Innowacyjne technologie obróbki plastycznej metali rozwijane w Politechnice Lubelskiej

• Autorzy: Patera Z. , Tomczak J.

Warianty tytułu

EN

Innovative metal forming technologies developed at Lublin University of Technology

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W artykule scharakteryzowano wybrane zagadnienia z zakresu nowych innowacyjnych technologii kształtowania plastycznego metali i stopów, rozwijanych w ostatnim okresie w Politechnice Lubelskiej. Przedstawione technologie związane są głównie z procesami rotacyjnego kształtowania, w których najczęściej wykorzystuje się narzędzia wykonujące ruch obrotowy. W stosunku do tradycyjnych metod procesy rotacyjnego kształtowania charakteryzują się szeregiem zalet, do których można zaliczyć: dużą wydajność, mniejsze zużycie materiałów i energii, mniejsze wartości sił kształtowania dzięki stopniowemu odkształcaniu materiału, korzystniejszy układ struktury, wpływający na poprawę własności wytrzymałościowych oraz łatwą mechanizację i automatyzację procesu. Natomiast podstawowym ograniczeniem technologii wytwarzania odkuwek bazujących na procesach walcowniczych (zwłaszcza walcowania poprzecznego) jest niebezpieczeństwo pojawienia się niekontrolowanych poślizgów. Również znaczna część tego typu technologii charakteryzuje się dość dużym stopniem skomplikowania narzędzi, co przejawia się trudnościami w ich projektowaniu i następnie wykonaniu. Duże zapotrzebowanie na elementy, które mogą być wytwarzane z udziałem technik rotacyjnego kształtowania spowodowały, ze podjęto prace podawcze, zmierzające do przemysłowego wdrożenie tych metod. Z uwagi na ograniczoną objętość opracowania, bardziej szczegółowo omówiono tylko wybrane metody kształtowania, takie jak: walcowanie poprzeczno-klinowe (WPK), obciskanie obrotowe, walcowanie wzdłużne oraz walcowanie skośne. Wspomniane technologie mogą być wykorzystane do kształtowania pełnych i drążonych odkuwek o symetrii osiowej. Scharakteryzowano również opracowane w Politechnice Lubelskiej konstrukcje maszyn, zabezpieczających realizację poszczególnych procesów wytwarzania, na które to maszyny uzyskano prawa ochronne. Przedstawiono także przykłady zastosowania wymienionych procesów, w tym dotyczące kształtowania wyrobów drążonych oraz elementów ze stopów metali lekkich, które znajdują coraz szersze zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym oraz lotniczym. Wyczerpujący opis przybliżonych w artykule technologii znaleźć można w licznych publikacjach naukowych autorów opracowania, których zestawienie zamieszczono na końcu artykułu.

EN

This paper describes selected problems regarding innovative forming techniques for metals and alloys which have been developed at the Lublin University of Technology in recent years. These techniques mainly concern rotary forming processes which are usually based on the use of rotating tools. Compared to traditional methods, rotary forming processes offer a number of advantages such as high efficiency, reduced material and energy consumption, lower forming forces due to gradual material deformation and higher strength properties due to favourable structure. Not to mention the fact that these processes are easy to mechanize and automate. As for shortcomings, the basic limitation of forming methods based on rolling processes (especially on cross rolling) is the risk of uncontrolled slipping. In addition to this, many of these methods require the use of complicated tools that are difficult to design and construct. Given a huge demand for parts which can be manufactured by rotary forming techniques, research works have been undertaken to investigate industrial implementation of these methods. Since the scope of this paper is limited, the paper discusses at length only a selection of rotational forming methods, including cross wedge rolling (CWR), rotary compression, longitudinal rolling and helical rolling. The above methods can be applied to produce both solid and hollow axisymmetric parts. The paper also describes machines for these manufacturing processes. The machines were developed at the Lublin University of Technology and secured by patent. What is also presented are examples of applications for the above manufacturing processes, including those for producing hollow products and light metal alloy parts which are more widely used in the automotive and aircraft industries. The above forming techniques are described in detail in numerous publications by the authors of this paper listed in the reference section.

Słowa kluczowe

PL

walcowanie kuźnicze; maszyny; odkuwki

EN

wedge rolling; machines; forgings

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 3
• Strony: 241--254
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys.

Twórcy

autor

Patera Z.

• Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Tomczak J.

• Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Pater, Zbigniew. 2009. „Walcowanie poprzeczno-klinowe.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [2] Pater, Zbigniew. 2014. Cross-Wedge Rolling. W Comprehensive Materials Processing, 211–279. Elsevier Ltd.
• [3] Pater, Z., Tomczak, J., Bulzak, T. 2015. “Experimental study of rotary compression for hollow parts.” Metalurgija vol. 54 (2): 419–422.
• [4] Tomczak, J., Pater, Z., Bulzak, T. 2015. „Forming of Hollow Shaft Forging from Titanium Alloy Ti6Al4V by Means of Rotary Compression.” Archives of Metallurgy and Materials 60 (1): 419–425.
• [5] Tomczak, J., Bulzak, T., Pater, Z. 2015. „The Effect of Billet Wall Thickness on the Rotary Compression Process for Hollow Parts.” Strojniški Vestnik – Journal of Mechanical Engineering 61 (3): 149–156.
• [6] Weroński, W., Gontarz, A., Pater, Z. 2007. „Wybrane zagadnienia z teorii i technologii kucia w prasie trójsuwakowej.” Lublin: Wyd. LTN.
• [7] Weroński, W.S., Gontarz, A., Pater, Z. 2006. „The research of forging process of eccentric part on three slide forging press.” Journal of Materials Processing Technology 177: 214–217.
• [8] Samołyk, G. 2012. „Wybrane zagadnienia technologii i teorii prasowania obwiedniowego.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [9] Samołyk, G. 2012. „Podstawy teoretyczne i modelowanie prasowania obwiedniowego.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [10] Bartnicki, J. 2014. „Studium procesu przepychania obrotowego.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [11] Bartnicki, J. Pater, Z. 2005. „Walcowanie poprzecznoklinowe wyrobów drążonych.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [12] Bartnicki, J., Pater, Z. 2004. “The aspects of stability in cross-wedge rolling processes of hollowed shafts.” Journal of Materials Processing Technology 155–156: 1867–1873.
• [13] Pater, Z., Gontarz, A., Tomczak, J. 2011. „Walcowanie poprzeczno-klinowe odkuwek o kształtach złożonych.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [14] Pater, Z. 2011. “Cross-wedge rolling of shafts with an eccentric step.” Journal of Iron and Steel Research, International 18 (6): 26–30.
• [15] Tofil, A., Pater, Z. 2009. „Dzielenie bezodpadowe metalowych prętów okrągłych.” Chełm: Wyd. PWSZ w Chełmie.
• [16] Tofil, A. 2011. „Bezodpadowe dzielenie prętów.” Mechanik 4: 308–313.
• [17] Tofil, A., Pater, Z., Tomczak, J. 2013. “Dwuwalcowa klatka walcownicza, zwłaszcza do walcowania poprzecznego, wzdłużnego oraz dzielenia bezodpadowego.” Patent RP nr 215512.
• [18] Pater, Z., Bogusz, E., Gontarz, A., Weroński, W. 2004. „Walcarka i narzędzie do wytwarzania wyrobów kształtowych, zwłaszcza śrubowych.” Patent RP nr 208033.
• [19] Pater, Z., Tomczak, J. 2012. „Walcowanie poprzecznoklinowe kul.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [20] Pater, Z., Tomczak, J. 2013. „Rotary Compression of Hollow Parts by Cross Rolling.” EU Patent nr EP2422896.
• [21] Pater, Z., Tomczak, J. 2013. „Method for plastic forming of toothed shafts.” EU Patent nr EP2422898.
• [22] Tomczak, J., Pater, Z. 2013. „Apparatus for rotary compression of hollow parts.” EU Patent nr EP 2422897.
• [23] Tomczak, J., Pater, Z. 2011. „Walcarka ramowokonsolowa, zwłaszcza do walcowania wzdłużnego wyrobów płaskich oraz kształtowych.” Zgłoszenie patentowe nr P-396594.
• [24] Bulzak, T., Tomczak, J., Pater, Z. 2014. „Forming a lever preform made of aluminium alloy 2014.” Metalurgija 53 (4): 505–508.
• [25] Pater, Z., Tomczak, J. 2012. „Walcowanie śrubowe kul do młynów kulowych.” Lublin: Wyd. Politechniki Lubelskiej.
• [26] Tomczak, J., Pater, Z., Bartnicki, J. 2013. “Skew rolling of balls in multiple helical impressions.” Archives of Metallurgy and Materials 58 (4): 1072-1076.
• [27] Pater, Z., Tomczak, J., Bartnicki, J., Lovell, M.R., Menezes, P.L. 2013. “Experimental and numerical analysis of helical-wedge rolling process for producing steel balls.” International Journal of Machine Tools & Manufacture 67: 1–7.
• [28] Pater, Z., Tofil, A. 2013. „Analiza procesu walcowania śrubowo-klinowego odkuwki korpusu noża obrotowego.” Hutnik – Wiadomości Hutnicze 10: 692–696.
• [29] Pater, Z. 2014. „Analysis of the helical-wedge rolling process for producing a work holding bolt.” Metalurgija 53 (4): 653–656.
• [30] Pater, Z. 2014. “Analysis of the Helical-Wedge Rolling Process for Producing a Long Stepped Shaft.” Key Engineering Materials 622–623: 893-89.