PL249285B1 - Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach - Google Patents

Abstract

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach charakteryzuje się tym, że od strony końcówki roboczej (10) trzpień (l) jest połączony z współosiową względem niego tuleją nośną (4), która na swojej końcówce od strony końcówki roboczej (10) ma poprzeczne otwory przelotowe (6) rozmieszczone na jej obwodzie w równych odstępach, a wewnątrz tych otworów przelotowych (6) osadzone są kule robocze (7), zaś wewnątrz tulei nośnej (4) jest końcówka dociskowa (8) trzpienia (1), a pomiędzy tą końcówką dociskową (8) a kulami roboczymi (7) wewnątrz tulei nośnej (4) jest usytuowana kula centralna (9), której średnica jest luźno spasowana z wewnętrzną średnicą tulei nośnej (4), a końcówka robocza (10) jest w postaci nakładki o półkolistej powierzchni zewnętrznej i zawiera gniazdo (11), w którym osadzona jest końcówka tulei nośnej (4), przy czym kule robocze (7) wystają z otworów przelotowych (6) do wnętrza tulei nośnej (4) oraz na zewnątrz tulei nośnej (4), a końcówka robocza (10) zawiera wewnątrz swojego gniazda (11) bieżnię (12) usytuowaną prostopadle do osi trzpienia (1), a kule robocze (7) są dociśnięte do powierzchni tej bieżni (12) kulą centralną (9), która jest do nich dociśnięta końcówką dociskową (8) trzpienia (1).

Description

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do kształtowania przyrostowego blach mające zastosowanie, zwłaszcza w kształtowaniu cienkich blach oraz folii.

Przyrostowe kształtowanie blachy jest techniką przeróbki plastycznej, podczas której arkusz blachy jest formowany w wyniku wyzwolenia w materiale lokalnych odkształceń plastycznych. Podział metod kształtowania przyrostowego realizowanego za pomocą narzędzi trzpieniowych o zaokrąglonej końcówce na dwie główne odmiany: jednopunktowe (ang. Single Point Incremental Sheet Forming) oraz dwupunktowe (ang. Two Point Incremental Sheet Forming) zależy od ilości punktów styku narzędzia z blachą. Trzpienie, zwykle o średnicy 5-20 mm, mocowane w głowicy obrabiarki sterowanej numerycznie lub w chwytaku robota przemysłowego, wykonują ruch wgłębny w odkształcany materiał po zdefiniowanej trajektorii. Podstawowymi parametrami sterowanymi podczas procesu obróbki są posuw trzpienia, wartość podziałki zagłębienia narzędzia oraz wartość prędkości obrotowej narzędzia, gdy jego obrót jest wymuszony kinematycznie. Znane są odmiany kształtowania przyrostowego, w których narzędzie nie wykonuje ruchu obrotowego lub obraca się swobodnie.

Podstawy techniki kształtowania przyrostowego ujawniono w opisie wynalazku US 3342051 A, w którym zastosowano narzędzie w postaci rolki, lub alternatywnie trzpienia, do lokalnego stopniowego wywierania odkształceń plastycznych blachy umieszczonej w przyrządzie zapewniającym obwodowe zamocowanie brzegu blachy.

W opisie wynalazku US 20090158805 A1 ujawniono asymetryczny sposób kształtowania przyrostowego arkusza blachy z udziałem lokalnego nagrzewania materiału zsynchronizowanego z ruchem kuliście zakończonego narzędzia formującego.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku EP 3023169 A1 ujawniono narzędzie trzpieniowe o pierścieniowej końcówce, której średnica jest większa od średnicy trzpienia mocującego. Alternatywnie, zgodnie z wynalazkiem, trzpień może być zakończony kulistą końcówką.

Urządzenie do dwustronnego przyrostowego formowania arkusza ujawnione w opisie wynalazku EP 2505279 A1 zawiera ramę zaciskową do mocowania blachy wokół jej obwodu, wsporniki do przytrzymywania ramy zaciskowej na płycie nośnej oraz górne i dolne narzędzia formujące o kulistym zakończeniu.

Z publikacji międzynarodowego opisu zgłoszeniowego wynalazku WO 2020168211 A1 znana jest metoda kompensacji sprężystych odkształceń blachy podczas formowania przyrostowego poprzez ciągłe modyfikowanie ścieżki narzędzia w czasie rzeczywistym w oparciu o siłę oddziaływania narzędzia na materiał obrabiany. Sposób kompensacji odkształceń sprężystych blachy ujawniono dla warunków obróbki trzpieniowym narzędziem o kulistym zakończeniu.

Końcówka narzędzia do przyrostowego kształtowania rowków, ujawniona w opisie wynalazku JPH 11207413 A, składa się z występów odpowiadających profilowi formowanych rowków.

Głowica narzędzia do formowania przyrostowego ujawnionego w opisie wynalazku CN109622760A jest cylindrycznym wygiętym prętem, w którego geometrii można wydzielić część zaciskową, część przejściową i zakończoną kuliście część formującą. Konstrukcja narzędzia umożliwia formowanie bocznych zagłębień w wytłoczkach.

Formowanie przyrostowe jest procesem, który może odbywać się w różnych temperaturach, zarówno w temperaturze otoczenia, jak i w podwyższonej temperaturze. Jednakże, podwyższenie temperatury blachy jest szczególnie korzystne podczas kształtowania trudno odkształcalnych stopów metali. Zwiększenie temperatury blachy pozytywnie wpływa na obniżenie granicy plastyczności kształtowanego materiału, co ułatwia jego odkształcanie.

Narzędzie, znane z opisu zgłoszeniowego CN 103317007 A, to samonagrzewająca się głowica narzędziowa, która wykorzystuje energię cieplną do formowania przyrostowego. Narzędzie składa się z pręta zaciskowego, kuliście zakończonej końcówki formującej, pręta grzejnego z termoparą, przyrządu do regulacji temperatury i płyty termoizolacyjnej. Końcówka formująca jest wymienna i połączona z prętem zaciskowym za pomocą gwintowego połączenia. Dzięki temu narzędzie umożliwia podgrzewanie kontaktowe blachy, co ułatwia jej kształtowanie.

Podczas kształtowania przede wszystkim cienkich blach oraz folii istotne jest zapewnienie możliwie najmniejszych oporów tarcia pomiędzy powierzchniami blachy i narzędzia. Warunek ten może zostać spełniony przez obtaczanie powierzchni narzędzia po powierzchni odkształcanej blachy. Znane z analizy stanu techniki narzędzia trzpieniowe do formowania przyrostowego wykonywane są jako jednolite. Podczas kształtowania blach grubych, ze względu na duże naciski, tarcie występujące pomiędzy powierzchniami blachy i narzędzia jest w stanie pokonać opory tarcia w głowicy obrabiarki lub uchwycie robota, w których zamocowane jest narzędzie, wprawiając trzpień w swobodny ruch obrotowy. Kształtowanie przyrostowe blach cienkich lub folii z udziałem swobodnie obracającego się narzędzia jest bardziej wymagające ze względu na możliwość marszczenia materiału oraz dużą podatność na utratę spójności materiału blachy.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, zawierające trzpień, który na jednym swoim końcu ma część chwytną a na drugim końcówkę roboczą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że od strony końcówki roboczej trzpień jest połączony z współosiową względem niego tuleją nośną, która na swojej końcówce od strony końcówki roboczej ma poprzeczne otwory przelotowe rozmieszczone na jej obwodzie w równych odstępach, a wewnątrz tych otworów przelotowych osadzone są kule robocze, zaś wewnątrz tulei nośnej jest końcówka dociskowa trzpienia, a pomiędzy tą końcówką dociskową a kulami roboczymi wewnątrz tulei nośnej jest usytuowana kula centralna, której średnica jest luźno spasowana z wewnętrzną średnicą tulei nośnej, a końcówka robocza jest w postaci nakładki o półkolistej powierzchni zewnętrznej i zawiera gniazdo, w którym osadzona jest końcówka tulei nośnej, przy czym kule robocze wystają z otworów przelotowych do wnętrza tulei nośnej oraz na zewnątrz tulei nośnej, a końcówka robocza zawiera wewnątrz swojego gniazda bieżnię usytuowaną prostopadle do osi trzpienia, a kule robocze są dociśnięte do powierzchni tej bieżni kulą centralną, która jest do nich dociśnięta końcówką dociskową trzpienia.

Korzystnie trzpień po stronie przeciwnej względem jego części chwytnej zawiera cześć gwintowaną, a tuleja nośna jest nakręcona na tą część gwintowaną, przy czym pomiędzy częścią chwytną a tuleją nośną na część gwintowaną jest nakręcona przeciwnakrętka, a pomiędzy końcówką dociskową a kulą centralną wewnątrz tulei nośnej jest wkładka dociskowa, która od strony kuli centralnej ma soczewkową powierzchnię wklęsłą.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli trzpień zawiera na swojej osi kanał smarowy pierwszy na całej swojej długości, a wkładka dociskowa zawiera kanał smarowy drugi, który prowadzi od kanału smarowego pierwszego do wewnętrznej przestrzeni tulei nośnej, w której jest kula centralna oraz do gniazda półkolistej końcówki roboczej.

W narzędziu według wynalazku zminimalizowane zostały opory tarcia końcówki roboczej w stosunku do oporów obrotu głowicy narzędziowej. Zaletą rozwiązania jest możliwość kształtowania blachy w warunkach swobodnego obrotu końcówki roboczej, nawet w warunkach zablokowanego kinematycznie obrotu głowicy narzędziowej lub wykorzystania obrabiarki, bądź innego urządzenia bez możliwości zadawania ruchu obrotowego narzędzia. Wykorzystanie elementów pośredniczących pomiędzy półkulistą końcówką roboczą a końcówką mocującą trzpienia, w postaci kul roboczych, zapewnia swobodny obrót końcówki roboczej podczas realizacji poziomych trajektorii ruchu narzędzia z możliwością sterowania siłą docisku kul roboczych do bieżni końcówki roboczej. Zmiana położenia tulei nośnej względem części gwintowanej zapewnia kompensację zużycia bieżni oraz soczewkowej wklęsłej powierzchni wkładki.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, zostało bliżej wyjaśnione w przykładach wykonania, pokazanych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia narzędzie w pierwszym przykładzie wykonania w widoku z boku; fig. 2 - to samo narzędzie w przekroju wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 1; fig. 3 - narzędzie w drugim przykładzie wykonania podczas kształtowania zagłębień w bocznych ściankach wytłoczek; fig. 4 - narzędzie w drugim przykładzie wykonania podczas kształtowania wytłoczek bez zagłębień w ściankach bocznych.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, w przykładzie wykonania, zawiera trzpień 1, który na jednym swoim końcu ma część chwytną 2 a od strony drugiego końca ma cześć gwintowaną 3, na którą nakręcona jest tuleja nośna 4. Pomiędzy tuleją nośną 4 a częścią chwytną 2 na część gwintowaną 3, nakręcona jest przeciwnakrętka 5. Od strony przeciwnej względem części chwytnej 2 tuleja nośna 4 ma poprzeczne otwory przelotowe 6 usytuowane w jednej płaszczyźnie prostopadłej do osi trzpienia 1 promieniowo w równych odstępach. W każdym z otworów przelotowych 6 jest osadzona kula robocza 7 o średnicy spasowanej ze średnicą otworu przelotowego 6, tak że otwory przelotowe stanowią prowadnice koszykowe dla kul roboczych 7. Wewnątrz tulei nośnej 4 trzpień 1 jest zakończony końcówką dociskową 8, a pomiędzy końcówką dociskową 8 a otworami przelotowymi 6 wewnątrz tulei nośnej 4 jest kula centralna 9, której średnica jest spasowana z wewnętrzną średnicą tulei nośnej 4. Końcówka robocza 10 ma półkolistą powierzchnię roboczą oraz gniazdo 11, w którym osadzona jest końcówka tulei nośnej 4 z otworami przelotowymi 6. Kule robocze 7 wystają z otworów przelotowych 6 zarówno na zewnątrz jak i do wewnątrz tulei nośnej 4, a kula centralna 9 jest dociśnięta do powierzchni kul roboczych 7 wystających do wewnątrz tulei nośnej 4, przy czym wewnątrz gniazda 11 końcówki roboczej 10 jest bieżnia 12, która jest usytuowana w płaszczyźnie prostopadłej do osi trzpienia 1 a średnica gniazda jest największa w obszarze tej bieżni 12. Kule robocze 6 dociśnięte są kulą centralną 9 do powierzchni bieżni 12. Pomiędzy końcówką dociskową 8 trzpienia 1 a kulą centralną 9 jest wkładka dociskowa 13, która od strony kuli centralnej 9 ma soczewkową powierzchnię wklęsłą 14. We wnętrzu gniazda 11 końcówki roboczej 10 jest smar 15 zapewniający smarowanie kul roboczych 7.

Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, w drugim przykładzie wykonania ma trzpień 1, w którego osi jest kanał smarowy pierwszy 16, zakończony wylotem na końcówce dociskowej 8 trzpienia 1, a wkładka dociskowa 13 zawiera kanał smarowy drugi 17, który prowadzi od wylotu kanału smarowego pierwszego 16 do wewnętrznej przestrzeni tulei nośnej 4, w której jest kula centralna 9 oraz do gniazda 11 półkolistej końcówki roboczej 10. W pozostałym zakresie wykonanie narzędzia jest takie jak w przykładzie pierwszym.

Poniżej opisano zasady działania narzędzia do kształtowania przyrostowego, według wynalazku.

Po nakręceniu tulei nośnej 4 na część gwintowaną 3 trzpienia 1 roboczego, odpowiednim momentem skręcającym, za pomocą klucza dynamometrycznego, nie pokazanego na rysunku, nacisk wkładki dociskowej 13 przenoszony jest poprzez kulę centralną 9 na kule robocze 7, które są w ten sposób rozpierane do bieżni 12 półkulistej końcówki roboczej 10. Obrót tulei nośnej 4 względem części gwintowanej 3 trzpienia 1 roboczego blokowany jest za pomocą przeciwnakrętki 5. Narzędzie zawiera pięć otworów przelotowych 6, a co za tym idzie pięć kul roboczych 7, przy czym liczba otworów przelotowych 6 i kul roboczych jest uzależniona od promienia R półkolistej końcówki roboczej 10 i jest tym większa im większy jest ten promień. Podczas kształtowania przyrostowego kule robocze 7 przemieszczają się po powierzchni bieżni 12, do której są dociskane za pomocą kuli centralnej 9.

W narzędziu według drugiego przykładu wykonania, które przeznaczone jest do kształtowania wytłoczek 18 bez zagłębień w bocznych ściankach, smar 14 może być dostarczany w sposób ciągły z głowicy obrabiarki lub innego zasobnika, nie umieszczonych na rysunku, za pomocą kanału smarowego pierwszego 16 oraz kanału smarowego drugiego 17. Narzędzie może być usytuowane prostopadle do kształtowanej powierzchni - zgodnie z fig. 4 - albo może być względem niej nachylone pod kątem α - zgodnie z fig. 3. Smar 15 zapewnia smarowanie kul roboczych 7.

Claims (3)

1. Narzędzie do kształtowania przyrostowego blach, zawierające trzpień, który na jednym swoim końcu ma część chwytną a na drugim końcówkę roboczą, znamienne tym, że od strony końcówki roboczej (10) trzpień (1) jest połączony z współosiową względem niego tuleją nośną (4), która na swojej końcówce od strony końcówki roboczej (10) ma poprzeczne otwory przelotowe (6) rozmieszczone na jej obwodzie w równych odstępach, a wewnątrz tych otworów przelotowych (6) osadzone są kule robocze (7), zaś wewnątrz tulei nośnej (4) jest końcówka dociskowa (8) trzpienia (1), a pomiędzy tą końcówką dociskową (8) a kulami roboczymi (7) wewnątrz tulei nośnej (4) jest usytuowana kula centralna (9), której średnica jest luźno spasowana z wewnętrzną średnicą tulei nośnej (4), a końcówka robocza (10) jest w postaci nakładki o półkolistej powierzchni zewnętrznej i zawiera gniazdo (11), w którym osadzona jest końcówka tulei nośnej (4), przy czym kule robocze (7) wystają z otworów przelotowych (6) do wnętrza tulei nośnej (4) oraz na zewnątrz tulei nośnej (4), a końcówka robocza (10) zawiera wewnątrz swojego gniazda (11) bieżnię (12) usytuowaną prostopadle do osi trzpienia (1), a kule robocze (7) są dociśnięte do powierzchni tej bieżni (12) kulą centralną (9), która jest do nich dociśnięta końcówką dociskową (8) trzpienia (1).

2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że trzpień (1) po stronie przeciwnej względem jego części chwytnej (2) zawiera część gwintowaną (3), a tuleja nośna (4) jest nakręcona na tą część gwintowaną (3), przy czym pomiędzy częścią chwytną (2) a tuleją nośną (4) na część gwintowaną (3) jest nakręcona przeciwnakrętka (5), a pomiędzy końcówką dociskową (8) a kulą centralną (9) wewnątrz tulei nośnej (4) jest wkładka dociskowa (13), która od strony kuli centralnej (9) ma soczewkową powierzchnię wklęsłą (14).

3. Narzędzie według zastrz. 2, znamienne tym, że trzpień (1) zawiera na swojej osi kanał smarowy pierwszy (16) na całej swojej długości, a wkładka dociskowa (13) zawiera kanał smarowy drugi (17), który prowadzi od kanału smarowego pierwszego (16) do wewnętrznej przestrzeni tulei nośnej (4), w której jest kula centralna (9) oraz do gniazda (11) półkolistej końcówki roboczej (10).