PL231500B1 - Narzędzia i sposób kształtowania na zimno kuli drążonej - Google Patents

Abstract

Narzędzie do kształtowania na zimno kuli drążonej, charakteryzuje się tym, że w centralnej części wykroju roboczego matrycy dolnej (3) oraz wykroju roboczego matrycy górnej (4) znajduje się wycięcie (3a, 4a), a pomiędzy wykrojami roboczymi, znajduje się rdzeń plastyczny wykonany z materiału o mniejszym oporze plastycznego płynięcia od materiału wsadu. Sposób kształtowania na zimno kuli drążonej charakteryzuje się tym, że w środku wsadu w kształcie rury o średnicy zewnętrznej mniejszej od średnicy (DK) kuli drążonej (5) oraz o grubości ścianki mniejszej lub równej grubości ścianki (gK) kuli drążonej (5) oraz wysokości mniejszej od średnicy (DK) kuli drążonej (5), umieszcza się rdzeń plastyczny w kształcie rury, którego średnica zewnętrzna jest równa średnicy wewnętrznej wsadu, o wysokości mniejszej lub równej wysokości wsadu oraz o średnicy wewnętrznej. Następnie wsad wraz z rdzeniem plastycznym umieszcza się w wykroju roboczym matrycy dolnej (3). Kolejno matrycę górną (4) wprawia się w ruch postępowy z prędkością v stałą, w kierunku matrycy dolnej (3) i odkształca się wsad. Następnie rozsuwa się matryce (3, 4) oraz wyjmuje się kulę drążoną (5) z wykrojów roboczych wraz z rdzeniem odkształconym (6). W dalszej operacji nagrzewa się rdzeń odkształcony (6) do temperatury topnienia i usuwa się go z przestrzeni wewnątrz kuli drążonej (5) przez otwory (7a, 7b).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są narzędzia i sposób do kształtowania na zimno kuli drążonej przy użyciu rdzenia plastycznego, zwłaszcza wykonanego ze stopu niskotopliwego lub stopu na bazie ołowiu.

Dotychczas znane i stosowane są sposoby kształtowania kul, zarówno drążonych jak i pełnych, które mają szerokie zastosowanie w technice. Znane sposoby kształtowania kul są oparte na technologii kucia, gdzie stosuje się matryce otwarte lub zamknięte, a w przypadku kul drążonych stosuje się dodatkowo trzpienie sztywne, oraz na technologii walcowania, gdzie z kolei stosuje się walcowanie śrubowe, walcowanie poprzeczno-klinowe lub obciskanie obrotowe.

Przykłady znanych i stosowanych sposobów, narzędzi i urządzeń do kształtowania kul pełnych są opisane w publikacji autorstwa Pater Z., Tomczak J. „Walcowanie śrubowe kul do młynów kulowych” Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2012 r. oraz w publikacji autorstwa Luty W. „Metaloznawstwo i obróbka cieplna stali łożyskowych” Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1980 r., gdzie kule są kształtowane na gorąco za pomocą narzędzi wykonujących ruch tylko obrotowy lub tylko postępowy.

Również z opisu patentowego nr PL221635B1 znany jest sposób kucia pół swobodnego kul pełnych. Natomiast z opisu patentowego nr PL224684B1 znany jest sposób kucia kul pełnych przy użyciu zamkniętych matryc dzielonych.

Z opisu patentowego nr PL223615B1 znany jest sposób i urządzenie do kształtowania odkuwki kuli drążonej, gdzie narzędzie wykonuje ruch obrotowy a odkuwka jest obciskana na trzpieniu sztywnym o stałym przekroju. Również z opisu patentowego nr PL220143B1 znany jest sposób i urządzenie do kucia kul, gdzie powstaje odkuwka kuli drążonej z otworem o stałym przekroju, a proces jest realizowany dwuetapowo z użyciem matryc zamkniętych dzielonych i trzpienia sztywnego o stałym przekroju. Natomiast z dokumentu patentowego nr US3470720(A) znany jest sposób wykonania odkuwki kulki drążonej dla łożysk kulkowych, gdzie odkuwka jest kształtowana w dwóch operacjach za pomocą matryc wykonujących ruch obrotowy i postępowy, przy czym metoda ta wymaga użycia specjalistycznej maszyny kuźniczej.

Celem wynalazku jest zwiększenie zakresu warunków stabilnego kształtowania.

Istotą narzędzia do kształtowania na zimno kuli drążonej, posiadającego matrycę górną i matrycę dolną z wykrojami roboczymi, według wynalazku, jest to, że w centralnej części wykroju roboczego matrycy dolnej oraz wykroju roboczego matrycy górnej znajduje się wycięcie, a pomiędzy wykrojami roboczymi, znajduje się rdzeń plastyczny wykonany z materiału o mniejszym oporze plastycznego płynięcia od materiału wsadu. Korzystnie rdzeń plastyczny jest wykonany ze stopu niskotopliwego lub stopu na bazie ołowiu.

Istotą kształtowania na zimno kuli drążonej, według wynalazku, jest to, że w środku wsadu w kształcie rury o średnicy zewnętrznej mniejszej od średnicy kuli drążonej oraz o grubości ścianki mniejszej lub równej grubości ścianki kuli drążonej oraz wysokości mniejszej od średnicy kuli drążonej, umieszcza się rdzeń plastyczny w kształcie rury, którego średnica zewnętrzna jest równa średnicy wewnętrznej wsadu, o wysokości mniejszej lub równej wysokości wsadu oraz o średnicy wewnętrznej. Następnie wsad wraz z rdzeniem plastycznym umieszcza się w wykroju roboczym matrycy dolnej. W dalszej kolejności matrycę górną wprawia się w ruch postępowy z prędkością stałą, w kierunku matrycy dolnej i odkształca się wsad. Następnie rozsuwa się matryce oraz wyjmuje się kulę drożną z wykrojów roboczych wraz z rdzeniem odkształconym. W dalszej kolejności nagrzewa się rdzeń odkształcony do temperatury topnienia i usuwa się go z przestrzeni wewnątrz kuli drążonej przez otwory. Korzystnie matrycę górną wprawia się dodatkowo w ruch wahliwy.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że umożliwia uzyskanie kuli drążonej cienkościennej w jednej operacji kształtowania na zimno, gdzie powstały otwór w kuli odznacza się zmiennym przekrojem poprzecznym. Wynalazek umożliwia również uzyskanie względnie równomiernego rozkładu grubości ścianki kuli poprzez korzystne oddziaływanie odkształcanego rdzenia plastycznego na wewnętrzną powierzchnię ścianki kuli drążonej. Przygotowanie rdzenia metodą odlewania z użyciem stopu niskotopliwego lub stopu na bazie ołowiu o zamierzonym kształcie jest łatwe do osiągnięcia. Materiał ten może być wykorzystywany wielokrotnie.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1. przedstawia przekrój osiowy narzędzi do kształtowania na zimno kuli drążonej w fazie początkowej, fig. 2. - widok w przekroju osiowym narzędzi do kształtowania na zimno kuli drążonej w fazie końcowej, a fig. 3. - szczegół w przekroju osiowym, w pośredniej fazie kształtowania kuli drążonej.

PL 231 500 B1

Narzędzie do kształtowania na zimno kuli drążonej przy użyciu rdzenia plastycznego, w przykładzie wykonania, składa się z matrycy górnej 4 z wykrojem roboczym 4b i matrycy dolnej 3 z wykrojem roboczym 3b. W centralnej części wykroju roboczego 3b matrycy dolnej 3 oraz wykroju roboczego 4b matrycy górnej 4 znajdują się wycięcia 3a, 4a. Wewnątrz wykrojów roboczych znajduje się rdzeń plastyczny 2 w kształcie rury o średnicy wewnętrznej dwR równej 8 mm, średnicy zewnętrznej dzR równej 21 mm i wysokości hR równej 30,6 mm. Rdzeń plastyczny 2 wykonany był ze stopu niskotopliwego BiPb31Sn19.

Sposób kształtowania na zimno kuli drążonej z zastosowaniem narzędzi przedstawionych, w przykładzie wykonania, polegał na tym, że we wsadzie 1 w kształcie rury wykonany z stopu aluminium - AlMgSi, o średnicy zewnętrznej dZW równej 25 mm, o grubości ścianki gW równej 2,0 mm oraz wysokości hW równej 33,8 mm, umieszczono rdzeń plastyczny 2. Następnie wsad 1 wraz z rdzeniem plastycznym 2 umieszczono w wykroju 3b roboczym matrycy dolnej 3, po czym matrycę górną 4 wprawiono w ruch postępowy w kierunku matrycy dolnej 3 i odkształcano wsad 1. Następnie rozsunięto matryce 3, 4 oraz wyjęto kulę drożną 5 z wykrojów roboczych 3b, 4b wraz z rdzeniem odkształconym 6. Następnie nagrzano rdzeń odkształcony 6 do temperatury topnienia równej 98°C i usunięto się go z przestrzeni 5b wewnątrz kuli drążonej 5 przez otwory 7a, 7b. W efekcie uzyskano kulę drążoną o średnicy zewnętrznej Dk równej 30 mm, grubości ścianki gK równej 2,1 mm.

Działanie narzędzia według wynalazku polega na tym, że we wsadzie 1 w kształcie rury umieszcza się rdzeń 2 plastyczny, po czym wsad 1 z rdzeniem plastycznym 2 umieszcza się w wykroju roboczym 3b matrycy dolnej 3, a następnie matrycę górną 4 wprawia się w ruch postępowy z prędkością „v” w kierunku matrycy dolnej 3. W efekcie wykrój roboczy 4b matrycy górnej 4 wywiera nacisk na wsad 1, co powoduje odkształcenie w kierunku „w” i ukształtowanie kuli drążonej 5. Podczas kształtowania rdzeń plastyczny 2 zmieniając kształt dopasowuje się do ścianki 5a wewnętrznej kuli drążonej wywierając nacisk „p” oraz płynie w kierunku „kr” wypełniając wolną przestrzeń 5b wewnątrz kuli drążonej 5, a nadmiar objętości rdzenia 6 odkształconego gromadzi się w wycięciach 3a, 4a. Po zakończeniu procesu kształtowania matryca 4 górna zostaje wycofana, a kula drążona 5 wraz z rdzeniem odkształconym 6 zostaje wyjęta z matrycy dolnej 3. Rdzeń odkształcony 6 usuwa się z kuli drążonej 5 wykorzystując zjawisko topnienia w niskiej temperaturze, poprzez oddziaływanie gorącej wody lub strumienia podgrzanego powietrza.

Wykaz oznaczeń:

1	- wsad
2	-	rdzeń plastyczny
3	-	matryca dolna
4	-	matryca górna
3a, 4a	-	wykroje robocze
3a, 3b	-	wycięcia
5	-	kula drążona
5a	-	ścianka wewnętrzna
5b	-	przestrzeń wewnątrz kuli
6	-	rdzeń odkształcony
7a, 7b	-	otwory w kuli drążonej
dZW	-	średnica zewnętrzna wsadu
gW	-	grubość ścianki wsadu
hW	-	wysokość wsadu
dWR	-	średnica wewnętrzna rdzenia
dZR	-	średnica zewnętrzna rdzenia
hR	-	wysokość wsadu
DK	-	średnica kuli
gK	-	grubość ścianki kuli
„v”	-	prędkość ruchu postępowego
„p”	-	nacisk
„kr”	-	kierunek płynięcia rdzenia
„w”	-	kierunek odkształcania wsadu

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Narzędzie do kształtowania na zimno kuli drążonej, posiadające matrycę górną i matrycę dolną z wykrojami roboczymi, znamienne tym, że w centralnej części wykroju roboczego (3b) matrycy dolnej (3) oraz wykroju roboczego (4b) matrycy górnej (4) znajduje się wycięcie (3a), (4a), a pomiędzy wykrojami (3b), (4b) roboczymi, znajduje się rdzeń plastyczny (2) wykonany z materiału o mniejszym oporze plastycznego płynięcia od materiału wsadu (1).
2. 2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że rdzeń plastyczny (2) jest wykonany ze stopu niskotopliwego lub stopu na bazie ołowiu.
3. 3. Sposób kształtowania na zimno kuli drążonej, znamienny tym, że w środku wsadu (1) w kształcie rury o średnicy zewnętrznej (dzw) mniejszej od średnicy (Dk) kuli drążonej (5) oraz o grubości ścianki (gw) mniejszej lub równej grubości ścianki (gK) kuli drążonej (5) oraz wysokości (hw) mniejszej od średnicy (Dk) kuli drążonej (5), umieszcza się rdzeń plastyczny (2) w kształcie rury, którego średnica zewnętrzna (dZR) jest równa średnicy wewnętrznej (dWW) wsadu (1), o wysokości (ór) mniejszej lub równej wysokości (hW) wsadu (1) oraz o średnicy wewnętrznej (dwR), następnie wsad (1) wraz z rdzeniem plastycznym (2) umieszcza się w wykroju (3b) roboczym matrycy dolnej (3), po czym matrycę górną (4) wprawia się w ruch postępowy ze stałą prędkością (v), w kierunku matrycy dolnej (3) i odkształca się wsad (1), po czym rozsuwa się matryce (3), (4) oraz wyjmuje się kulę drożną (5) z wykrojów roboczych (3b), (4b) wraz z rdzeniem odkształconym (6) a następnie nagrzewa się rdzeń odkształcony (6) do temperatury topnienia i usuwa się go z przestrzeni (5b) wewnątrz kuli drążonej (5) przez otwory (7a), (7b).
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że matrycę górną (4) wprawia się dodatkowo w ruch wahliwy.