PL68863Y1 - Narzędzie do nagniatania otworów - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wzoru użytkowego jest narzędzie do nagniatania otworów, zwłaszcza otworów w elementach o małej sztywności z jednostronnym dostępem do wykonania tego zabiegu. Narzędzie do nagniatania otworów posiadające trzpień (2) do mocowania w uchwycie obrabiarki, na którym na stałe osadzony jest stożek rozprężający (1) oraz suwliwie nagniatak (3) w postaci tulei rozprężnej z kołnierzem (6) i otworem stożkowym posiadającej na obwodzie osiowe rozcięcia a na kołnierzu (6) co najmniej dwa kły (12), przy czym stożek rozprężający (1) wymiarowo jest dostosowany do stożkowego otworu nagniataka (3), charakteryzuje się tym, że dolne czoło (4) nagniataka (3) połączone jest na stałe z łożyskiem oporowym (5).

Description

Opis wzoru

Przedmiotem wzoru użytkowego jest narzędzie do nagniatania otworów, zwłaszcza otworów w elementach o małej sztywności z jednostronnym dostępem do wykonania tego zabiegu.

Jeden z istotnych problemów konstrukcyjnych, z punktu widzenia trwałości, w przemyśle lotniczym czy też kolejnictwie, stanowią elementy łączone za pomocą nitów lub śrub. Połączenia śrubowe są nadal powszechnie stosowane do łączenia szyn kolejowych, a niektóre samoloty Boeing mają do 1,5 min połączeń nitowanych. Krytyczne miejsca to obszary wokół otworów mieszczących nity lub śruby mocujące, będące naturalnymi koncentratorami naprężeń. W okresie eksploatacji samolotu, takie połączenia są narażone na działanie cyklicznych naprężeń rozciągających, a otwory pod nity działają jako czynniki wywołujące spiętrzenie naprężeń i często są miejscem inicjacji pęknięć zmęczeniowych. Takie zapoczątkowane pęknięcie zmęczeniowe może rozprzestrzeniać się aż do krytycznej wielkości, a to skutkuje zniszczeniem zmęczeniowym danego elementu. Analiza zaistniałych awarii i uszkodzeń tych połączeń wykazuje, że jedną z najważniejszych ich przyczyn jest właśnie zmęczenie materiału wokół wymienionych otworów będące skutkiem obciążenia cyklicznego konstrukcji. Stanowi to szczególne niebezpieczeństwo w konstrukcjach lotniczych, gdyż jest często bezpośrednio skorelowane z narażaniem życia wielu ludzi.

Powszechnie wiadomo, że obecność ściskających naprężeń własnych wokół otworów mieszczących elementy mocujące jest zasadniczym warunkiem zwiększenia trwałości i bezpieczeństwa połączeń konstrukcji metalowych. Naprężenia ściskające zasklepiają istniejące pęknięcia pierwotne i utrudniają rozwój nowych. Dlatego też, w nowoczesnych wyrobach, dąży się do uzyskania takiego stanu naprężeń ściskających w drodze zastosowania specjalnych metod obróbki w końcowym etapie wykonywania tych otworów. Stosuje się w tym celu obróbkę nagniataniem, najczęściej przepychanie kulką lub trzpieniem stałym albo umacnianie na zimno poprzez rozprężanie trzpieniem dzielonej tulei. Jednak te sposoby wprowadzania naprężeń ściskających posiadają szereg wad, między innymi: znaczący i niesymetryczny w stosunku do środkowej płaszczyzny elementu mocowanego gradient naprężeń obwodowych spowodowany zmianami siły osiowej podczas obróbki, odkształcenie powierzchni, zwłaszcza przy wyjściu trzpienia z otworu, niesymetryczna ekspansja w kierunku obwodowym. Sposoby te posiadają również niedogodności technologiczne, do których należy to, że: wymagają stosowania smaru i później usuwania jego resztek, również wymagają precyzyjnego wykonania otworów wstępnych w celu uzyskania równomiernego odkształcenia, a kompletna obróbka otworu wymaga użycia kilku narzędzi.

Uzyskano istotną poprawę w zakresie efektów technicznych, jak również kosztów wykonania otworów pod połączenia śrubowe lub nitowe w wyniku zastosowania zespolonego narzędzia będącego przedmiotem polskiego zgłoszenia patentowego nr P.409182. Zgodnie z tym zgłoszeniem zespolone narzędzie do wykonywania otworów i ich nagniatania posiadające uchwyt i integralnie z nim sprzężone nawiertak, wiertło oraz rozwiertak, lub wiertło i rozwiertak albo tylko wiertło charakteryzuje się tym, że na uchwycie ponad elementami przeznaczonymi do wykonywania otworów suwliwie usytuowany jest nagniatak, który stanowi tuleja rozprężna z kołnierzem i otworem stożkowym, posiadająca na obwodzie osiowe rozcięcia, natomiast na kołnierzu posiada co najmniej dwa kły, przy czym jej średnica zewnętrzna dt w stanie nierozprężonym jest mniejsza do 0,1 mm od średnicy dr narzędzia bezpośrednio za nią usytuowanego, licząc od góry uchwytu. Z kolei powyżej nagniataka na uchwycie usytuowany jest stożek rozprężający sprzężony z nim na stałe, wymiarowo dostosowany do otworu nagniataka, posiadający kołnierz z rowkami na kły wymienionego nagniataka.

Wymienione narzędzie, przy jego stosowaniu do wykonywania i dogniatania otworów w jednym zabiegu w bardzo cienkich elementach z tylko jednostronnym dostępem, powoduje ich deformację.

Okazuje się bardziej właściwe w tych przypadkach wykonanie otworu odrębnymi narzędziami, korzystnie z ich rozwiercaniem, w celu uzyskania wysokiej dokładności i powtarzalności wymiarowej, a realizowanie nagniatania narzędziem przystosowanym tylko do tego zabiegu.

Narzędzie do nagniatania będące przedmiotem wzoru użytkowego w pełni eliminuje dotychczasowe problemy w tym zakresie, zwłaszcza przy jednostronnym dostępie.

Narzędzie do nagniatania otworów posiadające trzpień do mocowania w uchwycie obrabiarki, na którym na stałe osadzony jest stożek rozprężający oraz suwliwie nagniatak w postaci tulei rozprężnej z kołnierzem i otworem stożkowym posiadającej na obwodzie osiowe rozcięcia a na kołnierzu co najmniej dwa kły, przy czym stożek rozprężający wymiarowo jest dostosowany do stożkowego

Claims (2)

1. otworu nagniataka, zgodnie ze wzorem użytkowym, charakteryzuje się tym, że dolne czoło nagniataka połączone jest na stałe z łożyskiem oporowym. Dzięki nowemu rozwiązaniu narzędzia do nagniatania możliwe jest nagniatanie otworów w elementach z jednostronnym dostępem o małej sztywności. W odróżnieniu od sposobów konwencjonalnych, stosując narzędzie według wzoru użytkowego, w trakcie nagniatania nie występują siły osiowe, co pozwala na umacnianie metodą nagniatania otworów w blachach, kształtownikach i tym podobnych elementach bez obawy ich deformowania. Konieczność umacniania tych otworów występuje w połączeniach nitowych i śrubowych pracujących zmęczeniowo, w warunkach drgań, zwłaszcza w lotnictwie, kolejnictwie i tych konstrukcjach, gdzie wymagana jest ich szczególna trwałość i bezpieczeństwo. Narzędzie do nagniatania otworów będące przedmiotem wzoru użytkowego przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia to narzędzie w ujęciu schematycznym, w osiowym przekroju, usytuowane w nagniatanym otworze z podparciem, natomiast na fig.
2. 2 pokazano w analogicznym ujęciu nagniatak, który stanowi odpowiednio skonfigurowana tuleja rozprężna. Jak to uwidoczniono na fig. 1, narzędzie do nagniatania otworów stanowi stożek rozprężający 1 na stałe osadzony na trzpieniu 2, oraz nagniatak 3 umieszczony na nim suwliwie. Dolne czoło 4 nagniataka 3 połączone jest na stałe z łożyskiem oporowym 5. Nagniatak 3, jak to przedstawiono na fig. 2, wykonany jest w postaci tulei rozprężnej z kołnierzem 6 i otworem stożkowym 7, posiadającej na obwodzie rozcięcia 8 tworzące segmenty 9, których zewnętrzna powierzchnia 1_0 posiada naniesioną powłokę 1_1. z syntetycznego diamentu. Na kołnierzu 6 nagniataka 3 są usytuowane kły 12 o wysokości h, decydujące o maksymalnej wielkości jego rozprężenia i głębokości nagniatania poprzez zwiększenie średnicy d, która w stanie nierozprężonym jest mniejsza o 0,1 mm od średnicy nagniatanego otworu, natomiast po rozprężeniu może osiągnąć średnicę większą od niej o maksymalnie 0,9 mm. Wymieniony wcześniej stożek rozprężający 1 posiada kołnierz 13, w którym są wykonywane rowki 14 sprzęgające go z nagniatakiem 3 poprzez kły 12 wykonane na jego kołnierzu 6. W czasie nagniatania nagniatak 3 obracając się przechodzi przez uprzednio wykonany otwór 15 w elemencie obrabianym 16, nie zmieniając swojej średnicy d aż do chwili zetknięcia się zespolonego z nim łożyska oporowego 5 z podporą 17. W tym momencie ruch posuwowy nagniataka 3 ustaje, ale dalej jest kontynuowany posuw trzpienia 2 ze stożkiem rozprężającym 1. Stożek ten, wgłębiając się w stożkowy otwór nagniataka 3, powoduje jego rozprężenie i tym samym nagniatanie ślizgowe otworu 1.5 w obrabianym elemencie 16. W razie braku możliwości zastosowania podparcia 17 ruch posuwowy nagniataka 3 zostanie zatrzymany w chwili zetknięcia się dolnej powierzchni jego kołnierza 6 z obrabianym elementem 16. Zastrzeżenie ochronne Narzędzie do nagniatania otworów posiadające trzpień do mocowania w uchwycie obrabiarki, na którym na stałe osadzony jest stożek rozprężający oraz suwliwie nagniatak w postaci tulei rozprężnej z kołnierzem i otworem stożkowym, posiadającej na obwodzie osiowe rozcięcia a na kołnierzu co najmniej dwa kły, przy czym stożek rozprężający wymiarowo jest dostosowany do stożkowego otworu nagniataka, znamienne tym, że dolne czoło /4/ nagniataka /3/ połączone jest na stałe z łożyskiem oporowym /5/.