PL241690B1

PL241690B1 - Tool for forming sleeves, in particular thin-walled sleeves

Info

Publication number: PL241690B1
Application number: PL436435A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Kut
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-11-21
Also published as: PL436435A1

Abstract

Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych zawiera jednownękową matrycę dolną (1) i jednownękową matrycę górną (2) o wnękach V-kształtnych (3). Każda z matryc (1, 2) ma na każdej ze ścian wnęki (3) dwa wybrania (4), z których każde utworzone jest od naroża wnęki (3) do jej środkowej części pod kątem (α) ostrym o wielkości od 3° do 6°.The tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, includes a single-cavity lower die (1) and a single-cavity upper die (2) with V-shaped cavities (3). Each of the dies (1, 2) has two recesses (4) on each of the walls of the cavity (3), each of which is formed from the corner of the cavity (3) to its central part at an acute angle (α) of 3° to 6°.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych o przekroju kwadratowym.The subject of the invention is a tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves with a square cross-section.

Z opisu patentowego PL206467B1 znany jest sposób wyciskania tulei, zwłaszcza głębokich tulei z dnem, polegający na umieszczeniu wstępniaka między stemplem a współosiowo usytuowaną podporą mającą postać trzpienia o średnicy mniejszej od średnicy stempla, przy czym początkowo wstępniak poddaje się wyciskaniu złożonemu przy unieruchomionej podporze, a po wstępnym ukształtowaniu tulei zwalnia się blokadę unieruchamiającą podporę i dalej działa się stemplem do ostatecznego ukształtowania tulei.From the patent description PL206467B1 there is known a method of extruding sleeves, especially deep sleeves with a bottom, consisting in placing a preform between a punch and a coaxially located support in the form of a pin with a diameter smaller than the diameter of the punch, whereby the preform is initially subjected to complex extrusion with the immobilized support, and after After initial shaping of the sleeve, the lock immobilizing the support is released and the punch is then used to finally shape the sleeve.

Znane obecnie tuleje i krótkie rury o przekroju kwadratowym wykonywane są z profili hutniczych. Zakres wymiarowy oraz gatunek materiału, z którego wykonane są te znane tuleje i krótkie rury jest jednak w znacznym stopniu ograniczony. W przypadku, gdy wymiary pożądanej tulei nie odpowiadają wymiarom typowych profili hutniczych, którego przykład został pokazany na pos. I, albo jeśli pożądana tuleja jest wykonana z innego rodzaju lub gatunku materiału niż profile hutnicze oferowane na rynku, tuleje lub krótkie rury wykonywane są poprzez gięcie lub profilowanie na prasie, które polega na wykonywaniu przez narzędzia kształtujące ruchów posuwisto zwrotnych.The currently known sleeves and short square tubes are made of metallurgical profiles. However, the dimensional range and grade of material from which these known sleeves and short tubes are made is largely limited. In the event that the dimensions of the desired sleeve do not correspond to the dimensions of typical metallurgical profiles, an example of which is shown in Fig. And, or if the desired sleeve is made of a different type or grade of material than the metallurgical profiles offered on the market, the sleeves or short tubes are made by bending or profiling on a press, which consists in reciprocating movements of shaping tools.

Znanym ze stosowania sposobem wykonywania tulei lub krótkich odcinków rur o przekroju kwadratowym jest profilowanie na prasie z wykorzystaniem narzędzi pryzmowych, co zostało pokazane na pos. II. W tym znanym sposobie materiałem wyjściowym jest tuleja o przekroju okrągłym i grubości ścianki odpowiadającej pożądanej tulei kwadratowej, która po umieszczeniu w matrycy jest kształtowana na pusto i po zamknięciu matryc uzyskiwana jest tuleja o przekroju kwadratowym. Zaletą tego znanego sposobu jest brak konieczności wykonywania łączenia, zaś wsad do profilowania może zostać przygotowany z rury, w szczególności z rury bez szwu. Ten znany sposób ma jednak ograniczenia i nie znajduje zastosowania do wytwarzania większości znanych tulei. Skuteczność tego sposobu zależy w dużej mierze od geometrii profilu, zwłaszcza od wielkości współczynnika cienkościenności, który stanowi stosunek grubości ścianek tulei t do jej wysokości a oraz zależy od stosunku wielkości promienia zaokrąglenia naroży R do grubości ścianki tulei t. Ten znany sposób profilowania tulei lub krótkich rur przebiega prawidłowo jeśli t/a wynosi co najmniej 0,16, natomiast R/t jest równy 2. Zwiększając stosunek wielkości promienia zaokrąglenia naroży R do grubości ścianek tulei t uzyskuje się prawidłowy wyrób przy zastosowaniu nieznacznie mniejszych wartości współczynnika cienkościenności t/a. Przy mniejszych wartościach współczynnika cienkościenności t/a, podczas profilowania poszczególne ścianki boczne tracą stateczność i następuje ich przegięcie w do wewnątrz tulei albo krótkiej rury, co zostało pokazane na pos. III. Przegięcie to jest tym większe, im mniejsza jest wartość współczynnika cienkościenności i zwiększa się ono wraz ze zmniejszaniem stosunku R/t. Występowanie zjawiska przegięcia stanowi ograniczenie w stosowaniu tego znanego sposobu.A well-known method of making sleeves or short sections of square pipes is profiling on a press with the use of prism tools, which has been shown in Fig. II. In this known method, the starting material is a round sleeve with a wall thickness corresponding to the desired square sleeve, which, when placed in the die, is hollow shaped and, after closing the dies, a square sleeve is obtained. The advantage of this known method is that no splicing is required and the profiling stock can be prepared from a pipe, in particular a seamless pipe. However, this known method has limitations and is not applicable to the manufacture of most known sleeves. The effectiveness of this method depends to a large extent on the geometry of the profile, especially on the value of the thin-wall coefficient, which is the ratio of the sleeve wall thickness t to its height a, and depends on the ratio of the corner radius R to the sleeve wall thickness t. of pipes is correct if t/a is at least 0.16, and R/t is equal to 2. By increasing the ratio of the corner radius R to the sleeve wall thickness t, the correct product is obtained using slightly lower values of the thin-wall coefficient t/a. At lower values of the thin-wall coefficient t/a, during profiling, individual side walls lose their stability and their inward bending occurs in the sleeve or short pipe, which has been shown in fig. III. This inflection is greater the lower the thin-wall factor value is and increases as the R/t ratio decreases. The occurrence of the inflection phenomenon is a limitation in the application of this known method.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego narzędzia do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych w przypadku gdy współczynnik cienkościenności jest mniejszy niż 0,16.The aim of the invention is to develop a new tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves where the thin-wall coefficient is less than 0.16.

Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych zawierające jednownękową matrycę dolną i jednownękową matrycę górną, o wnękach V-kształtnych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każda z matryc ma na każdej ze ścian wnęki dwa wybrania, z których każde utworzone jest od naroża wnęki do jej środkowej części pod kątem ostrym o wielkości od 3° do 6°.A tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, comprising a single-cavity lower die and a single-cavity upper die with V-shaped cavities, according to the invention, is characterized in that each of the dies has two recesses on each of the walls of the cavity, each of which is formed from the corner of the cavity to its central part at an acute angle of 3° to 6°.

Korzystnie powierzchnia czołowa matrycy jest pogłębiona o wartość połowy wielkości wprost proporcjonalnej do iloczynu połowy wartości współczynnika zależnego od stosunku grubości ścianki tulei do jej wysokości oraz zależnego od stosunku promienia zaokrąglenia naroży tulei do grubości jej ścianki, tangensa kąta pochylenia wybrań we wnękach matryc oraz wysokości tej tulei, przy czym powierzchnia czołowa matrycy jest sfrezowana albo jest przeszlifowana.Preferably, the front surface of the die is deepened by half the value directly proportional to the product of half the value of the coefficient depending on the ratio of the sleeve wall thickness to its height and the ratio of the radius of rounding of the sleeve corners to its wall thickness, the tangent of the inclination angle of the recesses in the die cavities and the height of this sleeve , wherein the die face is milled or ground.

Nowe narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych znajduje zastosowanie do wytarzania tulei przy współczynniku cienkościenności t/a wynoszącym od 0,02 do 0,16 oraz przy stosunku promienia zaokrąglenia naroży do grubości ścianki tulei R/t wynoszącym od 2 do 5. Dzięki zastosowaniu tego nowego narzędzia następuje eliminacja zjawiska przeginania ścianek tulei do wewnątrz poprzez wprowadzenie dodatkowej operacji kształtowania wstępnego, a następnie dopiero właściwego kształtowania tulei w matrycach kształtujących znanych ze stanu techniki. Kształtowanie wstępne, poprzez odpowiednie ukształtowanie matryc, eliminuje niekorzystne zjawisko utraty stateczności ścianek bocznych profilu, co umożliwia uzyskanie tulei o przekroju kwadratowym oraz o prostych ścianach bocznych.The new tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, is used for producing sleeves with a thin-wall coefficient t/a ranging from 0.02 to 0.16 and with a ratio of corner radius to sleeve wall thickness R/t ranging from 2 to 5. Thanks to the use of With this new tool, the phenomenon of bending the walls of the sleeve inwards is eliminated by introducing an additional operation of preliminary shaping, and then the actual shaping of the sleeve in the shaping dies known from the state of the art. Pre-forming, by appropriately shaping the dies, eliminates the unfavorable phenomenon of losing the stability of the side walls of the profile, which makes it possible to obtain sleeves with a square cross-section and straight side walls.

PL 241 690 Β1PL 241 690 B1

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym pos. I przedstawia tuleje w przekroju poprzecznym, pos. II - kształtowanie tulei o przekroju kwadratowym na prasie, pos. III - tuleję o przekroju kwadratowym z deformacją ścian podczas kształtowania na prasie, fig. 1 - matrycę dolną i matrycę górną narzędzia do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych w przekroju poprzecznym, fig. 2 - te same matryce w widoku z boku, fig. 3 - profil wyjściowy umieszczony pomiędzy matrycą dolną a matrycą górną narzędzia do kształtowania tulei na prasie, fig. 4 kształtowanie profilu wstępnego pomiędzy matrycami, fig. 5 - profil wstępny umieszczony pomiędzy matrycą kształtującą górną a matrycą kształtującą dolną, fig. 6 - kształtowanie tulei pomiędzy matrycami kształtującymi, natomiast fig. 7 - wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a.The subject of the invention has been presented in the embodiments in the drawing, in which Fig. I shows a cross-section of the bushings, Fig. II - shaping a sleeve with a square section on a press, pos. III - a sleeve with a square section with wall deformation during shaping on a press, Fig. 1 - lower die and upper die of a tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves in cross section, Fig. 2 - the same dies in a side view, Fig. 3 - output profile placed between the lower die and the upper die of the tool for shaping sleeves on the press, fig. 4 shaping of the initial profile between the dies, fig. 5 - initial profile placed between the upper shaping die and the lower shaping die, fig. 6 - shaping of the sleeve between the dies and Fig. 7 - a graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-walled coefficient t/a.

Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania, przeznaczone jest do montażu na prasie i zawiera ono jednownękową matrycę dolną 1 i jednownękową matrycę górną 2, przy czym te matryce 1, 2 są w stosunku do siebie symetryczne. Wnęka 3 matrycy dolnej 1, tak samo jak wnęka 3 matrycy górnej 2 są V-kształtne. Na każdej ze ścian wnęki 3 są dwa wybrania 4, z których każde utworzone jest od naroża wnęki 3 do jej środkowej części pod kątem a ostrym o wielkości 4°.The tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, according to the invention, in the first embodiment, is designed to be mounted on a press and includes a single-cavity lower die 1 and a single-cavity upper die 2, these dies 1, 2 being symmetrical to each other. The cavity 3 of the lower die 1 as well as the cavity 3 of the upper die 2 are V-shaped. On each of the walls of the recess 3 there are two recesses 4, each of which is formed from the corner of the recess 3 to its central part at an acute angle a of 4°.

Sposób kształtowania tulei, zwłaszcza cienkościennych prowadzi się tak, że w celu wykonania tulei o przekroju kwadratowym o wysokości a 50 mm, grubości ścianek t 4 mm, zaokrągleniu naroży o promieniu R 12 mm, profil wyjściowy 5 o przekroju okrągłym umieszcza się pomiędzy jednownękową matrycą górną 2 a jednownękową matrycą dolną 1 narzędzia do kształtowania tulei. Następnie te matryce 1,2 przemieszcza się do siebie i kształtuje się profil wstępny 6. Matryce 1,2 rozsuwa się i wyciąga się profil wstępny 6, który umieszcza się pomiędzy jednownękową matrycą kształtującą dolną 7 i jednownękową matrycą kształtującą górną 8, których wnęki kształtujące 9 są V-kształtne i odpowiadają one kształtowi tulei, zaś długość ściany wnęki kształtującej 9 jest równa wysokości a 50 mm wytwarzanej tulei. Następnie matryce kształtujące 7, 8 przemieszcza się do siebie, profil wstępny 6 zamyka się i kształtuję się pożądaną tuleję.The method of shaping sleeves, especially thin-walled ones, is carried out in such a way that in order to make a sleeve with a square cross-section with a height of a 50 mm, wall thickness t 4 mm, rounded corners with a radius of R 12 mm, the output profile 5 with a round cross-section is placed between a single-cavity upper die 2 and the single-cavity lower die 1 of the sleeve forming tool. These dies 1,2 are then moved towards each other and the preform 6 is formed. The dies 1,2 are moved apart and the preform 6 is drawn out, which is placed between the single-cavity lower shaping die 7 and the upper one-cavity shaping die 8, whose shaping cavities 9 they are V-shaped and correspond to the shape of the sleeve, and the length of the wall of the forming cavity 9 is equal to the height a 50 mm of the sleeve to be produced. Then the shaping dies 7, 8 are moved towards each other, the pre-profile 6 is closed and the desired sleeve is formed.

Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie pierwszym z tym, że kąt a ostry wybrania 4 ma wymiar 6°, zaś powierzchnia czołowa każdej matrycy 1, 2 jest pogłębiona, przez jej przeszlifowanie o wielkość równą połowie wielkości X, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu połowy wartości współczynnika zależnego od stosunku grubości t ścianki tulei do jej wysokości a oraz zależnego od stosunku promienia R zaokrąglenia naroży tulei do grubości t jej ścianki, tangensa kąta a pochylenia wybrań 4 oraz wysokości a tej tulei.A tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, according to the invention, in the second embodiment, as in the first example, except that the acute angle a of the recess 4 has a dimension of 6°, and the front surface of each die 1, 2 is deepened by grinding it by an amount equal to half of the size X, which is directly proportional to the product of half the value of the coefficient depending on the ratio of the sleeve wall thickness t to its height a and the radius R of the sleeve corner rounding to its wall thickness t, the tangent of the angle a of the inclination of the recesses 4 and the height and this sleeve.

gdzie:where:

X - wielkość dodatkowego przemieszczenia matrycy uzyskiwana w wyniku usunięcia materiału z powierzchni czołowych obydwu matryc 1 oraz 2 na głębokość równą połowie wartości tej wielkości, μ - współczynnik zależny stosunku grubości ścianki tulei do jej wysokości t/a, czyli od współczynnika cienkościenności oraz zależny od stosunku promienia zaokrąglenia naroży tulei do grubości jej ścianki R/t, przy czym współczynnik ten wyznacza się doświadczalnie lub na podstawie wyników modelowania numerycznego, a - wysokość tulei, a - kąt pochylenia powierzchni wybrania 4.X - the amount of additional displacement of the die obtained as a result of removing the material from the front surfaces of both dies 1 and 2 to a depth equal to half the value of this value, μ - a coefficient depending on the ratio of the sleeve wall thickness to its height t/a, i.e. on the thin-wall coefficient and depending on the ratio radius of rounding the corners of the sleeve to its wall thickness R/t, with this coefficient determined experimentally or based on the results of numerical modeling, a - height of the sleeve, a - inclination angle of the recess surface 4.

Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych, według wynalazku, w trzecim przykładzie wykonania, takie jak w przykładzie drugim z tym, że kąt a ostry wybrania 4 ma wymiar 3°, zaś powierzchnia czołowa każdej matrycy 1, 2 jest pogłębiona, przez jej sfrezowanie.A tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, according to the invention, in the third embodiment, as in the second example, except that the acute angle a of the recess 4 has a dimension of 3°, and the front surface of each die 1, 2 is deepened by milling it .

Sposób kształtowania tulei, zwłaszcza cienkościennych, prowadzi się tak, że w celu wykonania tulei o przekroju kwadratowym o wysokości a 25 mm, grubości ścianek t 1,5 mm, zaokrągleniu naroży o promieniu R 3 mm, oblicza się wielkość średnicy zewnętrznej profilu wyjściowego 5 o przekroju okrągłym, z zależności:The method of shaping sleeves, especially thin-walled ones, is carried out in such a way that in order to make a sleeve with a square cross-section with a height of a 25 mm, wall thickness t 1.5 mm, corner rounding with a radius of R 3 mm, the outer diameter of the output profile is calculated 5 o circular section, from the dependence:

PL 241 690 Β1 ^=1.(4^-8^ + 2^) πPL 241 690 B1 ^=1.(4^-8^ + 2^) π

= 1-(4-25-8-3 +6;τ)= 30,19 mm π= 1-(4-25-8-3 +6;τ)= 30.19mmπ

Następnie oblicza się wartość współczynnika cienkościenności t/a:Then, the value of the thin-wall coefficient t/a is calculated:

Va= 1,5/25 = 0,06Va= 1.5/25 = 0.06

Po czym oblicza się wartość parametru R/t:After that, the value of the R/t parameter is calculated:

R/t = 3/1,5 = 2R/t = 3/1.5 = 2

Następnie określa się wartość współczynnika μ. Początkowo sporządza się wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a, pokazany na fig. 7, na którym położenie punktów określa się na podstawie wyników modelowania numerycznego metodą elementów skończonych tak. że przy zachowaniu stałych wartości parametrów R/t = 2 oraz a = 3° sporządza się modele numeryczne procesu kształtowania tulei dla ośmiu wartości współczynnika cienkościenności t/a leżących w zakresie 0,02 do 0,16. Dla każdej z badanych wartości współczynnika cienkościenności t/a wykonuje się szereg obliczeń numerycznych, analizując wpływ dodatkowego przemieszczenia X, aż do momentu określenia wartości X przy której ściany tulei nie ulegają przegięciu w podczas kształtowania. Następnie oblicza się wartość współczynnika μ dla poszczególnych współczynników cienkościenności i sporządza się wykres zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a. Wykres ten w analogiczny sposób sporządza się na podstawie prób eksperymentalnych.Then the value of the coefficient μ is determined. Initially, a graph of the dependence of the coefficient μ on the thin-wall coefficient t/a is plotted, shown in Fig. 7, where the position of the points is determined on the basis of the results of numerical modeling using the finite element method yes. that while maintaining constant values of the parameters R/t = 2 and a = 3°, numerical models of the sleeve shaping process are prepared for eight values of the thin-wall coefficient t/a in the range of 0.02 to 0.16. For each of the tested values of the thin-wall coefficient t/a, a number of numerical calculations are performed, analyzing the impact of the additional displacement X, until the X value is determined at which the walls of the sleeve do not bend w during shaping. Then, the value of the μ coefficient for individual thin-wall coefficients is calculated and a graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-wall coefficient t/a is plotted. This graph is prepared in an analogous way on the basis of experimental trials.

Z wyznaczonego wykresu zależności współczynnika μ od współczynnika cienkościenności t/a wyznacza się wartość współczynnika μ, który dla t/a = 0,06 wynosi μ = 1,2.From the determined graph of the dependence of the μ coefficient on the thin-walled coefficient t/a, the value of the μ coefficient is determined, which for t/a = 0.06 is μ = 1.2.

Po czym oblicza się wartość dodatkowego przemieszczenia się matryc narzędzia do kształtowania profilu wstępnego:After that, the value of the additional displacement of the dies of the tool for shaping the initial profile is calculated:

i-¹ i- ¹

A =-μ·α·(^αA = -μ α (^α

X = 0,5 · 1,2 - 25 /g(3”) = 0,5 · 1,2 · 25 0,0524 » 0,8 mmX = 0.5 1.2 - 25 /g(3") = 0.5 1.2 25 0.0524 » 0.8mm

Podczas kształtowania profilu wstępnego matryce 1, 2 przemieszcza się do siebie dodatkowo o 0,8 mm, przy czym powierzchnie czołowe każdej z matryc 1, 2 są pogłębione o wielkość równą co najmniej 0,4 mm.When forming the initial profile, the dies 1, 2 are moved towards each other by an additional 0.8 mm, with the front surfaces of each of the dies 1, 2 being deepened by at least 0.4 mm.

Claims

Patent claims

1. A tool for shaping sleeves, especially thin-walled sleeves, comprising a single-cavity lower die and a single-cavity upper die, with V-shaped cavities, characterized in that each of the dies (1, 2) has two recesses (4) on each of the walls of the cavities (3) ), each of which is formed from the corner of the cavity (3) to its central part at an acute angle (a) of 3° to 6°.

2. The tool according to claim 1, characterized in that the front surface of the die (1, 2) is deepened by half the value directly proportional to the product of half the value of the coefficient (μ) depending on the ratio of the thickness (t) of the sleeve wall to its height (a) and depending on the ratio of the radius (R) rounding of the corners of the sleeve to the thickness of its wall (1), the tangent of the angle (a) of inclination of the recesses (4) in the cavities (3) of the dies (1, 2) and the height (a) of this sleeve.

3. The tool of claim 2, characterized in that the face of the die (1, 2) is milled.

4. The tool of claim 2, characterized in that the front surface of the die (1, 2) is ground.