CS258451B2 - Die for crank arm production for welded crankshaft - Google Patents

Description

258451 2

Vynález se týká zápustky pro výrobu ramena kliky pro svařovaný klikový hřídel, kterásestává z prvního lisovacího nástroje a druhého lisovacího nástroje přemístitelných směremk sobě a od sebe, přičemž první lisovací nástroj je opatřen horní plochou pro uloženíplochého polotovaru se dvěma prozatímními čepy vystupujícími v opačných směrech z protilehlých,bočních stran polotovaru v místech výsledného klikového čepu a výsledného hlavního ložiskové-ho čepu ramena kliky, přičemž v horní ploše prvního lisbvacího nástroje je vytvořeno vybránípro uložení jednoho z prozatímních čepů, zatímco k druhému lisovacímu nástroji je připevněnlisovací trn vystupující z druhého lisovacího nástroje souose s vybráním směrem dolů k prvnímulisovacímu nástroji.

Dosud známé obdobné zápustky jsou popsány v USA patentovém spisu 2 403 049, podlekterého se plochý polotovar ková mezi dvěma raznicemi, čímž vzniká rameno kliky s dvěmavystupujícími čepy, které svými základnami přímo přecházejí v boční strany ramena. V další známé a v literatuře popsané zápustce tohoto druhu se fáze lisování nebovytlačování, tj. axiální prodlužování prozatímních čepů, provádí jako proražení, což mána jedné straně za následek značné ztráty materiálu polotovaru a na druhé straně ještěpodstatnější důsledek spočívající v tom, že původní radiální tečení materiálu, pokud k takovémutečení v prodlužovaném nebo vytlačovaném čepu vůbec dojde, bude podstatně menší než připoužití zápustky podle vynálezu.

Uvedené nedostatky známých řešení odstraňuje zápustka podle vynálezu, jehož podstataspočívá v tom, že ve vybrání je s radiální mezerou od bočních stěn vybrání uloženo kovadloa příčný průřez lisovacího trnu se směrem k prvnímu lisovacímu nástroji zmenšuje, přičemž -lisovací nástroje jsou opatřeny prostředky pro vymezení vzájemného pohybu těchto lisovacíchnástrojů směrem k sobě při přiblížení čelní strany lisovacího trnu k protilehlé čelnístraně kovadla. Dále je výhodné, jestliže vnější průměr kovadla činí 40 až 60 % vnitřního průměruokolního vybrání a na lisovacím trnu je vytvořen vydutý přechod, jehož podélný průřezmá tvar kruhového oblouku, přičemž vydutý přechod směrem k volnému konci lisovacího trnupřechází v mírně kuželovitý dřík.

Nový a vyšší účinek vynálezu spočívá v tom, že zápustkou podle vynálezu se dosáhnevysokého místního stlačení a uzavření pórů v oblasti polotovaru, která navazuje na vykovanévybrání a která v hotovém svařeném klikovém hřídeli tvoří přechod mezi ramenem s navazujícímklikovým nebo ložiskovým čepem. Tímto opatřením se zvyšuje mechanická pevnost této značněnamáhané oblasti klikového hřídele, ve které je obvykle čtyřikrát až pětkrát větší namáhánínež mezi konci válcových čepů. Při vytváření prolisování dochází k tečení materiálu dovytlačovaného čepu a když se tato operace provádí na předkovaném nebo válcovaném polotovaru,ve kterém vlákna probíhají v rovině polotovaru, dosáhne se orientování vláken přibližněrovnoběžně s povrchem ramena uvnitř a na obou stranách žlábku, a to i po konečném obrobeníklikového hřídele.

Uvedené výhody se dosáhnou již omezeným vytlačováním, při kterém vznikají jen poměrněnízké vystupující čepy, ke kterým se dodatečně přivařují samostatně vyrobené klikové aložiskové čepy. Je však možné vytlačovat tak dlouhé čepy, že čepy na dvou sousedních ramenechvýsledného klikového hřídele mohou být spolu svařeny přímo, podobně jak je pospáno v USApatentovém spisu 2 403 049. V tonto případě je vhodné vykovávat vybrání současně s přibližněaxiálním vytlačením příslušného čepu a každý čep v následující operaci podrobit kombinaciaxiálního a radiálního roztažení.

Rozčleněním vytlačování do dvou po sobě následujících operací se dosáhne toho, žeprůběh vláken po celé délce čepu se zvláště těsně přiblíží k požadovanému průběhu rovnoběžněs povrchem, čímž se dosáhne optimální pevnosti výsledného klikového hřídele. 3 258451 Při vytlačování čepu současně s vykováním vybrání, které tento čep obklopuje, můžebýt druhý lisovací nástroj opatřen osově symetrickým lisovacím trnem vystupujícím souosez rovinné lisovací plochy a souosým s lisovacím prstencem, přičemž průměr lisovacího trnuje přibližně roven průměru protilehlého otvoru v prvním nástroji.

Pro doplnění téměř čistě axiálního vytlačování prováděného popsaným lisovacím trnemjeStě kombinovaným axiálním a radiálním roztažením vytlačeného čepu lisovacího zařízeníopatřeno druhým osově symetrickým lisovacím trnem používaným po prvním lisovacím trnu,přičemž průměr tohoto druhého lisovacího trnu se směrem k prvnímu lisovacímu nástrojizmenšuje a v otvoru prvního lisovacího nástroje je centrálně uspořádáno osově symetrickékovadlo. Kovadlo dosednutím na čelu čepu vylučuje při pokračujícím pohybu druhého lisovacíhotrnu tečení materiálu ve střední části čepu axiálním směrem, takže materiál vytlačovanýtímto dsíuhýra lisovacím trnem vytvoří radiální rozšíření volného konce čepu a zvětší sei celková osová délka čepu. Důsledkem toho je, že úsek válcového čepu, ve kterém vlákna probíhají rovnoběžněs povrchem, je delší než lze dosáhnout jedinou lisovací operací.

Vnější průměr kovadla činí 40 až 60 % vnitřního průměru otvoru, ve kterém je kovadlouspořádáno.

Druhý lisovací trn s výhodou sestává z vyduté části, jejíž profil je tvořen částíkruhového oblouku, přičemž vydutá část směrem k volnému konci druhého lisovacího trnupřechází v mírně kuželovitý dřík. Pomoci vyduté části druhého lisovacího trnu se dosáhneodpovídajícího zakřiveného průchodu vláken podél vnitřního povrchu vytlačeného dutéhočepu a tím i žádoucího plynulého přechodu ve vlákna mezi klikovým a ložiskovým čepem výsledné-ho ramena kliky.

Nejvíce vystupující část axiálního profilu lisovacího prstence má tvar části kruhovéhooblouků, který je soustředný s vydutou obloukovou částí podélného profilu druhého lisovacíhotrnu, když první a druhý lisovací nástroj provedou pohyb směrem k sobě. Při použití takovésady nástrojů se dosáhne toho, že tlouštka materiálu spojujícího čep s ramenem bude v řezuOsou čepu konstantní.

Ve výhodném provedení lisovacího zařízení podle vynálezu vystupuje lisovací prstenecz opěrného prstence, který je z vnější strany kuželovitý a je vyjímatelně uložen ve spodnímlisovacím nástroji, přičemž vnitřní povrch opěrného prstence tvoří otvor, do kterého jevytlačován čep. Opěrný prstenec je v axiálním směru rozdělen v nejméně dva segmenty. Tatokonstrukce umožňuje vytlačit přesně válcový čep a také v tomto čepu v maximálním rozsahuzachovat průběh vláken rovnoběžně s povrchem, a to i po obrobení čepu. Při vyjímání vykonané-ho polotovaru ze spodního nástroje je opěrný prstenec zvedán spolu s obrobkem, dokud jednotlivésegmenty opěrného prstence nevystoupí ze spodního nástroje, načež se tyto segmenty odčepů působením vlastn'í váhy oddělí.

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsán pomocí připojenýchvýkresů, které znázorňují:

Obr. 1 svislý řez zápustkou podle vynálezu s polotovarem uloženým v prstencovém držákuzápustky, obr. 2 až 4 analogické řezy zápustkou a polotovarem v jednotlivých po sobě následují-cích fázích tvarování polotovaru v rameno kliky, obr. 5 analogický řez ramenem kliky připravenýmpo obrobení ke svaření s dalšími dvěma rameny kliky a obr. 6 půdorysný pohled na spodnínástroj a prstencový držák polotovaru v zápustce. Zápustka podle vynálezu, znázorněná na obr. 1 až 4 sestává z nehybného prvního lisovacíhonástroje J., , z druhého lisovacího nástroje 2< 2 tvořeného výměnnými lisovacími plunžrya prstencového držáku 4^ pro zpracovávaný polotovar _5. 258451 4

Nehybný první lisovací nástroj 2 sestává ze základny _6, v jejíž horní straně je vytvořenovybrání ve tvaru komolého kužele pro uložení opěrného prstence T_, s kuželovým vnějěímpláštěm a kruhovým vnitřňím otvorem. Z obr. 6 je patrné, že opěrný prstenec T_ je na obvodutřemi axiálními řezy rozdělen ve tři shodné segmenty 2» které při uložení opěrného, prstenceT_ do vybráni na sebe těsně přiléhají. Na vnitřní vybrání 2 opěrného prstence T_ navazujenahoru vystupující lisovací prstenec 10 se znázorněným příčným profilem, který sestáváz kruhového oblouku, jehož 'vnitřní konec plynule navazuje na vnitřní vybrání 2» zatímcojeho druhý konec přechází· přímým úsekem v rovinnou prstencovou plochu 11, která při uloženíopěrného prstence T_ v základně 2 lícuje s horní rovinnou plochou 12 této základny f>. V horní rovinné ploše 12 je zapuštěn opěrný kolík 13, jehož horní zaoblený konecse nachází ve stejné výši jako horní okraj lisovacího prstence Π}* Vzdálenost mezi střednímiosami opěrného kolíku 13 a opěrného prstence 7_ je rovna požadovanému poloměru kliky. Z obr. 1je patrné, že opěrný kolík 13 tvoří na začátku první lisovací operace pomocnou opěru propolotovar 2·

Vnitřní obvod 14 prstencového držáku 2 odpovídá tvaru vytlačovaného ramena kliky. Tlouštkaprstencového držáku 4; je rovna tloušEce polotovaru 2· Prstencový držák 2 může být opatřenschematicky znázorněnou rukojetí 15 usnadňující v průběhu lisování manipulaci s prstencovýmdržákem 2 a polotovarem 2 uloženým v tomto prstencovém držáku 2·

Polotovar 2 může být vyříznut plamenem z kované nebo válcované ocelové tabule v takovévelikosti, aby mohl být po ohřátí na kovací teplotu snadno vložen do prstencového držáku2· Při první fázi lisování, která bude popsána později, dojde k tak pevnému sevření poloto-varu 2 v prstencovém držáku 2» ř® 8 polotovarem 2 a prstencovým držákem 2 lze manipulovatspolečně. Polotovar 2 může být případně vykován z ocelového bloku nebo tabule o určitévýchozí hmotnosti. Závěrečná fáze tohoto kování se provádí v prstencovém držáku 2, takžepolotovar 2 je P®k v prstencovém držáku 2 pevně sevřen a přiléhá na větší části vnitřníhoobvodu 14 tohoto prstencového držáku 2·

Na obr. 1 je znázorněn polotovar 2 sevřený v prstencovém držáku 2 a ohřátý na kovacíteplotu. Bezprostředně před zahájením kování dosedá polotovar 2 na lisovací prstenec 10a opěrný kolík .13. První fáze lisování se provádí druhým lisovacím nástrojem 2_ připevněnýmk neznázorněné tlačné desce pohyblivého horního nástroje. Na spodní straně druhého lisovacíhonástroje 2_ je vytvořena prstencová lisovací plocha 16, z jejíhož středu vystupuje axiálněsymetrický a mírně kuž'elovitý lisovací trn 17, jehož průměr je přibližně rovný průměruvybrání 2 prvního lisovacího nástroje 2· Na dně vybrání základny 2 j® uložena vložka 18,která sestává z kruhové desky 19 pro vystředění vložky 18 v opěrném prstenci T_ a z kovadla20 sloužícího při vytlačování čepu z polotovaru 5, kdy čelní strana 21 kovadla 20 dosednena čelo vytlačovaného čepu jako spodní kovadlo.

Na obr. 2 jsou polotovar 2 a lisovací nástroje 2» Z znázorněny v závěru první fázelisování, kdy prstencová lisovací plocha 16 druhého lisovacího nástroje 2 dosedá na hornístranu polotovaru 2» zatímco spodní strana polotovaru 2 dosedá na rovinnou prstencovouplochu 11 a horní rovinnou plochu 12, které leží v jedné rovině. Lisovací trn 17 v průběhutéto fáze vytlačil bdpovídající vybrání 22 v horní straně polotovaru 2» zatímco lisovacíprstenec 10 vytvořil odpovídající vrub 23 ve spodní straně polotovaru 2· Vytlačený materiálpřetekl do opěrného prstence T_, kde vytvořil prozatímní čep 24 vystupující ze spodní stranypolotovaru 2·

Druhý lisovací nástroj 2 se pak zvedne od polotovaru 2 a P° vyzvednutí prstencovéhodržáku 2 spolu 8 polotovarem 2 2 prvního lisovacího nástroje 2 s® prstencový držák 2 otočío 180° kolem jeho podélné osy a posune bočním sniěrem tak, aby důlek vytvořený opěrným kolíkem13 lícoval se střední osou druhého lisovacího nástroje 2. Aby se usnadnilo nastavovánípolohy polotovaru 5, může být ve spodní straně lisovacího trnu 17 vytvořen neznázorněnýcentrálně vystupující kolík odpovídající opěrnému kolíku 22· Opakováním popsané lisovací 5 258451 operace se v horní straně polotovaru 5 vytvoří vybrání 25 a na protilehlé straně vystupujícíčep 26 obklopený prstencovým vrubem 27. Vzdálenost vystupujícího čepu 26 od dříve vytvořenéhoprozatímního čepu 24 odpovídá požadované vzdálenosti mezi středními osami klikového aložiskového čepu výsledného ramena kliky. Na obr. 3 je znázorněn řez vytvarovaným polotovarem28 po skončení těchto prvních dvou lisovacích operací.

Druhý lisovací nástroj 2 se nyní nahradí druhým lisovacím nástrojem 2 znázorněnýmna obr. 2 a 3, který je opatřen dolů obrácenou prstencovou lisovací plochou 29.» odpovídajícíprstencové lisovací ploše 16 druhého lisovacího nástroje 2. Ze středu prstencové lisovacíplochy 29 vystupuje osově symetrický lisovací trn 30 sestávající z mírně kuželovité základny31, který vypouklým přechodem 32 s podélným profilem ve tvaru kruhového oblouku přecházíve vydutý přechod 33, s podélným profilem rovněž ve tvaru kruhového oblouku. Vydutý přechod33 přechází v mírně kuželovitý dřík 34. Z polohy znázorněné na obr. 3 začíná druhá fáze lisování, která spočívá v pohybudruhého lisovacího nástroje 2 dolů, dokud prstencová lisovací plocha 29 nedosedne na hornístranu vytvarovaného polotovaru 28.

První lisovací nástroj 2 se Pa^ °d vytvarovaného polotovaru 28 zvedne a tento vytvarovanýpolotovar 28 se spolu s prstencovým držákem i_ zvedne od prvního lisovacího nástroje 2 a otočístejně jako po první lisovací operaci, takže strana vytvarovaného polotovaru 28, která je naobr. 3 obrácena nahoru, dosedne na rovinnou prstencovou plochu 11 a horní rovinnou plochu12 prvního lisovacího nástroje 2· Lisovací prstenec 10 přitom zapadne do prstencového vrubu23. Nyní se opakuje popsaná druhá lisovací operace, po jejímž skončení má vytvarovaný polo-tovar 28 tvar znázorněný na obr. 4. V průběhu uvedených závěrečných operací je materiál Vytvarovaného polotovaru 28 nacháze-jící se pod vybráními 22., 25 přemistován směrem dolů. Protože však tečení materiálu v osovémsměru brání kovadlo 20., dochází k tečení materiálu převážně v radiálním směru, takže prozatímníčepy 2£, 26 se nejen prodlužují, ale také roztahují, aby přilehly na vnitřní vybrání 2prvního lisovacího nástroje 2· Výsledné čepy 35, 36 s výjimkou koncových částí, kterése později obrobením odstraní, jsou tedy válcové a vlákna materiálu probíhají rovnoběžněs válcovým povrchem.

Počátečné tlačné vykování prstencových vrubů 23 a 27 pomocí lisovacího prstence 10zajištuje v těchto místech v hotovém ramenu 37 kliky průběh vláken rovnoběžně s povrchem.

Střed kruhového oblouku tvořícího podélný profil vydutého přechodu 33 lisovacíhotrnu 30 je umístěn tak, že v koncové poloze lisovacích nástrojů znázorněné na obr. 4 sekryje se středem kruhového oblouku tvořícího část profilu lisovacího prstence 10. Je výhodné,jestliže dolů obrácené prstencové lisovací plochy 16, 29 na lisovacích nástrojích 2, 3přesahují co nejvíce rovinnou prstencovou plochu 11 na prvním lisovacím nástroji 2·

Vnější obrys prstencových lisovacích ploch 2®, 29 může mít tvar podle čerchovanéčáry 38 z obr. 6. Největší rozměr pravé strany obrysu je dán podmínkou, aby nezasahovaldo sousedního čepu vytlačovaného z polotovaru.

Opěrný prstenec 7 se v důsledku válcového tvaru výsledných čepů 35, 36 žvedá spolus vytvarovaným polotovarem 28 a prstencovým držákem £. Protože však vnější strana opěrnéhoprstence 7_ je kuželovitá a opěrný prstenec 2 3e složen ze segmentů B, dojde po jeho vytaženíz vybrání v základně 6. k odpadnutí segmentů 8. od výsledného čepu .35, 36 zpět do vybránív základně fj.

Na obr. 5 je čerchovanou čarou znázorněn řez vylisovaným hotovým ramenem 37 kliky,zatímco plné čáry znázorňují rameno kliky po obrobení a před vzájemným svařením řady shodnýchramen, kliky v místě čel 39, 40 obrobených čepů 41, 42, čímž vznikne klikový hřídel.

Claims (3)

1. 258451 6 Je zřejmé, že při této výrobě poměrně lehkého ramena kliky se velmi· ekonomicky využívámateriál, přičemž obráběním se odstraňuje jen minimální množství materiálu. Vlákna materiáluprobíhají přibližně rovnoběžně s povrchem, což zvyšuje pevnost klikového hřídele, zejménav materiálu mezi čepy a ve středních částech ramen. V modifikaci ramena kliky probíhá jeden nebo oba prstencové vruby 23, 27, kterév popsaném a znázorněném provedení spojitě probíhaly po celém obvodů příslušného čepu24, 26, pouze po části obvodu příslušného čepu 24, 26, to jest podél části obvodu čepu24, 26 přivrácené k sousednímu čepu 26, 24, nebot právě v těchto místech je v zatíženémhotovém klikovém hřídeli nejvyšší namáhání. Jednotlivé segmenty prstencových vrubů 23, 27 jsou s výhodou symetrické vzhledem ke spojnici 43 os čepů znázorněné na obr. 6. Úhlovýrozsah segmentu prstencového vrubu na každé straně spojnice 43 má být nejméně 60°, tojest celkem 120°. Tato úprava umožní zmenšit množství materiálu odstraňovaného při následném obráběníramena z obr. 5, nebot obvod původního polotovaru 5 a odpovídající vnitřní obvod prstencové-ho držáku £ pak mohou být blíže k příslušnému čepu 24, 26. S ohledem na poměrně velkou lisovací sílu potřebnou pro vytlačení vybrání, zejménaúplného prstencového vrubu 23, 27, může být každé z těchto vybrání vytvářeno ve dvou posobě následujících etapách. V první etapě se použije plochý druhý lisovací nástroj 2 bezlisovacího trnu 17 znázorněného na obr. 1, 2, takže na spodní straně polotovaru £ se vytlačíjen poměrně nízký prozatímní čep 24 tvořený materiálem vytlačeným z mělkého vybrání vytvořené-ho lisovacím prstencem 10 prvního lisovacího nástroje £. PŘEDMĚT VYNALEZU 1. zápustka pro výrobu ramena kliky pro svařovaný klikový hřídel, která sestává z prvníholisovacího nástroje a druhého lisovacího nástroje přemístitelných směrem k sobě a od sebe,přičemž první lisovací nástroj je opatřen horní plochou pro uložení plochého polotovaru sedvěma prozatímními čepy vystupujícími v opačných směrech z protilehlých bočních stran polo-tovaru v místech výsledného klikového čepu a výsledného hlavního ložiskového čepu ramenakliky, přičemž v horní ploše prvního lisovacího nástroje je vytvořeno vybrání pro uloženijednoho z prozatímních čepů, zatímco k druhému lisovacímu nástroji je připevněn lisovací trn vystupující z druhého lisovacího nástroje souose s vybráním směrem dolů k prvnímulisovacímu nástroji, vyznačující se tím, že ve vybrání /9/ je s radiální mezerou od bočníchstěn vybrání /9/ uloženo kovadlo /20/ a příčný průřez lisovacího trnu /30/ se směrem k prvnímulisovacímu nástroji/1/ zmenšuje, přičemž lisovací nástroje /1, 3/ jsou pohyblivé jedenke druhému a mezi čelní plochou lisovacího trnu /30/ a čelní plochou /21/ kovadla /20/ jevždy mezera.
2. 2. Zápustka podle bodu 1, vyznačující se tím, že vnější průměr kovadla /20/ činí 40 až60 % vnitřního průměru okolního vybráni /9/.
3. 3. Zápustka podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že na lisovacím trnu /30/ jevytvořen vydutý přechod /33/, jehož podélný průřez má tvar kruhového oblouku, přičemžvydutý přechod /33/ směrem k volnému konci lisovacího trnu /30/ přechází v mírně kuželovitýdřík /34/. 6 výkresů