Procédé et machine pour la fabrication d'une soupape à tête et tige creuses, et soupape obtenue au moyen de ce procédé. La présente invention se rapporte à un procédé pour la fabrication d'une soupape à tête et tige creuses, dans laquelle les fibres du métal ne sont pas coupées, au moins dans la partie périphérique de la tête.
L'invention se rapporte également à une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé et à une soupape obtenue au moyen de ce procédé.
Il est connu de faire les soupapes desti nées aux moteurs poussés tels que ceux em ployés dans l'aviation, par exemple, en acier spécial tel que l'acier austénitique et de les creuser, intérieurement, afin de pouvoir rem plir la cavité centrale ainsi obtenue avec un corps très conducteur de la chaleur, tel que le sodium par exemple, qui constitue une voie d'écoulement des calories.
Jusqu'ici, les soupapes de ce genre étaient faites en partant d'une ébauche métallique dans laquelle étaient découpées par usinage les formes de la pièce définitive. Ces procédés usuels de fabrication ont pour inconvénient, d'une part, que les fibres du métal sont fran chement coupées même dans la partie péri phérique de la tête qui comprend la portée de la soupape et qui est soumise à de fortes sol licitations mécaniques et thermiques, de sorte que les multiples points de coupure des fibres du métal en cet endroit y facilitent l'amorce de ruptures et y sont la cause d'une vulné rabilité plus grande aux actions corrosives et, d'autre part, qu'il est difficile de réaliser, en raison du faible diamètre de la tige de sou pape,
une cavité centrale qui s'étende sur la presque totalité de la tête de soupape elle- même, ce -qui réduit la quantité du corps con ducteur chargé de dissiper les calories et l'étendue de la surface soumise à son action.
Le procédé selon l'invention est caracté- risé en ce qu'on forme un godet cylindrique par déformation à partir d'une paroi métalli que, mince, d'épaisseur uniforme et dont les fibres s'étendent parallèlement à la surface de ladite paroi, qu'on soumet ensuite la paroi latérale dudit godet à une opération de ré treinte en plusieurs passes de façon à former la tige et la tête de la soupape, la tête étant formée à partir du fond du godet et de la région de sa paroi latérale voisine de ce fond.
La machine à rétreindre que comprend également l'invention et qui comporte des matrices est caractérisée en ce qu'elle com prend un dispositif de maintien et de cen trage du godet susdit. disposé devant l'entrée des matrices, ledit dispositif comportant au moins un organe escamotable, en fin de passe, pour libérer l'ébauche de soupape et lui per mettre de s'engager complètement entre les matrices.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exein- Ales, quelques formes d'exécution du procédé selon l'invention et représente, partiellement, également à titre d'exemple, deux formes d'exécution d'une machine à rétreindre pour la mise en oeuvre de ces formes d'exécution du procédé.
Les fig. 1 à. 4 sont des vues schématiques illustrant quatre phases successives d'une forme d'exécution du procédé dans laquelle on part d'un flan.
Les fig. 5 et 6 illustrent des phases sup plémentaires d'usinage et de rétreinte de cette forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue de face du dispo sitif de maintien et de centrage de la pre mière forme d'exécution de. la machine à ré- treindre.
La fig. $ est une coupe par VIII-VIII de la fia. 7.
La fig. 9 montre une coupe faite .suivant, la ligne IX-IX de la, fig. 10 de la seconde forme d'exécution de la. machine.
La fig. 10 est une vue de face de cette machine à rétreindre montrant la disposition des matrices, Les fig. 11 .à 14 illustrent les première phases d'une seconde forme d'exécution du procédé, dans laquelle on part d'un tube cylindrique à paroi mince. La fig. I@ représente, en coupe, une :sou pape creuse terminée comportant une garni ture rapportée.
La fi-. 16 illustre une opération supplé mentaire de rétreinte perniettaut d'obtenir la soupape représentée fig. 17.
Voici, par exemple, comment on pourrait mettre en #uvre le procédé selon l'invention (voir les fi-. 1 à, 6): On part d'un godet cylindrique 1 (fig. 1), obtenu par emboutis sage à chaud ou à froid en plusieurs passes d'un flan d'acier austénitique la, plan. circu laire, mince et découpé dans de la tôle ou du feuillard. Ce flan est ainsi d'épaisseur uniforme, et les fibres du métal s'étendent parallèlement à ses faces.
On soumet ensuite ce godet dans une machine à rétreindre à, dif férentes passes (exécutées à chaud ou à froid) de manière à obtenir successivement les trois profils représentés aux fig. 2,<B>3</B> et 4. An cours de ces phases, on constitue par rétreinte de la paroi latérale 3- du godet 1, à la fois la tête de la soupape et la tige 3; la tête est ainsi constituée par le fond du godet et par les parties de sa paroi latérale adjacente à ce fond.
Le nombre des passes et la forme des profils dépendant évidemment de la nature du métal, d'une part, et de la, forme et des dimensions de la soupape terminée, d'autre part.
Il ressort en. particulier de la fig. 4 que, du fait que l'on n'a pas inséré un mandrin cylin drique dans la cavité 4 de l'ébauche au cours (le la rétreinte, on obtient t;par suite de la di minution du diamètre de la tige) une paroi de tige 3 et de collet 6 sensiblement plus épaisse que la paroi ?' du godet 1 de la fi g. 1.
Cette surépa.isseur de la tige est inutile au point= de vue de la résistance de la soupape et elle est nuisible du fait de Face roisseinent de poids qu'elle provoque.
L'opération suivante (fig. 5) consisic donc à enlever au tour cette surépaisseur, coininc indiqué en pointillés en 3a, à l'exception de l'extrémité 5 de la- tige 3, et., éventuellement. (lu collet 6- dont le renforcement est parfois désirable au point de vue mécanique. <B>De</B> toute façon, les parties périphériques de la tête ne sont pas touchées, de sorte que leurs fibres ne sont pas coupées.
Pour fermer la cavité de la soupape, il suffit ensuite de rétreindre l'extrémité 5 pour amener son diamètre extérieur à égalité avec le diamètre de la tige usinée, d'une manière en soi connue (fig. 6).
On sectionne enfin la partie extrême de la tige suivant la ligne a-b et la soupape est alors terminée. On peut toutefois, si on le dé sire, munir la portée annulaire tronconique de la tête de soupape d'une garniture 7 (fig. 15) logée dans une gorge 8. de ladite tête; la garniture peut être en fonte au tung stène ou autre métal ou alliage approprié, par exemple en alliage vendu sous le nom commercial de "stellitte".
La gorge 8, nécessaire à la fixation de cette garniture, peut être formée au cours des opérations précédentes de rétreinte en don nant des profils correspondants aux matrices; on peut également la former par une rétreinte supplémentaire en matrices fermées 9, c'est-à- dire dans des matrices entourant complète ment l'ébauche qui ne peut être extraite que 'par la séparation des matrices, dans une ma chine à rétreindre à mâchoires ouvrantes (fig. 16), ou former cette gorge par tout autre moyen connu à l'exception d'un usi nage qui couperait les fibres du métal.
La difficulté qui se présente lorsqu'on veut opérer les passes des fig. 2 à 4 dans une machine à rétreindre ordinaire réside dans l'impossibilité de faire saisir ou agrip per la partie .de l'ébauche devant constituer la tête de soupape.
La machine à rétreindre représentée aux fig. 7 et & , -et qui peut être utilisée pour mettre en aeuvre la forme d'exécution du pro cédé qui vient d'être -décrite, remédie à cet convénient. A cet effet, elle comporte un dis positif de maintien -et de centrage compre= nant un bâti circulaire 10, dans des glissières radiales 11 duquel peuvent coulisser des mâchoires 12 constituant -des organes escamo tables, en fin de passe, pour libérer l'ébauche de la soupape.
Un ressort 13,, logé à l'inté rieur de chacune de ces mâchoires, tend cons- tamment à la pousser vers. le centre. Sur une portée cylindrique 14 du bâti 10 peut tourner une couronne 15 dont la périphérie présente autant de rampes l'6 formaht cames qu'il y a de mâchoires 12. Chacune de ces rampes coopère avec un galet 17, porté par la mâ choire correspondante, pour écarter celle-ci du centre lorsqu'on fait tourner la couronne 15 dans le sens -de la flèche f en agissant sur un levier 18' qui en est solidaire.
Le dispositif ainsi constitué est fixé au bâti de la machine à rétreindre par un sup port 19 et,centré sur l'axe de cette machine, devant les matrices 20. En utilisant la ma chine; on engage l'ébauche -de soupape 2,1 entre les mâchoires 12 écartées et entre les matrices 20, puis on resserre les mâchoires 12 en agissant sur le levier 18 en sens inverse de la flèche f, de sorte que les mâchoires enserrent élastiquement la tige de la soupape ébauchée.
On fait alors avancer le poussoir M' (qui peut, par exemple, être commandé pneumati- quement) de la machine à rétreindre: la tige de la soupape 21' s'engage progressivement entre les matrices 2o, en restant maintenue et centrée par les mâchoires 12 jusqu'à ce que celles-ci soient écartées, à l'encontre de l'action des ressorts 13, par la tête,de la sou pape 2!1 qui vient agir sur des rampes 23, des mâchoires 12.
La tête peut ainsi passer et s'engager toute entière entre les matrices, jusqu'à ce que le poussoir 2'2' vienne presque au contact des matrices; le centrage de la soupape par les mâchoires 12 n'est plus alors nécessaire, car il est assuré par les matrices elles-mêmes.
Pour mettre en aeuvre la forme d'exécu tion du procédé qui vient d'être décrite, on pourrait aussi utiliser la machine à rétreindre montrée aux fig. 9 et 10. Cette machine com prend un dispositif de maintien et de centrage monté sur le poussoir 212 de cette machine (fig. 9).
Ce dispositif .comporte simplement un manchon cylindrique 24 qui peut coulis ser sur l'extrémité du poussoir, un ressort 25 tendant constamment à pousser ce manchon dans une position oû il fait saillie sur l'extré mité du poussoir 22 vers les matrices ?t).
Il suffit alors d'engager la tête de l'ébau che 21 dans la cavité ainsi formée à l'extré mité du poussoir, qui a sensiblement le même diamètre que cette tête, puis de faire avan cer celui-ci en engageant la queue de l'ébau che entre les matrices 20. L'ébauche est main tenue tant que le manchon ne s'est pas effacé, en venant buter contre les matrices en fin de course du poussoir, à l'encontre de l'action du ressort 2-5. A ce moment, le centrage est assuré par les matrices elles-mêmes.
La machine à rétreindre représentée aux fig. 9 et 10 comprend, comme d'ailleurs celle des fig. 7 et 8, quatre matrices 20-, elle com porte un stator 216, avec couronne de galet 27, et un rotor portant les quatre matrices solidaires chacune d'une enclume ?0a portant chacune un galet 2!8.
La, rotation à, grande vitesse du rotor por tant les matrices provoque, chaque fois que les galets 28 franchissent les galets succes sifs 27 du stator, un déplacement alternatif radial desdites matrices soumises à la force centrifuge (comme il est montré en traits pleins et en traits mixtes sur la fig. 10 pour deux positions angulaires différentes d'une matrice), ce qui détermine le martèlement par les matrices de l'ébauche à, rétreindre.
Les machines décrites pourraient être constituées chacune par une machine à ré- treindre d'un type connu munie du dispositif de maintien et de centrage correspondant, tel que décrit.
Dans une autre forme d'exécution du pro <B>cédé,</B> on pourrait former le godet cylindrique à partir d'un tronçon de tube métallique cylindrique 3'0 (fi-. 11) à. paroi mince d@épaisseuruniforme,et dont les fibres s'éten dent parallèlement aux faces de sa paroi. On soumettrait ce tronçon à une ou, de préfé rence, à plusieurs opérations de forgeage, estampage ou rétreinte, soit à, chaud, soit à, froid, pour lui donner les formes successives représentées fig. 11 à 14, de manière à obtu rer l'une de ses extrémités 31 et à constituer ainsi un godet 32 analogue à celui représenté <U>fi*</U> 1.
S'il est nécessaire, on pourra sectionner la saillie formée sur le fond 31 du godet sui vant la ligne c-d et cela entre deux quel conques des phases indiquées par les fig. 12 à, 14, sans toutefois que les parties périphé riques de la. tête ne présentent de fibres cou pées. Le godet 32 ainsi obtenu est alors sou mis aux différentes passes de rétreinte ainsi. que décrit ci-dessus pour l'amener à, la. forme définitive désirée pour la soupape, complétée ou non par la garniture 7.
Les soupapes obtenues par les procédés (écrits présentent: les avantages suivants: la cavité centrale offre au corps conduc- feur -de la chaleur, qu'elle est destinée à con tenir, le maximum de volume et de surface utile; la soilpape contient le minimum possible de métal, de sorte qu'elle est léfyère, peu coi- teuse et qu'elle présente une faible inertie.
En outre, les procédés décrits permettent de fabriquer des soupapes creuses en aciers austénitiques uniquement par forgeage (si l'on met à, part la rectification finale), ce qui est impossible si l'on part d'un bloc de métal massif.
Or, les aciers austénitiques sont, comme on le sait, particulièrement recomman dables pour la fabrication des soupapes, en raison de leur bonne tenue aux températures élevées. D'aulre part. ces soupapes peuvent être â, fond plat, bombé ou présenter toute autre forme.
A method and machine for manufacturing a hollow head and stem valve, and a valve obtained by this method. The present invention relates to a process for the manufacture of a valve with a hollow head and stem, in which the fibers of the metal are not cut, at least in the peripheral part of the head.
The invention also relates to a machine for implementing this method and to a valve obtained by means of this method.
It is known to make the valves intended for pushed engines such as those used in aviation, for example, in special steel such as austenitic steel and to hollow them out, internally, in order to be able to fill the central cavity as well. obtained with a body very conductive of heat, such as sodium for example, which constitutes a flow path of the calories.
Until now, valves of this type were made starting from a metal blank from which the shapes of the final part were machined. These usual manufacturing processes have the drawback, on the one hand, that the fibers of the metal are cleanly cut even in the peripheral part of the head which comprises the seat of the valve and which is subjected to strong mechanical stress and thermal, so that the multiple cut points of the fibers of the metal at this location facilitate the initiation of breaks and are the cause of greater vulnerability to corrosive actions and, on the other hand, that it is difficult to achieve, due to the small diameter of the valve stem,
a central cavity which extends over almost the whole of the valve head itself, which reduces the amount of conductor body responsible for dissipating heat and the extent of the surface subjected to its action.
The method according to the invention is characterized in that a cylindrical cup is formed by deformation from a metal wall, thin, of uniform thickness and the fibers of which extend parallel to the surface of said wall. , that the side wall of said cup is then subjected to a reduction operation in several passes so as to form the stem and the head of the valve, the head being formed from the bottom of the cup and the region of its wall side next to this bottom.
The shrinking machine which the invention also comprises and which comprises dies is characterized in that it comprises a device for maintaining and centering the aforementioned bucket. disposed in front of the entry of the dies, said device comprising at least one retractable member, at the end of the pass, to release the valve blank and allow it to engage completely between the dies.
The appended drawing illustrates, by way of example, some embodiments of the process according to the invention and shows, partially, also by way of example, two embodiments of a shrinking machine for the setting. implementation of these embodiments of the method.
Figs. 1 to. 4 are schematic views illustrating four successive phases of an embodiment of the method in which one starts from a blank.
Figs. 5 and 6 illustrate additional machining and necking phases of this embodiment.
Fig. 7 is a front view of the retaining and centering device of the first embodiment of. the restricting machine.
Fig. $ is a cut through VIII-VIII of the fia. 7.
Fig. 9 shows a section made following, the line IX-IX of the, fig. 10 of the second embodiment of the. machine.
Fig. 10 is a front view of this shrinking machine showing the arrangement of the dies, FIGS. 11. To 14 illustrate the first phases of a second embodiment of the method, in which one starts with a thin-walled cylindrical tube. Fig. I @ represents, in section, a: completed hollow poppy valve comprising an added garnish.
The fi-. 16 illustrates an additional necking operation to obtain the valve shown in FIG. 17.
Here is, for example, how one could implement the process according to the invention (see figures 1 to, 6): We start with a cylindrical cup 1 (fig. 1), obtained by hot stamping or cold in several passes of an austenitic steel blank la, plane. circular, thin and cut from sheet metal or strip. This blank is thus of uniform thickness, and the fibers of the metal extend parallel to its faces.
This bucket is then subjected in a shrinking machine to different passes (performed hot or cold) so as to successively obtain the three profiles shown in FIGS. 2, <B> 3 </B> and 4. During these phases, the side wall 3- of the cup 1 is formed by necking both the head of the valve and the rod 3; the head is thus formed by the bottom of the bucket and by the parts of its side wall adjacent to this bottom.
The number of passes and the shape of the profiles obviously depend on the nature of the metal, on the one hand, and on the shape and dimensions of the finished valve, on the other hand.
It emerges in. particular of FIG. 4 that, due to the fact that a cylindrical mandrel has not been inserted into the cavity 4 of the blank during (the shrinking, we obtain t; as a result of the reduction in the diameter of the shank) a wall of rod 3 and collar 6 substantially thicker than the wall? ' of bucket 1 in fi g. 1.
This extra thickness of the stem is unnecessary from the point of view of the resistance of the valve and it is detrimental because of the amount of weight it causes.
The following operation (fig. 5) therefore consisic to remove in turn this extra thickness, cornerinc indicated in dotted lines in 3a, with the exception of the end 5 of the rod 3, and., Optionally. (Read collar 6- the reinforcement of which is sometimes desirable from a mechanical point of view. <B> De </B> anyway, the peripheral parts of the head are not affected, so that their fibers are not cut.
In order to close the valve cavity, it is then sufficient to constrict the end 5 to bring its external diameter to equal the diameter of the machined rod, in a manner known per se (fig. 6).
Finally, the end part of the rod is cut along line a-b and the valve is then complete. However, if desired, provide the frustoconical annular bearing surface of the valve head with a gasket 7 (FIG. 15) housed in a groove 8 of said head; the packing may be made of tung stene cast iron or another suitable metal or alloy, for example an alloy sold under the trade name of "stellitte".
The groove 8, necessary for fixing this lining, can be formed during the preceding operations of necking by giving profiles corresponding to the dies; it can also be formed by an additional shrinking in closed dies 9, that is to say in dies completely surrounding the blank which can only be extracted by separating the dies, in a machine to be shrunk at opening jaws (fig. 16), or form this groove by any other known means with the exception of a machining which would cut the fibers of the metal.
The difficulty which arises when one wishes to operate the passes of FIGS. 2 to 4 in an ordinary shrinking machine lies in the impossibility of gripping or gripping the part of the blank which is to constitute the valve head.
The shrinking machine shown in fig. 7 and &, -and which can be used to implement the embodiment of the process which has just been -described, remedies this convenience. To this end, it comprises a positive retaining and centering device comprising a circular frame 10, in radial slides 11 of which jaws 12 can slide constituting retractable members, at the end of the pass, to release the valve blank.
A spring 13, housed inside each of these jaws, constantly tends to push it towards. the center. On a cylindrical bearing surface 14 of the frame 10 can turn a ring 15, the periphery of which has as many ramps the 6 cam formaht as there are jaws 12. Each of these ramps cooperates with a roller 17, carried by the corresponding jaw. , to move the latter away from the center when the crown 15 is rotated in the direction of the arrow f by acting on a lever 18 'which is integral with it.
The device thus formed is fixed to the frame of the shrinking machine by a support 19 and, centered on the axis of this machine, in front of the dies 20. Using the machine; the valve blank 2.1 is engaged between the spaced jaws 12 and between the dies 20, then the jaws 12 are tightened by acting on the lever 18 in the opposite direction of the arrow f, so that the jaws elastically grip the valve stem blank.
The pusher M '(which can, for example, be controlled pneumatically) of the shrinking machine is then moved forward: the valve stem 21' gradually engages between the dies 2o, while remaining maintained and centered by the jaws 12 until they are separated, against the action of the springs 13, by the head, of the valve 2! 1 which acts on the ramps 23, of the jaws 12.
The head can thus pass and fully engage between the dies, until the pusher 2'2 'comes almost into contact with the dies; the centering of the valve by the jaws 12 is then no longer necessary, since it is provided by the dies themselves.
To implement the embodiment of the process which has just been described, one could also use the shrinking machine shown in FIGS. 9 and 10. This machine com takes a holding and centering device mounted on the pusher 212 of this machine (fig. 9).
This device simply comprises a cylindrical sleeve 24 which can slide onto the end of the pusher, a spring 25 constantly tending to push this sleeve into a position where it protrudes from the end of the pusher 22 towards the dies (t) .
It is then sufficient to engage the head of the blank 21 in the cavity thus formed at the end of the pusher, which has substantially the same diameter as this head, then to advance the latter by engaging the tail of the blank between the dies 20. The blank is held by hand as long as the sleeve has not erased, coming into abutment against the dies at the end of the stroke of the pusher, against the action of the spring 2 -5. At this time, the centering is ensured by the dies themselves.
The shrinking machine shown in fig. 9 and 10 comprises, as moreover that of FIGS. 7 and 8, four dies 20-, it com carries a stator 216, with a roller crown 27, and a rotor carrying the four dies each secured to an anvil? 0a each carrying a roller 2! 8.
The high speed rotation of the rotor for both the dies causes, each time the rollers 28 pass the successive rollers 27 of the stator, a radial reciprocating displacement of said dies subjected to centrifugal force (as shown in solid lines and in phantom in Fig. 10 for two different angular positions of a die), which determines the hammering by the dies of the blank to be shrunk.
The machines described could each be constituted by a restricting machine of a known type provided with the corresponding retaining and centering device, as described.
In another embodiment of the process <B> given, </B> the cylindrical cup could be formed from a section of cylindrical metal tube 3'0 (fi-. 11) to. thin wall of uniform thickness, and whose fibers extend parallel to the faces of its wall. This section would be subjected to one or, preferably, several forging, stamping or necking operations, either hot or cold, to give it the successive shapes shown in fig. 11 to 14, so as to close off one of its ends 31 and thus to constitute a cup 32 similar to that shown <U> fi * </U> 1.
If necessary, the projection formed on the bottom 31 of the bucket can be cut along line c-d and that between any two of the phases indicated by FIGS. 12 to 14, without however the peripheral parts of the. head has no cut fibers. The bucket 32 thus obtained is then subjected to the various necking passes as well. as described above to bring it to, the. final shape desired for the valve, completed or not by the gasket 7.
The valves obtained by the written processes present: the following advantages: the central cavity provides the conductor body with the heat, which it is intended to contain, the maximum volume and useful surface; the soilpape contains the minimum possible metal, so that it is light, inexpensive and has low inertia.
In addition, the methods described make it possible to manufacture hollow valves of austenitic steels only by forging (apart from the final grinding), which is impossible if one starts from a solid block of metal.
However, austenitic steels are, as we know, particularly recommendable for the manufacture of valves, because of their good resistance to high temperatures. On the other hand. these valves can be â, flat bottom, convex or have any other shape.