RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2408577 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 18.03.2010 10713307.6 (13) (51) T3 Int.Cl. B21J 7/14 (2006.01) B21J 13/02 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 12.12.2012 Europejski Biuletyn Patentowy 2012/50 EP 2408577 B1 (54) Tytuł wynalazku: Narzędzie do obróbki plastycznej, w szczególności narzędzie do kucia (30) Pierwszeństwo: 18.03.2009 DE 102009013435 18.03.2009 DE 202009003703 U (43) Zgłoszenie ogłoszono: 25.01.2012 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2012/04 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.08.2013 Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/08 (73) Uprawniony z patentu: Felss GmbH, Königsbach-Stein, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2408577 T3 FRITZ BINHACK, Bretten-Ruit, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Dariusz Mielcarski SULIMA-GRABOWSKA-SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt. 6 00-956 Warszawa 10 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).
SGS-3414/VAL EP 2 408 577 B1 Opis 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [0001] Przedmiotem wynalazku jest narzędzie do obróbki plastycznej, w szczególności narzędzie kształtujące, które ma korpus, w którym jest usytuowany co najmniej jeden element kształtujący, który przebiega jako nachylony pod pierwszym kątem nachylenia do osi środkowej tego narzędzia do obróbki plastycznej, przez co jest ustalony skos nabiegowy elementu kształtującego. [0002] Tego rodzaju narzędzie do obróbki plastycznej znane jest z opisu DE 103 28 052 B4 zgłaszającej i jest wykorzystywane do plastycznego kształtowania obrabianych przedmiotów w maszynie do obróbki plastycznej, w szczególności do kucia na kowarce. W tego rodzaju procesie obróbki plastycznej realizowanym za pomocą znanych narzędzi do obróbki plastycznej, w tak zwanej metodzie posuwu, jak też w tak zwanej metodzie wcinania powstają znaczne siły działające na obrabiany przedmiot w kierunku osiowym - zależne od pierwszego kąta nachylenia elementu kształtującego narzędzia do obróbki plastycznej, które oddziałuje na obrabiany przedmiot w kierunku promieniowym. Siły te mogą prowadzić w niekorzystny sposób do uszkodzeń na obrabianym przedmiocie, które uwidaczniają się w postaci wyboczeń lub rozpęczeń. Ponadto siła osiowa pochodząca od narzędzi do obróbki plastycznej obciąża niekorzystnie zarówno maszynę do obróbki plastycznej jak i układ posuwu obrabianego przedmiotu oraz urządzenie naprężające przytrzymujące obrabiany przedmiot, gdyż wymienione urządzenia muszą kompensować siły osiowe powstające w procesie obróbki plastycznej. Aby przeciwdziałać tym siłom osiowym, przewidziano w DE 103 28 052 B4, że element kształtujący narzędzia do obróbki plastycznej jest wyposażony w wystającą i falistą strukturę powierzchni w rodzaju reliefowej, która ma wiele wypukłości. Dzięki tej wystającej strukturze powierzchni elementu kształtującego powstaje narzędzie do obróbki plastycznej, które charakteryzuje się tym, że przedmioty obrabiane takim narzędziem odznaczają się wysoką jakością powierzchni obrabianego obszaru. Jednak pożądane jest dalsze zmniejszenie obciążeń powodowanych przez siły osiowe występujące w procesie obróbki plastycznej. [0003] Zadaniem tego wynalazku jest takie rozwinięcie narzędzia do obróbki plastycznej określonego wyżej rodzaju, żeby poprzez to zgodne z wynalazkiem narzędzie do obróbki plastycznej można było uzyskać zmniejszenie sił osiowych. [0004] Zadanie to jest rozwiązywane zgodnie z wynalazkiem poprzez to, że na powierzchni elementu kształtującego przebiegającego skośnie pod pierwszym kątem nachylenia jest ukształtowana zagłębiona struktura powierzchniowa, która ma co najmniej jedno wgłębienie z opadającym zboczem, i że opadające zbocze tego wgłębienia ma drugi kąt nachylenia względem wyznaczonego przez pierwszy kąt nachylenia skosu nabiegowego elementu kształtującego, przy czym ten drugi kąt nachylenia jest zorientowany jako przeciwstawny do pierwszego kąta nachylenia i jego wartość bezwzględna jest większa od lub równa wartości bezwzględnej pierwszego kąta nachylenia. [0005] Poprzez takie zgodne z wynalazkiem środki uzyskuje się w korzystny sposób to, że na powierzchni elementu kształtującego znajduje się co najmniej jedno, ale korzystnie wiele wgłębień, których opadające zbocze jest bardziej nachylone niż element kształtujący, i jest zorientowane przeciwnie do jego nachylenia. Tym samym uzyskuje się to, że po zadziałaniu na obrabiany przedmiot promieniowych sił kształtujących, opadające zbocza wgłębień przejmują składową osiową siły, tak że następuje zmniejszenie sił osiowych działających w urządzeniu posuwowym maszyny do obróbki plastycznej. [0006] Korzystne rozwinięcie wynalazku przewiduje, że co najmniej jedno wgłębienie, ale korzystnie wszystkie wgłębienia struktury powierzchniowej elementu kształtującego są usytuowane prostopadle lub zasadniczo prostopadle do jego rozciągłości wzdłużnej. Te środki mają tę zaletę, że tego rodzaju usytuowanie wgłębień zgodnej z wynalazkiem struk-
2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 tury powierzchniowej działa tak, że tylko bardzo małe obciążenie skręcające jest przenoszone na obrabiany przedmiot, który powstaje w ten sposób, że pracujące narzędzie do obróbki plastycznej podczas procesu obróbki plastycznej obraca się w kierunku obwodowym wokół nieruchomego obrabianego przedmiotu. Dlatego wgłębienia usytuowane prostopadle do rozciągłości wzdłużnej, i tym samym do kierunku posuwu obrabianego przedmiotu, powodują w korzystny sposób nie tylko zmniejszenie sił osiowych lecz także to, że narzędzie do obróbki plastycznej nie wprowadza lub wprowadza tylko nieznaczną siłę skręcającą na obrabiany przedmiot. [0007] Dalsze korzystne rozwinięcie wynalazku przewiduje, że co najmniej dwa wgłębienia struktury powierzchniowej elementu kształtującego zgodnego z wynalazkiem narzędzia do obróbki plastycznej przebiegają równolegle lub zasadniczo równolegle do siebie. Tego rodzaju rozwiązanie jest korzystne, gdyż pozwala z kolei zmniejszyć obciążenie skręcające obrabianego przedmiotu przez zgodne z wynalazkiem narzędzie do obróbki plastycznej, a w szczególności wtedy, gdy w następnym korzystnym rozwinięciu wynalazku przewidziano, że co najmniej dwa wgłębienia struktury powierzchniowej co najmniej jednego elementu kształtującego mają zasadniczo przebieg prostoliniowy. [0008] Dalsze korzystne rozwinięcie wynalazku przewiduje, że co najmniej dwa wgłębienia struktury powierzchniowej zgodnego z wynalazkiem narzędzia do obróbki plastycznej są usytuowane skośnie do rozciągłości wzdłużnej elementu kształtującego. Tak więc na obrabiany przedmiot działa wprawdzie wywierane przez zgodne z wynalazkiem narzędzie do obróbki plastycznej większe obciążenie skręcające niż to ma miejsce w przypadku wgłębień usytuowanych prostopadle do rozciągłości wzdłużnej elementu kształtującego i tym samym do kierunku posuwu obrabianego przedmiotu. Jednak zaletą skośnego usytuowania wgłębień struktury powierzchniowej jest to, że w przypadku obrabianych przedmiotów odpornych na występujące obciążenie skręcające, można osiągnąć jeszcze większe zredukowanie sił osiowych działających na urządzenie posuwowe i tym samym zwrócone przeciwnie do kierunku posuwu maszyny do obróbki plastycznej. [0009] Dalsze korzystne rozwinięcia wynalazku są przedmiotem zastrzeżeń zależnych. [0010] Dalsze szczegóły i zalety wynalazku wynikają z przykładu wykonania, który jest opisany poniżej na podstawie Figur. Przedstawiają one: Figura 1: widok z przodu przykładu wykonania, Figura 2: przekrój podłużny narzędzia do obróbki plastycznej z Figury 1 wzdłuż linii II-II, Figura 3: schematyczne odwzorowanie struktury powierzchniowej, i Figura 4: schematyczne odwzorowanie głowicy narzędziowej kowarki z narzędziem do obróbki plastycznej z Figur 1 do 3. [0011] Zanim zostanie szczegółowo opisany przedstawiony na Figurach 1 do 3 przykład wykonania narzędzia do obróbki plastycznej, oznaczonego ogólnie przez 12, zostaną tu objaśnione podstawowe operacje kształtowania plastycznego wykonywane za pomocą tego rodzaju narzędzia: Na Figurze 4 pokazano oznaczoną ogólnie przez 1 głowicę kowarki, a więc głowicę narzędziową maszyny do obróbki plastycznej, która jak wiadomo ma wał zgniotowy 2 - w przedstawionym przypadku - z czterema przesuwnymi promieniowo modułami zgniotowymi. Każdy moduł zgniotowy ma popychacz zgniotowy 10, który na swoim zewnętrznym promieniowo końcu ma bieżnię 4, która jest uderzana cyklicznie przez wałki naciskowe 6 osadzone w koszu wałkowym 5, przy czym wał zgniotowy 2 i/lub kosz wałkowy 5 są napędzane obrotowo przez pierścień zewnętrzny 7. Przy tym wałki naciskowe 6 opierają się na pierścieniu zewnętrznym 7. Moduły zgniotowe mają oprócz popychacza zgniotowego 10 także płytę wyrównawczą 11 i każdorazowo narzędzie 12 do obróbki plastycznej. Tego rodzaju głowica 1 kowarki jest znana i dlatego nie trzeba jej tu bliżej opisywać. [0012] Aby z wyjściowego obrabianego przedmiotu w postaci rury lub pręta uzyskać produkt końcowy, który w pierwszej strefie ma nadal nie zredukowaną średnicę wyjściowego obrabianego przedmiotu, w drugiej strefie ma zredukowaną średnicę względem średnicy
3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 wyjściowej w wyniku obróbki plastycznej, a między pierwszą i drugą strefą ma strefę przejściową, w której średnica zewnętrzna obrabianego przedmiotu wzrasta stale od zredukowanej średnicy do średnicy wyjściowej, a więc przy końcu obrabianego przedmiotu w kierunku osiowym jest obecna przebiegająca skośnie strefa przejściowa, postępuje się w znany sposób tak, że narzędzie 12 do obróbki plastycznej jak przedstawiono na Figurze 2 - ma na korpusie 12' tego narzędzia 12 do obróbki plastycznej usytuowany element kształtujący 21, który jest usytuowany jako nachylony pod określonym pierwszym kątem α 1 do osi środkowej M narzędzia 12 do obróbki plastycznej i tym samym do kierunku posuwu obrabianego przedmiotu. Ukształtowane w tym rodzaju narzędzie 12 do obróbki plastycznej jest również znane jako takie i nie trzeba go tu dokładniej opisywać. Należy tylko wspomnieć, że promieniowa siła odkształcania, która jest wytwarzana przez to narzędzie do obróbki plastycznej, wskutek skośnego usytuowania elementu kształtującego 21, wywołuje siłę działającą w kierunku osiowym obrabianego przedmiotu, która obciąża obrabiany przedmiot i musi być kompensowana przez urządzenie posuwowe (nie pokazane) maszyny do obróbki plastycznej, poprzez które obrabiany przedmiot jest przesuwany podczas procesu obróbki plastycznej. [0013] Aby można było lepiej kompensować te siły osiowe i tym samym zmniejszyć obciążenie osiowe obrabianego przedmiotu, które może prowadzić do jego wyboczenia i rozpęczania, jak również dalej zmniejszyć urządzenie posuwowe, w opisanym tu narzędziu 12 do obróbki plastycznej przewidziano, że na powierzchni 21' elementu kształtującego 21 przewidziano usytuowaną jako zagłębioną względem powierzchni 21' strukturę powierzchniową 22, która ma co najmniej jedno wgłębienie 23, ale z reguły ma wiele wgłębień 23 (patrz Figura 2). Dokładne ukształtowanie struktury powierzchniowej 22 jest jednak objaśnione na podstawie Figury 3, na której jest przedstawiony jej przykład. Trzeba podkreślić, że zaznaczone tam kąty, promienie i inne wymiary, a także dokładny przebieg tej struktury powierzchniowej 22 mają tylko charakter przykładowy, co dotyczy także poniższego opisu: [0014] Figura 3 przedstawia przekrój struktury powierzchniowej 22 pokazanej na Figurze 2. Można tu zauważyć powierzchnię 21' elementu kształtującego 21 narzędzia 12 do obróbki plastycznej i ponadto można zauważyć, że struktura powierzchniowa 22 nie jest nałożona na powierzchnię 21' - jak w przypadku objaśnionego wyżej znanego narzędzia do obróbki plastycznej, a więc jest ukształtowana jako wystająca. Co więcej przewidziano, że wgłębienia 23 są usytuowane na powierzchni 21' elementu kształtującego 21. W opisanym tu przypadku skos nabiegowy S elementu kształtującego 21, a więc pierwszy kąt nachylenia względem osi środkowej M narzędzia wynosi α 1 = 10º. Każde z wgłębień 23 ma jedno opadające zbocze 23a i jedno wznoszące się zbocze 23b, przy czym - jak to widać także na Figurze 4 - opadające zbocze 23a wgłębienia 23 przebiega jako nachylone względem skosu nabiegowego S pod drugim kątem nachylenia (tu:) α 2 = 29º. Tak więc nachylenie zboczy 23a względem osi środkowej M ma wartość α 2 -α 1. Nachylenie opadających zboczy 23a wgłębień 23 jest zorientowane przeciwnie do wyznaczonego przez pierwszy kąt nachylenia α 1 ustalonego skośnego przebiegu elementu kształtującego 21, a więc wartość bezwzględna drugiego kąta nachylenia α 2 jest większa niż odnośna wartość pierwszego kąta nachylenia α 1 narzędzia 12 do obróbki plastycznej. Takie przeciwstawne zorientowanie nachylenia elementu kształtującego 21 i opadających zboczy 23a wgłębień 23 powoduje to, że siły osiowe wywoływane przez moduły zgniotowe są przejmowane częściowo przez narzędzie 12 do obróbki plastycznej i dlatego nie działają już na obrabiany przedmiot i/lub urządzenie posuwowe maszyny do obróbki plastycznej, gdyż te siły osiowe są przejmowane przez zbocza 23a przebiegające jako zorientowane przeciwstawnie do nachylenia elementu kształtującego 21. Tak więc opadające zbocza 23a wgłębień 23 tworzą coś w rodzaju opory dla tych sił osiowych i odprowadzają je na narzędzie 12 do obróbki plastycznej: Poprzez uderzanie przedmiotu obrabianego 12 przez moduły zgniotowe 10 fragmenty materiału tego obrabianego przedmiotu leżące nad tymi wgłębieniami 23 ustępują do nich, tak że
4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 opadające zbocza 23a wgłębień 23 uderzają na obrabiany przedmiot w kierunku posuwu. [0015] Z powyższego opisu staje się jasne dla znawcy, że przytoczone tu przykładowo wartości pierwszego kąta nachylenia α 1 = 10º i drugiego kąta nachylenia α 2 = 29º mają przykładowy charakter. Istotne jest tylko to, że zbocza 23a opadają względem skosu nabiegowego S tak, że wartość bezwzględna drugiego kąta nachylenia α 2 jest większa od lub równa bezwzględnej wartości pierwszego kąta nachylenia α 1. [0016] W tym miejscu trzeba też zaznaczyć, że pokazana na Figurze 3 struktura powierzchniowa 22 nie musi mieć przebiegu falistego. Jest np. również możliwe, że wgłębienia 23 są wykonane jako piłokształtne, przy czym wtedy przebiegające prostoliniowo opadające zbocze 23a tego rodzaju zębów piły przejmuje częściowo siły osiowe. [0017] Jak widać na Figurze 2, struktura powierzchniowa 22 ma co najmniej jedno, ale w praktyce ma wiele wgłębień 23, które korzystnie są usytuowane równolegle albo zasadniczo równolegle do siebie i - znów korzystnie - są ukierunkowane zasadniczo prostopadle do kierunku wzdłużnego narzędzia 12 do obróbki plastycznej, i tym samym do kierunku V posuwu obrabianego przedmiotu. Jest również możliwe, że co najmniej jedno z wgłębień 23 nie przebiega - jak pokazano na Figurach - prostopadle do kierunku wzdłużnego narzędzia 12 do obróbki plastycznej, lecz przebiega skośnie do niego pod określonym kątem. [0018] Podsumowując trzeba stwierdzić, że dzięki opisanemu kształtowi narzędzia 12 do obróbki plastycznej z usytuowaną jako zagłębiona strukturą 22, w powiązaniu z opisanym ukształtowaniem wgłębień 23 i w szczególności ich opadających zboczy 23a może być utworzone narzędzie 12 do obróbki plastycznej, które charakteryzuje się tym, że pozwala uzyskać znaczne zmniejszenie sił osiowych działających na obrabiany przedmiot i/lub na urządzenie posuwowe maszyny do obróbki plastycznej. Zastrzeżenia patentowe 1. Narzędzie do obróbki plastycznej, w szczególności narzędzie kształtujące, które ma korpus (12'), w którym jest usytuowany co najmniej jeden element kształtujący (21), który przebiega jako nachylony pod pierwszym kątem nachylenia (α 1 ) do osi środkowej (M) narzędzia (12) do obróbki plastycznej, przez co jest ustalony skos nabiegowy (S) elementu kształtującego (21), znamienne tym, że na powierzchni (21') elementu kształtującego (21) przebiegającego skośnie pod pierwszym kątem nachylenia (α 1 ) jest ukształtowana zagłębiona struktura powierzchniowa (22), która ma co najmniej jedno wgłębienie (23) z opadającym zboczem (23a), i że opadające zbocze (23a) tego wgłębienia (23) ma drugi kąt nachylenia (α 2 ) względem wyznaczonego przez pierwszy kąt nachylenia (α 1 ) skosu nabiegowego (S) elementu kształtującego (21), przy czym ten drugi kąt nachylenia jest zorientowany jako przeciwstawny do pierwszego kąta nachylenia (α 1 ) i jego wartość bezwzględna jest większa od lub równa wartości bezwzględnej pierwszego kąta nachylenia (α 1 ). 2. Narzędzie do obróbki plastycznej według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że struktura powierzchniowa (22) jest ukształtowana faliście. 3. Narzędzie do obróbki plastycznej według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że co najmniej jedno wgłębienie (23) jest wykonane jako piłokształtne. 4. Narzędzie do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że co najmniej dwa wgłębienia (23) struktury powierzchniowej (22) co najmniej jednego elementu kształtującego (21) narzędzia (12) do obróbki plastycznej są usytuowane zasadniczo równolegle do siebie. 5. Narzędzie do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że co najmniej jedno wgłębienie (23) struktury powierzchniowej (22) co najmniej jednego elementu kształtującego (21) narzędzia (12) do obróbki plastycznej jest usytuowane zasadniczo prostopadle do kierunku wzdłużnego narzę-
5 5 10 15 dzia (12) do obróbki plastycznej. 6. Narzędzie do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że co najmniej jedno wgłębienie (23) struktury powierzchniowej (22) co najmniej jednego elementu kształtującego (21) narzędzia (12) do obróbki plastycznej przebiega zasadniczo prostoliniowo w kierunku prostopadłym do kierunku (V) posuwu obrabianego przedmiotu. 7. Narzędzie do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że co najmniej jedno wgłębienie (23) struktury powierzchniowej (22) co najmniej jednego elementu kształtującego (21) narzędzia (12) do obróbki plastycznej jest ukształtowane jako zakrzywione albo faliście. 8. Narzędzie do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń, znamienne tym, że co najmniej jedno wgłębienie (23) struktury powierzchniowej (22) co najmniej jednego elementu kształtującego (21) narzędzia (12) do obróbki plastycznej jest usytuowane skośnie do kierunku wzdłużnego narzędzia (12) do obróbki plastycznej. 9. Maszyna do obróbki plastycznej, w szczególności kowarka, która ma narzędzie (12) do obróbki plastycznej oddziałujące promieniowo na obrabiany przedmiot, znamienna co najmniej jednym narzędziem (12) do obróbki plastycznej według jednego z poprzednich zastrzeżeń. Uprawniony: Pełnomocnik: Felss GmbH mgr inż. Dariusz Mielcarski Rzecznik patentowy
6
7
8
9 DOKUMENTY CYTOWANE W OPISIE Ta lista dokumentów cytowanych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i nie jest częścią składową europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z dużą starannością; Europejski Urząd Patentowy nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki. Dokumenty patentowe cytowane w opisie DE 10328052 B4 [0002]