Maszyna do walcowania śrub skalnych a walcowanie gwintów: dopasowanie procesu i produktu

Terminy „walcowanie śrub skalnych ” i „ walcowanie gwintów ” mogą wydawać się zamienne, ale stojące za nimi maszyny, zastosowania i wymagania produkcyjne mogą być bardzo różne. Wybór oparty wyłącznie na terminologii może spowodować, że sprzęt będzie słabo dopasowany do rozmiaru śruby, wielkości produkcji lub wymaganego profilu gwintu.

W tym przewodniku dowiesz się, czym walcowanie śrub skalnych różni się od konwencjonalnego walcowania gwintów, gdzie procesy się nakładają i do czego została zaprojektowana każda maszyna . Na koniec będziesz mieć jaśniejszą podstawę do oceny specyfikacji sprzętu i wyboru rozwiązania, które będzie pasować do Twojego produktu – a nie tylko do opisu w katalogu dostawcy.

Czym właściwie jest walcowanie wątków 

Walcowanie gwintów to proces formowania na zimno. Zamiast używać tokarki lub gwintownika do obróbki gwintu w półfabrykacie, hartowane matryce ściskają i popychają materiał na zewnątrz i do wewnątrz, aż do utworzenia gwintu. Żaden metal nie jest usuwany; jest po prostu reformowany pod wpływem matryc.

Istnieją dwie typowe konfiguracje, z którymi się spotkasz:

• Walcowanie na płasko: półfabrykat toczy się pomiędzy dwiema płaskimi, rowkowanymi matrycami, jedną nieruchomą i jedną ruchomą. Jest to powszechne w przypadku krótszych przebiegów i mniejszych średnic.

• Walcowanie w matrycy cylindrycznej (okrągłej): półfabrykat przechodzi pomiędzy dwiema lub trzema obracającymi się matrycami cylindrycznymi, co jest odpowiednie dla ciągłej produkcji na większą skalę.

Zaletą tej techniki jest przede wszystkim korzyść wynikająca z właściwości materiału. Dzięki temu, że matryce ściskają metal, a nie go przecinają, wzór słojów stali dopasowuje się do kształtu gwintu, a nie jest przez niego przecinany. 

Powstała kombinacja nieprzerwanego przepływu ziaren i efektu umocnienia przez zgniot w procesie obróbki na zimno zapewnia lepszą wytrzymałość zmęczeniową i wytrzymałość na ścinanie walcowanego gwintu w porównaniu z gwintem skrawanym o tej samej średnicy nominalnej.

Walcowanie gwintów jest podstawową techniką stosowaną do produkcji śrub, wkrętów, kołków i innych elementów złącznych o średnicach i długościach w zakresie od kilku milimetrów do kilku cali. Można go znaleźć wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba szybkiego i niezawodnego wytworzenia elementów gwintowanych.

Co maszyna do walcowania śrub skalnych robi inaczej 

Śruby do skał, znane również jako śruby kotwiące lub śruby cierne, to wydłużone stalowe pręty z żebrowanymi lub ciągłymi gwintowanymi powierzchniami, przeznaczone do osadzania w formacjach skalnych w celu ich wzmocnienia. Zastosowanie kotew skalnych można zaobserwować w podparciu stropów tuneli, szybów kopalnianych i konstrukcji ścian wyrobisk. Ogólnie rzecz biorąc, kotwy skalne są elementami nośnymi – jeśli któryś ulegnie awarii, mamy do czynienia z incydentem związanym z bezpieczeństwem, a nie problemem gwarancyjnym.

Należy zauważyć, że wszystkie różnice w konstrukcji maszyn wynikają z różnicy w przeznaczeniu tych dwóch typów elementów złącznych. W odróżnieniu od zwykłych kotew, kotwy skalne mogą osiągać długość od 1 do 6 metrów i mieć większe średnice, a także wymagają użebrowania lub gwintowania na całej długości pręta.

Walcarka do śrub skalnych jest zbudowana w oparciu o kilka wymagań, dla których nigdy nie projektowano walców do gwintów elementów złącznych:

• Obsługa długich prętów: prowadzenie szynowe i wielopunktowe systemy podparcia, które zapobiegają uginaniu się i uginaniu podczas procesu formowania.

• Formowanie na ciągłej długości: konfiguracje rolek i matryc umożliwiające formowanie żebra lub wzoru gwintu na całej długości pręta.

• Zespoły rolek i wrzecion o większej wytrzymałości: zdolne do obróbki materiału o większej średnicy i wynikającego z tego zwiększonego ciśnienia formowania.

• Kompatybilność ze zdeformowanymi profilami: większość produkowanych śrub do skał ma wzór żeber podobny do prętów zbrojeniowych, zamiast tradycyjnego gwintu.

Cechy, które naprawdę mają znaczenie dla klientów: równomierne użebrowanie/gwint na całej długości pręta, prostowanie pręta po walcowaniu i wysokie właściwości rozciągające.

Porównanie bezpośrednie 

Maszyna do walcowania śrub skalnych a maszyna do walcowania gwintów: kluczowe różnice

Różnice procesowe

Dzieje się tak dlatego, że zapasy są zróżnicowane. Rozkład siły, czas spędzony w obszarze matrycy i liczba wymaganych przejść różnią się w zależności od wielkości i średnicy półfabrykatu. Krótkie zapasy, takie jak półfabrykaty elementów złącznych, wymagają szybkiego przejścia matrycy przy niższych siłach.

Długie elementy, takie jak pręt kotwiowy, wymagają równomiernego przyłożenia sił na większym dystansie; stąd powód, dla którego walcowanie kotew skalnych jest powszechnie wykonywane przy użyciu metod walcowania wieloklatkowego lub walcowania progresywnego.

Różnice w produktach i tolerancji

Walcowanie gwintów elementów złącznych opiera się na precyzyjnych i rygorystycznych specyfikacjach dotyczących wymiarów gwintów (normy ISO i ANSI w zależności od rynku), a głównym celem jest powtarzalność w masowej produkcji.

Walcowanie śrub skalnych wymaga precyzji w odniesieniu do głębokości i skoku żeber, ale prostoliniowość i jednakowa granica plastyczności na całej długości pręta są równie, jeśli nie ważniejsze, ponieważ są to elementy konstrukcyjne.

Konstrukcja maszyn i różnice inwestycyjne

Z fotela kupującego różnica staje się poważna. Kotwy skalne wymagają większych inwestycji kapitałowych i zajmują więcej miejsca na podłodze niż wałek gwintowany elementu złącznego.

Niektórzy dostawcy próbują wykonać oba zadania na jednej maszynie. Zwykle skutkuje to późniejszymi problemami, takimi jak niższa prędkość linii, przyspieszone zużycie narzędzi lub pogorszenie jakości podczas długich serii. Jeśli Twój portfel produktów wymaga obu produktów, rozsądnie jest otrzymać wycenę dla dwóch dedykowanych maszyn.

Gdzie te dwa procesy nakładają się na siebie 

Tutaj także można dostrzec pewne podobieństwa. Jak widać, obie operacje należą do rodziny procesów formowania na zimno i dlatego mają te same zalety w porównaniu z operacją skrawania – lepszą odporność na zmęczenie dzięki ciągłemu przepływowi ziaren, brak odrzutów powstałych w wyniku tworzenia się wiórów i dłuższy czas cyklu w porównaniu do obróbki równoważnego gwintu.

Ponadto oba są w dużym stopniu zależne od precyzyjnego ustawienia matrycy; jest to kluczowy czynnik jakości w każdej operacji. Ponadto obie operacje są w dużym stopniu zależne od jakości materiału wejściowego; wszelkie różnice w średnicy pręta lub jego wykończeniu powierzchni spowodują wadliwe produkty.

Ma to znaczenie dla sposobu, w jaki powinieneś myśleć o tej decyzji: nie chodzi o to, „która technologia jest lepsza”; chodzi o to, „która maszyna pasuje do danej części”. Podstawową zasadą formowania jest ta sama rodzina procesów; wykonanie po prostu skaluje się bardzo różnie.

Jak wybrać odpowiednią maszynę dla swojej linii produktów 

Zacznij od części, a nie od maszyny

Zanim spojrzysz na pojedynczy arkusz specyfikacji, zastanów się:

• Długość i zakres średnic prętów: co właściwie wprowadzasz do maszyny?

• Wymagania dotyczące pokrycia: Czy gotowa część wymaga gwintu lub żebra na całej długości, czy tylko krótkiego odcinka gwintowanego?

• Wymagania dotyczące obciążenia i bezpieczeństwa: zastosowania konstrukcyjne i górnicze wiążą się z innymi wymaganiami dotyczącymi kontroli jakości i certyfikacji niż komercyjne elementy złączne.

Wielkość produkcji i prędkość linii

Duże serie małych elementów złącznych w porównaniu z małymi, ale cenniejszymi długimi prętami reprezentują dwa zupełnie różne modele biznesowe. Czas potrzebny na zmianę i koszt oprzyrządowania na przebieg będą miały bardzo różny wpływ na koszty jednostkowe, w zależności od wolumenów, dlatego lepiej przeanalizować liczby dotyczące konkretnego portfolio produktów, zamiast opierać się na założeniu, że prędkość jest zawsze lepsza.

Względy materialne

Stal używana na śruby do skał ma zwykle wyższą wytrzymałość na rozciąganie, podczas gdy w niektórych przypadkach do kotew do zapraw stosuje się pręty drążone. Jest to bardziej ograniczony zakres materiałów niż te stosowane w standardowych elementach złącznych. Materiały, które są twardsze lub mocniejsze, mają tendencję do szybszego zużywania się narzędzi, co w obu technologiach będzie miało różny wpływ na cykl życia i konserwację narzędzi.

Przyszła elastyczność produktu

Myślisz o późniejszej ekspansji na produkty geotechniczne lub górnicze? Być może warto już teraz rozważyć wybór sprzętu. Rozsądne może być już teraz zainwestowanie w cięższy i bardziej elastyczny sprzęt, zamiast dedykowanej linii elementów złącznych, z której wyrośniesz. 

Jeśli Twój plan działania obejmuje elementy złączne lub ogólne produkty walcowane, Grupa BMS istnieje asortyment maszyn do formowania na zimno i szerszy katalog produktów warto przejrzeć pod kątem sąsiednich potrzeb formowania, od linii płatwi i słupków po wyposażenie w profile konstrukcyjne. 

Typowe błędy popełniane przez kupujących 

Główne błędy w specyfikacji zwykle mają miejsce, gdy kupujący oceniają maszynę do walcowania jako samodzielne urządzenie, a nie jako część procesu produkcji kotew do skał. W przypadku długich, wytrzymałych śrub do skał maszyna musi odpowiadać wymiarom zapasu, geometrii gwintu, wielkości produkcji i wymaganej dokładności gotowej części. 

• Zakładając, że do długich śrub skalnych nadaje się standardowa maszyna do walcowania gwintów: Konwencjonalne walce do gwintów można zaprojektować w oparciu o krótsze elementy złączne i obrabiane elementy o różnej geometrii. Długie śruby skalne mogą wymagać większej długości roboczej, mocniejszego podparcia i konfiguracji tocznej zaprojektowanej specjalnie do danego zastosowania.

• Ignorowanie prostoliniowości pręta i spójności wymiarowej: Matryce zawsze dopasowują się do istniejącej geometrii przedmiotu obrabianego. W przypadku, gdy pręt jest wygięty, ma nierówną średnicę lub jest złej jakości, gwinty nie będą precyzyjne. Przed podjęciem decyzji o wyborze maszyny ustaw tolerancję prostoliniowości i jakości surowców.

• Porównywanie maszyn wyłącznie pod względem ceny zakupu: Patrzenie na maszyny wyłącznie na podstawie ich kosztu: Tańsza maszyna nie oznacza tańszej produkcji. Porównaj prędkość walcowania, ilość złomu, trwałość narzędzi, zużycie energii, pracochłonność i zdolność maszyny do produkcji odpowiednich kotew do skał.

• Pomijanie wymiany matryc i narzędzi: w przypadku produkcji kotew do skał o różnych średnicach, długościach i profilach staje się to kosztem cyklu produkcyjnego. Dowiedz się jak wymienia się matryce, ile czasu to zajmuje i jakie produkty można wyprodukować na danej maszynie.

• Określanie maszyny przed zdefiniowaniem gotowej śruby: Rozpocznij od rzeczywistych specyfikacji śrub do skał — średnicy pręta, długości śruby, długości gwintu, kształtu gwintu, gatunku materiału i ilości wyjściowej. Maszyny do walcowania należy wybrać zgodnie z tymi specyfikacjami, a nie odwrotnie.

Ostatnie słowa

Właściwy proces sprowadza się do części znajdującej się przed tobą: jej długości, średnicy, wymagań dotyczących pokrycia i tego, jak długo na niej jeździ pod obciążeniem. Walcowanie gwintów wygrywa pod względem szybkości i objętości w przypadku standardowych elementów złącznych. Walcowanie śrub skalnych sprawdza się tam, gdzie pręt jest długi, siły mają charakter strukturalny, a prostoliniowość i granica plastyczności są tak samo ważne, jak dokładność gwintu.

Jeśli Twoja linia produkcyjna obejmuje szerszą przestrzeń formowania na zimno, od profili płatwi i kołków po konstrukcyjne elementy walcowane, BMS Group asortyment produktów i warto przyjrzeć się doświadczeniu produkcyjnemu , a ich zespół może pomóc Ci wybrać podejście do formowania, które faktycznie pasuje do Twojej części, zanim zainwestujesz kapitał w niewłaściwą maszynę.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między walcowaniem gwintów a walcowaniem śrub do skał?

Walcowanie gwintów to ogólny proces produkcyjny, podczas którego powstają standardowe gwinty w elementach złącznych, podczas gdy walcowanie śrub skalnych to solidne i specyficzne wykorzystanie procesu walcowania gwintów przeznaczone do obsługi naziemnej w operacjach górniczych i tunelowych.

Czy jedna maszyna może wykonywać zarówno walcowanie gwintów, jak i walcowanie śrub rozporowych?

Tak, pojedynczą, solidną hydrauliczną maszynę do walcowania gwintów można wykorzystać do wykonywania zarówno standardowego walcowania gwintów, jak i walcowania śrub skalnych.

Jakie gatunki stali są używane do produkcji kotew do skał?

Kotwy do skał wykonywane są ze stali węglowych i stopowych, które są stosowane ze względu na opłacalność i wysoką wytrzymałość na rozciąganie. Są one również wykonane ze stali konstrukcyjnych w zależności od zastosowania i środowiska. Ponadto są wykonane ze stali nierdzewnej ze względu na ich wysoką odporność na korozję. 

Dlaczego przepływ ziaren jest ważny w gwintach formowanych na zimno?

Przepływ ziaren staje się bardzo ważny w gwintach formowanych na zimno (walcowanych), ponieważ pozostaje nieprzerwany i nieprzerwany wzdłuż profilu gwintu. Przepływ ziarna ma znaczenie, ponieważ zapewnia nieprzerwaną strukturę, wyższą wytrzymałość i lepszą odporność na zmęczenie, zapobiegając rozprzestrzenianiu się pęknięć pod dużymi obciążeniami cyklicznymi lub powtarzalnymi. Zapewnia również ściskanie powierzchni, chroniąc element złączny przed zużyciem i awarią. 

Jak długa jest typowa kotwa skalna?

Typowa kotwa skalna stosowana w górnictwie podziemnym i drążeniu tuneli ma długość od 2 do 3 metrów (6,5 do 10 stóp).