CN108348982B - 用于内燃机的内冷却阀及其制造方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造用于内燃机的内冷却入口阀或出口阀(4)的方法和设备，以及用该方法和/或设备制造的阀。所述方法包括提供工件，该工件包括圆柱形阀杆和圆柱形孔，该圆柱形孔从阀杆的一端沿轴向方向延伸。所述方法还包括通过对圆柱形阀杆进行成形轧制而使所述阀杆的端部再成形为更小的直径，其中所述圆柱形孔的直径减小，其中所述圆柱形孔保持完整。该方法还包括通过成形轧制使所述工件的连接至阀杆的部分变形以形成阀头。

Description

用于内燃机的内冷却阀及其制造方法和设备

技术领域

本发明涉及用于内燃机的冷却阀。更具体地说，本发明涉及用于内燃机的钠冷却进给阀或排出阀，尤其涉及其制造方法，以及通过轧制工艺制造这种阀的设备。

背景技术

最迟自1935年以来，内冷却排出阀，或更具体而言，钠冷却排出阀已经是公知的技术。

钠冷却及其效果在现有技术中是众所周知的，并且近年来的技术进步主要涉及阀盘区域中冷却剂体积的增加和简化的制造过程，从而能够更加高成本效益地制造钠冷却阀。

已经有多种已知技术用于制造由管状或盲管状部件制成的盘阀。一种示例性方法是英国专利GB452696A说明书中的已知技术，其中，具有中空阀头的盘阀如何通过成形轧制和压制而由套筒制成可以显见。文献GB412359A还公开了一种方法，其中内冷却阀可以通过车削，成形轧制和钻孔由坯料制造。从专利文献US1950953A中，已知技术的一种盘阀，可以通过锻造和轧制制造，并且可以通过水冷方式在内部冷却。

然而，仍然需要高成本效益且快速地制造内冷却阀，并且需要改进现有的进给阀和排出阀的冷却性能。还需要可用的具有最大冷却性能的空腔阀，该空腔阀即使在最高排气温度下也能继续可靠地工作。由于稳健性和成本的原因，还旨在减少内冷却阀的部件和接合线的数量。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于制造用于内燃机的内冷却进给阀或排出阀的方法，本发明还提供了用于制造用于内燃机的内冷却进给阀或排出阀的设备。所述方法不是基于现有技术的金属切削方法，而是基于工件或半成品的再成形。该方法包括提供工件，所述工件包括阀杆和圆柱形孔，所述圆柱形孔从阀杆的一端沿轴向方向延伸。工件的阀杆端部稍后形成位于成品阀的阀杆端部处的部分。阀杆端部通过阀杆的成形轧制而再成形为更小的直径，其中圆柱形孔的直径减小，其中该孔被保留。该孔稍后形成用于冷却剂的空腔，所述冷却剂可以在空腔中在移动，以从未冷却的阀盘朝已冷却的阀杆的方向传热。所述方法还包括通过对工件的与阀杆相邻的部分进行成形轧制来再成形以形成阀头。这里阀头也通过成形轧制而再成形。在该方法的基本实施方式中，至少将其中具有孔的阀杆轧制成更小的直径。该方法也可应用于管状工件以制造阀杆和阀盘的上部，其中阀盘的下部可由结合到阀盘的上部的盖形成。

在一个基本的实施方式中，所述方法是基于工件的再成形，所述工件包括圆柱形阀杆和位于所述圆柱形阀杆中的圆柱形孔，所述圆柱形孔从阀杆的一端沿轴向方向延伸。阀杆端部通过圆柱形阀杆的成形轧制而再成形为更小的直径，其中圆柱形孔的直径减小，其中该圆柱形孔被保留，但可能失去其圆柱形形状，因为工件在阀盘区域中再成形的程度没有在阀杆端部的区域大。最初的圆柱形孔稍后形成用于冷却剂的空腔。

贯穿全文，术语“工件”用作工件和半成品的含义，以避免相应术语的任何不必要的重复以及文本的任何不必要的延长。术语“工件”和“半成品”在这里被同义使用。

所述方法包括减小阀杆和位于其中的孔的直径，以及通过成形轧制至少使阀盘的背面成形。在所述方法的基本实施方式中，尚未考虑阀盘正面的成形的特性。

在所述方法的一个示例性实施例中，在成形轧制之前，工件的直径至少等于成品阀的阀盘的直径，并且所述方法还包括对阀头和阀杆之间的过渡部分进行成形轧制以形成凹圆角。通过这种方式，阀盘的背面通过成形轧制制成。也设想，阀座和/或阀盘边缘的倒角将通过成形轧制产生。

在所述方法的另一个示例性实施方式中，所述工件是杯形的。杯形工件在工件基部的直径至少对应于阀盘的直径。圆柱形孔被设计为盲孔，其从阀杆的一端朝着杯形工件的基部的方向延伸，其中，成形轧制包括阀杆的再成形和至少具有阀盘上表面的阀头的成形。在所述方法的该实施方式中，阀座的倒角和阀边缘特别地也通过成形轧制而产生。工件的基部形成了阀盘正面，并且在成型轧制过程之前可以使其达到其最终形状。但是，也可以在阀盘正面上设置短轴，以能够在轧制过程中更好地引导阀。

在用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的另一个示例性实施方式中，工件的外基部表面已经具有阀盘的形状。对于这种工件，只有阀盘的背面而不是阀盘的正面需要经过轧制处理。

在用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的附加示例性实施方式中，工件是杯形的并且在其基部具有比在圆柱形阀杆的区域中更大的直径。通过这种方式，工件可以使用更细的阀杆，这使得在成形轧制过程中更容易加工。这里，阀杆不必从阀盘直径轧制到阀杆直径，而是少量的再成形就足够在阀盘中产生具有空腔的阀。

在用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的另一个实施方式中，工件通过引导件保持在辊之间。所述引导件可以包括抵靠阀杆或阀盘的外表面的各个辊。还设想使用与阀或工件的外周表面滑动接触并将阀或工件居中保持在辊之间的引导件。辊或滑动件可以被追踪，以将阀或工件的轴线保持在由辊的两个轴线所在的平面或表面中。

用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的另一示例性实施方式包括热轧工件。该方法还可以包括通过诸如感应加热器或气体燃烧器的加热器对工件进行加热，以使工件的材料再结晶并且对抗应变硬化的影响。

在用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的附加示例性实施方式中，该方法还包括在轧制过程中工件在朝向阀杆端部的方向上的轴向移动。以这种方式，仅阀杆的一部分可以被轧制成更小的直径，这将显著地减小辊和轧制设备上的机械载荷。

用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法的另一示例性实施方式还包括在轧制过程中旋转工件。这不涉及车床上的机械加工过程，而是在轧制过程中驱动工件。如果作为仿形车削的结果，具有不同半径的部分在工件(或阀)与辊之间需要可变的滑动，则该步骤可以是有利的。通过对工件的驱动或主动旋转，可以对在成形轧制过程中哪些直径或半径上出现哪些滑动以及哪些半径在没有滑动的情况下被轧制进行调整。

也可以设置成在通过轧制实现期望的内径之后通过车削来减小阀杆的外径。在这种情况下，轧制过程仅用于实现阀杆内的空腔的内径。这里，材料的壁厚可以选择为高于仅轧制过程所需要的厚度。

所述方法基于涉及工件的再成形的基本实施方式，所述工件包括圆柱形阀杆和位于圆柱形阀杆中的圆柱形孔，所述圆柱形孔从阀杆的一端沿轴向方向延伸。通过圆柱形阀杆的成形轧制，阀杆端部再成形为更小的直径，其中圆柱形孔的直径减小，其中该孔被保留，但是可能失去其圆柱形形状，因为工件在阀盘区域中再成形的程度没有在阀杆端部的区域大。最初的圆柱形孔稍后形成用于冷却剂的空腔。这里，用于冷却剂的空腔在阀盘区域中具有更大的直径，由此可以显著改善从阀盘到冷却剂的热传递。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于从工件或半成品制造用于内燃机的内冷却阀的设备。所述设备包括用于圆形横向轧制或倾斜轧制的轧机，其中至少两个辊具有出口阀的轮廓。这里，辊至少包括为了通过成形轧制使阀杆和阀盘的背面再成形的表面。因此用于制造内冷却阀的设备包括成形辊，其可以从工件轧制出阀盘的背面和阀杆。尤其是，所述轧机设计用于加工中空工件以在内冷却的阀中产生空腔。这里，所述轧机用于使基本上为圆柱形的孔或盲孔再成形，从而可以实现内冷却入口阀或出口阀的可能的最大空腔。在一个实施方式中，所述设备仅包括辊，其中可以设置附加的引导辊，以在辊之间引导工件。由于阀杆直径和阀盘直径之间很大的直径差异，因此不能用包括三个相互作用的辊的轧制设备来轧制阀。

在用于制造内冷却阀的设备的示例性实施方式中，该设备还包括可插入到工件的孔中的心轴，以在轧制过程中引导工件。一方面，该心轴可以用作引导件，另一方面可以用作计量器以指示轧制工件的内径何时达到规定直径。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，所述设备还包括至少一个引导件，以在所述辊之间保持并引导所述工件，其中所述至少一个引导件包括抵靠工件的外表面的滑动元件和/或一个或多个辊。这些引导件将阀杆和/或阀盘保持在辊之间，以能够在工件上施加最大的轧制力。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，所述至少一个引导件包括抵靠工件的外表面的多个辊、至少一个滑动元件、和/或延伸到工件的孔中的心轴。以这种方式，工件可以在阀杆的区域中被分配有限定的内径。此外，为了实现阀杆壁的厚度的减小以及阀杆的伸长，也可以使用可润滑或配备有脱模剂的心轴。在轧制过程之后，抛光的心轴可以被拉出空腔。所述心轴也可以是渐缩的，从而有助于心轴的拔出。

在用于制造内冷却阀的设备的示例性实施方式中，所述至少一个引导件包括抵靠工件的外表面的滑动元件或者一个或多个辊。所述滑动元件可以从外部源润滑，以减少滑动元件上的摩擦和磨损。此外，多个辊可以与阀的轮廓相配，以在轧制过程中对工件施加均匀的压力。引导件可以布置在工件的两侧，或者仅布置在一侧。至少一个引导件的各个辊也可以布置成使得它们可以沿轴向方向移位，从而避免辊在阀杆上滚动。滑动元件可以具有与阀的相反轮廓对应的轮廓，以允许力可能最均匀地传递到工件上。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，所述设备包括在所述至少一个引导件上的至少一个压力传感器以及独立驱动的辊、以及控制辊的旋转速度以使引导件上的力最小化的控制器。这里，通过对辊进行有差别的驱动，工件被居中保持在两个辊之间，从而可以使引导件上的载荷和磨损最小化。利用合适的控制器，还可以增加轧制设备的使用寿命，因为可以延长必须更换引导件的间隔。

在用于制造内冷却阀的设备的附加示例性实施方式中，所述至少一个引导件包括多个辊、至少一个滑动元件(每种情况下都抵靠工件的外表面)和/或延伸到工件的孔中的心轴。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，辊的轴线以相对于彼此的1^°至12^°，优选地2^°至10^°，更优选地3^°至8^°的角度倾斜布置。该实施方式涉及一种倾斜式轧制方法，其中辊布置为彼此分离一定距离并且彼此不平行。根据轧制方向和辊之间的分隔距离，可以在轧制过程中沿轴向输送工件。特别是，如果辊的轴线之间的(至少)分隔距离位于辊的一端附近，则该效果非常显著。在这种配置中，尚未定义工件的轴线如何排列。可以使用平行于辊轴线的工件轴线。在这种情况下，工件靠近一个辊而滚动，而另一个辊只与工件的表面的一部分接触，或者具有允许整个表面同时滚动的表面。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，工件的轴线和每个辊的轴线布置为以相对于彼此的0.5^°至6^°，优选地1^°至5^°，更优选地1.5^°至4^°的角度倾斜。在这种情况下，轧制设备是所谓的倾斜轧制设备。在倾斜轧制的情况下，辊轴线相对于彼此交叉或倾斜布置。当工件围绕其纵向轴线旋转时，其在工件中产生纵向进给。工件通过支撑刀片或导辊保持在辊隙中。辊测量仪可以被配置成使得辊隙变窄。倾斜轧制也可以用相应形状的辊执行，使得整个辊隙以恒定的分隔距离形成。然而，在目前情况下，辊隙理想地具有进给阀或排出阀的轮廓。

在用于制造内冷却阀的设备的附加示例性实施方式中，至少一个辊，优选地两个辊，具有双曲面或旋转双曲面的外表面。由于缺少更合适的名称，术语双曲面或旋转双曲面的外表面在此涉及双曲面形状，该双曲面形状不是由直线或线段形成，而是由入口阀或出口阀的轮廓线形成，特别是由阀杆和阀盘的背面的轮廓线形成。这里的术语双曲面指的是单壳双曲面，其具有熟悉的腰形，并形成截面与旋转对称的轴线成直角的圆。产生旋转双曲面的形状的倾斜程度在这里意图精确地与工件和辊的轴线的相应倾斜对应，因为在这些条件下(在直线产生双曲面的情况下)，圆柱形工件可以被轧制。如果双曲面辊制造有阀杆/阀盘的轮廓，那么就会产生腰形辊，其可以使用倾斜轧制工艺制造带有直的阀杆的阀。该实施方式对于制造方式来说需要最大的成本，但是目前可以预期提供最好的结果。

在用于制造内冷却阀的设备的另一示例性实施方式中，该设备还包括轴向引导件或卡盘，以从阀盘面开始引导和/或保持工件。利用轴向引导件，工件可以在轴向方向上压靠在辊上，从而能够形成阀盘背面的凹圆角。在基本的实施方式中，轴向引导件仅在轧制过程中防止工件朝阀盘的方向上轴向移出辊。如果使用卡盘，则工件还必须具有肩部，在肩部上卡盘可以夹紧工件。轴向引导件为阀盘的背面的再成形提供了增加的工艺保证。

在用于制造内冷却阀的设备的附加示例性实施方式中，该设备还包括致动器，该致动器能够朝着阀杆端部的方向轴向移动工件使其远离基座。所述致动器可以直接作用在上述轴向引导件或卡盘上。利用致动器，阀杆可以从阀杆的端部朝着阀盘的方向缓慢地滚动，这可以显著减小辊上的负载。也可以更精确地监控和执行阀盘背面的再成形过程。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，该设备还包括驱动器，该驱动器在轧制期间以预定且可能的可变旋转速度旋转工件。由于阀杆与阀盘之间很大的直径差异，在轧制过程中会产生强烈的扭转力，这会在再成形过程中毁坏工件。因此，在对具有不同半径的部分进行仿形车削时，必须确保工件或阀与辊之间的可变滑动。这可以通过驱动或主动旋转工件，特别是阀盘来实现，以保持工件的扭转力(特别是在阀盘与阀杆之间的过渡部分处的扭转力)尽可能低。轧制设备也可以设置有润滑装置，以在存在滑动的部分中使辊的磨损保持尽可能低。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，该设备还包括加热元件以在轧制过程中加热工件。因此，即使使用相对较大的辊，也可以热轧相对较小的工件，而不必担心在轧制过程中工件的过度冷却。

此外，在再成形过程中，可以通过感应加热或自然发热或气体加热将更多能量引入工件中。

本发明涉及一种方法，其中从管状或杯形工件开始，通过热轧产生中空的阀头部分和中空的阀杆。如果起始点是杯形工件，则产生的阀可以制造成没有任何接合线。产生的阀可在阀盘区域内具有扩大的空腔，以在阀中容纳增加体积的钠作为冷却剂。一个特殊的特征包括通过两个辊和一个引导件进行的再成形，其中至少一个辊相对于工件轴线和第二轴线成角度地布置。这里，每个辊在面向工件轴线的端面处还具有相反形状或凹形几何形状的阀头坯件。

两个辊能够在再成形期间朝向彼此移动，其中一个辊也可以严格地保持在适当位置并且仅另一个辊(和工件)可以移动。这里，在再成形过程中，工件可以置于基座或引导件上，并且抵靠引导件通过辊的运动而被挤压并因此被旋转。此外，工件也可以抵靠辊轴向移动，其中辊的端面上的相反形状形成阀头坯件的凹形几何形状。这里，工件的中心轴线的位置可以位于辊的中心轴线下方。为了减少工件上的摩擦，可以将引导件安装在辊上。

在用于制造内冷却阀的设备的另一个示例性实施方式中，至少一个辊具有引起工件的材料沿轴向方向输送的表面结构。在该实施方式中，细螺纹图案或另一粗糙表面结构被应用到其中一个辊的至少一个表面上。螺纹图案或其他粗糙表面结构可以或应该主要位于倾斜轴线上。这里，辊可以由金属合金或陶瓷复合材料制成，或者在每种情况下可以包括金属合金或陶瓷复合材料。

由于辊相对于工件的角度以及至少一个辊上的螺纹图案或其他粗糙表面结构，在工件上施加中心张力，结果是，除了直径减小之外，还可以实现坯件的伸长。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于内燃机的内冷却阀，该内冷却阀已经用上述方法之一或用上述设备再成形和制造。该阀的特征在于，在再成形之前，工件包括阀杆以及从阀杆的一端沿轴向延伸的圆柱形孔。因此，至少阀的阀杆已经通过阀杆的成形轧制而再成形为更小的直径，其中该孔被保留，并且在成形轧制过程之前的工件的直径至少为后面的阀盘的直径，并且其中通过成形轧制产生具有凹圆角的阀头。

在一个基本的实施方式中，阀从包括圆柱形阀杆和位于圆柱形阀杆中的圆柱形孔的工件再成形，该圆柱形孔从阀杆的一端沿轴向方向延伸。通过圆柱形阀杆的成形轧制，阀杆端部已经再成形为更小的直径，其中圆柱形孔的直径减小，其中圆柱形孔保留为孔，但是可能失去其圆柱形形状，因为工件在阀盘区域中再成形的程度没有在阀杆端部区域大。最初的圆柱形孔稍后形成用于冷却剂的空腔。由于不均匀的再成形，因此可以在阀盘区域中产生具有更大直径的空腔并因此具有更大的表面积，这显著改善了阀盘与冷却剂之间的热传递。

因此，阀是内冷却阀，并且阀杆以及至少阀盘的背面已经至少部分地通过再成形工艺制造。这里，随后进行进一步的机械加工工艺步骤，以实现阀杆和/或阀盘背面的期望的表面特性。在一个基本的实施方式中，阀也可以由管状工件再成形，其中阀盘上的开口稍后可以通过盖封闭。

在内冷却阀的另一个示例性实施方式中，工件是杯形的，其中杯形工件在工件的基部处的直径至少对应于阀盘的直径，其中圆柱形孔是从阀杆的一端朝杯形工件的基部的方向延伸的盲孔。在该实施方式中，在阀盘区域中可以产生比之前由整体式阀能够产生的空腔更大的空腔。

在用于内燃机的内冷却阀的另一个示例性实施方式中，工件是杯形的并且该杯形工件在其基部处比在圆柱形阀杆的区域中具有更大的直径。这里，意图是，盲孔的内径应基本上决定阀盘区域中的空腔的直径。借助于圆柱形阀杆的更小的直径，可以减少工件的再成形工作并因此减少工件在轧制设备中的停留时间。此外，圆柱形阀杆的壁厚可以增加，这又会对再成形过程产生积极影响。

在内冷却阀的又一个示例性实施方式中，在再成形过程之后，圆柱形孔形成在阀杆和阀盘内延伸并且部分地被钠填充且密封的空腔。

在内冷却阀的又一个示例性实施例中，将工件制成为具有带有外轮廓的非圆柱形阀杆和圆柱形孔。通过利用成形轧制的阀杆端部的再成形过程以形成基本为圆柱形的阀杆，在再成形过程之后，外轮廓至少部分地转移到非圆柱形孔中。在再成形过程之后，非圆柱形孔具有与外轮廓对应的内轮廓。这可以在轧制过程中通过阀杆的伸长或不伸长实现。通过实验可以相对容易地确定实现期望的内轮廓所需的外轮廓的尺寸。

附图说明

在下文中，将通过示例性实施方式的说明来解释本发明。这些图仅仅代表示意说明。

图1A至图1D示出了本发明的用于由管状工件制造内冷却阀的设备以及相关制造方法的实施方式。

图2A至图2C示出了本发明的用于由杯形工件制造内冷却阀的设备以及相关方法的另一实施方式。

图3A至图3C示出了本发明的用于由短的杯形工件制造内冷却阀的设备以及相关方法的另一实施方式。

图4A至图4B示出了本发明的用于通过倾斜轧制由短的杯形工件制造内冷却阀的设备的附加实施方式。

图5A和图5B示出了本发明的用于由短的杯形工件制造内冷却阀的设备以及相关方法的另一附加实施方式。

图6A和图6B示出了工件和内冷却阀的另一附加实施方式。

在说明书和附图中，相同或相似的附图标记用于指代相同或相似的部件和元件。为了避免不必要的描述长度，已经在一幅附图中描述的元件在其它附图中不单独提及。

为了不使附图不必要地复杂化，轧制设备的用于承载、安装、或驱动辊的部件，或与辊的轴线垂直地移动辊或沿工件轴线方向移动辊的部件没有被示出。引导件和轴向引导件的任何底架或悬架也从说明中省略。

具体实施方式

图1A示出了本发明的具有两个成形辊42的轧制设备。成形辊设置有短轴64，利用短轴，成形辊可以被容纳在轧制设备的壳体中。成形辊42也可以通过短轴一起驱动或独立驱动。

在图1A的顶部，在平面图示出轴线，其中该图的平面基本上延伸通过辊42的轴线48和工件14的轴线46。成形辊42的外轮廓对应于待轧制的入口阀或出口阀的相反轮廓。在成形辊42之间布置具有贯通开口或通孔28的管状工件14。工件14的轴线46和辊42的轴线48平行排列。在图1A的底部，以沿轴向方向的视图示出辊42和工件14。在图1A和图1B中，辊设计用于圆形横向轧制过程。辊被设计为成形辊42。辊和工件各自的旋转方向由箭头60表示。在圆形横向轧制中，工件14围绕工件14的轴线46在两个在相同方向上旋转的成形辊之间、以与成形辊42相反的方向旋转。通过进给至少一个工具，即通过进给一个成形辊42，工件14再成形。这里示出了两个辊在移动和施力方向62上朝向工件14移动。然而，也可以仅朝着工件14的方向移动一个辊42，即朝向一个辊移动另一个辊，其中工件14的旋转轴线被移位。这里，工件14通过卡盘56沿轴向方向被保持，其中卡盘的夹爪被示出。这里，卡盘56用作轴向引导件54，以防止工件14在轧制过程中朝着随后将称为阀盘的方向移动，这种移动是由阀盘的背面区域中的轧制力的轴向分量引起的。

成形轧制过程尤其具有保持工件14中的分子链结构的优点，其产生纤维的不受干扰的取向。因此，也可以在成品阀上使用冶金方法根据晶体结构来确定分子链结构是否已经制成，即是否已经通过成形辊形成。

成形辊42的轴线48限定平面，并且尽管工件14的轴线平行于该平面，但其不在该平面中，而是在图中是在该平面下方。在轧制过程中，一旦成形辊42开始轧制过程，就将工件14向下推。因此，工件14在图中由引导件，特别是用作径向引导件的径向引导件52从下方支撑。从力平行四边形的应用中可以清楚地看出，作用在引导件上的力可以远低于成形辊42朝向彼此移动时产生的轧制力。因此，即使由辊沿移动方向/轧制力方向产生强烈的轧制力，也可以在支撑的区域中产生滑动摩擦。

也可以润滑径向引导件52的表面，以减少与径向引导件52接触的表面的磨损。在轧制过程中，可以在工件14的轴线46的方向上向上追踪引导件，以减小径向引导件52上的载荷。还设想可以使用多部件引导件，其可适应于再成形过程的各个阶段，尤其是在阀头区域中。还设想可以使用一系列的辊来替代刚性的引导件，其可以以较少的磨损进行操作。辊可以沿轴向移动，以避免引导辊使工件局部变形。

在工件上方，加热元件可以与径向引导件52相对地安装，该加热元件通过火焰、辐射或感应来加热工件14，以确保热轧在整个再成形过程中发生。

在所使用的轧制方法中，工件14在沿轴向的轧制过程之前可以向上移动，直到它与成形辊的上边缘齐平。然而，也可以在轧制过程中朝着阀杆端部的方向向上移动工件14，直到阀杆端部与成形辊的上边缘齐平。

也可以设置成通过卡盘来驱动工件14，以便实现成形辊42与工件14之间的滑动，特别是在阀盘的区域中的滑动，更具体地是在阀盘背面的滑动。由于阀盘的背面具有比阀杆的外表面区域更小的表面积，因此在阀盘的背面和成形辊42的相应部分之间产生滑动似乎是可取的，因为否则由于阀盘背面和阀杆之间的扭转力，阀可能会被毁坏。这里阀杆和阀盘之间的角速度比至少与阀杆和阀盘之间的相应的半径比一样大。当阀盘与阀杆的直径比约为5时，在每种情况下，对于阀盘的平均直径与阀杆直径的角速度比约为2.5，这在正常的轧制过程中将足以从阀杆转动阀盘或撕下阀盘。因此可以设置成，在成形轧制期间以较高的速度驱动工件14，以在阀盘区域中产生滑动，这明显地将过渡部分从阀盘卸载到阀杆，并且因此可以防止在成形轧制过程中破坏工件14。为此，卡盘可以通过单独的驱动器(未示出)(如果提供单独的驱动器的话)设置成旋转。

此外，轧制设备可以设置有单辊转速控制器，其在图1B中详细示出，以减少径向引导件52上的磨损。这在图1B中详细示出。为了不使图1A过于难懂，在图1A中没有示出控制器。

图1B示出了与图1A相同的元件，即成形辊42和成品成形轧制工件14A，其中成形辊42被示出处于轧制过程结束时的位置。描述仅仅是示意性的。成形辊42已经将工件14重新成形为再成形工件14A。再成形工件14A仍然具有延伸穿过整个阀杆的通孔28。

图1B的成形轧制设备设有用于至少一个径向引导件52的压力传感器66，以测量工件抵靠径向引导件52被成形辊42挤压的力。图1B的成形轧制设备还设有独立驱动的成形辊42，成形辊可以以选定的转速独立驱动。压力传感器或力传感器66连接到控制器68，该控制器至少控制一个成形辊42的旋转速度，即至少控制一个成形辊42的驱动器，以限制工件14/14A在轧制过程中施加在径向引导件52上的力。也可以设置成，控制器控制旋转速度，尤其是工件的旋转速度，以减小或至少限制径向引导件52上的载荷。

这里，工件利用成形辊的有差别的驱动被居中保持在两个辊之间或另一位置中，使得引导件52上的载荷和磨损可以最小化。该系统也可用于带有两个引导件的轧制设备。利用合适的控制器，还可以增加轧制设备的使用寿命，因为可以延长必须更换引导件的间隔。

尽管仅结合图1B描述了用于限制径向引导件52上的载荷的控制器，但是在此明确强调，所述控制器也应视为在附图所示的其他实施方式的情况下是被公开的。因为多余的重复只会不必要地增加描述的长度，因此仅在图1B中对所述控制器进行了描述。

图1C示出了成品的再成形工件14A，其包括基本上形成阀体的部分。阀体具有阀杆8，该阀杆在其下端处伸向阀盘6中，更具体地说伸向阀盘的背面24。该阀体尚不包括阀盘正面。阀杆8的上部终止于阀杆端部36，利用该阀杆端部，阀随后可以被驱动。如图所示，阀杆端部可以在成形轧制过程中制成，然而，也可以在稍后的阶段使阀杆端部36成形。

通孔28已经再成形到阀盘6和阀杆8中的空腔10中。如果在成形轧制过程之前和之后通孔28或盲孔的直径的参数以及工件的壁厚的参数不能实现，也可以通过再成形来仅制造空腔10，然后通过机械加工工艺使阀杆达到最终直径。

工件可以沿着形成分隔线30的虚线与管状剩余部分分离。在阀盘正面上仍然存在开口18，该开口可以在随后的阶段用盖封闭以便形成成品阀。

图1D示出了通过再成形制造的成品阀4。阀体具有阀杆8，该阀杆在其下端处伸向阀盘6中，更具体地说是伸向阀盘的背面24。阀盘正面22上的开口18由盖20封闭，该盖已经通过在接合线32上进行的摩擦焊接、电阻焊接、电子束焊接或者激光焊接粘合到阀。

空腔10填充有钠冷却剂12。所使用的冷却剂通常是钠，其在内燃机的工作温度下处于液态。通常，不是整个空腔10，而只是阀的空腔的1/4、1/3、1/2、2/3至3/4充满钠。在操作中，阀杆8中的钠，也就是说在阀杆8的空腔10中的钠上下移动并且由此从阀盘6沿着冷却的阀杆8的方向传热(振荡冷却)。钠在每次打开和关闭操作期间在阀2内移动。空腔10已经在阀2中产生，其中阀盘6在阀盘正面22上设置有开口18。

图2A基本对应于图1A。这里将不再重复描述已经结合图1A描述的附图标记和元件。代替管状工件14，现在使用杯形工件16，其中基座已经形成阀盘6，即阀盘正面22。代替通孔，使用盲孔26。

工件16在随后称为阀盘的区域中的直径大于随后称为阀杆8的区域中的直径。该工件已经基本上或精确地具有随后的阀的高度。这里，阀杆基本上通过成形轧制而形成。阀盘已经可以在很大程度上通过机械加工工艺成形。杯形工件16通过轴向引导件54被保持在轴向方向，以能够形成阀盘的背面。也可以设置成为杯形工件16提供肩部，卡盘能够接合到肩部上，以能够在成形轧制期间以选定的速度旋转杯形工件。这已经在图1A和1B的描述中进行了解释。通过保持在卡盘中的肩部，可以实现阀盘与成形辊之间的滑动。肩部可以在成形轧制之后通过机械加工工艺移除。

与图1A的实施方式相比，杯形工件16的稍后将形成阀杆的部分的壁厚可以更薄，其在后面的阶段会产生更小的阀杆壁厚。此外，在这种设计中，杯形工件16的再成形程度比图1A/1B的工件低。

在图2B中，在成形轧制之后，已经在很大程度上完成了阀。空腔10在阀盘的区域中具有大直径，这可以预期产生改善的冷却性能。阀杆的壁厚比图1B的情况小。由于较低程度的再成形，可以对阀杆进行轧制，而不需要在另一个机械加工工艺步骤中减小阀杆的外径。

图2C示出了根据本发明的内冷却阀4，其具有在其下端终止于阀盘中的阀杆。阀杆8的上部终止于阀杆端部36。阀内部具有填充有冷却剂12的空腔10。该空腔例如可以通过阀杆中的开口或孔口填充冷却剂。在阀盘区域中，本发明的阀具有大直径的空腔，该空腔的直径可以超过阀杆的直径。这里，具有阀盘正面22、阀盘背面24的阀盘和阀杆一体形成。因此，成品阀无论是在阀盘区域还是在下部的阀杆区域都没有连接线。在空腔10已经填充有冷却剂之后，可以借助于例如通过摩擦焊接附接的阀杆端部来封闭该空腔10。

图3A基本上示出了图2A的成形轧制设备。这里将不再重复描述已经结合图1A或图2A描述的附图标记和元件。与图2A的成形辊相比，图3A的成形辊具有表面结构58，其在成形轧制过程中引起工件材料沿轴向方向的输送。引起工件材料沿轴向方向输送的表面结构58在这里被设计为螺纹图案，该表面结构随着成形辊42的旋转而朝着之后称为阀杆端部的方向产生轴向力。利用该表面结构，可以使用较短的杯形工件16。在成形轧制过程中，还将力沿轴向方向施加到杯形工件上，其结果是，在轧制过程中材料不仅可以在径向方向上伸展还可以在轴向方向上伸展。

这里表面结构58被实现为螺纹图案。该螺纹图案被设计为具有小的侧面高度以及小的螺距，其仅施加力而不会将螺纹压入阀杆。

当成形辊在杯形工件16上施加压力时，材料不仅可以沿圆周方向和径向方向流动，而且由于轴向力也可以在轴向上流动，即在轴向上变形。整体而言，这种效应引起处理具有较大壁厚的杯形工件的能力，这可以显著提高该方法的工艺可靠性。

当然，也可以仅为成形辊之一提供表面结构58，这引起工件材料沿轴向方向的输送，或者在工件中产生轴向力。

图3B示出了杯形工件16朝着阀杆端部方向的轧制过程，其中材料的位移由细箭头表示。

如果通过成形轧制，表面结构58产生足够大的轴向力而使阀盘背面24变形，则图3A和图3B可以在没有轴向引导件的情况下操作。

图3C示出了用图3A和图3B的成形轧制设备制造的阀4。它仅在材料的晶体结构方面与图2C的阀不同。

图4A基本上对应于图1A至图3A。这里将不再重复描述已经结合图1A至图3A描述的附图标记和元件。

图4A使用与图3A和图3B所示的相同的短的杯形工件16。代替轴线相互平行排列的圆柱形辊，图4A和图4B的实施方式使用双曲面成形辊44，其轴线相对于彼此倾斜。由于至少一个成形辊的轴线相对于杯形工件的轴线倾斜，因此该轧制方法代表倾斜轧制方法。在技术上，辊的轴线相对于彼此倾斜，其中轴线之间的角度可以被指定为轴线的正交投影的角度。这里，成形辊的轴线48分别以相同的角度向杯形工件16的轴线46倾斜。作为倾斜和旋转的结果，在轧制过程中，朝着随后称为阀杆端部的方向产生轴向力。因此可以产生与图3A和图3B中的表面结构58相似的效果。当然，也可以为图4A和图4B的成形辊设置合适的表面结构58，如在图3A和3B中公开的表面结构。成形辊44形成单壳旋转双曲面体，其母线不是直线，而是入口阀或出口阀的轮廓。圆柱形辊不会产生圆柱形产品，而是产生单壳双曲面体，因为辊的轴线之间的分隔距离从最小分隔距离随着距离增加。为了补偿这种影响，辊本身必须具有单壳双曲面体的形状。在倾斜成形轧制中，辊还必须具有最终产品的轮廓，从而形成异型的单壳双曲面。

与图1A至图3B的实施方式相比，这里工件由两个相对的径向引导件52引导，所述引导件在双曲面斜辊44之间引导杯形工件16。引导件还必须在成形轧制过程中被追踪。特别地，这里可以使用图4A和图4B的轧制设备中的图4B的单辊控制器。

工件可以通过轴向引导件54引导，但也可以由卡盘通过肩部保持、引导和/或旋转。

如在图1B中那样，两个径向引导件52均可以设置有至少一个压力传感器66，每个压力传感器连接到控制器68，该控制器则控制至少一个成形辊44的旋转速度，也就是说控制至少一个成形辊的驱动器。再次，这里控制器可以用于将工件16精确地保持在辊44之间和/或减小径向引导件52上的磨损。

图4A示出了成形轧制过程之后处于最终位置的双曲面成形辊44。当使用双曲面成形辊时，在阀杆上产生扭转力，其在较小的辊轴角度处较小。

辊轴线48之间的角度越大，产生的轴向力越大。

图4A和图5B的实施方式也可以在没有轴向引导件的情况下操作，因为倾斜辊产生足够大的轴向力。也可以采用图3A和图3B的表面结构58以进一步增加在轧制过程中产生的轴向力。

图5A示出了图1A、图2A、图3A和图4A的组合。如图1A所示，杯形工件仅通过径向引导件52从一侧引导。左侧的成形辊42具有与图1A和图2A中的形状相同的形状，并且左侧的成形辊42的轴线与杯形工件16的轴线平行排列。左侧的成形辊设计成如图4A所示地双曲线成形辊44。双曲面成形辊44还具有图3A和图3B的表面结构58。双曲面成形辊44的轴线50相对于左侧成形辊42的轴线48和杯形工件的轴线46倾斜。因此，在成形轧制过程中，右侧的双曲面成形辊44朝着稍后称为阀杆端部的方向产生强的轴向力。利用合适的设计，该轴向力足以在成形轧制过程中沿轴向方向拉长短的杯形工件16。

图5B示出了在轧制过程结束时的轧制设备。在图5B中，双曲面成形辊44在成形轧制过程之后位于最终位置。由于辊的形状，左侧的双曲面成形辊44覆盖轧制后的阀的上阀杆端部。辊的形状还使得阀盘覆盖左侧的双曲面成形辊44的下部。同样，右侧的双曲面成形辊44部分地覆盖再成形的工件16A的阀盘。阀杆端部覆盖右侧的双曲面成形辊44与阀杆端部的接触线的上部。

利用径向引导件52的单侧引导，产生了与径向引导件52相对地安装加热器的可能性，该加热器例如通过感应加热器或气体加热器来加热杯形工件，以将工件16保持在可以进行热轧的温度范围内，尤其是保持在热倾斜成形轧制的温度范围内。

图6A和图6B示出了工件和内冷却阀的另一附加实施方式。图6A中所示的工件基本上对应于图2A中的工件。与图2A中的工件相比，图6A中的工件具有外轮廓70。如图2A中所示，盲孔26被设计为圆柱形孔。外轮廓70与圆柱形盲孔26一起引起阀杆的厚度变化。

由于再成形过程，阀杆的外表面再成形为基本上为圆柱形。这里，外轮廓70被压扁并向内转移到盲孔26的内面，其中内轮廓在盲孔的内部成形。基本上保持了阀杆的厚度变化，其中在再成形过程之后，轮廓现在在内面，即在空腔10中，形成为内轮廓72。这里内轮廓被设计成使得其在阀盘6和阀杆8之间的过渡部分形成拉伐尔喷嘴。应该理解的是，使用这种方法可以产生其他的内轮廓。同样应该理解的是，该原理也可以应用于在再成形过程中也可以实现柄的伸长的实施方式，例如分别在图3A至图3C、图4A至图4B和图5A至图5B中的实施方式。同时还必须考虑到轮廓在轴向方向上的扩展和压扁。通过这种方法，很容易实现具有良好流动特性的成形空腔10，其允许阀杆与阀盘之间的锥形过渡。形成喷嘴形状也是可取的，例如在空腔10中示出的拉伐尔喷嘴。利用该方法，可以使用非常简单的技术措施来产生几乎任何光滑的或连续的内轮廓70。

应当注意，图1A和图1B至图5A和图5B的特征的所有组合也应该被认为是公开的，因为它们可以在技术上实施。这尤其涉及根据在至少一个径向引导件上测量到的力的变化控制或调节各个辊的速度。此外，对于所有实施方式，考虑利用径向引导件进行单侧支撑和双侧支撑的配置。

附图标记列表

4 本发明的内冷却阀

6 阀盘

8 阀杆

10 空腔

12 冷却剂

14 管状工件

14A 再成形的管状工件

16 杯形工件

16A 再成形的杯形工件

18 开口

20 盖

22 阀盘正面

24 阀盘背面

26 盲孔

28 通孔

30 分隔线

32 接合线

36 阀杆端部

42 成形辊

44 双曲面成形辊

46 工件的轴线

48 成形辊的轴线

50 双曲面成形辊的轴线

52 引导件/径向引导件

54 轴向引导件

56 卡盘

58 引起工件材料沿轴向方向输送的表面结构

60 旋转方向

62 移动/辊施力方向

64 短轴

66 压力传感器

68 成形辊转速的控制器

70 外轮廓

72 内轮廓

Claims (23)

1.一种用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，包括：

提供工件，所述工件包括阀杆和圆柱形孔，所述圆柱形孔从所述阀杆的一个端部沿轴向方向延伸；

通过在倾斜轧制的轧机中对所述阀杆进行成形轧制来使所述阀杆的所述端部再成形为更小的直径，其中所述圆柱形孔的直径减小，和所述圆柱形孔被保留；以及

通过对所述工件的与所述阀杆相邻的部分进行成形轧制来再成形以形成阀头；

其中，在所述阀杆的成形轧制过程中，所述工件的轴线和成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的0.5°至6°的角度倾斜布置；并且

其中，在所述成形轧制的过程中，所述成形辊中的至少一个成形辊具有引起所述工件的材料沿轴向方向输送的表面结构，

其中，所述成形辊中的至少一个成形辊具有双曲面外表面。

2.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，在所述成形轧制过程之前，所述工件的直径至少为成品阀的阀盘的直径，并且所述方法还包括：

对所述阀头和所述阀杆之间的过渡部分进行成形轧制以形成凹圆角。

3.根据权利要求2所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，所述工件是杯形的，其中

所述杯形的工件在基部具有至少与所述阀盘的直径对应的直径，

其中所述圆柱形孔是从所述阀杆的所述端部朝着所述杯形的工件的基部的方向延伸的盲孔。

4.根据权利要求3所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，

所述杯形的工件的所述基部的外表面已经具有所述阀盘的形状。

5.根据权利要求3所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，所述工件是杯形的，并且，

所述杯形的工件在基部处具有比在圆柱形的所述阀杆的区域中更大的直径。

6.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，

所述工件通过引导件被保持在所述成形辊之间。

7.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，

所述工件被热轧。

8.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，还包括：

在轧制过程中朝着所述阀杆的所述端部的方向轴向移动所述工件。

9.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，还包括：

在轧制过程中旋转所述工件。

10.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，还包括：

在已经通过轧制实现所述阀杆的期望的内径之后，将所述阀杆车削至期望的外径。

11.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，

所述提供工件包括提供具有带有外轮廓的非圆柱形阀杆和所述圆柱形孔的工件；

其中通过成形轧制使所述阀杆的所述端部再成形包括：

通过对所述阀杆进行成形轧制而使所述阀杆的所述端部再成形为更小的直径，其中所述圆柱形孔的直径减小，并且具有内轮廓的非圆柱形孔被保留。

12.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，所述工件的轴线和成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的1°至5°的角度倾斜布置。

13.根据权利要求1所述的用于制造用于内燃机的内冷却阀的方法，其中，所述工件的轴线和成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的1.5°至4°的角度倾斜布置。

14.一种用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，包括：

用于倾斜轧制的轧机，其中至少两个成形辊具有出口阀的轮廓；

其中，所述工件的轴线和所述成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的0.5°至6°的角度倾斜布置；并且

所述成形辊中的至少一个成形辊具有引起所述工件的材料沿轴向方向输送的表面结构，

所述成形辊中的至少一个成形辊具有双曲面外表面。

15.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：

心轴，所述心轴能够被插入到所述工件的孔中以在轧制过程中引导所述工件。

16.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：

至少一个引导件，用于在所述成形辊之间保持和引导所述工件，其中，所述至少一个引导件包括抵靠所述工件的外表面的滑动元件或一个或多个辊。

17.根据权利要求16所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：

在所述至少一个引导件上的至少一个压力传感器以及独立驱动的成形辊；

以及控制所述成形辊的旋转速度使得所述引导件上的力最小化的控制器。

18.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：轴向引导件或卡盘，用于从阀盘正面开始引导和/或保持所述工件。

19.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：致动器，用于从基部朝着阀杆的端部的方向轴向移动所述工件。

20.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：驱动器，用于在轧制过程中以预定旋转速度旋转所述工件。

21.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，还包括：加热元件，用于在轧制过程中加热所述工件。

22.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，其中，所述工件的轴线和成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的1°至5°的角度倾斜布置。

23.根据权利要求14所述的用于由工件制造用于内燃机的内冷却阀的设备，其中，所述工件的轴线和成形辊的轴线在每种情况下以相对于彼此的1.5°至4°的角度倾斜布置。

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