PL234837B1 - Method for burnishing of metal tubes - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób nagniatania metalowych rurek (1), który charakteryzuje się tym, że powierzchnia rurki (1) nagniatana jest spiralnie poprzez wewnętrzną powierzchnię (2a) tulei nagniatającej (3) zawężającej otwór (O) tej tulei (3). Tuleja (3) ta obracana jest mimośrodowo poprzez napęd (4) tak, że oś (OT) jej obrotu pochylona jest względem osi (OR) rurki nagniatanej (1) pod kątem ostrym β. Rurka (1) przemieszcza się poprzez ruch postępowy w głąb tulei nagniatającej (3), której otwór (O) rozszerza się tak, że wewnętrzna powierzchnia (2b) za obszarem punktowym (B) końca nagniatania pochylona jest pod kątem α równym lub większym od kąta ostrego β pomiędzy osią (OT) obrotu tulei (3), a osią (OR) rurki (1) nagniatanej.The subject of the application is a method of burnishing metal tubes (1), which is characterized in that the surface of the tube (1) is burnished spirally through the inner surface (2a) of the burnishing sleeve (3) narrowing the opening (O) of this sleeve (3). The sleeve (3) is rotated eccentrically by the drive (4) so that the axis (OT) of its rotation is inclined relative to the axis (OR) of the burnished tube (1) at an acute angle β. The tube (1) moves through the translational movement into the burnishing sleeve (3), whose opening (O) widens so that the inner surface (2b) behind the point area (B) of the burnishing end is inclined at an angle α equal to or greater than sharp β between the axis (OT) of rotation of the sleeve (3) and the axis (OR) of the burnished tube (1).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób nagniatania metalowych rurek, zwłaszcza aluminiowych, umożliwiający nagniatanie tylko w jednym procesie technologicznym.The subject of the invention is a method of burnishing metal tubes, especially aluminum, which enables burnishing in only one technological process.

Znane są sposoby nagniatania tocznego i ślizgowego materiałów metalowych (PL388334, PL337148, US6497022B1). Dzielą się one na statyczne i dynamiczne. W sposobach statycznych przedmiot obrabiany porusza się ruchem obrotowym lub posuwisto-zwrotnym, natomiast w sposobach dynamicznych elementem obrabiającym jest najczęściej wirująca tarcza z kulkami nagniatającymi na obwodzie, o osi obrotu równoległej do płaszczyzny elementu obrabianego. Znane sposoby znajdują zastosowanie do obróbki części płaskich i obrotowych, nagniatając ich warstwę wierzchnią w warunkach płaskiego stanu naprężeń. Nagniatanie zachodzi w niewielkim zakresie odkształceń (znacznie poniżej 1 mm) i realizowane głównie w celu utwardzenia warstwy wierzchniej nagniatanego przedmiotu. Sposoby te nie mają zastosowania do obróbki rurek, która powoduje znaczne i celowe zmniejszenie ich średnicy. W praktyce przemysłowej, takie nagniatanie końcówek rurek metalowych, głównie aluminiowych, realizowane jest przez mechaniczne wciskanie pierścieniowej tulei nagniatającej o średnicy nieznacznie mniejszej niż nagniatana końcówka rurki. Aby uzyskać znaczną redukcję średnicy rurki proces ten musi być powtarzany przy użyciu kolejnych tulei nagniatających, o zmniejszającej się stopniowo ich średnicy. Taki sposób nagniatania jest czasochłonny, ponieważ wymaga kilku procesów technologicznych, odpowiednio dla każdej z tulei nagniatającej, która kolejno indywidualnie jest nasadzana mechanicznie na zagniataną metalową rurkę.There are known methods of rolling and sliding burnishing of metal materials (PL388334, PL337148, US6497022B1). They are divided into static and dynamic. In static methods, the workpiece moves in a rotating or reciprocating motion, while in dynamic methods the working element is most often a rotating disc with burnishing balls on the circumference, with an axis of rotation parallel to the plane of the workpiece. Known methods are applicable to the treatment of flat and rotating parts, burnishing their surface layer under conditions of a plane stress state. Burnishing takes place within a small range of deformations (much less than 1 mm) and is mainly carried out in order to harden the top layer of the burnished object. These methods are not applicable to the treatment of tubes which causes a significant and deliberate reduction of their diameter. In industrial practice, such burnishing of the ends of metal, mainly aluminum, tubes is carried out by mechanically pressing an annular burnishing sleeve with a diameter slightly smaller than the burnished end of the tube. In order to obtain a significant reduction of the pipe diameter, this process has to be repeated with the use of successive burnishing sleeves with gradually decreasing diameter. Such a burnishing method is time-consuming because it requires several technological processes, correspondingly for each of the burnishing sleeve, which is individually mechanically attached to the crimped metal tube in succession.

Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu nagniatania metalowych rurek, który będzie można zrealizować w jednym procesie technologicznym. Jednocześnie założono, że siły nagniatania potrzebne do uplastycznienia materiału powinny działać stopniowo, do osiągnięcia zadanej średnicy rurki poprzez nagniecenie, nie powodując istotnej deformacji jej symetrii.The aim of the invention was to develop a method of burnishing metal tubes that could be carried out in one technological process. At the same time, it was assumed that the burnishing forces needed to plasticize the material should act gradually, until the desired tube diameter is achieved by pressing, without significantly deforming its symmetry.

Istotą wynalazku jest sposób nagniatania metalowych rurek, który charakteryzuje się tym, że powierzchnia rurki nagniatana jest spiralnie poprzez wewnętrzną powierzchnię tulei nagniatającej zawężającej otwór tej tulei. Tuleja ta jest obracana mimośrodowo poprzez napęd tak, że oś jej obrotu pochylona jest względem osi rurki nagniatanej pod kątem ostrym. Rurka przemieszcza się poprzez ruch postępowy w głąb tulei nagniatającej, której otwór rozszerza się tak, że wewnętrzna powierzchnia za obszarem punktowym końca nagniatania pochylona jest pod kątem równym lub większym od kąta ostrego pomiędzy osią obrotu, a osią rurki nagniatanej. Korzystnie jest, gdy wewnętrzna powierzchnia tulei nagniatającej w obszarze zawężenia jej otworu ma kształt owalny. Dobrze jest również, jeżeli tuleja nagniatająca osadzona jest w łożysku, w napędzie tak, że może się swobodnie obracać wokół własnej osi, natomiast kąt ostry pomiędzy osią obrotu tulei, a osią rurki nagniatanej wynosi 3 stopnie. Korzystnie jest również, jeżeli tuleja obracana jest mimośrodowo z szybkością od 2500 do 3000 obrotów na minutę, natomiast rurka wsuwana jest w głąb tulei nagniatającej z szybkością od 5 do 15 mm na sekundę, przy czym wsuwanie to odbywa się poprzez ruch postępowy napędu wraz z tuleją nagniatającą względem unieruchomionej rurki. Opcjonalnie nagniatane mogą być jednocześnie dwa końce rurki sposobem według wynalazku. Tuleja nagniatająca powinna być wykonana ze stali narzędziowej o dużej odporności na ścieranie, korzystnie typu NC10, natomiast nagniatana metalowa rurka sposobem według wynalazku wykonana jest korzystnie ze stopu aluminium.The essence of the invention is a method of burnishing metal tubes, which is characterized in that the surface of the tube is burnished in a spiral through the inner surface of the burnishing sleeve narrowing the opening of the sleeve. The sleeve is rotated eccentrically by the drive so that its axis of rotation is inclined with respect to the axis of the burnished tube at an acute angle. The tube moves through the translational movement into the burnishing sleeve, the opening of which widens so that the inner surface behind the point area of the burnishing end is inclined at an angle equal to or greater than the acute angle between the axis of rotation and the axis of the burnished tube. Preferably, the inner surface of the burnishing sleeve has an oval shape in the narrowing area of its opening. It is also good if the burnishing sleeve is seated in the bearing in the drive so that it can freely rotate around its axis, while the acute angle between the sleeve rotation axis and the burnished tube axis is 3 degrees. It is also advantageous if the sleeve is rotated eccentrically at a speed of 2,500 to 3,000 rpm, while the tube is inserted into the burnishing sleeve at a speed of 5 to 15 mm per second, the insertion being carried out by translational movement of the drive together with the sleeve. burnishing against the immobilized tube. Optionally, the two ends of the tube may be burnished simultaneously in a method according to the invention. The burnishing sleeve should be made of a tool steel with high abrasion resistance, preferably of the NC10 type, while the burnished metal tube according to the invention is preferably made of an aluminum alloy.

Korzystnym skutkiem sposobu według wynalazku jest uzyskanie symetrycznych nagnieceń rurki metalowej, które znacznie redukują jej średnicę tylko w jednym procesie technologicznym. Sposobem tym uzyskuje się stopniowe spiralne działanie sił nagniatania, do osiągnięcia zadanej średnicy rurki, nie powodując deformacji jej symetrii. Proces nagniatania rurek jest znacznie krótszy od znanych sposobów wieloprocesowych.A favorable effect of the method according to the invention is to obtain symmetrical bumps of the metal tube, which significantly reduce its diameter in only one technological process. This method achieves a gradual spiral action of burnishing forces, until the desired tube diameter is achieved, without deforming its symmetry. The tube burnishing process is much shorter than the known multi-process methods.

Przykład realizacji sposobu nagniatania metalowych rurek przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia tuleję nagniatającą oraz aluminiową rurkę w chwili rozpoczęcia nagniatania, fig. 2 przedstawia tuleję nagniatającą oraz aluminiową rurkę w chwili ukończenia nagniatania, fig. 3. przedstawia tuleję nagniatającą, fig. 4 przedstawia spiralne stopniowe działanie siły nagniatania w przekroju poprzecznym nagniecionej końcówki rurki aluminiowej, natomiast fig. 5 przedstawia przekrój wzdłużny rurki uzyskany sposobem według wynalazku.An example of the implementation of the method of burnishing metal tubes is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows the burnishing sleeve and an aluminum tube at the moment of starting burnishing, Fig. 2 shows the burnishing sleeve and an aluminum tube at the moment of completing burnishing, Fig. 3 shows the burnishing sleeve, Fig. 4 shows the helical stepwise action of the burnishing force in a cross section of the smashed end of an aluminum tube, while FIG. 5 shows a longitudinal section of a tube obtained by the method of the invention.

Powierzchnia aluminiowej rurki (1) nagniatana była spiralnie poprzez zawężoną wewnętrzną owalną powierzchnię (2a) tulei nagniatającej (3) wykonanej ze stali narzędziowej typu NC10. Tuleję (3) obracano mimośrodowo z szybkością 2800 obr./min poprzez napęd (4) tak, że oś (OT) jej obrotu była pochylona względem osi (OR) aluminiowej rurki (1) pod kątem ostrym (β) wynoszącym 3 stopnie.The surface of the aluminum tube (1) was burnished in a spiral through the narrowed inner oval surface (2a) of the burnishing sleeve (3) made of NC10 tool steel. The sleeve (3) was rotated eccentrically at 2800 rpm through the drive (4) so that the axis (OT) of its rotation was inclined with respect to the axis (OR) of the aluminum tube (1) at an acute angle (β) of 3 degrees.

PL 234 837 B1PL 234 837 B1

Rurka (1) przemieszczana była poprzez ruch postępowy w głąb tulei nagniatającej (3) wskutek ruchu całego napędu (4) wraz z tuleją nagniatającą (3) z szybkością 10 mm/s względem unieruchomionej rurki (1). Wewnętrzna powierzchnia (2b) za obszarem punktowym (B) końca nagniatania pochylona była pod kątem (a) wynoszącym 4 stopnie, jaki tworzyła oś (OT) obrotu tulei (3) z osią (OR) rurki (1). Tuleja nagniatająca (3) osadzona była w łożysku (5) w napędzie (4) tak, że mogła się swobodnie obracać wokół własnej osi podczas procesu nagniatania. W innym przykładzie realizacji, nagniatane były jednocześnie dwa końce rurki (1) z wykorzystaniem środków technicznych i parametrów procesowych jak w przypadku nagniatania tylko jednego końca rurki.The tube (1) was moved through the translational movement into the burnishing sleeve (3) due to the movement of the entire drive (4) with the burnishing sleeve (3) at a speed of 10 mm / s in relation to the fixed tube (1). The inner surface (2b) behind the point area (B) of the end of burnishing was inclined at an angle (a) of 4 degrees formed by the axis (OT) of rotation of the sleeve (3) with the axis (OR) of the tube (1). The burnishing sleeve (3) was embedded in the bearing (5) in the drive (4) so that it could rotate freely around its axis during the burnishing process. In another embodiment, the two ends of the tube (1) were burnished simultaneously using technical means and process parameters as in the case of burnishing only one end of the tube.

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Sposób nagniatania metalowych rurek (1), znamienny tym, że powierzchnia rurki (1) nagniatana jest spiralnie poprzez wewnętrzną powierzchnię (2a) tulei nagniatającej (3) zawężającej otwór (O) tej tulei (3), która obracana jest mimośrodowo poprzez napęd (4) tak, że oś (OT) jej obrotu pochylona jest względem osi (OR) rurki nagniatanej (1) pod kątem ostrym (β), przy czym rurka (1) przemieszcza się poprzez ruch postępowy w głąb tulei nagniatającej (3), której otwór (O) rozszerza się tak, że wewnętrzna powierzchnia (2b) za obszarem punktowym (B) końca nagniatania pochylona jest pod kątem (a) równym lub większym od kąta ostrego (β) pomiędzy osią (OT) obrotu tulei (3), a osią (OR) rurki (1) nagniatanej.1. The method of burnishing metal tubes (1), characterized in that the surface of the tube (1) is burnished in a spiral through the inner surface (2a) of the burnishing sleeve (3) narrowing the opening (O) of the sleeve (3), which is rotated eccentrically by the drive (4) so that the axis (OT) of its rotation is inclined in relation to the axis (OR) of the burnished tube (1) at an acute angle (β), while the tube (1) moves through the translational movement into the burnishing sleeve (3), the hole (O) widens so that the inner surface (2b) behind the point area (B) of the end of burnishing is inclined at an angle (a) equal to or greater than the acute angle (β) between the axis (OT) of rotation of the sleeve (3), and the axis (OR) of the burnished tube (1). 2. Sposób nagniatania według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia (2a) tulei nagniatającej (3) w obszarze zawężenia otworu (O) tej tulei (3) ma kształt owalny.2. Burnishing method according to claim A device according to claim 1, characterized in that the inner surface (2a) of the burnishing sleeve (3) has an oval shape in the narrowing area of the opening (O) of the sleeve (3). 3. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 2, znamienny tym, że tuleja nagniatająca (3) osadzona jest w łożysku (5) w napędzie (4) tak, że może się swobodnie obracać wokół własnej osi.3. Burnishing method according to claim from 1 to 2, characterized in that the burnishing sleeve (3) is seated in the bearing (5) in the drive (4) so that it can rotate freely around its axis. 4. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że kąt ostry (β) pomiędzy osią obrotu (OT), a osią (OR) rurki (1) nagniatanej wynosi 3 stopnie.4. Burnishing method according to claim 1 The method as claimed in any of the claims 1 to 3, characterized in that the acute angle (β) between the axis of rotation (OT) and the axis (OR) of the burnished tube (1) is 3 degrees. 5. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że tuleja (3) obracana jest mimośrodowo z szybkością (ω) od 2500 do 3000 obrotów na minutę, natomiast rurka (1) wsuwana jest w głąb tulei nagniatającej (3) z szybkością od 5 do 15 mm na sekundę, przy czym wsuwanie to odbywa się poprzez ruch postępowy napędu (4) wraz z tuleją nagniatającą (3) względem unieruchomionej rurki (1).5. Burnishing method according to claim 1 from 1 to 4, characterized in that the sleeve (3) is rotated eccentrically at a speed (ω) from 2500 to 3000 rpm, while the tube (1) is inserted into the burnishing sleeve (3) at a speed from 5 to 15 mm per second, this retraction taking place by translational movement of the drive (4) with the burnishing sleeve (3) in relation to the fixed tube (1). 6. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że jednocześnie nagniatane są dwa końce rurki (1).6. Burnishing method according to claim 1 characterized in that the two ends of the tube (1) are simultaneously burnished. 7. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że tuleja nagniatająca wykonana jest ze stali narzędziowej o dużej odporności na ścieranie, korzystnie typu NC10.7. Burnishing method according to claim A tool according to any of the claims 1 to 6, characterized in that the burnishing sleeve is made of a tool steel with high abrasion resistance, preferably of the NC10 type. 8. Sposób nagniatania według zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że rurki wykonane są z metali podatnych na odkształcenia plastyczne, zwłaszcza ze stopów aluminium.8. Burnishing method according to claim A method according to any of the claims 1 to 7, characterized in that the tubes are made of metals susceptible to plastic deformation, especially aluminum alloys.