PL224497B1

PL224497B1 - The method of extrusion of internal hollow shaft steps

Info

Publication number: PL224497B1
Application number: PL404611A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Winiarski; Andrzej Gontarz
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2016-12-30
Also published as: PL404611A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyciskania wewnętrznych stopni wałów drążonych.The subject of the invention is a method for extruding the inner steps of a hollow shaft.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod wytwarzania osiowosymetrycznych odkuwek stopniowanych, pełnych i drążonych, które wykorzystuje się jako półfabrykaty stopniowanych wałków, stopniowanych tulei i innych. Do najczęściej spotykanych metod zalicza się: kucie matrycowe na prasach i młotach, ciągnienie, kucie i przebijanie, kucie na kowarkach, kucie obrotowe, wysokociśnieniowe kształtowanie wewnętrzne, wyciskanie na zimno, wyciskanie na zimno z głębokim wierceniem oraz walcowanie poprzeczno-klinowe. Szczegółowo procesy te opisano w literaturze autorstwa Bartnicki J., Pater Z.: „Walcowanie poprzeczno-klinowe wyrobów drążonych” Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2005. Jak podają autorzy, największe dokładności wyrobów uzyskuje się w procesach ciągnienia, jednak ograniczeniami w stosowaniu tej technologii w produkcji wyrobów drążonych są niewielkie możliwości w zakresie uzyskiwanych kształtów elementów. Technologia kucia znajduje zastosowanie tylko w przypadku kształtowania wałów o dużych wymiarach i masach. Przeb ijanie natomiast jest stosowane do produkcji grubościennych i krótkich tulei. Procesy kucia na kowarkach pozwalają na redukcję średnic prętów i rur. Elementy ukształtowane tym sposobem charakteryzują się dużą dokładnością, a przy kuciu na trzpieniu mogą posiadać bardzo dokładne otwory cylindryczne i stożkowe. Inną metodą wytwarzania wyrobów drążonych, opisaną w rozprawie doktorskiej: „Proces kształtowania elementów rurowych ciśnieniem cieczy” autorstwa Stadnik R., Kraków 2008, jest proces wytłaczania hydrostatycznego, który pozwala na formowanie wyrobów o złożonej geom etrii. W metodzie tej wyrób jest kształtowany pod wpływem wysokiego ciśnienia wytworzonego wewnątrz elementu. Szerokie zastosowanie w przemyśle do produkcji wyrobów drążonych znalazły również procesy wyciskania na zimno, które powstają w wyniku wyciśnięcia przez otwór matrycy na trzpieniu. W ostatnich latach opracowano szereg sposobów kształtowania wyrobów drążonych w oparciu o metodę walcowania poprzeczno-klinowego oraz walcowania klinowo-rolkowego, przedstawionych w pracy: „Podstawy teoretyczne i badania eksperymentalne procesu walcowania klinoworolkowego” autorstwa Pater Z., Poznań 2007. W procesach walcowania poprzeczno-klinowego i walcowania klinowo-rolkowego przynajmniej jedno z narzędzi kształtujących to klin płaski lub nawinięty na walec, który wciskając się we wsad redukuje jego średnicę, przemieszczając pewną objętość metalu na boki. W efekcie wyrób w czasie kształtowania ulega wydłużeniu, a grubość ścianki w strefie kształtowanego przewężenia zmniejsza się. Prowadzi to do osłabienia wyrobu w miejscu walcowanego stopnia i wymusza stosowanie wsadów grubościennych, które można kształtować wyłącznie na gorąco. Dodatkowo metoda ta wymaga stosowania skomplikowanych narzędzi klinowych o dużych gabarytach, co prowadzi do wysokich kosztów wdrożeniowych technologii walcowania poprzeczno-klinowego.So far, a number of methods for the production of axisymmetric stepped, solid and hollow forgings are known and used, which are used as blanks of stepped rollers, stepped sleeves and others. The most common methods include: die forging on presses and hammers, drawing, forging and punching, forging on swaging machines, rotary forging, high-pressure internal forming, cold extrusion, cold extrusion with deep drilling and cross-wedge rolling. These processes are described in detail in the literature by Bartnicki J., Pater Z .: "Cross-wedge rolling of hollow products" Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2005. According to the authors, the greatest accuracy of products is obtained in drawing processes, but with limitations in the use of this technology in production of hollow products, there are little possibilities in terms of the obtained shapes of elements. The forging technology is applicable only to the shaping of shafts of large dimensions and masses. Piercing, on the other hand, is used for the production of thick-walled and short sleeves. Forging processes on swaging machines allow the diameter of bars and pipes to be reduced. Elements shaped in this way are characterized by high accuracy, and when forged on a mandrel, they can have very precise cylindrical and conical holes. Another method of manufacturing hollow products, described in the doctoral dissertation: "Process of shaping pipe elements by liquid pressure" by Stadnik R., Kraków 2008, is the process of hydrostatic extrusion, which allows for the formation of products with a complex geometry. In this method, the product is shaped under the influence of the high pressure generated inside the element. Cold extrusion processes, which arise as a result of extrusion through a die hole on a mandrel, have also found wide application in the industry for the production of hollow products. In recent years, a number of methods of shaping hollow products have been developed based on the cross-wedge and wedge-roll rolling methods, presented in the work: "Theoretical basis and experimental studies of the wedge-roll rolling process" by Pater Z., Poznań 2007. wedge and wedge-roll rolling, at least one of the shaping tools is a flat wedge or a wound on a cylinder, which by pressing into the charge reduces its diameter, displacing a certain volume of metal to the sides. As a result, the product becomes elongated during shaping and the wall thickness in the area of the shaped narrowing is reduced. This leads to a weakening of the product in the place of the rolled step and forces the use of thick-walled charges that can only be hot formed. In addition, this method requires the use of complex wedge tools with large dimensions, which leads to high implementation costs of the cross-wedge rolling technology.

Z polskiego zgłoszenia patentowego numer P.392275 znany jest sposób obciskania obrotowego wyrobów drążonych, który polega na kształtowaniu półfabrykatu w kształcie tulei lub odcinka rury między trzema obracającymi się narzędziami. Przy czym jedno z narzędzi lub wszystkie narzędzia przemieszczają się dodatkowo w kierunku osi półfabrykatu, wprawiając go w ruch obrotowy i redukują kolejne stopnie odkuwki kształtowanego wałka wielostopniowego. Cechą charakterystyczną procesu jest odwzorowanie zarysu narzędzi na zewnętrznej powierzchni odkuwki, w wyniku czego następuje redukcja przekroju i wzrost grubości ścianki wyrobu.From the Polish patent application number P.392275, a method of rotary crimping of hollow products is known, which consists in shaping a blank in the shape of a sleeve or a pipe section between three rotating tools. One of the tools or all the tools additionally move towards the axis of the blank, setting it into rotation and reducing the successive steps of the forging of the shaped multi-stage shaft. A characteristic feature of the process is the mapping of the outline of the tools on the outer surface of the forging, as a result of which the cross-section is reduced and the wall thickness of the product increases.

Z polskiego zgłoszenia patentowego numer P.393242 znany jest sposób kształtowania wyrobów drążonych metodą przepychania obrotowego, który polega na kształtowaniu osiowosymetrycznych odkuwek drążonych z półfabrykatu w kształci rury. W opisanym w zgłoszeniu procesie przepychania półfabrykat umieszczany jest w obrotowej głowicy, a następnie przemieszczany w kierunku trzech obrotowych narzędzi, które rozmieszczone są dookoła osi wsadu co 120°. W wyniku oddziaływania narzędzi redukuje się średnicę czopa skrajnego wsadu i uzyskuje się stopniowaną odkuwkę drążoną.From the Polish patent application number P.393242, a method of shaping hollow products by the rotary pushing method is known, which consists in shaping axially symmetrical hollow forgings from a blank in the shape of a pipe. In the pushing process described in the application, the blank is placed in a rotating head and then moved towards three rotating tools, which are arranged around the axis of the charge every 120 °. As a result of the impact of the tools, the diameter of the extreme charge spigot is reduced and a stepped hollow forging is obtained.

Istotą sposobu wyciskania wewnętrznych stopni wałów drążonych jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei, następnie umieszcza się stempel współosiowo do półfabrykatu, po czym ustawia się tuleję współosiowo do stempla w odległości w zakresie od połowy grubości ścianki rury do trzykrotnej wartości średnicy zewnętrznej rury od powierzchni czołowej matrycy, następnie wprawia się w ruch postępowy stempel z prędkością w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s i spęcza się półfabrykat oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu, następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję z prędkością w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości stempla i zwiększa się dł ugość stopnia wału drążonego i kształtuje się wał drążony ze stopniem. Półfabrykat w kształcie odcinkaThe essence of the method of extruding the internal steps of the hollow shafts is that the blank in the shape of a pipe section is placed coaxially in the matrix in the shape of an internally stepped sleeve, then the punch is coaxially placed to the blank, and then the sleeve is coaxial to the punch at a distance ranging from half the thickness pipe walls to three times the value of the outer diameter of the pipe from the face of the die, then the punch is set in a translational motion at a speed in the range of 0.001 m / s to 100 m / s and the blank is compressed and the blank material is squeezed radially, then set in translational motion the sleeve at a speed ranging from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the punch speed and the length of the hollow shaft step increases and the hollow shaft is formed with the step. Segment-shaped blank

PL 224 497 B1 rury umieszcza się współosiowo w matrycy, która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się stopień o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości stopnia wału drążonego. Półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy, której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości stopnia wału drążonego i kształtuje się stopień o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości stopnia wału drążonego. Wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel oraz tuleję i kształtuje się stopień wału drążonego. Wprawia się w ruch postępowy stempel i spęcza się półfabrykat oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu i kształtuje się stopień wału drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla.The pipes are coaxially inserted into a die which has a circular or non-circular cross-section and a hollow shaft step is formed with a circular or non-circular cross section whose cross-sectional area is constant over the entire length of the hollow shaft step. The semi-finished product in the shape of a pipe section is placed coaxially in a die, the cross-sectional area of which varies along the length of the hollow shaft step and a step with a circular or non-circular cross-sectional hollow shaft is formed, the cross-sectional area of which varies along the length of the hollow shaft step. At the same time, the punch and the sleeve are set in counter-rotating movement and the step of the hollow shaft is formed. The punch is set in translation and the blank is compressed, the blank material is pressed out radially and the hollow shaft step is formed, as a result of which the sleeve is moved in translation against the direction of the punch.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie stopni wałów drążonych przy zminimalizowaniu naddatków na obróbkę wiórową, co zwiększa wykorzystanie materiału. Dzięki plastycznemu kształtowaniu wału, otrzymywany wyrób pozostaje monolitem. Eliminuje się konieczność łączenia elementów na przykład poprzez spawanie, zgrzewanie czy lutowanie. Wyrób z ukształtowanymi plastycznie stopniami charakteryzuje się ciągłym układem włókien w materiale, dzięki czemu uzyskuje się polepszone własności wytrzymałościowe produktu. Wytwarzanie stopni według wynalazku pozwala zachować stały wymiar średnicy zewnętrznej na całej długości rury. Sp osób pozwala kształtować stopnie o dużej wysokości, mierzonej w kierunku równoległym do osi rury.The advantageous effect of the invention is that it allows the plastic shaping of the steps of the hollow shafts while minimizing the machining allowances, which increases the material utilization. Due to the plastic shaping of the shaft, the obtained product remains a monolith. The need to connect elements by, for example, welding, fusing or soldering is eliminated. A product with plastically shaped steps is characterized by a continuous arrangement of fibers in the material, thanks to which improved strength properties of the product are obtained. The manufacture of the steps according to the invention allows the outer diameter to be kept constant over the entire length of the pipe. The number of people allows to shape steps of great height, measured in a direction parallel to the axis of the pipe.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w początkowej fazie wyciskania stopnia wału drążonego, fig. 2 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w końcowej fazie wyciskania stopnia wału drążonego, fig. 3a - widok w półprzekroju półfabrykatu, a fig. 3b - widok w półprzekroju wału drążonego ze stopniem.The invention has been shown in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1 - shows a cross-section in isometric view of the tools and a blank in the initial stage of extrusion of the hollow shaft step, Fig. 2 - shows a cross-section in isometric view of the tools and the blank in the final stage of extrusion of the hollow shaft step , Fig. 3a is a semi-sectional view of a blank, and Fig. 3b is a semi-sectional view of a hollow shaft with a step.

Sposób wyciskania wewnętrznych stopni wałów drążonych polega na tym, że półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury o grubości g ścianki rury i średnicy D zewnętrznej rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4 w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei. Następnie umieszcza się stempel 3 współosiowo do półfabrykatu 1, po czym ustawia się tuleję 2 współosiowo do stempla 3 w odległości ho w zakresie od połowy grubości g ścianki rury do trzykrotnej wartości średnicy D zewnętrznej rury od powierzchni 6 czołowej matrycy 4. Następnie wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1. Następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję 2 z prędkością V2 w zakresie od 0,001 m/s do 100 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości V3 stempla 3 i zwiększa się długość h stopnia 7 wału 5 drążonego i kształtuje się wał 5 drążony ze stopniem 7 o długości h. Półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4, która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się stopień 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości h stopnia 7 wału 5 drążonego. Półfabrykat 1 w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy 4, której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości h stopnia 7 wału 5 drążonego i kształtuje się stopień 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości h stopnia 7 wału 5 drążonego. Wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 oraz tuleję 2 z prędkością V2 i kształtuje się stopień 7 wału 5 drążonego. Wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1 i kształtuje się stopień 7 wału 5 drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję 2 w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla 3.The method of extruding the inner steps of the hollow shafts consists in placing the blank 1 in the shape of a pipe section with the thickness g of the pipe wall and the outer pipe diameter D is placed coaxially in the die 4 in the shape of an internally stepped sleeve. Then the punch 3 is placed coaxially to the blank 1, and then the sleeve 2 is coaxial to the punch 3 at a distance ho in the range from half the thickness g of the pipe wall to three times the value of the outer pipe diameter D from the face 6 of the die face 4. Then it is set in motion forward punch 3 with a speed V3 in the range from 0.001 m / s to 100 m / s and the blank 1 is compressed and the material of the blank 1 is radially pressed out. Then the sleeve 2 is set in translation at a speed V2 in the range from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the speed V3 of the punch 3 and the length h h of the hollow shaft stage 5 increases and the hollow shaft 5 is formed with the step 7 with the length h. or non-circular and step 7 is formed with a circular or non-circular cross-section of a hollow shaft 5, the cross-sectional area of which is constant over the entire length h stop 7 of the hollow shaft 5. The blank 1 in the shape of a pipe section is placed coaxially in the die 4, the cross-sectional area of which varies along the length h of the hollow shaft stage 7, and a stage 7 is formed with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft 5, the cross-sectional area of which is variable along the length h of step 7 of the hollow shaft 5. At the same time, the punch 3 is set in counter-rotating movement at the speed V3 and the sleeve 2 at the speed V2, and the step 7 of the hollow shaft 5 is formed. The punch 3 is set in translation at the speed V3 and the blank 1 is compressed and the material of the blank 1 is radially pressed and the step 7 of the hollow shaft 5 is formed, as a result of which the sleeve 2 is moved in translation against the direction of the punch 3.

P r z y k ł a d. W przykładzie wykonania wewnętrznego stopnia wału drążonego umieszcza się półfabrykat w kształcie odcinka rury o grubości g ścianki równej 10 mm i średnicy D zewnętrznej równej 70 mm współosiowo w matrycy 4 w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei 2, następnie umieszcza się stempel 3 współosiowo do półfabrykatu 1, po czym ustawia się tuleję 2 współosiowo do stempla 3 w odległości ho równej 10 mm od powierzchni 6 czołowej matrycy 4, następnie wprawia się w ruch postępowy stempel 3 z prędkością V3 równą 0,01 m/s i spęcza się półfabrykat 1 oraz wyciska się promieniowo materiał półfabrykatu 1, następnie wprawia się w ruch postępowy tuleję 2 z prędkością V2 równą 0,006 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości V3 stempla 3 i zwiększa się długość h stopnia 7 wału 5 drążonego i uzyskuje się wał 5 drążony ze stopniem 7 o długości h równej 50 mm.Example: In an embodiment of the inner step of the hollow shaft, a blank in the shape of a pipe section with a wall thickness g of 10 mm and an outer diameter of 70 mm is placed coaxially in a die 4 in the shape of an internally stepped sleeve 2, then a punch 3 is placed coaxially to the blank 1, then the sleeve 2 is aligned to the punch 3 at a distance ho equal to 10 mm from the face 6 of the die face 4, then the punch 3 is set in translational motion at a speed V3 equal to 0.01 m / s and the blank 1 is compressed and the material of the blank 1 is radially pressed, then the sleeve 2 is set in translation at a speed V2 equal to 0.006 m / s in the opposite direction to the speed V3 of the punch 3 and the length h of the step 7 of the hollow shaft 5 is increased, and a hollow shaft 5 with the step 7 is obtained with a length h of 50 mm.

Claims

The method of extrusion of internal steps of hollow shafts, characterized in that the blank (1) in the shape of a pipe section with the thickness (g) of the pipe wall and the diameter (D) of the outer pipe is placed coaxially in the die (4) in the shape of an internally stepped sleeve, then the punch (3) is placed coaxially to the blank (1), then the sleeve (2) is coaxially set to the punch (3) at a distance (ho) in the range from half the pipe wall thickness (g) to three times the outer diameter (D) pipes from the face (6) of the die (4), then the punch (3) is set in translation at a speed (V3) in the range of 0.001 m / s to 100 m / s and the blank (1) is compressed and the material is radially extruded blank (1), then the sleeve (2) is set in translational motion at a speed (V2) in the range from 0.001 m / s to 100 m / s in the opposite direction to the speed (V3) of the punch (3) and the length (h) is increased the stage (7) of the hollow shaft (5) and a hollow shaft (5) is obtained with the stage (7) from lengths (h).

2. The method according to p. The process of claim 1, characterized in that the pipe section-shaped blank (1) is placed coaxially in the die (4) which has a circular or non-circular cross-section, and a step (7) is formed with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft (5), the area of which is the cross-sectional area is constant over the entire length (h) of the step (7) of the hollow shaft (5).

3. The method according to p. 1 and 2, characterized in that the blank (1) in the shape of a pipe section is placed coaxially in the die (4), the cross-sectional area of which varies along the length (h) of the step (7) of the hollow shaft (5) and the step is formed (7) with a circular or non-circular cross-section of the hollow shaft (5), the cross-sectional area of which varies along the length (h) of the step (7) of the hollow shaft (5).

4. The method according to p. The method as claimed in any of claims 1, 2 and 3, characterized in that the punch (3) is simultaneously driven in opposing translation at speed (V3) and the sleeve (2) at speed (V2) and the step (7) of the hollow shaft (5) is formed.

5. The method according to p. 1, 2, 3, 4, characterized in that the punch (3) is set in translation at a speed (V3) and the blank (1) is compressed and the blank (1) material is radially pressed and the shaft step (7) is formed (5) of the hollow, as a result of which the sleeve (2) is set in translation against the direction of the punch (3).