PL244836B1 - Cylindryczna matryca do otrzymywania kół zębatych oraz sposób wytwarzania kół zębatych - Google Patents

Abstract

Cylindryczna matryca do otrzymywania kół zębatych charakteryzuje się tym, że ma kształt cylindra i posiada od wewnątrz wyżłobienia (5) na całej długości i obwodzie o głębokości nie mniejszej niż 1/3 długości uzębienia dla gotowego wyrobu oraz część roboczą w postaci występu (6), którego długość występu wynosi nie mniej niż 2/3 długości uzębienia dla gotowego wyrobu a także część roboczą w postaci występu (7), którego długość występu jest równa długości uzębienia dla gotowego wyrobu. Przedmiotem zgłoszenia jest także sposób wytwarzania kół zębatych.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kół zębatych, przeznaczony do zastosowania w branży przetwórstwa metali żelaznych i nieżelaznych, zwłaszcza w przemyśle maszynowym, metalurgicznym, zbrojeniowym, motoryzacyjnym a w szczególności do wytwarzania uzębień prostych, skośnych i łukowych oraz żeber do radiatorów oraz cylindryczna matryca do otrzymywania kół zębatych.

Powszechnie znany jest sposób kucia odkuwek z żebrami na powierzchni bocznej polegający na spęczaniu nagrzanego wsadu w postaci płaskiego krążka metalowego z jednoczesnym wypełnianiem dolej matrycy i komór w matrycy bocznej, gdzie kształtowane są żebra na powierzchni bocznej. Sposób ten z uwagi na znaczny opór plastyczny materiału podczas kształtowania żeber bocznych w komorach matrycy wymaga podgrzewania narzędzi do temperatury zbliżonej do temperatury wsadu. Długość żeber ograniczona jest promieniem matrycy.

Znany jest z opisu patentowego PL218673 sposób kątowego wyciskania wyrobów, zwłaszcza metalowych polegający na wypychaniu materiału wsadowego z pojemnika przez otwór lub otwory matrycy w kierunku odmiennym niż przesuwający się stempel. Sposób wyciskania kątowego charakteryzuje się tym, że umieszczony w pojemniku po przeciwnej stronie stempla, co najmniej jeden trzpień wprowadzany jest w ruch obrotowy względem swojej osi, korzystny jest ruch cyklicznie obustronnie obrotowy, przy czym trzpień posiada na swojej powierzchni czołowej nierówności. Sposób ten rzadko znajduje zastosowanie przemysłowe przy wytwarzaniu wyrobów z użebrowaniem bocznym, częściej natomiast stosowany jest do badań rozdrabniania struktury w materiałach metalicznych.

Znany jest z opisu patentowego PL206401 sposób polegający na poddawaniu umieszczonego w pojemniku materiału wyciskaniu do promieniowo rozmieszczonych komór, a następnie wyciskaniu współbieżnemu przez połączone z komorami otwory matryc i otrzymywaniu tym samym profili, takich jak pręty, druty, rury, kształtowniki.

Znany jest z opisu patentowego PL219501 opis sposobu kształtowania w wykroju zamkniętym radiatora polegający na tym, że półfabrykat w kształcie płyty nagrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco, a następnie nagrzany półfabrykat umieszcza się w wykroju zamkniętym, który utworzony jest przez płytę dolną matrycę stałą, stempel boczny i dwie listwy oporowe, po czym wprawia się stempel boczny z wgłębieniem o zarysie półokrągłym w części kształtującej w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku matrycy stałej i spęcza się odcinek półfabrykatu i kształtuje się żebro w przestrzeni ograniczonej czołowymi powierzchniami matrycy stałej oraz stempla bocznego. Czynność tę powtarza się w zależności od ilości wykonywanych żeber na powierzchni.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu wytwarzania kół zębatych, zwłaszcza kół o uzębieniu prostym, skośnym, łukowym lub żeber radiatorów, który umożliwi formowanie wyrobu z wsadu w postaci płaskich krążków lub krótkich odcinków prętów, przy stosunkowo niskiej temperaturze początkowej wsadu, wykorzystując energię odkształcenia plastycznego wytworzoną w początkowej fazie procesu spęczania oraz wstępne uformowanie uzębienia na wyżłobieniu matrycy, a tym samym spowoduje obniżenie parametrów siłowych całego procesu, ale przede wszystkim pozwoli na kształtowanie uzębień lub żeber o bardziej skomplikowanej geometrii niż to ma miejsce w innych sposobach wytwarzania metodami kucia i wyciskania.

Sposób według wynalazku polega na tym, że metalowy wsad o objętości zbliżonej do objętości gotowego wyrobu z uzębieniem, w postaci płaskiego krążka lub krótkiego odcinka pręta zostaje podgrzany do temperatury odkształceń plastycznych na gorąco lub niższej i umieszczony wewnątrz unieruchomionej cylindrycznej matrycy pomiędzy dwoma współosiowo usytuowanymi stemplami zaopatrzonymi na całej długości i po całym obwodzie w uzębienie, przy czym dolny stempel ogranicza matrycę od dołu, a górny ogranicza matrycę od góry. Początkowo wsad dociska się stemplem górnym z niewielką siłą w celu uzyskania współosiowości z matrycą.

Matryca na całej wysokości wyposażona jest od wewnątrz w wyżłobienia o geometrii odpowiadającej uzębieniu wytwarzanego wyrobu i głębokości wyżłobienia około Y długości uzębienia gotowego wyrobu. Matryca dodatkowo posiada dwie części robocze, dolny występ i górny występ, z których dolny występ ma wymiar nie mniej niż % długości uzębienia gotowego wyrobu, a górny wysęp ma wymiar odpowiadający całkowitej długości dla uzębienia gotowego wyrobu.

Początkowo podgrzany wsad umieszczony zostaje w matrycy pomiędzy dolnym i górnym występem przy unieruchomionym dolnym stemplu i poddawany spęczaniu poprzez nacisk górnego stempla, aż do chwili wypełnienia przez materiał wsadu wyżłobień w matrycy i wstępnym ukształtowaniu zarysu uzębienia na bocznej powierzchni wyrobu, po czym dolny stempel i górny stempel, przemieszczając się w dół z jednakową prędkością, przeciągają znajdujący się pomiędzy powierzchniami czołowymi stempli wsad przez dolny występ, kalibrując uzębienie do długości około % długości uzębienia gotowego wyrobu, a następnie dolny stempel i górny stempel, przemieszczając się z powrotem do góry, nadal z jednakową prędkością, przeciągają wsad przez górny występ, kalibrując uzębienie na długość uzębienia dla gotowego wyrobu. Dolny stempel i górny stempel na całej długości i po całym obwodzie wyposażone są w uzębienie odpowiadające geometrii uzębienia górnego występu, przez co możliwe jest wypchnięcie wyrobu z matrycy po zakończeniu procesu formowania koła zębatego bez kolizji z uzębieniem matrycy.

Zaletą sposobu według wynalazku w stosunku do znanych metod kucia oraz wyciskania kół zębatych i wyrobów z użebrowaniem na powierzchni bocznej jest to, że siła potrzebna do plastycznego kształtowania wyrobu jest znacznie mniejsza niż w powszechnie stosowanych metodach kucia lub wyciskania z uwagi na specyficzny schemat połączonego wstępnego spęczania i przeciągania wsadu oraz możliwe jest szybkie usuwanie wsadu po zakończeniu procesu za pomocą dolnego stempla.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na przykładzie wykonania na rysunku, na którym: Fig. 1 przedstawia w przekroju wzdłużnym schematycznie stan wyjściowy procesu przed operacją wytwarzania koła zębatego, Fig. 2 przedstawia schematycznie proces spęczania wsadu ze wstępnym formowaniem uzębienia na wyżłobieniu, Fig. 3 przedstawi a schematycznie etap procesu po przeciągnięciu wsadu przez dolny występ części roboczej matrycy, Fig. 4 przedstawi a schematycznie proces przeciągania przez górny występ części roboczej matrycy. Na Fig 5a. uwidoczniono przekrój wzdłużny przez matrycę z rozmieszczonymi wyżłobieniami i częściami roboczymi w postaci występów, Fig, 5b przedstawia przekrój poprzeczny górnego występu w części roboczej matrycy, Fig. 5c przedstawia przekrój poprzeczny przez wyżłobienia w matrycy, Fig. 5d przedstawia przekrój poprzeczny dolnego występu w części roboczej matrycy, Fig 6, 7, 8 przedstawiają w widoku przestrzennego modelu przykładowy wyrób koła z uzębieniem po procesie spęczania i przepychania, a Fig. 9 - koło w widoku ogólnym.

Przykład. W celu przeprowadzenia sposobu według wynalazku wykorzystano nagrzany do temperatury nie mniejszej niż 450°C metalowy wsad 1 ze stopu AlMgSi, cylindryczną matrycę 2, w której od dołu umieszczono współosiowo stempel dolny 3, a od góry umieszczono współosiowo stempel górny 4. Dodatkowo matryca została wyposażona od wewnątrz na całej swojej wysokości i po całym obwodzie w wyżłobienia 5 o głębokości nie mniejszej niż 3 mm, korzystnie jest nie więcej niż ¹Z długości uzębienia gotowego wyrobu oraz w dwie części robocze w postaci występów, gdzie dolny występ 6 ma długość nie większą niż 6 mm, korzystnie jest nie więcej niż % długości uzębienia gotowego wyrobu, a górny występ 7 ma długość równą długości uzębienia gotowego wyrobu, która wynosi 10 mm.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku wsad 1 umieszcza się w cylindrycznej matrycy 2 na powierzchni czołowej dolnego stempla 3 i wsad 1 dociska się od góry stemplem górnym 4 z niewielką siłą w celu zapewnia współosiowości wsadu 1 z matrycą 2. Początkowo wsad 1 umieszczony jest pomiędzy częściami roboczymi 6 i 7 matrycy 2, po czy zostaje poddany operacji spęczania do chwili aż stempel dolny 3 i stempel górny 4 osiągną między sobą odpowiednią odległość, która odpowiada wysokości gotowego wyrobu oraz gdy odkształcony metal wypełni wyżłobienia 5 w obszarze pomiędzy występami 6 i 7. Następnie dolny stempel 3 i górny stempel 4, przemieszczając się w dół z jednakową prędkością, przeciągają wsad 1 przez dolny występ 6, kalibrując uzębienie wyrobu na długość co najmniej 3 mm, po czym stempel dolny 3 i stempel górny 4 przemieszczają się z powrotem do góry z jednakową prędkością przeciągając wsad 1 przez górny występ 7, kalibrując uzębienie wyrobu na gotowy długość uzębienia o długości 10 mm. Po zakończeniu procesu dolny stempel 3 wypycha z matrycy gotowy wyrób w postaci koła zębatego.

Claims (3)

1. Cylindryczna matryca do otrzymywania kół zębatych znamienna tym, że ma kształt cylindra i posiada od wewnątrz wyżłobienia (5) na całej długości i obwodzie o głębokości nie mniejszej niż ¹Z długości uzębienia dla gotowego wyrobu oraz część roboczą w postaci występu (6), którego długość występu wynosi nie mniej niż % długości uzębienia dla gotowego wyrobu a także część roboczą w postaci występu (7), którego długość występu jest równa długości uzębienia dla gotowego wyrobu.

2. Sposób wytwarzania kół zębatych polegający na umieszczeniu uprzednio rozgrzanego metalowego wsadu w cylindrycznej matrycy pomiędzy dwoma współosiowo umieszczonymi stemplami a następnie spęczaniu znamienny tym, że wsad (1) umieszczony jest pomiędzy stemplem dolnym (3) i stemplem górnym (4), które przemieszczając się w dół ze stałą i jednakową prędkością przeciągają wsad (1) przez występ (6), na którym kalibrowane jest wstępne uzębienie do wymiaru nie mniejszego niż % całkowitego wymiaru długości uzębienia dla gotowego wyrobu, po czym stempel dolny (3) i stempel górny (4), przemieszczając się z powrotem do góry ze stałą i jednakową prędkością, przeciągają wsad (1) przez występ (7), na którym ponownie kalibrowane jest uzębienie do długości uzębienia dla gotowego wyrobu.

3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wsad (1) podczas spęczania umieszczony jest pomiędzy występem (6) i występem (7) i w wyniku spęczania ma kształtowany wstępny zarys uzębienia na powierzchni bocznej w wyżłobieniu (5), którego długość jest nie mniejsza niż Z całkowitego wymiaru długości uzębienia dla gotowego wyrobu.