Mechanik vezme kovový polotovar, soustružík pouzdro a za měsíc uzel opět klepá: ocel je těžká, koroduje a přenáší náraz na uložení. Gumový analog na soustruhu nevytočíte a kapronový díl praská pod rázovým zatížením. Polyuretanová kulatina zaplňuje tuto niku: snadno se z ní soustružejí díly požadovaného tvaru, které slouží násobně déle než guma a lépe snáší náraz než tuhý plast. Rozebereme, co se vyrábí z tyčí, jak polyuretan vypadá oproti jiným materiálům v číslech a jak objednat kulatinu na rozměr.
Co je polyuretanová kulatina a k čemu slouží
Polyuretanová kulatina je litá válcová tyč, polotovar pro mechanické obrábění. Z tyče se na soustruhu vyrábějí pouzdra, kroužky, válečky, ozubená kola, vedení, tlumiče a silentbloky. Kulatina je potřebná tehdy, když je díl jednodušší a levnější vysoustružit z hotového polotovaru, než vyrábět samostatnou licí formu, zejména pro kusové nebo nestandardní díly.
Materiál se dobře obrábí řezáním: řeže se, vrtá, brousí a soustružejí bez třísek a otřepů charakteristických pro křehké plasty. To umožňuje mechanikovi rychle zhotovit díl požadované geometrie přímo na místě, pokud má na skladě zásobu tyčí. Pro opravárenské oddělení to znamená možnost vyměnit opotřebovaný uzel bez čekání na lití samostatného dílu.
Kulatina se vyrábí technologií volného lití, proto jsou dostupné různé průměry a délky pro konkrétní úkoly. Spolu s tyčemi závod odlévá i hotové výrobky: pokud je díl složitý, je jednodušší ho objednat odlitý na rozměr, než soustružit. Úplný přehled výrobků je shromážděn v katalogu polyuretanových výrobků.
Volba mezi soustružením z tyče a litím hotového dílu závisí na geometrii a množství. Jednoduché tělesa otáčení, pouzdra, kroužky, válečky, je výhodné soustružit z kulatiny, zejména pokud je potřeba jeden díl nebo několik kusů. Složitý profil, díl s výztuží nebo sériová dávka je téměř vždy levnější v litím, protože forma se amortizuje na sérii a mechanické obrábění každého kusu odpadá. Mechanik drží zásobu tyčí pro naléhavé opravy a plánované sériové díly objednává odlité.
Vlastnosti tyčí a proč nahrazují kov
Hlavní výhoda polyuretanové kulatiny oproti kovovému polotovaru spočívá v kombinaci otěruvzdornosti, nízké hmotnosti a elasticity. Díl z polyuretanu slouží déle než gumový, je lehčí než ocelový a na rozdíl od kapronu nepraská pod nárazem. To dělá tyč univerzálním polotovarem pro uzly pracující na opotřebení a cyklické zatížení.
Dle obrušování DIN 53516 litý polyuretan ztrácí 38-39 mm³ oproti 100-200 mm³ u gumy SBR, tedy opotřebovává se několikanásobně pomaleji, a v praxi životnost dosahuje přibližně desetinásobku oproti standardní gumě. Hustota 1,05-1,25 g/cm³ oproti 7,7-7,9 u oceli znamená, že vysoustružený díl vychází 6-7× lehčí než kovový analog, přičemž nekoroduje a tlumí vibrace.
Pracovní rozsah -60 do +100 °C umožňuje montovat díly jak do vnějších uzlů, tak do vytápěných provozů. Tvrdost se volí v rozsahu 50 Shore A do 70 Shore D: měkké typy jdou na tlumiče a těsnění, tuhé na pouzdra, kola a vedení. Elasticita odrazu 34-61 % zajistí návrat tvaru po zatížení, čehož tuhý kapron nedosahuje. Podrobnosti o fyzice materiálu viz sekce referenční informace.
Polyuretanová kulatina oproti oceli, kapronu a gumě
| Materiál | Obrušování DIN 53516, mm³ | Pracovní t, °C | Tvrdost | Pevnost v tahu, MPa | Hustota, g/cm³ |
|---|---|---|---|---|---|
| Polyuretan TIMOL | 38-39 | -60 do +100 | 85A-95A | 39-87 | 1,05-1,25 |
| Kapron PA6/PA66 | 30-90 | -40 do +100 | 75D - 85D | 60-85 | 1,13-1,15 |
| UHMW-PE | 15-30 | -200 do +80 | 60D - 70D | 17-45 | 0,93-0,95 |
| Guma SBR | 100-200 | -40 do +80 | 40A - 80A | 8-20 | 0,94-1,1 |
| Konstrukční ocel | n/a | -40 do +500 | 120-250 HB | 370-700 | 7,7-7,9 |
Polyuretan kombinuje nízké obrušování s elasticitou, jíž tuhé plasty postrádají. Kapron se blíží v obrušování, ale má malý odraz, proto praská pod nárazem. UHMW-PE má ještě nižší obrušování, ale deformuje se pod trvalým zatížením a nedrží přesný rozměr, přičemž jeho elasticita je minimální. Ocel vyhrává jen v pevnosti v tahu, ale je 6-7× těžší, koroduje a přenáší náraz. Pro rázové a vibrační uzly dává polyuretanová kulatina nejlepší rovnováhu.
Rada inženýra: pro soustružené pouzdra a kola pracující s přesahem uložení volte tužší typy blíže Shore D, protože měkká tyč hůře drží rozměr po obrábění a dává větší zbytkovou deformaci pod zatížením. Při soustružení nepoháněte stroj na vysokých otáčkách: polyuretan se hřeje a teče pod nástrojem, proto je lepší nižší rychlost a ostrý nůž s dobrým odváděním třísek.
Obrábění a montáž dílů z kulatiny
Polyuretanová kulatina se dobře obrábí mechanicky, ale má svá specifika řezání. Materiál je houževnatý a hřeje se pod nástrojem, proto se pracuje ostrým nástrojem při mírných otáčkách s dobrým odváděním třísek, jinak se povrch taví a teče. Pro přesný rozměr se nechá polotovar vytemperovat na teplotu provozu před dokončovacím průchodem, protože teplý polyuretan po ochlazení mírně mění geometrii.
Hotový díl se montuje do uzlu standardními uloženími. Pouzdra a kroužky se nasazují na hřídel, válečky se montují na osy, vedení se uchycují v dostupných drážkách. Pro díly s přesahem uložení se volí tužší typy blíže Shore D, které se méně deformují pod silou a přesněji drží rozměr. Protože polyuretan je pružný, při výpočtu uložení se zohledňuje jeho schopnost stlačení: nadměrný přesah vytváří zbytečné tření a ohřev za provozu.
Jak objednat polyuretanovou kulatinu
Pro objednávku tyčí uveďte průměr, délku a požadovanou tvrdost dle Shorea. Pokud budete díl soustružit samostatně, vezměte přídavek na průměr pro obrobení. Pokud je díl složitý nebo je potřeba série, je výhodnější objednat hotové výrobky odlité na rozměr dle výkresu nebo opotřebovaného vzorku, než každý kus soustružit zvlášť.
Závod vyrábí kulatinu a díly technologií volného lití, proto jsou dostupné nestandardní rozměry bez drahého nářadí. To je výhodné pro opravárenské služby, které potřebují rychle obnovit opotřebovaný uzel, a pro provozy přecházející z kovu nebo gumy na polyuretan.
Pokud nahrazujete kovový nebo gumový díl polyuretanovým, zašlete opotřebovaný vzorek nebo výkres spolu s popisem provozních podmínek. Ze vzorku technolog určí, jaká tvrdost a receptura dají požadovanou životnost, a poradí, zda je výhodnější díl soustružit z tyče nebo odlít na rozměr. Tento přístup vyloučí opakování chyby, kdy se nový uzel osadí se stejnými charakteristikami, kvůli nimž se předchozí díl opotřeboval.
Pro výpočet dle výkresu, výběr tvrdosti a objednávku tyčí nebo hotových dílů se obraťte prostřednictvím kontaktů závodu TIMOL. Inženýři pomohou určit optimální průměr polotovaru, zvolí typ dle zatížení a zorganizují výrobu pro váš uzel.