Obciskanie obrotowe

Obciskanie obrotowe jest innowacyjnym procesem kształtowania plastycznego elementów drążonych, który został opracowany w Katedrze Komputerowego Modelowania i Technologii Obróbki Plastycznej Politechniki Lubelskiej przez prof. dr hab. inż. Zbigniewa Patera, a obecnie dalej rozwijany przy czynnym udziale dr hab. inż. Janusza Tomczaka. Proces polega na redukowaniu przekroju poprzecznego półfabrykatu rurowego trzema jednakowymi walcami, które obracają się w tym samym kierunku i jednocześnie przemieszczają się promieniowo w kierunku osi elementu (rys. 1 - pokazany obok tekstu). Kształt walców (1, 2, 3) odpowiada zarysowi obciskanej odkuwki (5), zaś wsad (4) stanowi odcinek rury lub tulei. W początkowym etapie procesu półfabrykat umieszczony jest między walcami i w trakcie obciskania obracany jest przez narzędzia dookoła własnej osi. W efekcie oddziaływania narzędzi następuje redukcja średnicy zewnętrznej kolejnych stopni wyrobu, czemu towarzyszy wzrost grubości ścianki wsadu oraz długości skrajnych czopów.

W stosunku do obecnie stosowanych technik wytwarzania wyrobów drążonych, obciskanie obrotowe charakteryzuje się szeregiem zalet, z których najważniejsze to: polepszenie własności wytrzymałościowych tak kształtowanych półfabrykatów, zwiększenie wydajności produkcji, mniejsze koszty wdrożeniowe i produkcyjne oraz stosunkowo prosta realizacja procesu, który w łatwy sposób można zautomatyzować.

W ramach realizowanych w Politechnice Lubelskiej prac badawczych, których główny nurt związany jest z rotacyjnymi procesami kształtowania osiowosymetrycznych półfabrykatów, w tym odkuwek drążonych, opracowano konstrukcję kuźniczego agregatu do obciskania obrotowego. Zbudowane na tej podstawie urządzenie umożliwia realizację procesu kształtowania według schematu, w którym narzędzia jednocześnie wykonują ruch obrotowy w zgodnym kierunku i przemieszczają się w kierunku osi półfabrykatu. Agregat do obciskania obrotowego ma strukturę segmentową i składa się z siedmiu podstawowych zespołów (rys. 2 - pokazany poniżej tekstu): ramy nośnej -1, zespołu napędowego - 2, klatki walców zębatych - 3, klatki walców kształtujących - 4, hydraulicznego układu napędowego walców kształtujących - 5, układu zasilania elektrycznego i sterowania - 6 oraz układu pomiarowego - 7. Rama nośna wykonana jest jako ażurowa konstrukcja spawana z cienkościennych kształtowników hutniczych o przekroju kwadratowym. Do ramy przymocowany jest zespół napędowy, który składa się z motoreduktora, zbudowanego z trójfazowego silnika elektrycznego i dwustopniowej przekładni stożkowo – walcowej. Podstawowe dane techniczne zaprojektowanego i wykonanego agregatu zestawiono w tabeli 1.

Zbudowaną maszynę wykorzystano do weryfikacji doświadczalnej założeń teoretycznych kształtowania odkuwek drążonych metodą obciskania obrotowego. Przykładowe odkuwki ukształtowane podczas prowadzonych doświadczeń pokazano na rys. 3. W trakcie eksperymentu analizowano stabilność przebiegu procesu, określono parametry geometryczne uzyskanych wyrobów oraz parametry siłowe procesu. Na podstawie wykonanych badań eksperymentalnych jednoznacznie stwierdzono, że możliwe jest kształtowanie drążonych odkuwek stopniowanych osi i wałów z wsadu rurowego technologią obciskania obrotowego.

Możliwości technologiczne obciskania obrotowego nie ograniczają się jedynie do  kształtowania odkuwek ze stopniami gładkimi. Przeprowadzone badania wskazują, że możliwe jest również kształtowania drążonych odkuwek wałków stopniowanych z wieńcami uzębionymi oraz ślimakami (rys. 4 - pokazany poniżej). Obecnie prowadzone są również badania pod kątem wykorzystania technologii obciskania do kształtowania kul drążonych, stosowanych w zaworach kulowych.