PL241690B1 - Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych - Google Patents

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°.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych o przekroju kwadratowym.

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.

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.

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.

Celem wynalazku jest opracowanie nowego narzędzia do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych w przypadku gdy współczynnik cienkościenności jest mniejszy niż 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°.

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.

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.

PL 241 690 Β1

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.

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°.

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.

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.

gdzie:

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.

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.

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:

PL 241 690 Β1 ^=1.(4^-8^ + 2^) π

= 1-(4-25-8-3 +6;τ)= 30,19 mm π

Następnie oblicza się wartość współczynnika cienkościenności t/a:

Va= 1,5/25 = 0,06

Po czym oblicza się wartość parametru R/t:

R/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.

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.

Po czym oblicza się wartość dodatkowego przemieszczenia się matryc narzędzia do kształtowania profilu wstępnego:

i- ¹

A =-μ·α·(^α

X = 0,5 · 1,2 - 25 /g(3”) = 0,5 · 1,2 · 25 0,0524 » 0,8 mm

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.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Narzędzie do kształtowania tulei, zwłaszcza tulei cienkościennych zawierające jednownękową matrycę dolną i jednownękową matrycę górną, o wnękach V-kształtnych, znamienne tym, że 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 (a) ostrym o wielkości od 3° do 6°.
2. 2. Narządzie według zastrz. 1, znamienne tym, że powierzchnia czołowa matrycy (1, 2) jest pogłębiona o wartość połowy wielkości wprost proporcjonalnej do iloczynu połowy wartości współczynnika (μ) zależnego od stosunku grubości (t) ścianki tulei do jej wysokości (a) oraz zależnego od stosunku promienia (R) zaokrąglenia naroży tulei do grubości jej ścianki (1), tangensa kąta (a) pochylenia wybrań (4) we wnękach (3) matryc (1, 2) oraz wysokości (a) tej tulei.
3. 3. Narzędzie według zastrz. 2, znamienne tym, że powierzchnia czołowa matrycy (1, 2) jest sfrezowana.
4. 4. Narzędzie według zastrz. 2, znamienne tym, że powierzchnia czołowa matrycy (1, 2) jest przeszlifowana.