PL227320B3

PL227320B3 - Method for plastic shaping of shafts with worms

Info

Publication number: PL227320B3
Application number: PL411137A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Pater; Janusz Tomczak; Tomasz Bulzak
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-11-30
Also published as: PL411137A3

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania plastycznego wałków ze ślimakami, zwłaszcza wałków drążonych. Przez pojecie „wał drążony” należy rozumieć wał posiadający w centralnej części wzdłuż swojej osi otwór cylindryczny lub kształtowy.The subject of the invention is a method of forming shafts with screws, especially hollow shafts. The term "hollow shaft" is understood to mean a shaft having a cylindrical or shaped bore in a central part along its axis.

Dotychczas znanych jest wiele sposobów kształtowania wałków z wieńcami zębatymi. Do najczęściej stosowanych w przemyśle zalicza się między innymi procesy obróbki mechanicznej - obróbka skrawaniem, w których otrzymanie żądanego kształtu wyrobu uzyskuje się przez zdjęcie kolejnych warstw materiału. Zarys wałka uzyskuje się w procesie toczenia, na którym następnie nacina się uzębienie. Charakterystyka procesów obróbki mechanicznej wieńców zębatych opisana jest w literaturze Ochęduszko K. „Koła zębate. Wykonanie i montaż” T. 2. WNT Warszawa 2009. Mechaniczną obróbkę wieńców zębatych można podzielić na dwie grupy w zależności od kształtu narzędzi oraz kinematyki ruchu wyrobu i narzędzia. Pierwsza grupa obejmuje metody kształtowe, które polegają na zastosowaniu narzędzi skrawających o części roboczej posiadającej kształt wrębu obrabianego koła zębatego wieńca zębatego. Do tej grupy zalicza się takie procesy jak: frezowanie krążkowe, palcowe, dłutowanie, przeciąganie. Druga grupa obejmuje metody obwiedniowe nacinania uzębień kół zębatych, w których wykorzystuje się współpracę narzędzia z kształtowanym kołem. Zarys zębów powstaje poprzez zazębianie się koła z narzędziem. Do najczęściej spotykanych sposobów obwiedniowej obróbki kół zębatych można zaliczyć między innymi dłutowanie obwiedniowe metodą Maaga, w którym narzędzie ma postać listwy zębatej wykonującej ruch postępowo-zwrotny, natomiast koło wykonuje ruch obrotowy i postępowy w kierunku narzędzia. Innym sposobem obróbki obwiedniowej kół zębatych jest dłutowanie metodą Sunderlanda, w której narzędzie w postaci listwy zębatej wykonuje ruch postępowo-zwrotny oraz postępowy w kierunku koła, natomiast wieniec zębaty wykonuje ruch obrotowy. Również bardzo często spotykanym sposobem obróbki obwiedniowej uzębień kół zębatych jest dłutowanie obwiedniowe metodą Fellowsa, w której narzędzie ma kształt koła zębatego wykonującego ruch roboczy postępowo-zwrotny oraz obrotowy. Natomiast obrabiane koło zębate wykonuje ruch obrotowy oraz postępowy w kierunku narzędzia. Szerokie zastosowanie znalazła również obwiedniowa metoda frezowania kół zębatych sposobem Gleasona. W metodzie tej narzędzie ma kształt ślimaka z wyciętymi rowkami wzdłuż osi. W przekroju normalnym ślimak ma kształt zębatki. Narzędzie wykonuje ruch roboczy obrotowy, natomiast kształtowany wieniec zębaty wykonuje ruch obrotowy oraz postępowy w kierunku narzędzia. Znane są również plastyczne sposoby obróbki kół zębatych, wśród których można wyróżnić procesy kucia oraz walcowania wieńców zębatych. Charakterystyka procesów plastycznego kształtowania kół zębatych opisana jest w literaturze Turno A., Romanowski M., Olszewski M. „Obróbka plastyczna kół zębatych” WNT, Warszawa 1973. Procesy kucia kół zębatych stosowane są najczęściej do kształtowania kół stożkowych, talerzowych oraz specjalnych. Proces kucia polega na wywarciu nacisku na wsad narzędziami, które posiadają kształt wewnętrzny odpowiadający kształtowi odkuwki. W wyniku wywieranego nacisku metal wypełnia wykrój narzędzi, dzięki czemu następuje ukształtowanie koła zębatego. Cechą charakterystyczną procesów kucia kół zębatych jest to, że wyroby są odbiciem - negatywem narzędzi. Drugim sposobem kształtowania wieńców zębatych jest proces walcowania, w którym kształt wyrobu jest obwiednią kolejnych punktów zębów obracającego się narzędzia. Kształtowanie następuje stopniowo, a maksymalne naciski niezbędne do ukształtowania zębów są znacznie mniejsze niż przy kuciu. W zależności od kinematyki procesu spotyka się kilka sposobów walcowania uzębień kół. W procesie walcowania uzębień na zimno stosuje się trzy rolki nienapędzane. Wstępniaki w postaci pakietu lub pręta mocowane są w uchwycie tokarki i podpierane kłem. Trzy rolki robocze - zębate o stałym rozstawie osi przesuwają się wydłuż materiału, który wykonuje ruch obrotowy i napędza rolki robocze. Narzędzia w postaci rolek zębatych są specjalnie ukształtowane. Posiadają one dwa stożki - wejściowy i wyjściowy oraz cylindryczną część kalibrującą. Ten sposób kształtowania jest stosowany do walcowania jedynie uzębień kół o niewielkich wymiarach na wcześniej przygotowanych wstępniakach. Inną metodą walcowania uzębień kół zębatych jest proces walcowania stycznego, który polega na stycznym przemieszczaniu walcowanego koła między dwoma obracającymi się walcami uzębionymi o stałych osiach. Ten sposób stosowany jest przede wszystkim do walcowania uzębień o niewielkich wymiarach. Znany jest również proces walcowania uzębień kół trzema rolkami napędzanymi w tym samym kierunku, między którymi znajduje się obrabiany materiał. Według tego układu spotyka się walcowanie przelotowe oraz wgłębne. W pierwszym przypadku odległość osi rolek nie zmienia swojego położenia, a walcowanie uzębienia dokonuje się przez przepchniecie materiału pomiędzy obracającymi się rolkami. W drugim przypadku materiał nie przesuwaHitherto, many methods of shaping toothed rollers are known. The most commonly used in the industry include, among others, mechanical processing - machining, in which obtaining the desired shape of the product is achieved by removing subsequent layers of material. The shaft outline is obtained by turning, on which the toothing is then cut. The characteristics of the mechanical processing of toothed rims are described in the literature by Ochęduszko K. "Toothed wheels. Fabrication and assembly ”T. 2. WNT Warszawa 2009. The mechanical processing of toothed rims can be divided into two groups depending on the shape of the tools and the kinematics of the product and tool movement. The first group includes shaping methods, which consist in the use of cutting tools with a working part having the shape of a groove of the machined gear of the toothed ring. This group includes processes such as: disk milling, finger milling, chiselling, broaching. The second group covers the envelope cutting methods of gear teeth, which use the cooperation of the tool with the shaped wheel. The contour of the teeth is created by the meshing of the wheel with the tool. The most common methods of circumferential machining of gears include, among others, Maag hobbing, in which the tool is in the form of a toothed bar making a reciprocating movement, while the wheel performs rotational and translational movement towards the tool. Another method of circumferential machining of gears is chiselling by the Sunderland method, in which the tool in the form of a toothed bar performs reciprocating and translational movements in the direction of the wheel, while the toothed rim performs a rotary motion. A very common method of circumferential machining of gear teeth is hobbing by the Fellows method, in which the tool has the shape of a gear that performs a reciprocating and rotary working motion. On the other hand, the machined gear wheel makes a rotary and translational movement towards the tool. The envelope milling method of the Gleason method has also found wide application. In this method, the tool has the shape of a worm with grooves cut along the axis. In the normal cross section the worm has the shape of a rack. The tool performs a rotational work movement, while the shaped toothed ring makes a rotary and translational movement towards the tool. There are also known plastic methods of gear processing, among which the processes of forging and rolling gear wheels can be distinguished. Characteristics of the processes of plastic shaping of gears are described in the literature of Turno A., Romanowski M., Olszewski M. "Plastic processing of gears" WNT, Warsaw 1973. The processes of forging gears are most often used for shaping conical, disc and special wheels. The forging process consists in exerting pressure on the charge with tools that have an internal shape corresponding to the shape of the forgings. As a result of the exerted pressure, the metal fills the tool blank, thus shaping the gear. A characteristic feature of the processes of forging gears is that the products are a reflection - negative of tools. The second method of shaping the toothed rims is the rolling process in which the shape of the product is the envelope of successive points of the teeth of the rotating tool. Shaping occurs gradually and the maximum pressures necessary to shape the teeth are much lower than for forging. Depending on the kinematics of the process, there are several methods of rolling gear teeth. In the cold rolling of gears, three non-driven rollers are used. The preforms in the form of a bundle or a bar are fixed in the lathe chuck and supported by a tooth. Three working rollers - toothed with a fixed axle distance, move along the material, which performs a rotary motion and drives the work rollers. The tools in the form of toothed rollers are specially shaped. They have two cones - input and output, and a cylindrical calibration part. This shaping method is used for rolling only small-dimension gear teeth on pre-prepared preforms. Another method of rolling gear teeth is the tangential rolling process, which involves tangentially displacing the rolled wheel between two rotating toothed rolls with fixed axes. This method is mainly used for rolling toothing with small dimensions. It is also known to roll the gear teeth with three rollers driven in the same direction, between which the processed material is located. According to this arrangement, there are through-rolling and deep-rolling. In the first case, the distance of the rollers' axes does not change its position, and the rolling of the toothing is performed by forcing the material between the rotating rollers. In the second case, the material does not move

PL 227 320 B3 się, natomiast jedna rolka lub wszystkie trzy przesuwane są do środka. Proces walcowania w układzie trójrolkowym jest stosowany przede wszystkim do kształtowania na zimno gwintów, uzębień prostych i śrubowych oraz wielokarbów o niewielkich wymiarach. Cechą charakterystyczną obecnie znanych sposobów walcowania kół zębatych jest plastyczne ukształtowanie jedynie uzębienia na wieńcach, które w postaci wstępniaków muszą być wcześniej odpowiednio przygotowane w procesach obróbki mechanicznej.PL 227 320 B3 is moved, while one or all three rolls are moved to the center. The three-roll rolling process is used primarily for cold forming threads, straight and helical toothing, and small notched notches. A characteristic feature of the currently known methods of rolling gears is the plastic shaping of only the teeth on the rims, which must be properly prepared in the form of preforms in advance by machining processes.

Z polskiego opisu patentowego nr 216309 znany jest sposób kształtowania plastycznego wałków drążonych z wieńcami zębatymi, w którym wykorzystuje się trzy narzędzia w kształcie rolek. Narzędzia mają kształt stopniowanych rolek, gdzie na jednym ze stopni umieszczony jest wieniec uzębiony. W trakcie procesu narzędzia obracają się w tym samym kierunku i jednocześnie przemieszczają się w kierunku osi półfabrykatu rurowego, umieszczonego miedzy nimi. W wyniku oddziaływania narzędzi półfabrykat wprawiany jest w ruch obrotowy, podczas którego kształtowane są kolejne stopnie wyrobu.The Polish patent specification No. 216309 describes a method of plastic shaping of hollow shafts with toothed rims, which uses three roll-shaped tools. The tools have the shape of stepped rollers with a toothed ring on one of the steps. During the process, the tools rotate in the same direction and at the same time move towards the axis of the tubular blank placed between them. As a result of the interaction of the tools, the blank is set into a rotary motion during which subsequent product steps are shaped.

Istotą sposobu kształtowania plastycznego wałków ze ślimakami polegającego na tym, że kształtowany półfabrykat w postaci odcinka pręta lub rury umieszcza się między trzema jednakowymi, stopniowymi rolkami roboczymi z uzębieniami, które obracają się w tym samym kierunku ze stałą prędkością oraz przemieszczają się promieniowo do osi wyrobu z prędkością powodując ukształtowanie wałka wielostopniowego z wieńcem zębatym, zaś trzy kształtowe rolki robocze z uzębieniami narzędzia rozmieszcza się na obwodzie, co 120° +/- 20°, przy czym korzystnym jest rozmieszczenie, co 120°, przemieszczenie promieniowe trzech narzędzi rolkowych w pierwszej kolejności kształtuje stopnie o różnych średnicach na półfabrykacie, a następnie na jednym ze stopni kształtuje się uzębienie, po osiągnięciu przez rolki robocze - narzędzia końcowego położenia, wyłącza się ruch posuwisty promieniowy, a pozostawia się ruch obrotowy rolek roboczych, które w tym czasie usuwają niedokładności kształtu wyrobu - wałka z wieńcem zębatym z polskiego patentu nr 216309, jest to, że kształtowany półfabrykat w postaci odcinka pręta lub rury umieszcza się między trzema jednakowymi, stopniowymi rolkami roboczymi z uzwojeniami, które znajduje się w części środkowej rolek roboczych, następnie wprawia się rolki robocze w ruch obrotowy w tym samym kierunku oraz jednakową stałą prędkością i jednocześnie przemieszcza się promieniowo w kierunku osi półfabrykatu trzy rolki robocze z takimi samymi prędkościami, po czym oddziaływuje się na półfabrykat obracającymi się rolkami roboczymi i wprawia się półfabrykat w ruch obrotowy w kierunku przeciwnym do ruchu obrotowego rolek roboczych, następnie kształtuje się kolejno zewnętrzne stopnie na półfabrykacie oraz uzwojenie ślimaka, następnie po zajęciu przez rolki robocze położenia końcowego wyłącza się ruch postępowy rolek roboczych i kalibruje się kształt drążonej odkuwki wałka ze ślimakiem w części środkowej podczas dalszego ruchu obrotowego rolek roboczych. Rolki robocze z uzwojeniami rozmieszczone są na obwodzie półfabrykatu co 120° i podczas procesu ich położenie kątowe nie zmienia się. Półfabrykat w kształcie odcinka pręta lub rury ma średnicę zewnętrzną mniejszą od średnicy wierzchołków uzwojeń ślimaka.The essence of the method of plastic shaping of rollers with screws, consisting in the fact that the shaped blank in the form of a rod or tube section is placed between three identical, stepped work rollers with toothing, which rotate in the same direction at a constant speed and move radially to the product axis with speed resulting in the shaping of a multi-stage shaft with a toothed rim, and the three shaped working rollers with the tool teeth are placed on the circumference, every 120 ° +/- 20 °, with an arrangement every 120 ° being preferred, the radial displacement of the three roller tools first shapes steps with different diameters on the blank, and then on one of the steps, the toothing is formed, after the working rollers - the tools have reached their final position, the radial sliding motion is turned off, and the rotary motion of the working rolls is left, which at this time remove inaccuracies in the shape of the product - roller with a crown from the Polish patent no. 216309, is that the shaped blank in the form of a bar or tube section is placed between three identical, stepped work rollers with windings, which is located in the middle part of the work rollers, then the work rollers are set in rotation, including the same direction and the same constant speed and at the same time three work rollers are moved radially in the direction of the axis of the blank with the same speeds, then the blank is influenced by rotating work rollers and the blank is set in rotation in the opposite direction to the rotation of the work rolls, then the outer steps on the blank and the screw winding are successively shaped, then, after the working rollers have taken their final position, the translational movement of the working rolls is turned off and the shape of the hollow forging of the shaft with the worm in the central part is calibrated during the further rotary movement of the working rolls. Working rollers with windings are placed on the circumference of the blank every 120 ° and during the process their angular position does not change. The bar or tube segment-shaped blank has an outer diameter smaller than the diameter of the tops of the screw windings.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na zastosowanie prostych narzędzi kształtujących, których koszty wykonania są stosunkowo niewielkie w produkcji wyrobów typu stopniowe wałki - zwłaszcza drążone, które mają stopnie z uzwojeniami ślimaków, zarówno jednokrotnych, jak i wielokrotnych. Wyroby drążone są coraz częściej stosowane w budowie maszyn, przemyśle motoryzacyjnym, a zwłaszcza lotniczym. Dzięki zastosowaniu takich elementów możliwe jest znaczne zmniejszenie masy konstrukcji przy jednoczesnym zachowaniu własności wytrzymałościowych i użytkowych elementów. W przypadku kształtowania drążonych wałków z wieńcami zębatymi można stosować wsad w postaci rur grubościennych, dzięki temu eliminuje się dodatkowe operacje wiercenia.The advantageous effect of the invention is that it allows the use of simple shaping tools, the manufacturing costs of which are relatively low in the production of products of the step rollers type - especially hollow ones, which have steps with spiral windings, both single and multiple. Hollow products are increasingly used in mechanical engineering, the automotive industry, and especially in the aviation industry. Thanks to the use of such elements, it is possible to significantly reduce the weight of the structure while maintaining the strength and utility properties of the elements. In the case of shaping hollow shafts with toothed rims, a charge in the form of thick-walled pipes can be used, thus eliminating additional drilling operations.

Sposób kształtowania plastycznego wałków ze ślimakami został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia początek procesu kształtowania wałka drążonego wielostopniowego z uzwojeniem ślimaka, fig. 2 - koniec procesu kształtowania wałka drążonego wielostopniowego z uzwojeniem ślimaka, zaś fig. 3 - widok przykładowego półfabrykatu i wyrobu otrzymanego w procesie kształtowania.The method of plastic shaping of shafts with screws is shown in the example of the drawing, in which Fig. 1 shows the beginning of the process of shaping a multi-stage hollow shaft with a worm winding, Fig. 2 - the end of the process of shaping a multi-stage hollow shaft with a worm winding, and Fig. 3 - a view an example of a semi-finished product and a product obtained in the shaping process.

Sposób kształtowania plastycznego wałków ze ślimakami polega na tym, że kształtowany półfabrykat 1 w postaci odcinka pręta lub rury umieszczany jest między trzema jednakowymi, stopniowymi rolkami 2 roboczymi z uzębieniami, które obracają się w tym samym kierunku ze stałą prędkością n oraz przemieszczają się promieniowo w kierunku do osi wyrobu z prędkością V, powodując ukształtowanie wałka wielostopniowego z wieńcem zębatym 3. Trzy kształtowe rolki 2 robocze z uzębieniami narzędzia rozmieszcza się na obwodzie, co 120° +/-; 20°, przy czym korzystnym jest rozmieszczenie,The method of plastic shaping of rollers with screws is based on the fact that the shaped blank 1 in the form of a rod or tube section is placed between three identical, stepped work rollers 2 with toothing, which rotate in the same direction at a constant speed n and move radially in the direction of to the axis of the product at the speed V, resulting in the shaping of a multi-stage roller with a toothed rim 3. Three shaped working rollers with tool teeth are arranged on the circumference, every 120 ° +/-; 20 °, an arrangement being preferred

PL 227 320 B3 co 120°. Przemieszczenie promieniowe trzech narzędzi rolkowych 2 w pierwszej kolejności kształtuje stopnie o różnych średnicach na półfabrykacie 1, a następnie na jednym ze stopni kształtuje się uzębienie. Po osiągnięciu przez rolki 2 robocze - narzędzia końcowego położenia, wyłącza się ruch posuwisty promieniowy, a pozostawia się ruch obrotowy rolek 2 roboczych, które w tym czasie usuwają niedokładności kształtu wyrobu 3- wałka z wieńcem zębatym. Kształtowany półfabrykat 1 w postaci odcinka pręta lub rury umieszcza się między trzema jednakowymi, stopniowymi rolkami 2 roboczymi z uzwojeniami, które znajduje się w części środkowej rolek 2 roboczych, następnie wprawia się rolki 2 robocze w ruch obrotowy w tym samym kierunku oraz jednakową prędkością n i jednocześnie przemieszcza się promieniowo w kierunku osi półfabrykatu 1 trzy rolki 2 robocze z takimi samymi prędkościami V. Po czym oddziaływuje się na półfabrykat 1 obracającymi się rolkami 2 roboczymi i wprawia się półfabrykat 1 w ruch obrotowy w kierunku przeciwnym do ruchu obrotowego rolek 2 roboczych. Następnie kształtuje się kolejno 5 zewnętrzne stopnie na półfabrykacie 1 oraz uzwojenie ślimaka. Następnie po zajęciu przez rolki 2 robocze położenia końcowego wyłącza się ruch postępowy rolek 2 roboczych i kalibruje się kształt drążonej odkuwki wałka 3 ze ślimakiem w części środkowej podczas dalszego ruchu obrotowego rolek 2 roboczych. Rolki 2 robocze z uzwojeniami rozmieszczone są na obwodzie półfabrykatu 1 co 120° i podczas procesu ich położenie kątowe nie zmienia się. Półfabrykat 1 w kształcie odcinka pręta lub rury ma średnicę d_zewnętrzną mniejszą od średnicy D wierzchołków uzwojeń ślimaka.PL 227 320 B3 every 120 °. The radial displacement of the three roller tools 2 first forms steps of different diameters on the blank 1, and then a toothing is formed on one of the steps. After the working rolls 2 - the tools - have reached their final position, the radial sliding movement is stopped and the rotary motion of the working rolls 2 is left, which at that time remove the inaccuracies in the shape of the product 3 - the roller with a toothed ring. The shaped blank 1 in the form of a bar or tube section is placed between three identical, stepped work rollers 2 with windings, which is located in the middle part of the work rollers 2, then the work rollers 2 are rotated in the same direction and at the same speed than simultaneously three work rollers 2 are moved radially in the direction of the axis of the blank 1 at the same speeds V. Then the blank 1 is influenced by rotating work rollers 2 and the blank 1 is made to rotate in a direction opposite to the rotation of the work rollers 2. Then, 5 outer steps are successively formed on the blank 1 and the screw winding. Then, after the working rolls 2 have reached their end position, the translational movement of the working rolls 2 is stopped and the shape of the hollow forging of the shaft 3 with the worm in the central part is calibrated during the further rotational movement of the working rolls 2. The working rolls 2 with windings are placed on the circumference of the blank 1 every 120 ° and during the process their angular position does not change. The bar or tube section-shaped blank 1 has an outer diameter d_ smaller than the diameter D of the screw windings.

Claims

1. The method of plastic shaping of shafts with screws, consisting in that the shaped blank (1) in the form of a bar or tube section is placed between three identical, stepped work rollers (2) with toothing, which rotate in the same direction at a constant speed ( n) and move radially to the product axis at the speed (V), resulting in the formation of a multi-stage shaft with a toothed ring (3), and three shaped working rollers (2) with toothing - the tools are placed on the circumference, every 120 ° +/- 20 °, where it is preferable to be spaced every 120 °, the radial displacement of the three roller tools (2) first shapes steps of different diameters on the blank (1), and then on one of the steps the toothing is formed after the rollers (2) reach ) working - end position tools, the radial sliding motion is turned off, and the rotary motion of the working rolls (2) is left, which at this time remove inaccuracies and the shape of the product (3) - a shaft with a toothed rim from the Polish patent No. 216309, characterized in that the shaped blank (1) in the form of a bar or pipe section is placed between three identical, stepped work rollers (2) with windings, which are located in the central part of the work rollers (2), then the work rollers (2) rotate in the same direction and at the same speed (n) and at the same time move radially towards the blank axis (1) three work rollers (2) with the same speeds (V), then the blank (1) is influenced by rotating work rollers (2) and the blank (1) is set in a rotary motion in the opposite direction to the rotary movement of the work rolls (2), then the outer steps are successively shaped on blank (1) and the screw winding, then after the working rolls (2) have taken their final position, the translational movement of the working rolls (2) is turned off and the shape of the hollow forging of the shaft (3) is calibrated with with the worm in the middle part during further rotary movement of the work rollers (2).

2. The method according to p. 3. The process according to claim 1, characterized in that the working rollers (2) with windings are arranged on the circumference of the blank (1) every 120 ° and their angular position does not change during the process.

3. The method according to p. 2. The process of claim 1, characterized in that the rod or tube section of the blank (1) has an outer diameter (d) smaller than the diameter (D) of the screw windings.