PL239006B1 - Sposób rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego - Google Patents

Abstract

Sposób rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego charakteryzuje się tym, że jeden z końców półfabrykatu w kształcie odcinka pręta mocuje się w szczękach uchwytu (2) ciągnącego, po czym wprowadza się drugi koniec półfabrykatu przy pomocy uchwytu (2) ciągnącego pomiędzy dwa walce (3, 4) robocze i dwie prowadnice (5), z prędkością V1, przy czym walce (3, 4) robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu co 180°, a osie obrotu walców (3, 4) roboczych ustawione są równolegle do osi półfabrykatu i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością n1, następnie po wprowadzeniu półfabrykatu do przestrzeni między walcowej utworzonej przez dwa (3, 4) robocze i dwie prowadnice (5) wprawia się w ruch postępowy walce dwa (3, 4) robocze w kierunku promieniowym do osi półfabrykatu z prędkością V2 i oddziałuje się powierzchniami (3a, 3b, 4a, 4b) walcowymi walców (3, 4) roboczych na półfabrykat przez co półfabrykat wygina się w kształt litery "Z" i zaciska się półfabrykat (1a) wygięty pomiędzy walcami (3, 4) roboczymi, jednocześnie półfabrykat (1a) wygięty i uchwyt (2) ciągnący wprawia się przez walce (3, 4) robocze w ruch obrotowy z prędkością n2, następnie uchwyt (2) ciągnący wprowadza się w ruch postępowy z prędkością V3 wzdłuż osi walcowania i wyjmuje się półfabrykat (1a) z przestrzeni roboczej dwóch walców (3, 4) roboczych i dwóch prowadnic (5), przy czym w wyniku odziaływania walców (3, 4) roboczych i uchwytu (2) ciągnącego na wygięcie (1b) w kształcie litery "Z" po czym wygięcie (1b) w kształcie litery "Z" przemieszcza się wzdłuż półfabrykatu (1a) na całej jego długości.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego.

Dotychczas znanych i stosowanych jest szereg metod rozdrabniania struktury mikrometrycznej materiałów metalowych do struktury nanometrycznej. Rozdrabnianie struktury realizowane jest poprzez wywołanie w kształtowanym materiale dużych odkształceń plastycznych wskutek działania naprężeń ścinających bez zmiany kształtu materiału wyjściowego.

Znany jest proces przeciskania przez kanał kątowy ECAP opisany szczegółowo w artykule Melicher R. „Symulacja numeryczna deformacji plastycznej aluminiowego przedmiotu obrabianego indukowanej technologią ECAP”, Mechanika stosowana i obliczeniowa, 2009. W procesie ECAP materiał przeciskany jest przez zakrzywiony kanał w obszarze zagięcia kanału w skutek działania naprężeń ścinających doznaje odkształceń plastycznych bez zmiany kształtu początkowego. Metodą ECAP rozdrabnia się strukturę krótkich odcinków prętów zazwyczaj o przekroju kwadratowym.

Znany jest również sposób skręcania pod wysokim ciśnieniem HPT, który opisano w artykule Alsubaie S. A., Huang Y., Langdon T. G. „Ewolucja twardości stopu magnezu AZ80 przetwarzanego przez HPT w różnych temperaturach”, Badania i technologia materiałów, 2017. Skręcanie pod wysokim ciśnieniem polega na jednoczesnym ściskaniu i skręcaniu materiału. Materiał pod działaniem wysokiego ciśnienia wywołanego ściskaniem odkształca się przez ściskanie. W procesie tym rozdrabnianie struktury realizowane jest w materiale wyjściowym w kształcie dysku.

Znany jest również sposób na ciągłe duże odkształcenie plastyczne CSPD, w którym materiał jest wpychany do kanału kątowego za pomocą jednej pary walców, a na wyjściu wyciągany za pomocą drugiej pary walców. Niestety podczas przepychania materiału przez kanał kątowy występuje duży opór, który powoduje spęczanie materiału przed wejściem do kanału i jednoczesne rozciągnie skutkujące pocienieniem materiału na wyjściu. Dodatkowo materiał w tym procesie musi być zgniatany przez walce pchające oraz ciągnące, co przeczy idei procesów SPD, w których nie powinno dochodzić do zmiany kształtu i wymiarów obrabianego materiału. Sposób ten opisany jest m.in. w artykule Azushima A., Kopp R., Korhonen A., Yang D. Y., Micari F., Lahoti G. D., Groche P., Yanagimoto J., Tsuji N., Rosochowski A., Yanagida A. „Procesy dużego odkształcania plastycznego SPD metali”, CIRP Kroniki - technologia produkcji, 2008.

Znany jest również sposób ciągłego rozdrabniania struktury materiałów, który opisano w artykule Mirsepasi A., Nili-Ahmadabadi M., Habibi-Parsa M., Ghasemi-Nanesa H., Dizaji A. F. „Mikrostruktura i zachowanie mechaniczne stali martenzytycznej silnie zdeformowanej nowatorską techniką powtarzalnego zginania i prostowania przez walcowanie”, Inżynieria materiałowa A, 2012. Proces ten polega na przeginaniu i prostowaniu pasma materiału metalowego CRCS pomiędzy parą walców zębatych obracających się w przeciwnym kierunku.

Znany jest również sposób rozdrabniania struktury materiałów bazujący na procesie ECAP, który nazwano przyrostowy ECAP - l-ECAP. Więcej szczegółów odnośnie tego procesu można znaleźć w artykule Jawad Qarni M., Rosochowski A., Boczkal S. „Wpływ przyrostowego ECAP na mikrostrukturę i zachowanie podczas rozciągania tytanu o czystości handlowej”, Inżynieria, 2017. W procesie l-ECAP materiał jest stopniowo przepychany za pomocą stempla a następnie poddawany odkształceniu przy użyciu jednej z matryc ruchomej tworzących kanał kątowy. Wadą tego procesu jest oczywiście niewielka wydajność oraz brak ciągłości odkształcenia, co przejawia się występowaniem obszarów nieodkształconych pomiędzy obszarami odkształconymi na długości obrabianego materiału.

Cechą charakterystyczną obecnie znanych i stosowanych metod rozdrabniania struktury jest to, że w przypadku wyrobów typu pręt odkształcaniu poddawane są półfabrykaty o stosunkowo niewielkich wymiarach długościowych. Powoduje to niską wydajność tego typu procesów. W przypadku obecnie znanych procesów dużą wydajność można uzyskać wyłącznie w przypadku ciągłego odkształcania wyrobów typu blacha w procesach bazujących na walcowaniu. W pozostałych przypadkach procesy ciągłego rozdrabniania struktury prętów są mało wydajne lub niestabilne z powodu dużego wpływu sił tarcia na poprawność realizacji procesu w tym również zachowanie warunku chwytu materiału przez narzędzia.

Celem wynalazku jest rozdrabnianie struktury materiału w kształcie pręta z wykorzystaniem procesu, który opiera się na walcowaniu skośnym z jednoczesnym przemieszczaniem osiowym materiału wsadowego.

PL 239 006 B1

Istotą rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego jest to, że jeden z końców półfabrykatu w kształcie odcinka pręta mocuje się w szczękach uchwytu ciągnącego. Po czym wprowadza się drugi koniec półfabrykat przy pomocy uchwytu ciągnącego pomiędzy dwa walce robocze i dwie prowadnice, przy czym walce robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu co 180°, a osie obrotu walców roboczych ustawione są równolegle do osi półfabrykatu i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością. Po wprowadzeniu półfabrykatu do przestrzeni między walcowej utworzonej przez walce robocze i prowadnice, wprawia się w ruch postępowy walce robocze w kierunku promieniowym do osi półfabrykatu i oddziałuje się powierzchniami walcowymi walców roboczych na półfabrykat, przez co półfabrykat wygina się w kształt litery „Z” i zaciska się półfabrykat wygięty pomiędzy walcami roboczymi, jednocześnie półfabrykat i uchwyt ciągnący wprawia się przez walce robocze w ruch obrotowy. Następnie uchwyt ciągnący wprowadza się w ruch postępowy wzdłuż osi walcowania i wyjmuje się półfabrykat z przestrzeni roboczej dwóch walców roboczych i dwóch prowadnic. W wyniku odziaływania walców roboczych i uchwytu ciągnącego wygięcie w kształcie litery „Z” po czym wygięcie w kształcie litery „Z” przemieszcza się wzdłuż półfabrykatu na całej jego długości. W wyniku czego uzyskuje się ponownie półfabrykat o prostoliniowej osi z rozdrobnioną strukturą wewnętrzną materiału. Opcjonalnie walce robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu co 180° i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością, a osie obrotu walców roboczych są skręcone względem osi półfabrykatu w ten sposób, że wektor prędkości osiowej składowej prędkości obwodowej walców roboczych ma ten sam kierunek i zwrot co wektor prędkości postępowej uchwytu ciągnącego. Alternatywnie walce robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu co 180° i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością, a osie obrotu walców roboczych są skręcone względem osi półfabrykatu w ten sposób, że wektor prędkości osiowej składowej prędkości obwodowej walców roboczych ma ten sam kierunek co wektor prędkości postępowej uchwytu ciągnącego, natomiast zwrot wektora prędkości osiowej składowej prędkości obwodowej walców roboczych jest przeciwny do wektora prędkości postępowej uchwytu ciągnącego.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na rozdrabnianie struktury półfabrykatu w kształcie prętów w sposób ciągły, które nie jest możliwe w przypadku procesów skręcania pod wysokim ciśnieniem HPT, walcowania asymetrycznego oraz cyklicznego walcowania wielowarstwowego. Wynalazek charakteryzuje się dużą wydajnością w stosunku do uzyskiwanej w procesach przeciskania przez kanał kątowy ECAP i skręcania pod wysokim ciśnieniem HPT. Sposób ten jest uniwersalny i może być stosowany do wszystkich metali i stopów.

Wynalazek, został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 - widok izometryczny w początkowym etapie procesu w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2 - widok izometryczny w trakcie przeginania półfabrykatu w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 3 - widok izometryczny w ustalonej fazie procesu w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 4 - widok z boku w ustalonej fazie procesu w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 5 - widok z góry w ustalonej fazie procesu w drugim przykładzie wykonania, fig. 6 - widok z góry w ustalonej fazie procesu w trzecim przykładzie wykonania.

Sposób rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego w pierwszym przykładzie wykonania według wynalazku, polegał na tym, że jeden z końców półfabrykatu 1 w kształcie odcinka pręta o średnicy 35 mm i długości 400 mm wykonanego z miedzi elektrolitycznej M1E-ECu58-CuETP mocuje się w szczękach uchwytu 2 ciągnącego. Po czym wprowadza się drugi koniec półfabrykatu 1 przy pomocy uchwytu 2 ciągnącego pomiędzy dwa walce 3, 4 robocze i dwie prowadnice 5, 6 z prędkością Vi = 70 mm/s, przy czym walce 3, 4 robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu 1 co 180°, a osie obrotu walców 3, 4 roboczych ustawione są równolegle do osi półfabrykatu 1 i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością n = 20 obr/min. Po wprowadzeniu półfabrykatu 1 do przestrzeni między walcowej utworzonej przez walce 3, 4 robocze i prowadnice 5, 6 wprawia się w ruch postępowy walce 3, 4 robocze w kierunku promieniowym do osi półfabrykatu 1 z prędkością V2 = 5 mm/s i oddziałuje się powierzchniami 3a, 3b, 4a, 4b walcowymi walców 3, 4 roboczych na półfabrykat 1, przez co półfabrykat 1 wygina się w kształt litery „Z i zaciska się półfabrykat 1a wygięty pomiędzy walcami 3, 4 roboczymi, jednocześnie półfabrykat 1 a wygięty i uchwyt 2 ciągnący wprawia się przez walce 3, 4 robocze w ruch obrotowy z prędkością n2 = 100 obr/min. Następnie uchwyt 2 ciągnący wprowadza się w ruch postępowy z prędkością V3 = 8 mm/s wzdłuż osi walcowania i wyciąga się półfabrykat 1a z przestrzeni roboczej dwóch walców 3, 4 roboczych i dwóch prowadnic 5, 6. W wyniku odziaływania walców 3, 4 roboczych i uchwytu

PL 239 006 B1 ciągnącego na wygięcie 1 b w kształcie litery „Z” po czym wygięcie 1b w kształcie litery „Z” przemieszcza się wzdłuż półfabrykatu 1a na całej jego długości. W wyniku czego uzyskuje się ponownie półfabrykat 1 o prostoliniowej osi z rozdrobnioną strukturą wewnętrzną materiału.

Wykaz oznaczeń

- półfabrykat

1a - półfabrykat wygięty

1b - wygięcie w kształcie litery Z

- uchwyt ciągnący , 4 - walce robocze

3a, 3b, 4a, 4b - powierzchnie walcowe walców

5, 6 - prowadnice ni - prędkość obrotowa walców n2 - prędkość obrotowa półfabrykatu i uchwytu ciągnącego

Vi - prędkość uchwytu ciągnącego przy wprowadzaniu półfabrykatu

V 2 - prędkość postępowa walców roboczych w kierunku promieniowym

V 3 - prędkość uchwytu ciągnącego przy wyciąganiu półfabrykatu

V 4 - prędkość obwodowa walców

V 5 - składowa osiowa prędkości obwodowej walców

V 6 - składowa promieniowa prędkości obwodowej walców γι, γ2, - kąt skręcenia osi walców

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób rozdrabniania struktury materiałów w walcarce skośnej dwurolkowej z osiowym przemieszczaniem materiału wsadowego, znamienny tym, że jeden z końców półfabrykatu (1) w kształcie odcinka pręta mocuje się w szczękach uchwytu (2) ciągnącego, po czym wprowadza się drugi koniec półfabrykatu (1) przy pomocy uchwytu (2) ciągnącego pomiędzy dwa walce (3), (4) robocze i dwie prowadnice (5), (6) z prędkością (V1), przy czym walce (3), (4) robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu (1) co 180°, a osie obrotu walców (3), (4) roboczych ustawione są równolegle do osi półfabrykatu (1) i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością (m), następnie po wprowadzeniu półfabrykatu (1) do przestrzeni między walcowej utworzonej przez dwa walce (3), (4) robocze i dwie prowadnice (5), (6), wprawia się w ruch postępowy walce (3), (4) robocze w kierunku promieniowym do osi półfabrykatu (1) z prędkością (V2) i oddziałuje się powierzchniami (3a), (3b), (4a), (4b) walcowymi walców (3), (4) roboczych na półfabrykat (1), przez co półfabrykat (1) wygina się w kształt litery „Z” i zaciska się półfabrykat (1a) wygięty pomiędzy walcami (3), (4) roboczymi, jednocześnie półfabrykat (1a) wygięty i uchwyt (2) ciągnący wprawia się przez walce (3), (4) robocze w ruch obrotowy z prędkością (n2), następnie uchwyt (2) ciągnący wprowadza się w ruch postępowy z prędkością (V3) wzdłuż osi walcowania i wyjmuje się półfabrykat (1a) z przestrzeni roboczej dwóch walców (3), (4) roboczych i dwóch prowadnic (5), (6), przy czym w wyniku odziaływania walców (3), (4) roboczych i uchwytu (2) ciągnącego na wygięcie (1b) w kształcie litery „Z” po czym wygięcie (1b) w kształcie litery „Z” przemieszcza się wzdłuż półfabrykatu (1a) na całej jego długości.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walce (3), (4) robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu (1) co 180° i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością (m), a osie obrotu walców (3), (4) roboczych są skręcone względem osi półfabrykatu (1) o kąt (γ1) w ten sposób, że wektor prędkości osiowej (V5) składowej prędkości (V4) obwodowej walców (3), (4) roboczych ma ten sam kierunek i zwrot co wektor prędkości (V3) postępowej uchwytu (2) ciągnącego.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że walce (3), (4) robocze są usytuowane symetrycznie względem osi półfabrykatu (1) co 180° i obracają się w tym samym kierunku z jednakową prędkością (m), a osie obrotu walców (3), (4) roboczych są skręcone względem osi półfabrykatu (1) o kąt (γ2) w ten sposób, że wektor prędkości (V5) osiowej składowej prędkości

PL 239 006 Β1 (V4) obwodowej walców (3), (4) roboczych ma ten sam kierunek co wektor prędkości (Vs) postępowej uchwytu (2) ciągnącego, natomiast zwrot wektora prędkości (Vs) osiowej składowej prędkości (V4) obwodowej walców (3), (4) roboczych jest przeciwny do wektora prędkości (Vs) postępowej uchwytu (2) ciągnącego.