Gr.MD.104.1d
Wykonali:
Piotr Piasecki
Tomasz Szostakiewicz
Grzegosz Nowosad
Kucie wałów na przyrządzie TR
2 Cel Ćwiczenia
Zapoznanie się z procesem kucia wałów korbowych na przyrządzie (TR) Tadeusza Ruta i wyznaczanie parametrów siłowych
występujących w tym procesie.
3 Wiadomości Podstawowe
3.1 Wprowadzenie
Metoda kucia wałów na przyrządzie TR polega na dwustronnym spęczaniu z równoczesnym wygrzaniem środkowej części spęczanego odcinka pręta.W metodzie tej uzyskuje się bardzo korzystny układ włókien w kształtowanym wykorbieniu .
Cechą charakterystyczną urządzenia TR które współpracuje z prasą hydrauliczną jest zastosowanie przegubowego układu łączników między głowicą a górną matrycą i widełkowego układu wyginaka . Przyjęty układ łączników zapewnia zmianę pionowego nacisku prasy na składową pionową (do zaciśnięcia pręta ) oraz składową poziomą (do spęczania pręta na odcinku między czołami matryc). Konstrukcja przyrządu zapewnia wzrost składowej poziomej w miarę wzrostu kąta a (kąt pochylenia łącznika do osi kształtownika wału ).
3.2 Budowa i zasada działania przyrządu TR .
Model przyrządu wykonany w oparciu o konstrukcję i zasadę działania przyrządu kuzniczego TR 30, przeznaczony jest do spęczania z jednoczesnym zginaniem prętów walcowanych , względnie kutych z materiałów modelowych w warunkach Laboratorium Obróbki Plastycznej .
W odniesieniu do wałów korbowych urządzenie ma charakter uniwersalny ,tzn. że w pewnym zakresie wymiarowym w przyrządzie TR można kuć wały korbowe o różnej liczbie korb i dowolnym podziale kątowym między nimi .Poza tym przyrząd wykonany w dowolnym miejscu na długości pręta .
Przyrząd TR składa się z dwóch zasadniczych zespołów montażowych :górnego i dolnego .
Zespół dolny zbudowany jest z podstawą do której przykręcone są cztery ślizgi po których przesuwają się matryce dolne . W pozycji otwartej przyrządu matryce dolne rozsuwają się ręcznie do położenia wyjściowego . Wielkości przesunięcia regulowana jest za pomocą zderzaków zamocowanych do podstawy urządzenia . W środkowej części podstawy zamontowane na stałe kowadło .Zarówno matryce dolne jak i górne posiadają trzy wykroje cylindryczno-stożkowe do zabudowania wkładek matrycowych . Ustalenie wkładek w wykroju i zabespieczenie ich przed wyciąganiem uzyskuje się za pomocą dwóch zawleczek w każdej matrycy .
Zespół górny stanowi głowica ,której podstawowymi elementami są dwie belki do których przytwierdzona jest sześcioma śrubami pokrywa przyrządu . W środkowej części głowicy, mocowany jest wyginak przy pomocy dwóch śrub ,które dokręca się na pokrywie przyrządu .Ułatwia to łatwe wymontowanie wyginaka przy operacjach kucia kołnierzy wału wykorbionego i wmontowanie go przy kuciu wykorbień .Matryce górne podwieszone są wahliwie przy pomocy sworznia natomiast z górnym czopem łożyskowym przez wieszaki. Po obu stronach matryc górnych przykręcone są pokrywy , które ustalają położenie łączników . W pokrywach przesuwają się swobodnie prowadnice zapewniające poziome ustawienie matryc przy dowolnym ułożenie głowicy . W położeniu wyjściowym matryce górne opierają się o zderzaki ustalające .
Oryginalne przyrządy TR ze względu na ich wielkość zabudowywane są na pasach kuzniczych częściami , a następnie odpowiednio centrowane . Analizowany model przyrządu TR zbudowany jest w układzie niezależnym dzięki kolumnom prowadzającym i ustawiony jest w całości . W podstawie urządzenia zamontowane są cztery kolumny prowadzące na których poprzez sprężyny zawieszona jest jogo głowica. Sprężyna zapewniają powrót głowicy do górnego zwrotnego położenia po ustąpieniu nacisku prasy Na kolumnach ustawione są zderzaki które blokują ruch głowicy do dołu w momencie zakończenia wykorbienia.
Zastosowanie w konstrukcji przyrządu TR przegubowego układu łączników w matrycach górnych oraz widełkowatego wyginaka zapewnia zmianę pionowego nacisku prasy Pp na dwie składowe ; siłę pionową Fn i siłę poziomą Fp. Składową pionową wykorzystuje się do zaciśnięcia pręta wyjściowego o przekroju kołowym między matrycą górną i dolną oraz do wyginania wykorbienia a składowe poziome pokonuje opór spęczania korby na odcinku między czołami matrycy .
Cechą charakterystyczną rozwiązanie jest to że składowa pozioma rośnie w miarę pochylenia się łączników , to jest zmniejszenie kąta a . W istocie odpowiada to optymalnemu rozkładowi sił, ponieważ w czasie suwu roboczego wzrasta powierzchnia przekroju spęczonego odcinka i rośnie odpowiednio opór spęczania . Zależność wielkości poziomej siły spęczania Fp od kąta pochylenia łączników a
przedstawiono na wykresie.
Rys. Zależność siły spęcznienia Fp od kąta pochylenia
Łączników a w przyrządzie TR.
Ruch pionowy suwaka prasy przenoszony jest przez głowicę i łącznik na matryce górne ,które zamykają się na zamkach znajdujących się na matrycach dolnych i w ten sposób następuje ich równoczesny przesuw poziomy . Łączniki przenoszą równiesz nacisk prasy na matryce , a w wyniku pochylenia łącznika siła przenoszona przezeń zostaje rozłożona na składowe Fn i Fp .
4 Wykonanie Ćwiczenia
4.1 Opis przyrządu TR
W modelu przyrządu TR skonstruowanym dla potrzeb Labolatorium Obróbki Plastycznej Politechniki Lubelskiej można odkuć wał korbowy , którego:
- max promień wykorbienia (1/2 skoku) r=11mm
- max długość korby Lk=26,5mm
- max średnica koła opisanego na rzucie poprzecznym odkuwki
wału D=40mm
- max średnica spęczanego kołnierza Dkn=25mm
Powyższe parametry uzyskuje się przy zastosowaniu odpowiednich narzędzi montażowych w przyrządzie . Wysokość kowadła , długość wyginaka , wymiary wkładek matrycowych mają bezpośredni wpływ na kształt wykorbienia .
Opracowany dla danego typu wału proces technologiczny określa pewne wielkości , na które należy nastawić urządzenia , a są nimi:
- odległości czół matryc w stanie otwartym (początek kucia )
L=58mm
- odległości czół matryc w stanie zamkniętym (koniec kucia )
Lk=26.5mm
- skok roboczy wyginaka
h=11mm
- początkowy kąt pochylenia łącznika
a1=55°
- końcowy kąt pochylenia łącznika
a2=16°
Wielkości te wynikają z konstrukcji wału korbowego i z obliczeń technologicznych dla modelu przyrządu TR.
4.2 Opis próbki wstępnej.
Kucie wałów korbowych w warunkach produkcyjnych wymaga wykonania wstępniaka który jest wykonany metodą kucia swobodnego .Pozwala to na ograniczenie kosztów wykonania oraz zmniejsza przekucia odkuwki .
W ćwiczeniu wał odkuwany był z ołowiu, a wstępniakiem wału korbowego stosowanym w modelu urządzenia TR był ołowiowy pręt kształtowy . Wykonanie próbki było utrudnione ze względu na jej wymiary. Posiada ona pięć szpulek i pięć przewężeń . Wykonanie szpulki ułatwiły prawidłowe zaciskanie się wkładek matrycowych na pręcie . Długość pręta równa jest 299mm a średnica 17,9mm. Wstępniak uzyskuje się na drodze wyciskania na prasie hydraulicznej a następnie wyciśnięty pręt tnie się na wymiar i obrabia mechanicznie na tokarce . W przypadku kucia pojedyńczego wykorbienia ,wstępniak wykonuje się w podobny sposób ,ale składa się on tylko z jednej szpulki.
4.3 Otrzymana próbka po kuciu .
4.4 Obliczenia sił kucia .
4.4.1 Nacisk prasy do kucia.
2 Fn-opór spęczania
Pp=Fn¾¾¾¾¾ Fn=S×sp
ctg( a+d) -ms
2
P·d d1+d2
R R 4
gdzie r1=0,5*mc*dc
mc-współczynik tarcia między łącznikiem i panewką (mc=0,1)
dc-średnica czopu łącznika(dc=24mm)
R-ramię łocznika(49mm)
mswspółczynik tarcia miedzy oddalonymi matrycami i łożem podstawy(ms=0,1)
Fn=471,43*18=8485,83N
r1=0,5*0,1*24=1,2mm
d=arcsin 2,4/49=2,807
2 16971,66
Pp=8485,83N*¾¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 10398,98N»10,4KN
ctg(28+2,807)-0,1 ( ctg30,807)-0,1
Siła spęczania w zależności od kąta a
Fp=0,5*Pp*ctg(a+d)-ms = 0,5*10398,98*1,6643-0,1 = 8653,41N»8,6KN
Wnioski:
Konstrukcja przyrządu zapewnia wzrost składowej poziomej w miarę wzrostu kąta pochylenia łącznika do osi kształtowanego wału . W istocie odpowiada to optymalnemu rozkładowi sił ponieważ w czasie suwu roboczego wzrasta powierzchnia przekroju spęczonego odcinka i rośnie odpowiednio opór spęczania.
W przyrządzie TR zastosowany układ kinematyczny ruchu roboczego i układ narzędziowy pozwalają na kucie wałów korbowych o dowolnej liczbie korb i dowolnym usytuowaniu kątowym między nimi. Istnieje tutaj także możliwość kucia pojedynczego wykorbienia z jednej szpulki przy parametrach i narzędziach wykorzystywanych w pierwszej operacji kucia całego wału korbowego. Pozwala to na ograniczenie czasu trwania procesu z zachowaniem pełnego przebiegu operacji kucia wykorbienia.
W metodzie TR w odróżnieniu od metody tradycyjnej powstaje nieznacza wypływka a znacznie zwiększa się jakość i dokładność wykonywania zarówno kształtu jak i kąta rozstawienia korb. Pozwala to w znacznym stopniu wyeliminować obróbkę skrawaniem a tym samym uzyskać większy uzysk materiałowy ok. 60% a nawet więcej. Poza tym w przyrządzie TR zmieniając tylko same wkładki matrycowe bez wymiany matryc można kuć także kołnierze ,zgrubienia a nawet kształtki.
simonsaid