PL220138B1

PL220138B1 - Method and a device for flanging

Info

Publication number: PL220138B1
Application number: PL404041A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Winiarski; Andrzej Gontarz
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2015-08-31
Also published as: PL404041A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wywijania kołnierza.The present invention relates to a method and a device for turning a collar.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod wytwarzania zewnętrznych, monolitycznych kołnierzy rur stanowiących jeden kawałek materiału z częścią trzonową. Podstawową metodą produkcji zewnętrznych kołnierzy rur jest obróbka skrawaniem. W metodzie tej półfabrykatem jest pręt lub rura, o średnicy zewnętrznej większej lub równej średnicy kołnierza, i średnicy wewnętrznej w przypadku wsadu w postaci rury, mniejszej od średnicy wewnętrznej gotowego wyrobu. Półfabrykat poddawany jest obróbce wiórowej i poprzez skrawanie kolejnych warstw materiału następuje kształtowanie kołnierza. Kolejne metody kształtowania kołnierzy polegają na wywijaniu kołnierzy z rur cienkościennych metodą dwuetapowego statycznego roztłaczania sztywnymi narzędziami, oraz metodą tłoczenia elektrodynamicznego, które opisują Muzykiewicz W., Bednarczyk J., Rękas A., Łukaszka A.: „Wywijanie kołnierzy elementów rurowych sztywnymi narzędziami w warunkach statycznych i metodą tłoczenia elektrodynamicznego”. Rudy i Metale Nieżelazne R47, nr 10-11,2002, s. 545-550. Wywijanie kołnierzy metodą dwuetapowego roztłaczania polega na kształtowaniu kielicha, przy pomocy narzędzia stożkowego, a następnie rozpychaniu tego kielicha przy pomocy narzędzia płaskiego do momentu dotłoczenia go do płaskiej powierzchni matrycy. Tłoczenie elektrodynamiczne polega na kształtowaniu ścianki rury bez udziału pośrednich mas. Energia elektryczna jest przekształcana na energię pola magnetycznego, która pod wpływem powstających w induktorze sił Lorentza zostaje zamieniona na energię ruchu i pracę plastycznego odkształcenia rury. Znane jest również wytwarzanie kołnierzy 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, s. 321-327. Wsad umieszcza się w matrycy, a następnie spęcza się go narzędziem posiadającym płaską powierzchnię czołową powodującą spęczanie oraz trzpień zapobiegający wyboczeniu rury. Po każdej operacji spęczania, wsad wysuwa się z matrycy i poddaje się kolejnym operacjom spęczania, do momentu uzyskania kołnierza o wymaganej średnicy i grubości. Kolejną metodą jest wywijanie kołnierzy poprzez wyoblanie, która przedstawiona jest w pracy Fouly A. Mohamed, Sausy Zein El-Abden, Mohieled A.R.: „A rotary flange forming process on the late using a ball-shaped tool”. Journal of Materials Processing Technology 170, 2005, s. 501-508. Metoda polega na umieszczeniu narzędzia - którego część robocza jest kulą wewnątrz rury i przemieszczaniu go w kierunku promieniowym na zewnątrz rury, przy jednoczesnym obrocie wsadu. Innym sposobem jest wywijanie kołnierzy metodą prasowania obwiedniowego charakteryzujące się tym, że półfabrykat kształtowany jest stemplem, który wykonuje ruch kulisty. W metodzie tej, narzędzie oddziałuje na kształtowany materiał, tylko częścią swojej powierzchni, dzięki czemu pomimo niskich sił kształtowania, uzyskuje się naciski jednostkowe umożliwiające plastyczne kształtowanie wsadu. Znane jest również wywijanie kołnierza narzędziem wykonującym ruch postępowy wzdłuż osi wsadu i obrotowy wokół własnej osi, opisywane przez Okoń Ł.: „Kształtowanie zewnętrznych kołnierzy rur metodą wywijania przy różnych stanach obciążenia”, praca doktorska, Lublin 2012. Wprowadzenie obrotu narzędzia zmniejsza jego obciążenie, powoduje bardziej równomierny rozkład nacisków jednostkowych na powierzchni styku narzędzie-wsad, oraz polepsza kinematykę płynięcia materiału.Hitherto, there are a number of methods known and used for the production of outer monolithic pipe flanges constituting a single piece of material with a shaft portion. Machining is the primary production method for external pipe flanges. In this method, a blank is a bar or a pipe, with the outer diameter greater than or equal to the diameter of the collar, and the inner diameter in the case of a tube-shaped charge, smaller than the inner diameter of the finished product. The blank is machined and the flange is shaped by cutting successive layers of material. Subsequent methods of shaping flanges consist in rolling out flanges of thin-walled pipes by the method of two-stage static expanding with rigid tools, and the electrodynamic pressing method, described by Muzykiewicz W., Bednarczyk J., Rękas A., Łukaszek A .: "Rolling out flanges of pipe elements with rigid tools under the conditions of static and electrodynamic stamping method ". Non-ferrous Ores and Metals R47, No. 10-11,2002, pp. 545-550. Flanging the flanges by the two-stage expansion method consists in shaping the socket with a conical tool, and then extending the socket with a flat tool until it is pressed onto the flat surface of the die. Electrodynamic pressing consists in shaping the pipe wall without the participation of intermediate masses. Electric energy is converted into magnetic field energy, which under the influence of Lorentz forces generated in the inductor is converted into motion energy and the work of plastic deformation of the pipe. The production of flanges by the upsetting method is also known, as described by Hu XL, Wang ZR: "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, pp. 321-327. The stock is placed in the die and then compressed with a tool having a flat face to cause upsetting and a pin to prevent buckling of the pipe. After each upsetting operation, the stock slides out of the die and is subjected to successive upsetting operations until a flange of the required diameter and thickness is obtained. Another method is rolling flanges by spinning, which is presented in the work of Fouly A. Mohamed, Sausy Zein El-Abden, Mohieled A.R .: "A rotary flange forming process on the late using a ball-shaped tool". Journal of Materials Processing Technology 170, 2005, pp. 501-508. The method consists in placing the tool - the working part of which is a ball inside the tube and moving it radially outside the tube, while rotating the charge. Another method is to turn the collars by the method of circumferential pressing, characterized in that the blank is shaped by a punch that performs a spherical movement. In this method, the tool acts on the shaped material, only with a part of its surface, thanks to which, despite the low shaping forces, unit pressures are obtained that enable plastic shaping of the charge. It is also known to turn the collar with a tool that translates along the axis of the charge and rotates around its axis, described by Okoń Ł .: "Shaping the outer flanges of pipes by flaring at various load conditions", doctoral dissertation, Lublin 2012. Introducing tool rotation reduces its load, it causes a more even distribution of unit pressures on the contact surface of the tool-load, and improves the material flow kinematics.

Istotą sposobu wywijania kołnierza jest to, że półfabrykat, który posiada dwie strefy - pierwszą strefę w kształcie rury, drugą strefę w kształcie stożka ściętego o średnicy zewnętrznej mniejszej od średnicy kołnierza, umieszcza się na trzpieniu o średnicy mniejszej od średnicy wewnętrznej pierwszej strefy półfabrykatu, a następnie zaciska się pierwszą strefę półfabrykatu matrycą dzieloną, po czym do wnętrza drugiej strefy półfabrykatu wprowadza się narzędzie wewnętrzne w kształcie stożka ściętego i umieszcza się narzędzie zewnętrzne w kształcie stożka ściętego, które stycznie przylega do zewnętrznej powierzchni drugiej strefy półfabrykatu, następnie narzędzie wewnętrzne wprawia się w ruch obrotowy o zmiennej prędkości wokół własnej osi symetrii i narzędzie zewnętrzne wprawia się w ruch obrotowy o zmiennej prędkości obrotowej wokół własnej osi symetrii, po czym narzędzie zewnętrzne i narzędzie wewnętrzne zaczynają się dodatkowo obracać ze stałą prędkością wokół osi prostopadłych do osi półfabrykatu, przy czym prędkość obrotowa narzędzia wewnętrznego jest większa od prędkości obrotowej narzędzia zewnętrznego, zaś narzędzie zewnętrzne przemieszcza się wzdłuż własnej osi symetrii po czym następuje wywinięcie kołnierza.The essence of the method of flanging the collar is that the blank, which has two zones - the first pipe-shaped zone, the second truncated-cone-shaped zone with an outer diameter smaller than the diameter of the collar, is placed on a mandrel with a diameter smaller than the inner diameter of the first zone of the blank, and then the first zone of the blank is clamped with a split die, then a truncated internal tool is inserted into the second zone of the blank, and the external tool in the shape of a truncated cone is placed, tangentially adjacent to the outer surface of the second blank zone, then the internal tool is set in variable speed rotation around its axis of symmetry and the outer tool set in a variable speed rotation around its axis of symmetry, after which the outer tool and the inner tool begin to additionally rotate at a constant speed around axes perpendicular to the axis blank, the rotational speed of the inner tool being greater than the rotational speed of the outer tool, and the outer tool moving along its axis of symmetry, followed by the flange of the flange.

Istotą urządzenia do wywijania kołnierza składającego się z narzędzia zewnętrznego, narzędzia wewnętrznego, trzpienia i matrycy dzielonej, jest to że wewnątrz matrycy dzielonej w kształcie pierścienia znajduje się współosiowo trzpień oraz narzędzie wewnętrzne w kształcie stożka ściętegoThe essence of the flanging device consisting of an external tool, an internal tool, a mandrel and a split die, is that inside the ring-shaped split die, there is a coaxial mandrel and an internal tool in the shape of a truncated cone.

PL 220 138 B1 i narzędzie zewnętrzne w kształcie stożka ściętego, które umieszczone są na zewnątrz matrycy dzielonej i trzpienia, zaś osie narzędzia zewnętrznego i narzędzia wewnętrznego znajdują się w tej samej płaszczyźnie co oś symetrii trzpienia.And the frusto-conical outer tool that are positioned outside the split die and spindle, and the axes of the outer tool and inner tool are in the same plane as the axis of symmetry of the spindle.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie wyrobów z kołnierzami przy zminimalizowaniu naddatków na obróbkę wiórową co zwiększa wykorzystanie materiału. Ponadto sposób według wynalazku pozwala kształtować kołnierze o dużych średnicach i grubościach. Dzięki plastycznemu kształtowaniu kołnierza, otrzymywany wyrób pozostaje monolitem. Eliminuje się konieczność łączenia elementów np. poprzez spawanie, zgrzewanie czy lutowanie. Wyrób z wywiniętym plastycznie kołnierzem charakteryzuje się ciągłym układem włókien w materiale, dzięki czemu uzyskuje się polepszone własności wytrzymałościowe produktu. Rolki wskutek różnych prędkości obrotowych ściskają materiał kołnierza, dzięki czemu powstają naprężenia ściskające zmniejszające ryzyko pękania. Z tego powodu można kształtować kołnierze o większej średnicy zewnętrznej niż przy zastosowaniu innych metod kształtowania plastycznego. Dodatkową zaletą metody jest możliwość uzyskania grubości kołnierza równej grubości ścianki części rurowej, przy zastosowaniu wsadu o stożkowo rozszerzonym końcu.The advantageous effect of the invention is that it allows for plastic forming of flanged products while minimizing the machining allowances, which increases the material utilization. Moreover, the method according to the invention allows the formation of flanges of large diameters and thicknesses. Due to the plastic shaping of the collar, the obtained product remains a monolith. The need to connect elements, e.g. by welding, fusing or soldering, is eliminated. A product with a plastically folded collar is characterized by a continuous arrangement of fibers in the material, thanks to which improved strength properties of the product are obtained. Due to different rotational speeds, the rollers compress the flange material, creating compressive stresses which reduce the risk of cracking. For this reason, flanges with a larger outer diameter can be formed than with other forming methods. An additional advantage of the method is the possibility of obtaining a flange thickness equal to the wall thickness of the tubular part, using a charge with a conically flared end.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia przekrój osiowy narzędzi oraz półfabrykatu w początkowej fazie wywijania kołnierza, fig. 2The invention has been presented in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 - shows an axial section of the tools and the blank in the initial phase of flanging the collar, fig. 2

- przekrój osiowy narzędzi oraz kształtowanego kołnierza w trakcie procesu wywijania kołnierza, fig. 3- axial section of tools and a shaped collar during the process of flanging the collar, fig. 3

- przekrój osiowy narzędzi oraz ukształtowanego kołnierza po procesie wywijania kołnierza, a fig. 4- an axial section of the tools and the shaped collar after the collar turning process, and Fig. 4

- widok w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w początkowej fazie wywijania kołnierza.- isometric view of the tools and the blank in the initial phase of flanging the collar.

Sposób wywijania kołnierza polega na tym, że półfabrykat 1 - posiada dwie strefy pierwszą strefę 1a w kształcie rury, drugą strefę 1b w kształcie stożka ściętego o średnicy dz zewnętrznej mniejszej od średnicy 1k kołnierza, umieszcza się na trzpieniu 2 o średnicy dt mniejszej od średnicy dr wewnętrznej pierwszej strefy 1a półfabrykatu 1, a następnie zaciska się pierwszą strefę 1a półfabrykatu 1 matrycą 5 dzieloną po czym do wnętrza drugiej strefy 1b półfabrykatu 1 wprowadza się narzędzie 4 wewnętrzne w kształcie stożka ściętego i umieszcza się narzędzie 3 zewnętrzne w kształcie stożka ściętego, które stycznie przylega do zewnętrznej powierzchni 11 drugiej strefy 1b półfabrykatu 1. Następnie narzędzie 4 wewnętrzne wprawia się w ruch obrotowy o zmiennej prędkości wokół własnej osi 7 symetrii i narzędzie 3 zewnętrzne wprawia się w ruch obrotowy o zmiennej prędkości obrotowej wokół własnej osi 6 symetrii, po czym narzędzie 3 zewnętrzne i narzędzie 4 wewnętrzne zaczynają się dodatkowo obracać ze stałą prędkością odpowiednio wokół osi 9 i 8 prostopadłych do osi 10 półfabrykatu 1, przy czym prędkość obrotowa narzędzia 4 wewnętrznego jest większa od prędkości obrotowej narzędzia 3 zewnętrznego, zaś narzędzie 3 zewnętrzne przemieszcza się wzdłuż własnej osi 6 symetrii po czym następuje wywinięcie kołnierza.The method of flanging the collar consists in the fact that the blank 1 - has two zones, the first zone 1a in the shape of a tube, the second zone 1b in the shape of a truncated cone with an outside diameter d from less than the diameter 1k of the collar, is placed on a mandrel 2 with a diameter dt smaller than the diameter dr the first zone 1a of the blank 1, then the first zone 1a of the blank 1 is clamped with a split die, and then an internal tool 4 in the shape of a truncated cone is inserted into the interior of the second zone 1b of the blank 1 and the external tool 3 in the shape of a truncated cone is placed, tangentially adheres to the outer surface 11 of the second zone 1b of the blank 1. Then, the inner tool 4 is set in a variable-speed rotation about its own symmetry axis 7, and the outer tool 3 is set in a variable-speed rotation about its own symmetry axis, and then the tool The outer 3 and the inner tool 4 start to rotate additionally at a constant speed, respectively, around the axes 9 and 8 perpendicular to the axis 10 of the blank 1, the rotational speed of the inner tool 4 being greater than the rotational speed of the outer tool 3, and the outer tool 3 moving along its own axis 6 of symmetry, followed by flipping of the flange.

Urządzenie do wywijania kołnierza posiada narzędzie zewnętrzne, narzędzie wewnętrzne, trzpień i matrycę dzieloną. Wewnątrz matrycy (5) dzielonej w kształcie pierścienia znajduje się współosiowo trzpień (2) oraz narzędzie (4) wewnętrzne w kształcie stożka ściętego i narzędzie (3) zewnętrzne w kształcie stożka ściętego, które umieszczone są na zewnątrz matrycy (5) dzielonej i trzpienia (2), zaś osie narzędzia (3) zewnętrznego i narzędzia (4) wewnętrznego znajdują się w tej samej płaszczyźnie co oś symetrii trzpienia (2).The flange turning device has an outer tool, an inner tool, a mandrel and a split die. Inside the ring-shaped split die (5) there is a mandrel (2) coaxially and an internal frustoconical tool (4) and an external frustoconical tool (3), which are placed outside the split die (5) and the mandrel ( 2), and the axes of the external tool (3) and the internal tool (4) are in the same plane as the axis of symmetry of the spindle (2).

Claims

Patent claims

1. The method of flanging a collar, characterized in that the blank (1) - has two zones, the first zone (1a) in the shape of a pipe, the second zone (1b) in the shape of a truncated cone with an outer diameter (dt) smaller than the diameter (dk) of the collar, is placed on a mandrel (2) with a diameter (dt) smaller than the inner diameter (dr) of the first zone (1a) of the blank (1), and then the first zone (1a) of the blank (1) is crimped with a die (5) divided, and then inside the second zone (1 b) of the blank (1), the internal frustoconical tool (4) is inserted and the external frustoconical tool (3) is inserted, tangentially adjacent to the outer surface (11) of the second zone (1b) the blank (1), then the internal tool (4) is set in a rotary motion with variable speed around its symmetry axis (7) and the external tool (3) is set in a rotary motion with a variable rotational speed around its symmetry axis (6), after what tool (3) external e and the inner tool (4) additionally begin to rotate at a constant speed around the axes (9) and (8) perpendicular to the axis (10) of the blank (1), respectively, the rotational speed being

The rotational speed of the inner tool (4) is greater than the rotational speed of the outer tool (3), and the outer tool (3) moves along its symmetry axis (6) and the flange is turned over.

2. A flange turning device having an outer tool, an inner tool, a mandrel and a split die, characterized in that inside the ring-split die (5) there is a mandrel (2) coaxially and an internal frustoconical tool (4) and the tool (3) the outer frusto-conical, which are located outside the split die (5) and the spindle (2), and the axes of the outer tool (3) and the inner tool (4) are in the same plane as the axis of symmetry of the spindle (2). ).