. W strefie kształtowania na powierzchni walcowej narzędzia znajduje się występ klinowy o wypukłych powierzchniach bocznych, stycznych do górnej powierzchni walcowej występu klinowego, przy czym szerokość występu klinowego stopniowo zwiększa się do wartości równej długości walcowanego stopnia odkuwki na końcu strefy kształtowania. Za strefą kształtowania znajduje się strefa kalibrowania, w której występ klinowy ma stałą szerokość, która jest równa długości walcowanego stopnia odkuwki, zaś płaskie powierzchnie boczne występu klinowego w strefie kalibrowania są płaskie i są pochylone pod jednakowymi kątami w stosunku do górnej powierzchni walcowej występu klinowego. Za strefą kalibrowania znajduje się strefa usuwania odkuwki, w której znajduje się wzdłużne wybranie, którego szerokość i głębokość jest większa od średnicy początkowej półfabrykatu. W strefie wcinania na wypukłych powierzchniach bocznych występu klinowego znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia oraz w strefie kształtowania na wypukłych powierzchniach bocznych występu klinowego znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia, których głębokość stopniowo zwiększa się od zera w miejscu styczności wypukłych powierzchni bocznych klinowego występu w strefie wcinania oraz wypukłych powierzchni bocznych klinowego występu w strefie kształtowania z górną powierzchnią walcową występu klinowego do wartości k w miejscu styku wypukłych powierzchni bocznych klinowego występu w strefie wcinania oraz wypukłych powierzchni bocznych klinowego występu w strefie kształtowania z powierzchnią walcową.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że dzięki zastosowaniu wypukłych powierzchni bocznych klina uzyskuje się jednorodne wartości odkształceń w walcowanej odkuwce. Ponadto narzędzie pozwala na zmniejszenie sił walcowania oraz obniżenie skłonności walcowanego materiału na pękanie podczas walcowania.

Wynalazek, został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok narzędzia z przodu, fig. 2 - widok narzędzia z góry, fig. 3 - widok narzędzia z boku, fig. 4 - przekrój A-A narzędzia poprowadzony normalnie do powierzchni klinowej w strefie kształtowania, fig. 5 - widok izometryczny narzędzia, fig. 6 - widok z góry narzędzia z nacięciami na powierzchniach bocznych w strefie wcinania i kształtowania, fig. 7 - przekrój B-B narzędzia poprowadzony wzdłuż osi narzędzia przez nacięcia, fig. 8 - szczegół C z zarysem nacięcia, fig. 9 - widok izometryczny narzędzi i półfabrykatu w początkowym etapie walcowania, a fig. 10 - widok izometryczny narzędzi i walcowanej odkuwki w strefie kształtowania, zaś fig. 11 - widok izometryczny narzędzi i odwalcowanej odkuwki w końcowym etapie walcowania.

Narzędzie klinowe do walcowania odkuwek, posiada kształt walca. Składa się ze strefy wprowadzania wsadu I, strefy wcinania II, w której znajduje się występ klinowy 4II, strefy kształtowania III, w której znajduje się występ klinowy 4III, strefy kalibrowania IV, w której znajduje się występ klinowy 4IV oraz strefy usuwania odkuwki V. Strefa wprowadzania wsadu I opasuje walec na kącie γ1 i ma kształt powierzchni walcowej 1 o średnicy podstawowej walca D. Następnie za strefą wprowadzania wsadu I znajduje się strefa wcinania II, która opasuje walec na kącie γ2 i w której na powierzchni walcowej 1 znajdują się dwa symetrycznie rozmieszczone względem osi narzędzia występy prowadzące 2a i 2b, na których powierzchniach górnych znajdują się nacięcia 3a i 3b w kształcie symetrycznie rozmieszczonych rowków. Występy prowadzące 2a i 2b pochylone są pod kątem β1 w kierunku części centralnej narzędzia, zaś wysokość h1 występów prowadzących 2a i 2b jest mniejsza od wysokości h występu klinowego 4II, 4III, 4IV, natomiast głębokość g nacięć 3a i 3b, znajdujących się na powierzchniach występów prowadzących 2a i 2b jest mniejsza od wysokości h1 występów prowadzących 2a i 2b. Centralnie w strefie wcinania II pomiędzy dwoma występami prowadzącymi 2a i 2b znajduje się występ klinowy 4II w kształcie trójkąta równoramiennego nawiniętego na powierzchnię walcową 1, który jest pochylony pod kątem rozwarcia klina β większym od kąta β1 pochylenia występów prowadzących 2a i 2b, zaś powierzchnie boczne 5all i 5bll występu klinowego 4II są wypukłe i styczne do górnej powierzchni walcowej występu klinowego 4II. Zarys wypukłych powierzchni bocznych 5all i 5bll występu klinowego 4II w przekroju normalnym ma kształt łuku o promieniu R stycznym do górnej powierzchni walcowej występu klinowego 4II. W strefie kształtowania III o kącie opasania walca γ3 na powierzchni walcowej 1 narzędzia znajduje się występ klinowy 4III o wypukłych powierzchniach bocznych 5all i 5bll, stycznych do górnej powierzchni walcowej występu klinowego 4III. Przy czym szerokość występu klinowego 4III stopniowo zwiększa się do wartości równej długości walcowanego stopnia odkuwki Lw na końcu strefy kształtowania III. Za strefą kształtowania III znajduje się strefa kalibrowania IV, która opasuje walec na kącie γ4, w której występ klinowy 4IV ma stałą szerokość L, która jest równa długości walcowanego stopnia odkuwki Lw, zaś płaskie powierzchnie boczne 6a i 6b występu klinowego 4IV w strefie kalibrowania IV są płaskie i są pochylone pod jednakowymi kątami a w stosunku do górnej powierzchni walcowej występu klinowego 4IV. Przy czym występ klinowy 4III w strefie kształtowania III oraz występ klinowy 4IV w strefie kalibrowanie IV tworzy górną powierzchnią walcową o średnicy Dz. Za strefą kalibrowania IV znajduje się strefa usuwania odkuwki V, która opasuje walec na kącie γ5, w której znajduje się wzdłużne wybranie 8, którego szerokość i głębokość jest większa od średnicy początkowej do półfabrykatu 11. W strefie wcinania II na wypukłych powierzchniach bocznych 5all i 5bll występu klinowego 4II znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia 7all i 7bll oraz w strefie kształtowania III na wypukłych powierzchniach bocznych 5alll i 5blll występu klinowego 4III znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia 7alll i 7blll, których głębokość stopniowo zwiększa się od zera w miejscu styczności wypukłych powierzchni bocznych 5all i 5bll klinowego występu 4II w strefie wcinania II oraz wypukłych powierzchni bocznych 5alll i 5blll klinowego występu 4III w strefie kształtowania III z górną powierzchnią walcową występu klinowego 4II i 4III do wartości k w miejscu styku wypukłych powierzchni bocznych 5all i 5bll klinowego występu 4II w strefie wcinania II oraz wypukłych powierzchni bocznych 5alll i 5blll klinowego występu 4III w strefie kształtowania III z powierzchnią walcową 1. Przy czym wartość k, określająca głębokość nacięć 7all i 7bll w strefie wcinania II oraz nacięć 7alll i 7blll w strefie kształtowania w miejscu styku wypukłych powierzchni bocznych 5all i 5bll klinowego występu 4II w strefie wcinania II oraz wypukłych powierzchni bocznych 5alll i 5blll klinowego występu 4III w strefie kształtowania III przy powierzchni walcowej 1 jest większa od grubości zgorzeliny powstającej podczas nagrzewania półfabrykatu 11.

W początkowym etapie walcowania półfabrykat 11 w kształcie odcinka pręta o średnicy do równej 40 mm i długości Io równej 80 mm umieszcza się symetrycznie w strefie wprowadzania wsadu I na powierzchni walcowej 1 dolnego narzędzia klinowego 9b, zaś nad półfabrykatem 11 znajduje się górne narzędzie klinowe 9a, które oddalone jest od dolnego narzędzia klinowego 9b o wartość równą średnicy do początkowej półfabrykatu 11. Zaś położenie półfabrykatu 11 między górnym narzędziem klinowym 9a i dolnym narzędziem klinowym 9b ustala się przy pomocy prowadnic 10a i 10b. Następnie dolne narzędzie klinowe 9b oraz górne narzędzie klinowe 9a wprawiane są w ruch obrotowy w tym samym kierunkach z jednakowymi prędkościami n, które wynoszą 15 obr/min, w wyniku czego zagłębia się występy prowadzące 2a i 2b górnego narzędzia klinowego 9a i dolnego narzędzia klinowego 9b w półfabrykat 11, wprawiając go w ruch obrotowy. Następnie wcina się występy klinowe 4II górnego narzędzia klinowego 9a i dolnego narzędzia klinowego 9b w strefie wcinania II w półfabrykat 11, kształtując na półfabrykacie 11 pierścieniowy rowek o wklęsłych powierzchniach bocznych, którego głębokość na końcu strefy wcinania II jest równa wysokości h występu klinowego 4III w strefie kształtowania i wynosi 10 mm. Następnie w wyniku oddziaływania wypukłych powierzchni bocznych 5alll i 5blll występu klinowego 4III w strefie kształtowania III stopniowo rozszerza się redukcję przekroju poprzecznego na półfabrykacie 11 na całą długość Lw walcowanego stopnia odkuwki 12, która wynosi 120 mm. Następnie w strefie kalibrowania IV w wyniku oddziaływania płaskich powierzchni bocznych 6a i 6b występów klinowych 4IV w strefie kalibrowania IV kształtowane się stożkowe powierzchnie boczne na odkuwce 12 i otrzymano osiowosymetryczną odkuwkę 12 z przewężeniem w części centralnej o średnicy d, która jest równa 20 mm. Następnie przy dalszym ruchu obrotowym górnego narzędzia klinowego 9a i dolnego narzędzia klinowego 9b usuwa się odwalcowaną odkuwkę 12 z przestrzeni roboczej górnego narzędzia klinowego 9a i dolnego narzędzia klinowego 9b w wybraniu wzdłużnym 8, znajdującym się w strefie usuwania odkuwki V dolnego narzędzia klinowego 9b.

Spis oznaczeń

- powierzchnia walcowa 2a, 2b - występy prowadzące 3a, 3b - nacięcia na powierzchniach występów prowadzących 4II, 4III, 4IV - występ klinowy

5all, 5bll - wypukłe powierzchnie boczne występu klinowego w strefie wcinania 5alll, 5alll - wypukłe powierzchnie boczne występu klinowego w strefie kształtowania 6a, 6b - płaskie powierzchnie boczne występu klinowego w strefie kalibrowania

7all, 7bll - nacięcia na wypukłych powierzchniach bocznych występu klinowego w strefie wcinania 7alll, 7alll - nacięcia na wypukłych powierzchniach bocznych występu klinowego w strefie kształtowania 8 - wybranie wzdłużne

9a - górne narzędzie klinowe 9b - dolne narzędzie klinowe 10a, 10b - prowadnice 11 - półfabrykat

- odkuwka

I - strefa wprowadzania wsadu

II - strefa wcinania

III - strefa kształtowania

IV - strefa kalibrowania

V - strefa usuwania odkuwki

L - szerokość występu klinowego w strefie kalibrowania

D - średnica podstawowa walca

Dz - średnica powierzchni walcowej występu klinowego

R - promień łuku γ1 - kąt opasania walca strefy wprowadzania wsadu γ2 - kąt opasania walca strefy wcinania γ3 - kąt opasania walca strefy kształtowania γ4 - kąt opasania walca strefy kalibrowania γ5 - kąt opasania walca strefy usuwania odkuwki do - średnica początkowa półfabrykatu d - średnica walcowanego stopnia odkuwki lo - długość początkowa półfabrykatu

Lw - długość walcowanego stopnia odkuwki h - wysokość występu klinowego h1 - wysokość ścieżek prowadzących g - głębokość nacięć na ścieżkach prowadzących n - prędkość obrotowa narzędzi klinowych a - kąt pochylenia powierzchni płaskich występu klinowego w strefie kalibrowania β1 - kąt pochylenia występów prowadzących β - kąt rozwarcia klina

Claims (2)

1. Narzędzie klinowe do walcowania odkuwek, posiadające kształt walca składa się ze strefy wprowadzania wsadu (I), strefy wcinania (II), w której znajduje się występ klinowy (4II), strefy kształtowania (III),w której znajduje się występ klinowy (4III), strefy kalibrowania (IV), w której znajduje się występ klinowy (4IV) oraz strefy usuwania odkuwki (V), znamienne tym, że strefa wprowadzania wsadu (I) ma kształt powierzchni walcowej (1) o średnicy podstawowej walca (D), następnie za strefą wprowadzania wsadu (I) znajduje się strefa wcinania (II), w której na powierzchni walcowej (1) znajdują się dwa symetrycznie rozmieszczone względem osi narzędzia występy prowadzące (2a) i (2b), na których powierzchniach górnych znajdują się nacięcia (3a) i (3b) w kształcie symetrycznie rozmieszczonych rowków, przy czym występy prowadzące (2a) i (2b) pochylone są pod kątem (β1) w kierunku części centralnej narzędzia, zaś wysokość (h1) występów prowadzących (2a) i (2b) jest mniejsza od wysokości (h) występu klinowego (4II), (4III), (4IV), natomiast głębokość (g) nacięć (3a) i (3b), znajdujących się na powierzchniach występów prowadzących (2a) i (2b) jest mniejsza od wysokości (h1) występów prowadzących (2a) i (2b), a centralnie w strefie wcinania (II) pomiędzy dwoma występami prowadzącymi (2a) i (2b) znajduje się występ klinowy (4II) w kształcie trójkąta równoramiennego nawiniętego na powierzchnię walcową (1), który jest pochylony pod kątem rozwarcia klina (β) większym od kąta (β1) pochylenia występów prowadzących (2a) i (2b), zaś powierzchnie boczne (5all) i (5bll) występu klinowego (4II) są wypukłe i styczne do powierzchni walcowej występu klinowego (4II), zaś zarys wypukłych powierzchni bocznych (5all) i (5bll) występu klinowego (4II) w przekroju normalnym ma kształt łuku o promieniu (R) stycznym do powierzchni walcowej występu klinowego (4II), zaś w strefie kształtowania (III) na powierzchni walcowej (1) narzędzia znajduje się występ klinowy (4III) o wypukłych powierzchniach bocznych (5all) i (5bll), stycznych do powierzchni walcowej występu klinowego (4III), przy czym szerokość występu klinowego (4III) stopniowo zwiększa się do wartości równej długości walcowanego stopnia odkuwki (Lw) na końcu strefy kształtowania (III), a za strefą kształtowania (III) znajduje się strefa kalibrowania (IV), w której występ klinowy (4IV) ma stałą szerokość (L), która jest równa długości walcowanego stopnia odkuwki (Lw), zaś płaskie powierzchnie boczne (6a) i (6b) występu klinowego (4IV) w strefie kalibrowania (IV) są płaskie i są pochylone pod jednakowymi kątami (a) w stosunku do powierzchni walcowej występu klinowego (4IV), zaś za strefą kalibrowania (IV) znajduje się strefa usuwania odkuwki (V), w której znajduje się wzdłużne wybranie (8), którego szerokość i głębokość jest większa od średnicy początkowej (do) półfabrykatu (11).

6 PL 247072 B1

2. Narzędzie, według zastrz. 1, znamienne tym, że w strefie wcinania (II) na wypukłych powierzchniach bocznych (5all) i (5bll) występu klinowego (4II) znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia (7all) i (7bll) oraz w strefie kształtowania (III) na wypukłych powierzchniach bocznych (5alll) i (5blll) występu klinowego (4III) znajdują się symetrycznie rozmieszczone względem siebie nacięcia (7alll) i (7blll), których głębokość stopniowo zwiększa się od zera w miejscu styczności wypukłych powierzchni bocznych (5all) i (5bll) klinowego występu (4II) w strefie wcinania (II) oraz wypukłych powierzchni bocznych (5alll) i (5blll) klinowego występu (4III) w strefie kształtowania (III) z górną powierzchnią walcową występu klinowego (4II) i (4III) do wartości k w miejscu styku wypukłych powierzchni bocznych (5all) i (5bll) klinowego występu (4II) w strefie wcinania (II) oraz wypukłych powierzchni bocznych (5alll) i (5blll) klinowego występu (4III) w strefie kształtowania (II) z powierzchnią walcową (1).