PL248338B1 - Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest narzędzie, które charakteryzuje się tym, że końcówka robocza (2) ma zaokrągloną krawędź boczną od strony cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia (1), a w osi trzpienia (1) jest przelotowy kanał (3) smarowy zakończony wylotem (4), a ponadto na środku powierzchni końcówki roboczej (2) jest niecka (5), a wylot (4) jest na środku tej niecki (5), której powierzchnia jest ku niemu nachylona, przy czym na powierzchni końcówki roboczej (2) jest co najmniej jeden rowek (6), który prowadzi od niecki (5) ku cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do kształtowania przyrostowego blach mające zastosowanie zwłaszcza w kształtowaniu wyrobów o stosunkowo małej średnicy w stosunku do średnicy końcówki roboczej narzędzia, a także dużym kącie zarysu, zbliżonym lub równym 90°.

Tradycyjne metody kształtowania blach zwykle polegają na obróbce plastycznej na zimno, która realizowana jest za pomocą tłoczników. Narzędzia te są dostosowane do kształtu wyrobu i wykorzystywane do odkształcania blachy, wykorzystując odkształcenie plastyczne materiału. Jednak istnieje również alternatywna metoda kształtowania blach, która nie wymaga matrycy - kształtowanie przyrostowe. W kształtowaniu przyrostowym narzędziem jest obracający się trzpień o zaokrąglonym kształcie końcówki roboczej. To narzędzie wykorzystywane jest do stopniowego wywierania odkształceń plastycznych blachy umieszczonej w dedykowanym przyrządzie, który zapewnia obwodowe zamocowanie brzegu blachy. Podczas obróbki narzędzie może obracać się swobodnie lub z wymuszonym ruchem obrotowym. Istnieją również procesy wytwarzania, w których trzpień nie wykonuje ruchu obrotowego, a narzędzie przemieszcza się wzdłuż zaprogramowanej trajektorii o praktycznie dowolnym kształcie. W ten sposób stopniowo odkształca się materiał w postaci blachy. Kształtowanie przyrostowe jest jedną z najbardziej elastycznych metod obróbki plastycznej, ponieważ pozwala na zmianę parametrów obróbki oraz kształtu formowanego elementu.

Jednym z narzędzi wykorzystywanych w kształtowaniu przyrostowym jest rolka lub trzpień, który umożliwia stopniowe wywieranie odkształceń plastycznych blachy. Ten sposób kształtowania blach jest znany z opisu zgłoszeniowego wynalazku US 3342051 A. Narzędzie to jest przeznaczone do lokalnego i stopniowego wywierania odkształceń plastycznych blachy, która jest umieszczona w specjalnym przyrządzie, który zapewnia obwodowe zamocowanie brzegu blachy.

Wraz z postępem technologicznym i upowszechnieniem obrabiarek sterowanych numerycznie, zwłaszcza frezarek, powstało wiele różnych metod kształtowania przyrostowego materiałów, w tym z wykorzystaniem przeciwnarzędzia oraz ze zrobotyzowanym napędem głowicy narzędziowej.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 7984635 B2 znany jest asymetryczny sposób formowania przyrostowego arkusza blachy, w którym lokalny układ ogrzewania jest zsynchronizowany z ruchem kuliście zakończonego narzędzia formującego.

Inne znane rozwiązanie dotyczące kształtowania przyrostowego ujawnione jest w amerykańskim opisie patentowym US 7536892 B2. W wynalazku tym przeciwnarzędzie o kształcie wyrobu dociskane jest do blachy i położonego po przeciwnej stronie kuliście zakończonego trzpienia, co zwiększa siłę docisku i zmniejsza sprężyste odkształcenia wyrobu.

Urządzenie do formowania przyrostowego blach w podwyższonej temperaturze znane jest z europejskiego opisu patentowego EP 2559499 B1. Rozwiązanie składa się z ramy, elementów do pozycjonowania arkusza, izolowanej termicznie komory oraz elementów grzewczych, takich jak lampa halogenowa lub lampy podczerwieni. Podczas formowania, blacha jest podgrzewana z przeciwnej strony do położenia narzędzia trzpieniowego.

Innym sposobem kształtowania arkusza blachy jest metoda ujawniona w amerykańskim opisie patentowym US 6532786 B1, w rozwiązaniu tym wyrób kształtowany jest przez odwzorowanie pozytywowej formy za pomocą kuliście zakończonego trzpienia przemieszczającego się po zaprogramowanej trajektorii.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 10144048 B2 znane jest trzpieniowe narzędzie do przyrostowego formowania arkusza materiału, składające się z końcówki formującej, trzonu i łącznika pośredniczącego umieszczonego pomiędzy końcówką formującą, a trzonem. Końcówka formująca może mieć różny kształt, ułatwiający kształtowanie zagłębień oraz przetłoczeń o utrudnionym dostępie dla klasycznego kuliście zakończonego narzędzia.

Formowanie przyrostowe jest procesem, który może odbywać się w różnych temperaturach, zarówno w temperaturze otoczenia, jak i w podwyższonej temperaturze. Jednakże, podwyższenie temperatury blachy jest szczególnie korzystne podczas kształtowania trudno odkształcalnych stopów metali. Dzięki temu można zmniejszyć opory tarcia i ułatwić proces kształtowania. Zwiększenie temperatury blachy pozytywnie wpływa również na obniżenie granicy plastyczności materiału, co ułatwia jego odkształcanie.

Narzędzie, znane z opisu zgłoszeniowego CN 103317007 A, to samonagrzewająca się głowica narzędziowa, która wykorzystuje energię cieplną do formowania przyrostowego. Narzędzie składa się z pręta zaciskowego, kuliście zakończonej końcówki formującej, pręta grzejnego z termoparą, przyrządu do regulacji temperatury i płyty termoizolacyjnej. Końcówka formująca jest wymienna i połączona z prętem zaciskowym za pomocą gwintowego połączenia. Dzięki temu narzędzie umożliwia podgrzewanie kontaktowe blachy, co ułatwia jej kształtowanie.

Z powodu lokalnego kontaktu trzpieniowego narzędzia z blachą i wynikających z takiego charakteru pracy dużych nacisków jednostkowych, konieczne jest stosowanie substancji smarnych obniżających opory tarcia. Smary używane w technologii kształtowania przyrostowego są zasadniczo identyczne z tymi stosowanymi podczas konwencjonalnego kształtowania matrycowego. Znane narzędzia formujące posiadają końcówkę w kształcie kulistym z gładką powierzchnią roboczą. Ze względu na powierzchniowy kontakt narzędzia z formowaną blachą, rozwiązanie takie powoduje wyciskanie smaru z przestrzeni roboczej.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, zawierające trzpień, który na jednym swoim końcu ma końcówkę roboczą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że końcówka robocza ma zaokrągloną krawędź boczną od strony cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia, a w osi trzpienia jest przelotowy kanał smarowy zakończony wylotem, a ponadto na środku powierzchni końcówki roboczej jest niecka, a wylot jest na środku tej niecki, której powierzchnia jest ku niemu nachylona, przy czym na powierzchni końcówki roboczej jest co najmniej jeden rowek, który prowadzi od niecki ku cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia.

Korzystnie powierzchnia niecki ma wklęsły symetryczny kształt sferyczny o promieniu S wynoszącym od 4 do 50 mm.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli rowek ma dno o promieniu wynoszącym co najwyżej 1 mm.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli kąt β pomiędzy bocznymi ściankami rowka ma wartość od 5° do 175°.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeżeli na powierzchni końcówki roboczej pomiędzy jej zaokrągleniem, a powierzchnią niecki jest pierścieniowa płaska powierzchnia uszczelniająca, której szerokość q wynosi od 0,1 mm do 1 mm.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli końcówka robocza zawiera na swojej powierzchni od czterech do pięciu rowków rozmieszczonych promieniście, w równych odstępach.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli każdy z rowków jest zakrzywiony w tym samym kierunku, zgodnym z kierunkiem obrotu trzpienia.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeśli głębokość g każdego z rowków od strony niecki wynosi od 0,1 mm do 2 mm.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli średnica trzpienia wynosi od 3 do 32 mm.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli promień zaokrąglonej krawędzi bocznej końcówki roboczej wynosi od 10 do 40% średnicy trzpienia.

Wynalazek pozwala na bezpośrednie wprowadzenie smaru do przestrzeni styku między narzędziem, a blachą. Rozwiązanie znajduje zastosowanie, zwłaszcza w procesach formowania przyrostowego, w których występuje duża powierzchnia kontaktu narzędzia z blachą, a więc podczas kształtowania wyrobów o stosunkowo małej średnicy w stosunku do średnicy końcówki narzędzia oraz szczególnie z dużym kątem zarysu, zbliżonym lub równym 90°. Podczas formowania przyrostowego blacha podlega odkształceniom sprężystym, przez co rzeczywista powierzchnia kontaktu jest większa od tej wynikającej z warunków geometrycznych kontaktu powierzchni promienia z zaokrągloną powierzchnią wewnętrzną wytłoczki. Zastosowanie tego nowego narzędzia do kształtowania przyrostowego zapewnia dostarczanie smarowania do powierzchni roboczej pod wysokim ciśnieniem co powoduje powstanie zjawiska tarcia płynnego pomiędzy kształtowaną blachą, a narzędziem w szczególności pomiędzy częścią czołową narzędzia, a blachą, co pozwala na obniżenie oporów kształtowania i poprawę jakości powierzchni obrobionej blachy. Dodatkowo krzywoliniowe rowki pozwalają na eliminację ryzyka odkształceń wynikających z nieciągłego zarysu kulistej końcówki roboczej.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, zostało bliżej wyjaśnione w przykładach wykonania, pokazanych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzie w pierwszym przykładzie wykonania w widoku z boku; fig. 2 - szczegół A z fig. 1 w powiększeniu; fig. 3 - to samo narzędzie w widoku od strony końcówki roboczej; fig. 4 - to samo narzędzie w przekroju wzdłuż linii A-A z fig. 3; fig. 5 szczegół B z fig. 4; fig. 6 i 7 - poglądowo proces kształtowania przyrostowego blachy z wykorzystaniem narzędzia według pierwszego przykładu wykonania; fig. 8 - narzędzie w drugim przykładzie wykonania w widoku z boku; fig. 9 szczegół C z fig. 8; fig. 10 - to samo narzędzie w widoku od strony końcówki roboczej; fig. 11 - to samo narzędzie w przekroju wzdłuż linii B-B z fig. 10; fig. 12 szczegół D z fig. 11 w powiększeniu; fig. 13 i 14 - poglądowo proces kształtowania negatywnego wytłoczek z wykorzystaniem narzędzia według drugiego przykładu wykonania.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania zawiera trzpień 1, który na jednym swoim końcu ma końcówkę roboczą 2. Krawędź boczna końcówki roboczej 2 od strony cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia 1 jest zaokrąglona. W osi trzpienia 1 jest przelotowy kanał 3 smarowy zakończony wylotem 4, który jest na środku powierzchni końcówki roboczej 2, a ponadto na środku powierzchni końcówki roboczej 2 jest niecka 5, która ma wklęsłą sferyczną powierzchnię, na środku której jest wylot 4 kanału 3. Promień S wklęsłej sferycznej powierzchni niecki 5 wynosi 50 mm. Na powierzchni końcówki roboczej 2 jest pięć rowków 6 rozmieszczonych promieniście, prowadzących od niecki 5, poprzez zaokrąglone krawędzie, ku bocznej cylindrycznej powierzchni trzpienia 1. Rowki 6 są zakrzywione w tym samym kierunku, zgodnym z kierunkiem obrotu trzpienia. Dno każdego z rowków ma promień r wynoszący 1 mm, a kąt β pomiędzy bocznymi ściankami rowka 6 ma wartość 93°. Głębokość g rowka 6 w pobliżu niecki 5 wynosi 2 mm i zmniejsza się ku powierzchni bocznej trzpienia 1, dzięki czemu szerokość rowka 6 jest największa przy niecce 5 i zwęża się ku jego końcowi od strony bocznej powierzchni cylindrycznej trzpienia 1. Pomiędzy niecką 5, a zaokrągloną krawędzią końcówki roboczej 2 jest płaska pierścieniowa powierzchnia uszczelniająca 7 o szerokości q wynoszącej 1 mm. Kierunek krzywoliniowego zakrzywienia zarysu każdego z rowków 6 jest bezpośrednio powiązany z kierunkiem obrotowym trzpienia 1. Średnica trzpienia 1 wynosi 32 mm, a promień R zaokrąglenia końcówki roboczej 2 wynosi 10% średnicy trzpienia 1.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blachy według wynalazku w drugim przykładzie ma promień S wklęsłej sferycznej powierzchni niecki 5 wynoszący 4 mm. Na powierzchni końcówki roboczej 2 są cztery rowki 6 rozmieszczone promieniście, prowadzące od niecki 5, poprzez zaokrąglone krawędzie, ku bocznej cylindrycznej powierzchni trzpienia 1. Rowki 6 są proste. Dno każdego z rowków 6 ma promień r wynoszący 0,2 mm, a kąt β pomiędzy powierzchniami bocznymi ścianek rowka 6 ma wartość 122°. Głębokość g rowka 6 przy niecce 5 wynosi 0,1 mm i zmniejsza się ku powierzchni bocznej trzpienia 1, dzięki czemu szerokość rowka 6 jest największa przy niecce 5 i zwęża się ku jego końcowi od strony bocznej powierzchni cylindrycznej trzpienia 1. Pomiędzy niecką 5, a zaokrągloną krawędzią końcówki roboczej 2 jest płaska pierścieniowa powierzchnia uszczelniająca 7 o szerokości q wynoszącej 0,1 mm. Średnica trzpienia 1 wynosi 3 mm. Ponadto promień R zaokrąglenia końcówki roboczej 2 wynosi 40% średnicy trzpienia 1. W pozostałym zakresie wykonanie narzędzia jest takie jak w przykładzie pierwszym.

Poniżej wyjaśniono zasady działania wynalazku, z wykorzystaniem narzędzi opisanych odpowiednio w pierwszym i drugim przykładzie wykonania.

Podczas procesu przyrostowego kształtowania blachy 8 z wykorzystaniem narzędzia przez kanał 3 podaje się smar 9, pod wysokim ciśnieniem, do niecki 5, z której przemieszcza się on na zaokrągloną powierzchnię końcówki roboczej 2, a jego równomierne rozprowadzenie jest zapewnione przez rowki 6. Kierunek krzywoliniowego zakrzywienia zarysu rowków 6, w narzędziu opisanym w pierwszym przykładzie jest bezpośrednio powiązany z kierunkiem obrotowym n trzpienia 1 w stosunku do kierunku ruchu posuwistego f. Aby proces kształtowania przebiegał optymalnie, prędkość obwodowa narzędzia powinna być równa prędkości ruchu posuwistego f, co zapewni obtaczanie końcówki roboczej 2 po powierzchni obrabianej blachy 8. Kształtowany wyrób ma kąt zarysu a zbliżony do 90°.

Wykaz oznaczeń

- trzpień

- końcówka robocza

- kanał

- wylot

- niecka

- rowek

- powierzchnia uszczelniająca

- blacha

- smar

Claims (10)

1. Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach zawierające trzpień, który na jednym swoim końcu ma końcówkę roboczą, znamienne tym, że końcówka robocza (2) ma zaokrągloną krawędź boczną od strony cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia (1), a w osi trzpienia (1) jest przelotowy kanał (3) smarowy zakończony wylotem (4), a ponadto na środku powierzchni końcówki roboczej (2) jest niecka (5), a wylot (4) jest na środku tej niecki (5), której powierzchnia jest ku niemu nachylona, przy czym na powierzchni końcówki roboczej (2) jest co najmniej jeden rowek (6), który prowadzi od niecki (5) ku cylindrycznej powierzchni bocznej trzpienia (1).

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia niecki (5) ma wklęsły symetryczny kształt sferyczny o promieniu S wynoszącym od 4 do 50 mm.

3. Narzędzie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że rowek (6) ma dno o promieniu wynoszącym co najwyżej 1 mm.

4. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że kąt β pomiędzy bocznymi ściankami rowka (6) ma wartość od 5° do 175°.

5. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że na powierzchni końcówki roboczej (2) pomiędzy jej zaokrągleniem a powierzchnią niecki (5) jest pierścieniowa płaska powierzchnia uszczelniająca (7), której szerokość q wynosi od 0,1 mm do 1 mm.

6. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że końcówka robocza (2) zawiera na swojej powierzchni od czterech do pięciu rowków (6) rozmieszczonych promieniście, w równych odstępach.

7. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienne tym, że każdy z rowków (6) jest zakrzywiony w tym samym kierunku, zgodnym z kierunkiem obrotu trzpienia (1).

8. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienne tym, że głębokość g każdego z rowków (6) od strony niecki (5) wynosi od 0,1 mm do 2 mm.

9. Narzędzie według jednego z zastrz. od 1 do 8, znamienne tym, że średnica trzpienia (1) wynosi od 3 do 32 mm.

10. Narzędzie według zastrz. 9, znamienne tym, że promień zaokrąglonej krawędzi bocznej końcówki roboczej (2) wynosi od 10 do 40% średnicy trzpienia (1).