PL249595B1 - Sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych i narzędzie do realizacji tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych i narzędzie do realizacji tego sposobu.

W zakładach przemysłowych najczęściej spotykanym sposobem obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych jest szlifowanie narzędziem ściernym o różnym kształcie i różnym materiale ściernym. Ten sposób obróbki prowadzi do powstania wad na obrobionej powierzchni. Między innymi powstają miejsca lokalnie odpuszczone lub zahartowane wtórnie, które tworzą w warstwie wierzchniej karby strukturalne, a także w miejscach tych spiętrzają się naprężenia resztkowe (rozciągające). Wymienione wady prowadzą do tworzenia i rozwoju pęknięć zwykłych i zmęczeniowych oraz zatarć i innych uszkodzeń. Podczas eksploatacji konstrukcji spawanych dochodzi do spadku wytrzymałości zmęczeniowej spoiny, co może spowodować zniszczenia elementów spawanych. Dodatkowo, szlifowanie to proces, który często wymaga pracy ręcznej, co znacznie podnosi czas obróbki i uniemożliwia automatyzowanie tego procesu. Ponadto szlifowanie jest procesem szkodliwym dla człowieka i otoczenia, wymaga stosowania dodatkowych środków ochronnych.

Z polskiego dokumentu patentowego PAT.166176 znany jest sposób szlifowania spoin wzdłużnych zewnętrznych carg oraz urządzenie do szlifowania spoin wzdłużnych zewnętrznych carg polegający na tym, że spoinę zeszlifowuje się stycznie do powierzchni cargi i wzdłuż cargi w co najmniej trzech przejściach głowicy szlifierskiej poprzedzonych obrotem cargi. Urządzenie do szlifowania składa się z głowicy szlifierskiej osadzonej suwliwie w suporcie, zespołu napędowego oraz pozycjonera. Głowica szlifierska wyposażona jest w rolkę kontaktową, która ułożona jest tak, aby była prostopadła do linii spoiny cargi oraz składa się z rolki napinającej, taśmy szlifierskiej, rolki prowadzącej i sprężyny dociskowej.

Z polskiego dokumentu patentowego PAT.174051 znany jest sposób i frezarka do obróbki grani spoiny łączonych elementów walcowych. Sposób polega na tym, że frezarkę do obróbki grani przemieszcza się, przy użyciu łańcuchów, po obwodzie łączonych elementów walcowych, w pozycji pobocznej, umieszczonych na obrotniku, frezem palcowym frezarki dokonując usunięcia naddatków z grani spoiny nałożonej uprzednio na styku elementów łączonych. Frezarka składa się z obudowy, hydraulicznego bloku napędowego freza, mającego mechanizm do regulacji głębokości frezowania, hydraulicznego bloku napędowego uruchamiania kół, do przemieszczania się frezarki do pobocznicy łączonych elementów walcowych, z udziałem łańcuchów, rolki prowadzącej frezarkę wzdłuż rowka spoiny, mechanizmu korygującego ruchy freza wzdłuż grani spoiny oraz mechanizmu w ciągu łańcuchów.

W zgłoszeniu P.327604 ujawniono sposób i urządzenie do obrabiania połączenia pomiędzy dwoma elementami polegający na tym, że wzdłuż złącza nanosi się materiał łączący w postaci spoiny, spoinę z materiału łączącego obrabia się do zadanego kształtu przekroju poprzecznego za pomocą profilowego narzędzia skrawającego przemieszczanego wzdłuż spoiny i zdejmującego z niej zewnętrzną warstwę, z równoczesnym usuwaniem zdjętej warstwy zewnętrznej poprzez jej odsysanie. Korzystnie, jako materiał łączący można stosować szczeliwo na bazie poliuretanu. W skład odpowiedniego do tego celu narzędzia wchodzi dysza ssąca z otworem ssącym i narzędziem skrawającym zamontowanym na jej krawędzi, które to narzędzie może zdejmować i prowadzić górną warstwę spoiny z materiału łączącego do otworu ssącego, w celu jej usunięcia na zewnątrz.

Sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych polegający na przesuwaniu narzędzia skrawającego wzdłuż spoiny z jednoczesnym usuwaniem naddatku lica spoiny, które to narzędzie jednostronnie wyposaża się na zewnętrznej powierzchni w liniowo ułożone zęby, zaś naddatek lica do obróbki wyznaczony jest przez wysokość lica spoiny od powierzchni gotowego przedmiotu w miejscu spoiny i szerokości i długości powierzchni spoiny charakteryzuje się według wynalazku tym, że liczbę zębów ustala się w zależności od długości spoiny. Długość zęba g wyznacza się ze wzoru g = Pp - k gdzie Pp oznacza wartość podziałki ostrzy wyznaczoną ze wzoru w zakresie

2,25^L < Pp < 3<

k oznacza długość rowka wiórowego wyznaczoną ze wzoru w zakresie

1,05^L > k > 0,95<

wysokość zęba (h), stanowiącą głębokość rowka wiórowego, wyznacza się ze wzoru w zakresie 0,55< < h < 0,7<

gdzie L oznacza długość spoiny w [mm], a promień r dna rowka wiórowego wyznacza się ze wzoru w zakresie

0,5h < r < 0,6h.

Wysokość ostrza kolejnych zębów ustala się rosnąco w kierunku przeciwnym do kierunku posuwu, zaś różnica wysokości ostrza między pierwszym a ostatnim zębem jest równa wysokości naddatku lica. Długość zęba wynosi co najmniej połowę odległości między kolejnymi zębami. Naddatek lica spoiny usuwa się jednoetapowo w trakcie jednego przejścia narzędzia skrawającego, które wykonuje się w postaci stalowego pręta o prostokątnym przekroju.

Korzystnie przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza.

Korzystnie kąt natarcia wynosi 20°, a kąt przyłożenia wynosi 3°.

Wieloostrzowe narzędzie do usuwania naddatku lica spoiny w obróbce wykańczającej powierzchni pospawalniczych wykonane w postaci stalowego pręta zaopatrzonego w elementy skrawające w postaci zębów charakteryzuje się według wynalazku tym, że pręt stalowy ma prostokątny przekrój, zęby są na jednej z zewnętrznych powierzchni pręta, szerokość zęba jest równa maksymalnej szerokości ściegu spoiny, długość zęba jest co najmniej równa połowie odległości między sąsiednimi zębami - podziałki ostrzy, różnica wysokości ostrzy pomiędzy pierwszym zębem a ostatnim zębem jest równa wysokości skrawanego naddatku lica. Zęby ułożone są liniowo, a ich liczba uzależniona jest od długości obrabianej spoiny i naddatku, przy czym długość zęba jest równa różnicy między wartością podziałki ostrzy i długością rowka wiórowego. Wartość podziałki ostrzy jest w zakresie od 2,25^L do 3^L, długość rowka wiórowego jest w zakresie od 0,95^L do 1,05^L, wysokość zęba, stanowiąca głębokość rowka wiórowego, wynosi od 0,55^L do 0,7^L, gdzie L oznacza długość spoiny w mm. Promień dna rowka wiórowego wynosi od 0,5 do 0,6 wysokości zęba.

Korzystnie przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza.

Korzystnie kąt natarcia wynosi 20°, a kąt przyłożenia wynosi 3°.

W przeciwieństwie do szlifowania proces obróbki narzędziem skrawającym będącym przedmiotem niniejszego wynalazku nie posiada opisanych wad i niedogodności. Proces ten jest procesem obróbki mechanicznej wiórowej, w której cały naddatek na obróbkę skrawany jest w ciągu jednego przejścia narzędzia. Taki proces charakteryzuje się krótkim czasem cyklu obróbki spoiny oraz wysoką wydajnością.

Ponadto narzędzie to zapewnia niskie odchyłki kształtu i położenia oraz wyjątkowo wysoką dokładność obróbki i jakość warstwy wierzchniej z chropowatością powierzchni Ra = 0,32-5 [pm]. Materiał skrawany w postaci wiórów gromadzi się w rowkach wiórowych między sąsiednimi ostrzami. Kształt i wymiary rowków zależą od kształtu, wymiarów i właściwości materiału ściegu, długości spoiny oraz posuwu na jedno ostrze. Wartość posuwu wynika z konstrukcji narzędzia i jest to stopniowy wzrost rozmiaru ostrzy skrawających, będący różnicą między sąsiednimi ostrzami (przyrost na jedno ostrze). Zużycie prawidłowo zaprojektowanego narzędzia jest powolne, ponieważ jego ostrza mają wysoką żywotność, dzięki zwiększonej wytrzymałości na obciążenia uderzeniowe spowodowane nierównością spoiny. Praca narzędzia jest realizowana według różnych sposobów podzielenia naddatku obróbkowego na poziomych i pionowych prasach lub obrabiarkach o różnych rodzajach i konstrukcji. W zależności od miejsca przyłożenia siły do narzędzia będzie ono poddawane zjawisku rozciągania lub ściskania. Taki sposób obróbki ma szereg zalet: krótki czas obróbki oraz bardzo wysoką wydajność, wysoką dokładność, niskie odchyłki kształtu i położenia, dobre wykończenie powierzchni obrabianej. Zapewnia ekonomiczną obróbkę, nie wymagającą wykwalifikowanych operatorów, możliwość skrawania wielu obrabianych ściegów ustalonych w rzędzie (ciągłe skrawanie), możliwość automatyzacji procesu obróbki.

W przypadku obróbki zróżnicowanych (tzw. skomplikowanych) powierzchni różniących się wymiarami, kształtem oraz jakością w zakresie jednego cyklu obróbki (np. powierzchni spawane, lutowane itp.) niezbędne jest stosowanie narzędzia o nowej specjalistycznej konstrukcji będącego przedmiotem niniejszego wynalazku. Takie narzędzie, dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu i usytuowaniu ostrzy, prawidłowo dopasowanych do warunków obróbki na podstawie obliczeń wytrzymałościowych, znajduje zastosowanie w następujących warunkach: przerywane skrawanie (kształt powierzchni pospawalniczych), nierównomierny naddatek na obróbkę, zmienna liczba jednocześnie pracujących (czynnych) ostrzy, nieciągłość procesu obróbki, uderzeniowe lub okresowo zmienne obciążenia ostrzy skrawających, niejednorodność materiału obrabianego, wzrost procesu zużycia. Takie warunki procesu obróbki charakteryzują się zmiennym obciążeniem narzędzia skrawającego z uwagi na cykliczne wcinanie się ostrzy w materiał obrabiany, gdy siła skrawania zmienia się od Pmin = 0 do Pmax, powodując obciążenia niecykliczne.

Wynalazek umożliwia obrabianie skomplikowanych powierzchni spoin o różnym kształcie i wymiarach, różnych gatunków stali i stopów oraz zautomatyzowanie obróbki, podniesienie wydajności i zmniejszenie pracochłonności procesu obróbki.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rysunek wykonawczy w przekroju podłużnym, rzutach oraz detale w przekroju podłużnym, fig. 2 przedstawia detale narzędzia w przekroju podłużnym, fig. 3 przedstawia spoinę w widoku perspektywicznym i w przekroju poprzecznym przed obróbką, fig. 4 przedstawia spoiny po obróbce.

Przygotowano cztery próbki do obróbki, spawane w technologii:

- półautomat -135; gaz: Corgon 18, drut lity 0 0,8 mm; Ispaw = 95A,

- półautomat - gaz: CO2, drut proszkowy DWA 55L 0 1,2 mm; Ispaw » 110A,

- półautomat; gaz: CO2; drut Corefil 100R Metalweco 0 1,2 mm; Ispaw = 90 ... 110A, SMAW; elektroda zasadowa EB150 0 2,5 mm; Ispaw = 90A.

Materiał, z którego wykonano narzędzie to stal szybkotnąca SW7M (HS6-5-2) poddawana obróbce cieplnej (hartowanie przy temperaturze 1250°C i odpuszczanie w temperaturze 560°C do twardości HRC 62:65).

W celu przygotowania narzędzia przeznaczonego do obróbki określonej partii spoin niezbędne jest jego zaprojektowanie w oparciu o istniejące sposoby obliczeń, ale z wykorzystaniem nowych niestandardowych rozwiązań w wymienionej poniżej kolejności.

W pierwszej kolejności wyznacza się naddatek obróbkowy. Przy obróbce spoiny naddatek obróbkowy stanowi wysokość (nadlew lica) spoiny Hs, która jest ograniczona powierzchniami przedmiotu gotowego ap oraz spoiny as.

W celu wyznaczenia wartości naddatku obróbkowego Hs niezbędne jest wykonanie pomiarów wysokości spoiny i ich analiza statystyczna. Przed projektowaniem narzędzia wyznacza się maksymalne wartości wymiarów spoin charakterystyczne dla większości obrabianych spoin w partii. Na podstawie wykonanej analizy, wyznacza się skrajne warunki i określa się zakres naddatku i szerokości spoiny Bs. W rozpatrywanych próbkach spawanych maksymalna wartość naddatku na obróbkę H smax = 3 mm oraz maksymalna szerokość spoiny Bsmax = 15 mm.

Po wyznaczeniu naddatku obróbkowego wyznacza się wartość posuwu na ostrze a (grubość skrawanej warstwy). Podział naddatku przy krawędziach prostoliniowych jest to podział grubości naddatku na całkowitej szerokości obróbki. W rozpatrywanym przykładzie grubość skrawanej warstwy wynosi 0,2 mm. Jej wartość została wybrana ze względu na zarys ostrza skrawającego, materiał obrabiany oraz możliwości techniczne obrabiarki (prasy).

Kolejnym etapem projektowania narzędzia jest wyznaczenie geometrii ostrza skrawającego. Do obróbki powierzchni płaskich ostrza skrawające wykonuje się z nachyleniem pod kątem ω, który zmniejsza koncentrację siły skrawającej na krawędź ostrza. Jednakże stosowanie nachylonych ostrzy komplikuje proces wytwarzania narzędzi i zwiększa ich długość oraz wartość. Dlatego przyjmuje się ω = 0°.

W celu zapewnienia niezawodnej pracy narzędzia w warunkach wystąpienia obciążeń uderzeniowych niezbędne okazało się wzmocnienie zębów narzędzia. Przybliżoną wartość podziałki Pp ostrzy skrawających powiększono i wyznaczono ze wzoru:

Pp = (2,25 .... 3)^L, gdzie L - długość spoiny w mm.

Jednocześnie powiększono wymiar g (długość zęba), wzmacniając ostrze skrawające, nie zmieniając przy tym długości rowka wiórowego k, który wyznacza się ze wzoru:

k = (1,05 .... 0,95)^ L, gdzie L - długość spoiny w mm, gwarantującego bezproblemowe odprowadzenie wiórów.

Wysokość ostrza h wyznacza się w zakresie h = (0,55 .... 0,7) VL, przyjmuje się kąt natarcia γ = 20°, kąt przyłożenia a = 3°. Pozostałe parametry ostrza wyznacza się ze wzorów:

g = Pp — k; r = (0,5 ....0,6) h, gdzie:

Pp - wartość podziałki ostrzy skrawających, g - długość zęba, k - długość rowka wiórowego, r - promień dna rowka wiórowego, h - wysokość zęba (głębokość rowka).

PL 249595 Β1

Po wyznaczeniu geometrii ostrzy sprawdza się narzędzie na wytrzymałość w zależności od sił skrawających. Zmiana wartości sił skrawania przy obróbce powierzchni pospawalniczych może być spowodowana: nierównomiernym naddatkiem na obróbkę, zmienną liczbą jednocześnie pracujących (czynnych) ostrzy, zmianą własności (niejednorodnością) materiału obrabianego, zjawiskiem powstawania i zanikania narostu oraz nieciągłością procesu tworzenia się wióra. Siła skrawania zmienia się w granicach od Fmin do Fmax, gdzie Fmin może przyjmować nie tylko wartości dodatnie, ale również wynosić zero. W momencie kiedy ostrza czynne narzędzia skrawającego tracą kontakt z powierzchnią obrabianą, wartość siły skrawającej najmniejsza Fmin = 0. Faktyczna zmiana sił odbywa się tylko w zakresie dodatnim, a naprężenia materiału narzędzia wywołane działaniem takiej siły skrawającej mają taki sam charakter.

Końcowy etap projektowania polega na tworzeniu tabeli wymiarów ostrzy narzędzia, wyznaczeniu całkowitej jego długości, przygotowaniu rysunku wykonawczego narzędzia. Przed tworzeniem tabeli niezbędne jest wyznaczenie nominalnych wartości całkowitej wysokości przekroju przeprowadzonego przez krawędzie każdego ostrza projektowanego narzędzia.

Wartość wysokości przekroju każdego kolejnego ostrza powiększa się o wartość posuwu na jedno ostrze a (grubości skrawanej warstwy). Tak więc wysokość i-tego ostrza wyznacza się za pomocą wzoru:

Hi = Hi + (/- 1)

Tabelę wypełnia się do rozpoczęcia przygotowania rysunku wykonawczego i zawiera ona numery wszystkich ostrzy po kolei, wartość ich wysokości razem z odchyłkami tych wartości oraz wartość kąta przyłożenia a, właściwego do każdej grupy ostrzy (tab. 1).

Tabela 1

Kąt przyłożenia	ot= 3“
Odchyłka	-0,02
Numer ostrza	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Wysokość ostrza H[, mm	30,0	30,2	30,4	30,6	30,8	31,0	31,2	31,4	31,6	31,8	32,0	32,2	32,4	32,6	32,8	33,0	33,0

Następnie zgodnie z obliczonymi parametrami w znany sposób wytwarza się narzędzie skrawające. Mocuje się je w uchwycie obrabiarki, po czym przesuwa się wzdłuż spoiny i usuwa się naddatek lica spoiny jednoetapowo w trakcie jednego przejścia.

Wieloostrzowe narzędzie do obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych zaprojektowane dla spoiny o wyżej przedstawionych parametrach wykonane jest w postaci stalowego pręta o prostokątnym przekroju, który wzdłuż jednej z zewnętrznych powierzchni posiada rząd siedemnastu zębów 1. Długość g zęba 1 jest równa maksymalnej szerokości skrawanego naddatku lica B_s. Szerokość zęba 1 jest co najmniej równa połowie odległości między zębami. Różnica wysokości ostrzy pomiędzy pierwszym zębem a ostatnim zębem jest równa wysokości H_s skrawanego naddatku lica. Przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób obróbki wykańczającej powierzchni pospawalniczych polegający na przesuwaniu narzędzia skrawającego wzdłuż spoiny z jednoczesnym usuwaniem naddatku lica spoiny, które to narzędzie jednostronnie wyposaża się na zewnętrznej powierzchni w liniowo ułożone zęby, zaś naddatek lica do obróbki wyznaczony jest przez wysokość lica spoiny od powierzchni gotowego przedmiotu w miejscu spoiny i szerokości i długości powierzchni spoiny znamienny

   PL 249595 Β1 tym, że liczbę zębów ustala się w zależności od długości spoiny, przy czym długość zęba (g) wyznacza się ze wzoru g = P_P-k gdzie P_p oznacza wartość podziałki ostrzy wyznaczoną ze wzoru w zakresie

   2,25\[L < P_p< 3 yfL k oznacza długość rowka wiórowego wyznaczoną ze wzoru w zakresie

   1,05 JL > k > 0,95^1 wysokość zęba (/?), stanowiącą głębokość rowka wiórowego, wyznacza się ze wzoru w zakresie

   O,55v'T < h < 0,7//?

   gdzie L oznacza długość spoiny w [mm], a promień (λ) dna rowka wiórowego wyznacza się ze wzoru w zakresie

   0,5h < r < 0,6h, wysokość ostrza kolejnych zębów ustala się rosnąco w kierunku przeciwnym do kierunku posuwu, zaś różnica wysokości ostrza między pierwszym a ostatnim zębem jest równa wysokości naddatku lica, a długość zęba wynosi co najmniej połowę odległości między kolejnymi zębami, przy czym naddatek lica spoiny usuwa się jednoetapowo w trakcie jednego przejścia narzędzia skrawającego, które wykonuje się w postaci stalowego pręta o prostokątnym przekroju.
2. 2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2 znamienny tym, że kąt natarcia (γ) wynosi 20°, a kąt przyłożenia (a) wynosi 3°.
4. 4. Wieloostrzowe narzędzie do usuwania naddatku lica spoiny w obróbce wykańczającej powierzchni pospawalniczych wykonane w postaci stalowego pręta zaopatrzonego w elementy skrawające w postaci zębów znamienne tym, że pręt stalowy ma prostokątny przekrój, zęby są na jednej z zewnętrznych powierzchni pręta, szerokość zęba jest równa maksymalnej szerokości ściegu spoiny (B_s), długość (g) zęba jest co najmniej równa połowie odległości między sąsiednimi zębami - podziałki ostrzy, różnica wysokości ostrzy pomiędzy pierwszym zębem a ostatnim zębem jest równa wysokości (H_s) skrawanego naddatku lica, zęby ułożone są liniowo, a ich liczba uzależniona jest od długości obrabianej spoiny i naddatku, przy czym długość zęba (g) jest równa różnicy między wartością podziałki ostrzy (P_p) i długością rowka wiórowego (k), przy czym wartość podziałki ostrzy (P_p) jest w zakresie od 2,25a/L do 3>//L, długość rowka wiórowego (k) jest w zakresie od 0,95/L do 1 ,05a/L, wysokość zęba (h), stanowiąca głębokość rowka wiórowego, wynosi od 0,55/L do 0,7a/L, gdzie L oznacza długość spoiny w mm, a promień (r) dna rowka wiórowego wynosi od 0,5 do 0,6 wysokości zęba (h).
5. 5. Narzędzie według zastrz. 4 znamienne tym, że przedostatni i ostatni ząb mają tę samą wysokość ostrza.
6. 6. Narzędzie według zastrz. 4 albo 5 znamienne tym, że kąt natarcia (γ) wynosi 20°, a kąt przyłożenia (a) wynosi 3°.