(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (13) T3 (51) Int. Cl. B21K1/46 B21K1/56 ( ) ( ) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 2009/53 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Sposób kucia na zimno wysokowytrzymałego elementu mocującego z materiału austenitycznego serii 300 (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2009/30 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 06/2010 (73) Uprawniony z patentu: Tseng Yu-Sheng, Ar-Lian Township, TW Tseng Jian-Shiun, Ar-Lian Township, TW PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Tseng Yu-Sheng, Ar-Lian Township, TW Tseng Jian-Shiun, Ar-Lian Township, TW (74) Pełnomocnik: Kancelaria Patentowa PATELHA rzecz. pat. Hudy Ludwik Czernichów, Kraków Czernichów 4 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SPOSÓB KUCIA NA ZIMNO WYSOKOWYTRZYMAŁEGO ELEMENTU MOCUJĄCEGO Z MATERIAŁU AUSTENITYCZNEGO SERII 300 Opis WPROWADZENIE 1. Dziedzina Wynalazku [0001] Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu kształtowania metalowego elementu mocującego, w szczególności sposobu kucia na zimno elementu mocującego o wysokiej wytrzymałości z materiału austenitycznego serii Opis Stanu Techniki [0002] W nawiązaniu do Fig. 1 i 2, typowy sposób 1 wytwarzania elementu mocującego obejmuje ciąg procedur, które obejmują procedurę przygotowania 11, procedurę kształtowania łba 12, procedurę kształtowania ostrza wiertła 13, procedurę kształtowania zwojów gwintu 14 i procedurę obróbki cieplnej 15; w których surowy wałek lub cylindryczny pręt 21, wykonany z nierdzewnej stali austenitycznej 302 lub 304, zostaje wstępnie obrobiony podczas przygotowania 11 i ma pierwszą średnicę d, na przykład zgodną ze specyfikacją #12 (około 5,5 mm) i maksymalną siłę ścinania dochodzącą do 2630 funtów. Ponadto, w procedurach kształtowania 12 i 13 z surowego wałka 21 tworzy się odpowiednio łeb 23 i trzon 24 wychodzący z łba oraz część wiercącą 25 umieszczoną naprzeciwko łba 23. Ponadto, za pomocą walcarki do gwintów na trzonie 24 wykonywanych jest kolejno wiele zwojów gwintu 26, tym samym uzyskując wstępny element mocujący. Na koniec, element mocujący jest poddawany nawęglaniu i hartowaniu w piecu grzewczym celem zmiany jego struktury cząsteczkowej i jest również pokryty warstwą nawęgloną 27 celem zwiększenia jego twardości. Powyższe urządzenia zostały pominięte na rysunkach. 1

3 [0003] Jednakże, typowy sposób może mieć pewne wady: 1. Wyższy koszt wytwarzania i więcej procedur [0004] Chociaż nierozdzielny element mocujący uzyskuje poprzez powiązane procedury kształtowania większą wytrzymałość niż trzon półproduktu, element mocujący wciąż wymaga procedury obróbki cieplnej celem zwiększenia jego twardości powierzchniowej, tak aby element mocujący mógł być gładko wkręcany w obiekty. W dodatku, element mocujący łatwo ulegałby rdzewieniu i korozji ze względu na warstwę nawęglaną i konieczne są dodatkowe procesy ochrony przed korozją, tym samym typowy sposób powoduje wzrost kosztów i dodanie dalszych dodatkowych procedur wytwarzania. 2. Spadek jakości elementu mocującego [0005] Procedura obróbki cieplnej może pomóc w zwiększeniu twardości powierzchniowej elementu mocującego, lecz może zmniejszyć twardość jego rdzenia podatnego na wysokie temperatury podczas nawęglania i hartowania, tym samym zmniejszając wydłużenie elementu mocującego i w rezultacie powodując jego pękanie lub utrudniając wkręcanie elementu mocującego w obiekty. Tym samym, wpływałaby na bezpieczeństwo wkręcania. [0006] Dokument GB-A , który uważa się za najbliższy stan techniki, ujawnia sposób kucia na zimno elementu mocującego o wysokiej wytrzymałości z materiału austenitycznego serii 300, obejmujący kroki: kształtowanie łba celem ukształtowania łba śruby przy jednym końcu trzonu austenitycznego serii 300; kształtowanie ostrza wiertła celem ukucia części wiercącej przy drugim końcu wspomnianego trzonu, naprzeciwko wspomnianego łba śruby; oraz kształtowanie gwintu celem ciągłego uwalcowania wielu zwojów gwintu śruby pomiędzy wspomnianym łbem a wspomnianą częścią wiercącą, tym samym uzyskuje się nierozdzielny element mocujący. PODSUMOWANIE WYNALAZKU 2

4 [0007] Celem niniejszego wynalazku jest stworzenie sposobu kucia na zimno elementu mocującego o wysokiej wytrzymałości z materiału austenitycznego serii 300, który ułatwia uzyskanie wysokiej wytrzymałości i skutecznej odporności na korozję, jednocześnie ułatwiając uzyskanie szybkiej produkcji, niskich kosztów wytwarzania i bezpieczeństwa użytkowania. [0008] Sposób według niniejszego wynalazku obejmuje w kolejności procedurę przygotowania, procedurę kształtowania łba, procedurę kształtowania ostrza wiertła, oraz procedurę kształtowania gwintu. To znaczy, przygotowanie surowego wałka lub cylindrycznego pręta austenitycznego i zmniejszenie jego średnicy przez kucie na zimno tak, aby wytworzyć wstępny trzon, który może wytrzymać siłę o ponad 1/2 większą niż surowy wałek; następnie przejście kolejno przez procedury kształtowania, aby zbudować nierozdzielny element mocujący. W ten sposób, cała praca kucia na zimno ułatwia wytworzenie nierozdzielnego elementu mocującego o wysokiej wytrzymałości i twardości bez żadnych dodatkowych procedur cieplnych, tym samym zmniejsza koszty wytwarzania i upraszcza proces wytwarzania; ponadto, element mocujący ma lepsze wydłużenie, aby uniknąć złamania podczas wkręcania, tak aby zwiększyć bezpieczeństwo wkręcania. [0009] Zalety niniejszego rozwiązania względem znanego stanu techniki uwidocznią się specjalistom w dziedzinie po przeczytaniu poniższych opisów w połączeniu z załączonymi rysunkami. KRÓTKI OPIS RYSUNKÓW [0010] Fig. 1 jest diagramem działań przedstawiającym typowy sposób wytwarzania nierdzewnego elementu mocującego; Fig. 2 jest widokiem schematycznym przedstawiającym typowe procedury; Fig. 3 jest diagramem działań przedstawiającym pierwszy korzystny przykład realizacji niniejszego wynalazku; Fig. 4 jest schematycznym widokiem przedstawiającym procedury z Fig. 3; 3

5 Fig. 5a i 5b odpowiednio wskazują zakres momentu obrotowego w doświadczeniu odnoszącym się do wartości momentu obrotowego i kąta; Fig. 6 jest diagramem działań przedstawiającym drugi korzystny przykład realizacji niniejszego wynalazku; oraz Fig. 7 jest widokiem schematycznym przedstawiającym nierozdzielny element mocujący z Fig. 6. SZCZEGÓŁOWY OPIS KORZYSTNYCH PRZYKŁADÓW WYKONANIA [0011] Zanim niniejszy wynalazek zostanie opisany w szczegółach, należy zauważyć, że podobne elementy są w opisie oznaczone tymi samymi oznaczeniami liczbowymi. [0012] Nawiązując do Fig. 3 i 4, sposób 3 według pierwszego korzystnego przykładu realizacji kucia na zimno wysokowytrzymałego elementu mocującego obejmuje kroki procesu przygotowania 31 do przygotowania surowego wałka lub cylindrycznego pręta 41 o pierwszej średnicy d1 wytworzonego z materiału austenitycznego serii 300, na przykład stali nierdzewnej 302 lub 304, a surowy wałek 41 jest wstępnie zgniatany przez kucie na zimno celem zredukowania pierwszej średnicy d1 o ponad 15% i wytworzenia tym samym wstępnego trzonu 42 o drugiej średnicy d2. Zakładając, że druga średnica d2 wynosi 5,5 mm, to pierwsza średnica powinna wynosić co najmniej 6,325 mm, tak aby druga średnica d2 mniejsza od pierwszej średnicy d1 pozwoliła, aby trzon 42 wytrzymał siłę większą o 1/2 względem surowego wałka 41, to znaczy trzon 42 jest poddawany maksymalnej sile ścinania wynoszącej 4065,25 funtów, znacznie większej niż przy typowym sposobie (2630 funtów). [0013] Ponadto, trzon półproduktu 42 jest kształtowany przy jego jednym końcu poprzez procedurę kształtowania łba 32, gdzie łeb 43 ma trzecią średnicę d3 większą od drugiej średnicy d2 trzonu 42. W procedurze kształtowania ostrza wiertła 33, część wiercąca 44 jest następnie kuta na zimno przy drugim końcu trzonu 42, naprzeciwko łba 43, tak aby zwiększyć twardość części wiercącej 44. Ponadto przy procedurze kształtowania gwintu 34, za pomocą walcarki do gwintów (nie przedstawionej) na trzonie 42 kształtowane jest wiele zwojów gwintu śruby 45, 4

6 tym samym uzyskuje się nierozdzielny element mocujący 4. Element mocujący 4 zwiększa swą twardość powierzchniową i wytrzymałość przechodząc z kucia na zimno podczas przygotowania 31, do kształtowania łba i ostrza wiertła 32, 33, a następnie do kształtowania gwintu 34, gdzie wywiera się wiele sił zgniatających na trzon 42. Ponadto, nierozdzielny element mocujący 4 może dodatkowo podlegać procedurze bielenia 35 celem wyczyszczenia pozostałości na jego zewnętrznej powierzchni, tym samym odzyskując podstawowe kolory surowych materiałów austenitycznych serii 300 i uzyskując jasny kolor. [0014] Ponadto, element mocujący 4 został wcześniej przetestowany w różnych obszarach i uzyskał następujące doświadczalne wartości statystyczne, zaprezentowane w tabeli poniżej: (1) Do stosowania w przemyśle konstrukcyjnym [0015] W doświadczeniu zostało wykorzystanych 8 losowo wybranych próbek elementu mocującego wykonanych według niniejszego wynalazku i zgodnych ze specyfikacją #12x35, a tabela 1 przedstawia wartości określające twardość, moment obrotowy, siłę ścinania i ciężar obciążenia podczas wkręcania: (w odniesieniu do Fig. 5a i 5b) TABELA 1 CHARAKTERYSTYKA WYNIKI ODNIESIENIE Twardość Powierzchni HV0.3 Gwint Twardość Powierzchni HV0.3 Ostrze Wiertła Siła Skrętna cal.funt Równa (Wartość Maksymalna) ~143.20kg.cm (system metryczny) Siła Ścinania 4065,25 funtów Ciężar Obciążenia 6045 funtów 5

7 (2) Do stosowania w przemyśle motoryzacyjnym [0016] W doświadczeniu zostało wykorzystanych 8 losowo wybranych próbek elementu mocującego wykonanych według niniejszego wynalazku i zgodnych ze specyfikacją M8x1.25x32 mm, a tabela 2 przedstawia wartości praktyczne w powiązaniu z typowymi poziomami: TABELA 2 CHARAKTERYSTYKA WYNIKI WARTOŚĆ STANDARDOWA Twardość Rdzenia HRC HRC Wytrzymałość na kg/mm2 110 Min.kg/mm2 Rozciąganie Osiowe Wydłużenie 12-14% 10 MIN.% [0017] Ze względu na to, że materiały austenityczne serii 300 nie mają wystarczającej wytrzymałości, standardowa wartość w TABELI 2 jest określona według wartości elementów mocujących wytworzonych z materiałów żelaznych. Jak widać w tabeli 2, wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie osiowe niniejszego wynalazku w sposób oczywisty przewyższają poziomy standardowe, poza twardością rdzenia, która plasuje się w zakresie standardu, co wskazuje że element mocujący może zostać dobrze przystosowany do wymagań motoryzacji. Wartości powyższych dwóch tabel wskazują, że niniejszy wynalazek nadaje się do wspomnianych zastosowań i zapewnia wysoką twardość i wysoką wytrzymałość. (3) Test Badania Korozji [0018] Ponadto, doświadczenie obejmuje Test Spryskiwania Solą oraz Test Kesternicha według DIN na potrzeby sprawdzenia korozji, a wyniki wskazują, że na elemencie mocującym nie pojawiają się plamy rdzy ani korozja. Tak więc, 6

8 element mocujący według niniejszego wynalazku zasadniczo uzyskuje wyższą odporność na korozję. [0019] Nawiązując do Fig. 6, drugi korzystny przykład wykonania niniejszego wynalazku wciąż obejmuje te same procedury przygotowania 31, kształtowania łba 32, kształtowania ostrza wiertła 33 i kształtowania zwojów gwintu 34. W szczególności, po procedurze kształtowania zwojów gwintu 34, może zostać przeprowadzona procedura zwiększania odporności na korozję 36, w zależności od zapotrzebowania rynku na pokrycie warstwą odporną na rdzę 46 (jak przedstawiono na Fig. 7) zewnętrznej powierzchni nierozdzielnego elementu mocującego 4 celem uzyskania wyjątkowej ochrony antykorozyjnej. [0020] W związku z powyższymi opisami, niniejszy wynalazek ma następujące zalety: 1. Wyższa wytrzymałość bez obróbki cieplnej Podczas procedury przygotowania, surowy wałek jest wstępnie zgniatany przez kucie na zimno, aby wytworzyć wstępny trzon o mniejszej średnicy, co daje w wyniku trzon o wyższej gęstości i wytrzymałości, wytrzymujący siłę o ponad 1/2 większą niż surowy wałek. Kolejne procedury kształtowania również obejmują podobne do wstępnego procesu metody kucia, tak aby uniknąć rozerwania układów cząsteczkowych materiałów austenitycznych i jednocześnie wzmocnić wytrzymałość i twardość elementu mocującego, aby zapewnić mocne wkręcanie w obiekty. 2. Skuteczna odporność na korozję i lepsze bezpieczeństwo wkręcania Ze względu na fakt, że element mocujący nie jest poddawany nawęglaniu i hartowaniu, niniejszy wynalazek pozwala na zwiększenie prędkości produkcji i redukcję kosztów wytwarzania. Ponadto, ze względu na brak procedur obróbki cieplnej, proces nie wpływa na twardość rdzenia i powierzchni elementu mocującego, a element mocujący zwiększa swoją odporność na korozję bez nawęglania, tym samym niniejsze rozwiązanie może zapewnić większe wydłużenie elementu mocującego, aby uniknąć niepożądanego pęknięcia, zwiększyć bezpieczeństwo wkręcania i uzyskać lepszy efekt odporności na korozję. 7

9 [0021] Podsumowując, niniejszy wynalazek wykorzystuje zalety kucia na zimno do wstępnego przygotowania wstępnego trzonu o większym rdzeniu i powierzchni a następnie przechodzi przez kształtowanie łba, części wiercącej i zwojów gwintu aby utworzyć nierozdzielny element mocujący o wysokiej wytrzymałości i twardości. W ten sposób niniejszy wynalazek unika typowej obróbki cieplnej, co pozwala na zmniejszenie kosztów produkcji, zwiększenie odporności na korozję i jednocześnie zwiększenie bezpieczeństwa wkręcania. [0022] Chociaż przedstawiony i opisany został przykład wykonania zgodny z niniejszym wynalazkiem, dla specjalistów w dziedzinie powinno być jasnym, że można zrealizować inne wykonania nie wykraczając poza zakres niniejszego wynalazku określony załączonymi zastrzeżeniami. 8

10 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób (3) kucia na zimno wysokowytrzymałego elementu mocującego z materiału austenitycznego serii 300, obejmujący kroki: przygotowanie (31) celem przygotowania surowego wałka (41) austenitycznego serii 300 o pierwszej średnicy (d1), który jest wstępnie zgniatany przez kucie na zimno celem zmniejszenia wspomnianej pierwszej średnicy o ponad 15% i tym samym wytworzenie wstępnego trzonu (42) o drugiej średnicy (d2) mniejszej od wspomnianej pierwszej średnicy, tym samym wspomniany trzon (42) ponad ½ siłę większą niż wspomniany surowy wałek posiadający większą gęstość i wytrzymałość do przeniesienia 41); kształtowanie łba (32) celem ukształtowania łba śruby (43) przy jednym końcu wspomnianego trzonu (42); kształtowanie ostrza wiertła (33) celem ukucia części wiercącej (44) przy drugim końcu wspomnianego trzonu (42), naprzeciwko wspomnianego łba śruby (43); oraz kształtowanie gwintu (34) w procesie ciągłego walcowania wielu zwojów gwintu (45) pomiędzy wspomnianym łbem (43) a wspomnianą częścią wiercącą (44), tym samym uzyskuje się nierozdzielny element mocujący (4). 2. Sposób według zastrz. 1, w którym po wspomnianej procedurze kształtowania gwintu (34) wykonuje się procedurę bielenia (35) celem odzyskania podstawowego koloru wspomnianych surowych materiałów austenitycznych serii Sposób według zastrz. 1, w którym po wspomnianej procedurze kształtowania gwintu (34) wykonuje się procedurę zwiększania odporności na korozję (36) polegającą na pokryciu zewnętrznej powierzchni wspomnianego nierozdzielnego elementu mocującego (4) warstwą odporną na rdzę (46) celem uzyskania ochrony korozyjnej. 9

11

12

13

14

15

16

17