PL224498B1 - Sposób wyciskania zewnętrznego kołnierza - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyciskania zewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury.

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 1011,2002, 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 kształt owaniu 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. Znane jest również wytwarzanie kołnierza o dużej grubości przedstawione w artykule Y. Qin, R. Balendra: „An approach for the forming of large-thickness-flange components by injection forming” oraz wywijanie kołnierza przedstawione w polskich zgłoszeniach patentowych nr: P.404040 oraz P.404041.

Istotą sposobu wyciskania zewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury jest to, że półfabrykat w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy w kształcie stopniowanej wewnętrznie tulei, następnie umieszcza się stempel wewnątrz 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 kołnierza wału drążonego i kształtuje się wał drążony z kołnierzem. Półfabrykat w kształcie o dcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy, która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się kołnierz o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości kołnierza wału drążonego. Półfabrykat

PL 224 498 B1 w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy, której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości kołnierza wału drążonego i kształtuje się kołnierz o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości kołnierza wału drążonego. Wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel oraz tuleję i kształtuje się kołnierz wału drążonego. Wprawia się w ruch postępowy stempel i spęcza się półfabrykat oraz wyciska się promieniowo materiał półfabryk atu i kształtuje się kołnierz wału drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie wyrobów z kołnierzami przy zminimalizowaniu naddatków na obróbkę wiórową, co zwiększa wykorzystanie materiału. Dzięki plastycznemu kształtowaniu kołnierza, otrzymywany wyrób pozostaje monolitem. Eliminuje się konieczność łączenia elementów np. poprzez spawanie, zgrzewanie czy lutowanie. Wyrób z wyciśniętym kołnierzem charakteryzuje się ciągłym układem włókien w materiale, dzięki czemu uzyskuje się polepszone własności wytrzymałościowe produktu. Wytwarzanie kołnierza według wynalazku pozwala zachować stały wymiar średnicy wewnętrznej na całej długości rury. Zaproponowany sposób pozwala kształtować kołnierze o dużych średnicach oraz o dużej wysokości, mierzonej w kierunku równoległym do osi rury.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w początkowej fazie wyciskania kołnierza wału drążonego, fig. 2 - przedstawia przekrój w rzucie izometrycznym narzędzi oraz półfabrykatu w końcowej fazie wyciskania kołnierza wału drążonego, fig. 3a - widok w półprzekroju półfabrykatu, a fig. 3b - widok w półprzekroju wału drążonego z kołnierzem.

Sposób wyciskania zewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury 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 wewnątrz 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 kołnierza 7 wału 5 drążonego i kształtuje się wał 5 drążony z kołnierzem 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 kołnierz 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości h kołnierza 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 kołnierza 7 wału 5 drążonego i kształtuje się kołnierz 7 o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału 5 drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości h kołnierza 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 kołnierz 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 kształtuje się kołnierz 7 wału 5 drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję 2 w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla 3.

P r z y k ł a d. W przykładzie wykonania zewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury 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 wewnątrz 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 z prędkością V2 równą 0,006 m/s w kierunku przeciwnym do prędkości V3 stempla 3 i zwiększa się długość h kołnierza 7 wału 5 drążonego i uzyskuje się wał 5 drążony z kołnierzem 7 o długości h równej 45 mm.

Claims (5)

1. Sposób wyciskania zewnętrznego kołnierza, zwłaszcza na końcu rury, znamienny 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) wewnątrz 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) kołnierza (7) wału (5) drążonego i uzyskuje się wał (5) drążony z kołnierzem (7) o długości (h).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że półfabrykat (1) w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy (4), która ma przekrój kołowy lub niekołowy i kształtuje się kołnierz (7) o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału (5) drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest stałe na całej długości (h) kołnierza (7) wału (5) drążonego.

3. Sposób według zastrz. 1 i 2, znamienny tym, że półfabrykat (1) w kształcie odcinka rury umieszcza się współosiowo w matrycy (4), której pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości (h) kołnierza (7) wału (5) drążonego i kształtuje się kołnierz (7) o przekroju poprzecznym kołowym lub niekołowym wału (5) drążonego, którego pole powierzchni przekroju poprzecznego jest zmienne na długości (h) kołnierza (7) wału (5) drążonego.

4. Sposób według zastrz. 1, 2 i 3, znamienny tym, że wprawia się równocześnie w przeciwbieżny ruch postępowy stempel (3) z prędkością (V3) oraz tuleję (2) z prędkością (V2) i kształtuje się kołnierz (7) wału (5) drążonego.

5. Sposób według zastrz. 1, 2, 3, 4, znamienny tym, że 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 kołnierz (7) wału (5) drążonego, w wyniku czego wprawia się tuleję (2) w ruch postępowy w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu stempla (3).