CZ295968B6 - Způsob výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Při provádění způsobu výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, vysokotlakým vnitřním tvářením, se dutý hřídel (5), který se má tvarovat, vkládá do alespoň dvojdílného nástroje a pomocí souose a vně uspořádaných tlakových razníků (7) s těsnicími hlavami (8) se na něj působí osovými silami, přičemž se do vnitřní části dutého hřídele (5) souosými kanálky (9) v tlakovém razníku (7) a v těsnicí hlavě (8) přivádí tlakové prostředí. Tlakové razníky (7) a jejich těsnicí hlavy (8) mají průměr dovolující jejich zasunutí do alespoň dvojdílného nástroje a vačky (6, 6a, 6b) se jednotlivě nebo ve dvojicích postupně za sebou tvarují od středové části dutého hřídele (5) směrem k jeho koncům, za postupného osového posuvu materiálu dutého hřídele (5) do vytvarovaných vaček (6, 6a, 6b). Zařízení pro provádění tohoto způsobu obsahuje alespoň jeden v dutém hřídeli (5) a v tlakových raznících (7) a těsnicích hlavách (8) podélně pohyblivý a do jednotlivého konce dutého hřídele (5) zasouvatelný dutý vnitřní trn (16), který je alespoň na svém konci, zasahujícím do dutého hřídele (5), opatřen vždy čelním těsněním (17) dosedajícím na vnitřní stěnu dutého hřídele (5).

Description

Způsob výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, a zařízení k provádění tohoto způsobu (57) Anotace:

Při provádění způsobu výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, vysokotlakým vnitřním tvářením, se dutý hřídel (5), který se má tvarovat, vkládá do alespoň dvojdílného nástroje a pomocí souose a vně uspořádaných tlakových razníků (7) s těsnicími hlavami (8) se na něj působí osovými silami, přičemž se do vnitřní části dutého hřídele (5) souosými kanálky (9) v tlakovém razníku (7) a v těsnicí hlavě (8) přivádí tlakové prostředí. Tlakové razníky (7) a jejich těsnicí hlavy (8) mají průměr dovolující jejich zasunutí do alespoň dvojdílného nástroje a vačky (6, 6a, 6b) se jednotlivě nebo ve dvojicích postupně za sebou tvarují od středové části dutého hřídele (5) směrem k jeho koncům, za postupného osového posuvu materiálu dutého hřídele (5) do vytvarovaných vaček (6,6a, 6b). Zařízení pro provádění tohoto způsobu obsahuje alespoň jeden v dutém hřídeli (5) a v tlakových raznících (7) a těsnicích hlavách (8) podélně pohyblivý a do jednotlivého konce dutého hřídele (5) zasouvatelný dutý vnitřní tm (16), který je alespoň na svém konci, zasahujícím do dutého hřídele (5), opatřen vždy čelním těsněním (17) dosedajícím na vnitřní stěnu dutého hřídele (5).

Způsob výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, vysokotlakým vnitřním tvářením, při kterém se dutý hřídel, který se má tvarovat, vkládá do alespoň dvojdílného nástroje a pomocí souose a vně nástroje uspořádaných 10 tlakových razníků s těsnicími hlavami se na něj působí osovými silami, přičemž se do vnitřní části dutého hřídele souosými kanálky v tlakovém razníku a v těsnicí hlavě přivádí tlakové prostředí, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Je známa řada způsobů výroby vačkových hřídelů. V zásadě je lze rozdělit do dvou skupin.

Do první skupiny patří běžným způsobem vyrobený vačkový hřídel, který se buď kove, nebo 20 odlévá jako polotovar, a to jako plné těleso nebo také jako skořepinový odlitek z tvrzené litiny, přičemž se pak oba uvedené polotovary musí dále opracovat, nejdříve mechanicky třískově, načež je třeba zušlechtit jejich povrch s následným tepelným zpracováním a nakonec je třeba brousit části uložení a vačky. Nedostatkem takto vyrobených vačkových hřídelů je zejména jejich vysoká hmotnost a v důsledku toho také vysoký moment setrvačnosti, který se nepříznivě 25 projevují jednak na ložiskách, například při změnách kroutícího momentu, jednak na vysokých nákladech spojených s opracováním polotovaru.

Do druhé skupiny patří spojované vačkové hřídele, u nichž se vačky vyrábějí samostatně a pak se různým způsobem jednotlivě připojují k hřídeli. Tak je například možno vačky navařit, zejména 30 na dutý hřídel, nebo je zateplá nasadit na trubku. U posledně uvedeného způsobu je známo trubku, popřípadě dutý hřídel s nasunutými vačkami, zakládat do nástroje odpovídajícího tvaru a pak trubku rozepnout metodou vnitřního vysokotlakého tváření, čímž se vačky pružně a trubka plasticky rozšíří, čímž se dosáhne pevného lisovaného uložení vaček na trubce, popřípadě na dutém hřídeli.

Při rozpínání trubky metodou vnitřního vysokotlakého tváření se tvářené duté trubkové těleso současně zatěžuje vnitřním tlakem a axiální silou působící na jeho konce. Jako tlakový prostředek jsou vhodné kapaliny nebo elastomery. Axiální síla se obvykle převádí pomocí tuhých nástrojů, jako jsou písty, razníky a podobně, které přímo nebo nepřímo vyvozují tlak na konce polotovaru.

Příkladná provedení výše uvedeným způsobem spojovaných, popřípadě takto provedených, hřídelů jsou známa ze spisů DE-A1-34 09 541 a z DE-A1-35 21 206. Společné pro oba známé návrhy je, že je třeba samostatně zhotovovat upevňované funkční části, jejichž výroba, zejména v případě vaček, je spojena s vysokými náklady, nehledě k tomu, že je nákladný i celý postup 45 spojený s jejich upevňováním.

Ze spisu US 2 222 762 je dále znám způsob, podle kterého se trubkové polotovary nejdříve zahřejí a pak se vloží do formy. Po ohřevu se snadno tvářítelný polotovar pomocí podpěrného média, plynu nebo kapaliny, stabilizuje zevnitř. Axiální síly, vyvozované buď pohyblivě vytvoře50 nou formou nebo pomocí na formě nezávislých razníků, tlačí současně polotovar do formy, přičemž podpěrné médium zabezpečuje, že se ohřátý polotovar nezbortí. Nedostatkem tohoto způsobu je, že je nejdříve třeba polotovar ohřát, aby materiál získal potřebnou plasticitu a mohl být zatlačen do formy. Tento ohřev kromě změny struktury představuje také další pracovní operaci, jíž se zvyšují výrobní náklady. Navíc je pracovní tlak vyvozován pouze axiálními silami,

-1 CZ 295968 B6 což má za následek nestejnoměrné tečení materiálu a tím i nestejnoměrné rozdělení pnutí v polotovaru.

Ze spisu JP-A-57 206 530 je znám způsob výroby vačkového hřídele, podle kterého se předem ohřáté duté těleso pomocí tlakové kapaliny v jediné operaci zalisuje do formy. I zde je nejdříve třeba provést ohřev. U tohoto způsobu dále nenásleduje žádný další axiální posuv, což rovněž vede k nestejnoměrnému tečení materiálu. Kromě toho není u tohoto způsobu žádný sled tvářecích operací, způsob obsahuje pouze jedinou tvářecí operaci.

Podstata vynálezu

Úkolem tohoto vynálezu je odstranit uvedené nedostatky a vyřešit způsob a zařízení k provádění tohoto způsobu, jímž by při snížených výrobních nákladech, snížených nákladech na nástroje a sníženém počtu pracovních operací bylo možno vyrábět podlouhlá dutá tělesa, zejména vačkové hřídele, se zvýšeným stupněm účinnosti, to je při vyšší produktivitě, a bez redukce tloušťky stěn.

Uvedený úkol splňuje a uvedené nedostatky odstraňuje způsob výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, vysokotlakým vnitřním tvářením, při kterém se dutý hřídel, který se má tvarovat, vkládá do alespoň dvojdílného nástroje a pomocí souose a vně uspořádaných tlakových razníků s těsnicími hlavami se na něj působí osovými silami, přičemž se do vnitřní části dutého hřídele souosými kanálky v tlakovém razníku a v těsnicí hlavě přivádí tlakové prostředí, podle tohoto vynálezu, jehož podstatou je, že tlakové razníky a jejich těsnicí hlavy mají průměr dovolující jejich zasunutí do alespoň dvojdílného nástroje a vačky se jednotlivě nebo ve dvojicích postupně za sebou tvarují od středové části dutého hřídele směrem k jeho koncům, za postupného osového posuvu materiálu dutého hřídele do vytvarovaných vaček.

Z toho je zřejmé, že metoda vysokotlakého tváření se na rozdíl od stavu techniky nepoužije pro rozšiřování dutého hřídele za účelem dosažení nalisovaného uložení nebo, jako v případě podle DE-A1-35 21 206 pro dosažení přídavného axiálního zpevnění, ale pro jednodílné vytvoření vaček, zjednodušeně, nikoliv však omezitelně přímo z materiálu dutého hřídele, takže postupným vytvářením vaček se dosahuje jak co do nákladů velmi výhodných, tak i co do výrobního postupu časově úsporných, možností výroby vačkového hřídele z jediného kusu.

Přitom je další vytvoření vynálezu společné pro různé možnosti provedení, podle kterých se dutý hřídel tváří v několika operacích, ve kterých se vačky, pokud jde o jejich tvarové provedení a/nebo jejich polohu na dutém hřídeli, tvarují postupně. Jak bude ještě dále podrobněji vysvětleno, je tím míněno, že na jedné straně je možno vačky jednak postupně dotvarovat do konečného stavu, na druhé straně je však také možno tvarovat je na dutém hřídeli postupně za sebou v požadovaném pořadí. Je samozřejmé, že obě tyto možnosti se také mohou překrývat.

Je výhodné, když tvarovací proces se zahajuje od alespoň na jednom konci dutého hřídele uspořádaného tlakového razníku na nejvíce vzdálených vačkách a postupně se dále provádí směrem k tlakovému razníku.

Podle vynálezu se vačky tvarují proti tlaku několika tlakových a/nebo vratně posuvných smýkadel buď jednotlivě, nebo ve dvojici za sebou.

Jednotlivé výrobní operace se mohou provádět v různých částech nástroje.

Vačky se vytvářejí směrem od středové části dutého hřídele k jeho koncům, což lze zvláště úsporným způsobem provádět ve dvojici. Je také možné tvarovat vačky směrem od jednoho konce dutého hřídele k druhému konci. Významnou výhodou tohoto postupu je co do nákladů

-2CZ 295968 B6 výhodná výroba, zejména proto, že odpadá samostatná výroba vaček a jejich kalibrování, přičemž osový proud materiálu může bez zábran téci do pásma tváření. Přísun materiálu od konců dutého hřídele v důsledku osového silového zatížení a posuvu podle vynálezu není omezován předcházejícími dvojicemi vaček, to znamená, že materiál dutého hřídele může být bez omezení dosouván do příslušného tvářecího pásma. Po tvarování tohoto pásma následuje tvarování další dvojice vaček. Z toho vyplývá výhoda, že osově vytvářenými napětími v tlaku je možno dosáhnout větších stupňů přetvoření materiálu dutého hřídele, které leží nad stupněm jeho tažnosti. Kromě toho je redukce tloušťky stěny v oblasti přetváření, to je v oblasti tváření vaček, značně snížena, to znamená, že dochází ke stejnoměrnějšímu průběhu tloušťky stěny, takže se dosahuje vyšší stability součásti. Pro praktické využití přichází v úvahu několik možností.

Tak mohou být vačky z hlediska své polohy záměrně jednotlivě nebo ve skupinách tvářeny proti tlaku většího počtu smýkadel ovladatelných co do zpětného posuvu nebo podobně.

V souvislosti s výše uvedenou možností postupně tvářet vačky od středové části dutého hřídele směrem k jeho koncům platí, že je zvláště výhodné, když při řízeném tečení materiálu do vnitřních oblastí, to je do středové části dutého hřídele, nedochází k žádnému velkému protahování materiálu se ztenčením stěny, neboť v průběhu tváření uvnitř ležících vaček při axiálním přísunu materiálu není jeho tečení nijak omezováno vačkami, které byly dříve vytvarovány. Kromě toho je tak možno vyrábět vačkové hřídele z materiálů o nižší tažnosti, s velkou výškou vaček, jakož i s poměrně velkým počtem vačkových dvojic a ložiskových uložení, jaká jsou například potřebná pro dvanáctiválcové motory. Kromě toho dochází na konstrukčních součástech k menšímu napěchování materiálu a tloušťka jejich stěn je stejnoměrnější, což skýtá i další výhodnou možnost případné celkové redukce tloušťky stěny.

Při realizaci vynálezu je možno použít různé za studená tvářitelné materiály, jako jsou zakázkové polotovary nebo zakázkové trubky, nebo vedle jednovrstvých materiálů také dvouvrstvé materiály, například kombinace ocel/ocel nebo ocel/hliník, sendvičová dutá tělesa nebo dutá tělesa opatřená povlakem. Pro kombinaci ocel/hliník je výhodné, tvoří-li ocel vnější a hliník vnitřní vrstvu. Tím se dosahuje výrazně lepších vlastností polotovaru, neboť ocelový plášť zvyšuje otěruvzdornost, zlepšuje možnosti tepelného zpracování a kroutící moment, zatímco vnitřní vrstva z hliníku představuje vhodný opěrný materiál a je výhodná z hlediska hmotnosti. Jako vícevrstvý výchozí polotovar pro tváření výrobku podle vynálezu může sloužit kombinace s lisovaným uložením, ale polotovar může však také být vyroben společným protlačováním nebo metodou kontinuálního lití.

U výše zmíněné varianty je možno smýkadla v požadovaném časovém okamžiku zatížit tlakem, podle potřeby buď jednotlivě, nebo ve dvojici. U výhodné možnosti provedení jsou smýkadla do tlaku i zpětně ovladatelná pomocí přiřazených hydraulických válců, přičemž při tvarování od středové části dutého hřídele směrem k jeho koncům, pro uvnitř ležící vačky, popřípadě projím odpovídající vybrání v nástroji, nejsou nutná žádná smýkadla, neboť zde začíná tvarování vaček a v průběhu této doby jsou smýkadla v ostatních vybráních dotlačována na vnější stěnu dutého hřídele, takže na těchto místech nemůže docházet k žádné jeho deformaci. Vačky se na těchto místech vytvoří později.

Alternativně k hydraulickému tlakovému zatížení smýkadel, popřípadě jejich pístů nebo razníků, může být jejich zpětný chod také ovládán mechanicky, a to pomocí klínové lišty pohybující se v zásadě rovnoběžně vzhledem k podélné ose dutého hřídele, která je opatřena klínovou vačkou přímo působící na tažné tyče tak, že odpovídajícím pohybem klínové lišty dojde k přemístění smýkadel. To znamená, že i pomocí tohoto provedení je možno záměrně dosahovat překrytí momentálně nepoužitelných vybrání, popřípadě uvolnit ta místa, na kterých se nemá vytvořit žádná nebo jen jedna vačka.

Postupné tvarování vaček zevnitř a vnějším směrem může být podle zvláště výhodné možnosti vynálezu také prováděno tak, že se jednotlivé výrobní operace provedou v různých částech

-3 CZ 295968 B6 nástroje, to znamená, že je sice mezi jednotlivými operacemi třeba měnit uložení polotovaru v nástroji, avšak o to jednodušší a co do nákladů výhodnější může být provedení nástroje. Kromě toho nejsou v tomto případě zapotřebí žádné aktivní prvky, jako jsou smýkadla a podobně, které se používají zejména v případech, kdy se nevyskytují žádné prostorové problémy, neboť při výrobě dutého hřídele například se šesti vačkami a jejich tvarování ve dvojicích zevnitř vnějším směrem jsou nutné v nástroji tři tvářecí nástroje.

Alternativně může podle vynálezu také být místně směrované tvarování vydutých částí řízeno pomocí alespoň jednoho vnitřního trnu, který se zavede do dutého hřídele, je v něm podélně posuvný a překrývá polohy, v nichž se právě netvarují žádné vačky.

Zavedené vnitřní trny, které pak co do účinku stejně jako výše uvedená smýkadla, nejdříve brání tvarování na určitých místech, na rozdíl od smýkadel však z vnitřní části dutého hřídele. Vnitřním tlakem se jednotlivě zatěžují pouze místa, kde se mají v daném okamžiku vytvořit vačky zevnitř vnějším směrem tak, že jen v těchto místech může dojít k přetvoření dutého hřídele. Ostatní oblasti nejsou pod tlakem a proto tam také nepůsobí žádná přetvářná síla. To znamená, že se zde nepůsobí proti vnitřnímu tlaku pomocí smýkadel, ale pomocí vnitřního trnu se brání tomu, aby vnitřní stěna dutého hřídele v oblastech vybrání, do nichž se příslušné části momentálně ještě nemají tvarovat, byla zatížena tlakem. Tím způsobuje mechanicky vyvozovaný axiální tlak spolu s vnitřním tlakem napěchování a konečně i požadované tvarování pouze v těch místech, kde vnitřní stěna dutého hřídele není proti vnitřnímu tlaku překryta vnitřním trnem a kde je v nástroji provedeno jedno nebo několik vybrání.

V praktickém provedení se s výhodou používají dva vnitřní trny, které je třeba z obou stran zasunout do dutého hřídele, a které mají vnější průměr dovolující jejich zavedení, popřípadě zatažení, do pístů přenášejících mechanické axiální síly na koncové části dutého hřídele. Tím je zase umožněno výhodné a co do místa postupné tvarování vaček počínaje od středové části dutého hřídele až k jeho koncům. Je samozřejmé, že vnitřní trny musí být opatřeny souosými průchozími kanálky, jimiž tlakové prostředí může vnikat dovnitř do dutého hřídele.

Toto provedení vynálezu dovoluje integrovat v nástroji poměrně velký počet vybrání při poměrně nízkých nákladech.

Způsob výroby podle vynálezu umožňuje tvarovat také vícestěnný podlouhlý dutý polotovar.

Je třeba se také zmínit, že v rámci vynálezu je možno vycházet z polotovaru, který byl předtvářen například pěchováním a/nebo příčným válcováním dutého hřídele. Tento postup umožňuje na těch místech dutého hřídele, kde se mají tvarovat vačky, vytvořit nahromadění materiálu za tím účelem, aby se čelilo redukci stěny a možné nedostačující roztažnosti materiálu.

Podstatou zařízení k provádění tohoto způsobu, obsahujícího alespoň dvojdílný nástroj pro vložení a tvarování dutého hřídele, přičemž tento alespoň dvojdílný nástroj je opatřen vybráními pro vládání vznikajících vaček, a dva souose avšak protilehle uspořádané a jednotlivě na konce dutého hřídele působící tlakové razníky s těsnicími hlavami opatřenými souosými kanálky pro přivádění tlakového prostředí do vnitřního prostoru dutého hřídele, je, že obsahuje alespoň jeden v dutém hřídeli a v tlakových raznících a těsnicích hlavách podélně pohyblivý a do jednotlivého konce dutého hřídele zasouvatelný dutý vnitřní trn, který je alespoň na svém konci, zasahujícím do dutého hřídele, opatřen vždy čelním těsněním dosedajícími na vnitřní stěnu dutého hřídele.

Je výhodné, když zařízení obsahuje smýkadlo pohyblivé kolmo na osu dutého hřídele alespoň do některých z vybrání.

Dále je výhodné, když zařízení obsahuje alespoň jeden alespoň dvojdílný nástroj se soustavou tvářecích dutin s rozdílným počtem vybrání.

-4CZ 295968 B6

Je také možné, aby alespoň dvojdílný nástroj byl opatřen soustavou tvářecích dutin s postupně vzrůstajícím počtem vybrání.

Podle vynálezu mají souosé kanálky v tlakových raznících a těsnicích hlavách průměr umožňující zasouvání vnitřních trnů do dutého hřídele.

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na výkresech, kde obr. 1 představuje schematicky základní konstrukci dvojdílného nástroje bez přídavných nástrojů, s vloženým polotovarem ve výchozím a konečném stavu, v pohledu z boku a v řezu, obr. 2 podélný osový řez dvojdílným nástrojem, vzhledem k obr. 1 s detaily a s individuálně pomocí hydraulických válců obousměrně ovladatelnými smýkadly v několika tvarovacích dutinách, obr. 3 pohled na schematicky znázorněnou klínovou lištu pro ovládání tlačných tyčí pomocí smýkadel podle obr. 2, obr. 4 schematický pohled shora a řez znázorňující polovinu dvojdílného nástroje s několika úložnými místy pro postupové tváření polotovaru, který je v každém úložném místě znázorněn v příslušném stavu zpracování, obr. 5 pohled na jednu polovinu dvojdílného nástroje podle dalšího příkladného provedení vynálezu, s uloženým, zčásti hotovým, polotovarem, to je dutým hřídelem, a s vnitřními trny částečně překrývajícími vnitřní stěnu dutého hřídele, a to schematicky v řezu a v pohledu shora a obr. 6 pohled na předlisovaný dutý hřídel, který může sloužit jako výchozí polotovar pro další tvarování například ve dvojdílném nástroji podle obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Dříve než budou podrobně popsány jednotlivé obrázky na výkresech je třeba uvést k nim některé základní poznámky. Tak je nejdříve třeba věnovat pozornost tomu, že na horní části obr. 1 a 2 je znázorněn polotovar ve svém konečném tvaru, zatímco v jejich dolních částech je znázorněn jeho výchozí stav, popřípadě na obr. 6 je znázorněn jeho počáteční mezioperační stav. Pro obr. 1 až 5 je navíc společné, že schematicky znázorňují dvojdílné nástroje, které jsou zásadně vhodné pro metodu vysokotlakého vnitřního tváření a s výhodou jsou dělené v horizontální rovině. Jsou opatřeny tvarově za sebou následujícími, dále podrobněji popsanými, vybráními, to je vnitřními dutinami dvojdílného nástroje, do kterých se vkládá dutý hřídel, který se má tvarovat, který se pak pomocí stranově vně dvojdílného nástroje uspořádaných a známým způsobem ovladatelných tlakových razníků vystaví v axiálním směru čelně působícím silám, přičemž do vnitřního prostoru dutého hřídele se současně vtlačuje tlakové prostředí tak, že dutý hřídel je zatížen vysokým vnitřním tlakem a axiální silou působící na konce dutého hřídele. Tím dochází k žádoucímu vydutí v uzavřeném dvojdílném nástroji. Průměr postranních tlačných razníků je tak velký, aby mohly být zasunuty do dvojdílného nástroje a mohly pěchovat dutý hřídel, přičemž jsou opatřeny souosými kanálky, jimiž může tlakové prostředí procházet do dutiny dutého hřídele. Tlakové razníky jsou na svém volném konci opatřeny těsnicími hlavami sloužícími pro utěsnění polotovaru dutého hřídele na obou koncích a pro zavedení osových sil do dutého hřídele, jakož i pro přivádění tlaku do jeho vnitřní části. Tlak se s výhodou aplikuje prostřednictvím multiplikátoru o konstrukci jako u hydraulického válčena je možno jej zvýšit, neboť kapalina se ve vnitřním prostoru multiplikátoru stlačuje, nebo snížit, když se tlak kapaliny snižuje.

Pro obecnou představu je na obr. 1 velmi zjednodušeně znázorněn dvojdílný nástroj s horní polovinou 1 a dolní polovinou 2, které v uzavřeném stavu vytvářejí dutý prostor 3 jako formu pro konečný tvar vačkového hřídele. K tomu je třeba poznamenat, a to platí i pro další znázornění jiných výhodných příkladných provedení vynálezu, že zde jsou jednotlivé vačky 6 pro snadnější pochopení znázorněny v jedné rovině. Je samozřejmé, že jsou zpravidla radiálně úhlově prosazeny. V místech, kde se mají vytvořit vačky 6, je dutý prostor 3 opatřen odpovídajícími vybráními 4, ve znázorněném příkladném provedení jen třemi vybráními 4 proto, že jde o znázornění principu řešení, a do těchto vybrání 4 se zatlačují odpovídající části stěn dutého hřídele 5.

-5 CZ 295968 B6

Vybrání 4 tvoří část celkového počtu vnitřních dutin dvojdílného nástroje, do nichž se vkládá dutý hřídel 5 jako výchozí polotovar.

V dolní polovině 2 dvojdílného nástroje je vložen dutý hřídel 5, znázorňující počáteční stav, zatímco v horní polovině 1 dvojdílného nástroje je znázorněn konečný stav s hotově tvarovanými vačkami 6, tedy vačkový hřídel vyrobený podle vynálezu z jednoho kusu materiálu. Tlakové razníky 7 jsou opatřeny těsnicími hlavami 8. Na levé straně obr. 1 je znázorněn v řezu tlakového razníků 7 a těsnicí hlavy 8 souosý kanálek 9, jímž tlakové prostředí vniká do vnitřního prostoru dutého hřídele 5.

U tohoto příkladného provedení se dutý hřídel 5 vloží do dvojdílného nástroje, který má geometrii vačkového hřídele, a vnitřním vysokým tlakem a pomocí osového posuvu materiálu se tvaruje. To znamená, že dutý hřídel 5 se ze svého výchozího stavu postupně převádí do svého konečného stavu tak, že tlakové razníky 7 dosedají svými těsnicími hlavami 8 na čelní plochy dutého hřídele 5 a vyvozují na ně tlak za současného přivádění tlakového prostředí souosými kanálky 9. V důsledku působení obou se překrývajících sil v průběhu zasouvání tlakových razníků 7 do koncové části dvojdílného nástroje dochází k přetvoření dutého hřídele 5 do znázorněného konečného stavu.

U následujících příkladných provedení vynálezu jsou pro odpovídající součásti použity stejné vztahové značky jako na obr. 1.

Jak již bylo výše uvedeno, u příkladného provedení podle obr. 2 sestává dvojdílný nástroj z horní poloviny 1 a z dolní poloviny 2 a jeho dutý prostor 3 je vytvořen v geometrii potřebné pro vyráběný vačkový hřídel. Přitom je u tohoto příkladného provedení v dvojdílném nástroji uspořádáno šest vybrání 4, 4a, 4b pro šest vaček 6, 6a, 6b. které mají být vyrobeny. Souosé kanálky 9 pro přívod tlakového prostředí nejsou v tlakovém razníků 7 a v těsnicí hlavě 8 kvůli zjednodušení znázorněny. Na obr. 2 jsou schematicky znázorněna smýkadla 11a, 1 lb přiřazená k vybráním 4a, 4b bližším ke koncům dutého hřídele 5, která jsou vzhledem k vybráním 4a, 4b posuvná podle znázorněných dvojšipek prakticky ve svislém směru, a to pomocí tlačných tyčí 13a, 13b, spojených s hydraulickými válci 12a, 12b. Tím jsou smýkadla Ha, 11b posuvně ovladatelná v obou směrech. Ve výchozí poloze se nacházejí svou čelní plochou v poloze na obr. 2 znázorněné jako horní poloha, to znamená v poloze, ve které dosedají na vnější stěnu vloženého dutého hřídele 5. Obě vybrání 4, uspořádaná ve středové části dvojdílného nástroje, nejsou opatřena zádním smýkadlem.

Způsob výroby například se provádí následovně.

Vzhledem k tomu, že se čtyři smýkadla 11a, 1 lb nacházejí ve vysunuté výchozí poloze, vytvarují se při osovém posuvu materiálu dutého hřídele 5 nejdříve ve středové oblasti uspořádané vačky 6, aniž by tečení materiálu bylo omezováno tvářením vnějších vaček 6a a dalších vnějších vaček 6b uspořádaných blíže ke koncům dutého hřídele 5. Po dokončeném tvarování obou vaček 6 pomocí vnitřních hydraulických válců 12b, uspořádaných vnějším směrem od obou hotově vytvořených vaček 6, se odsunou vnitřní smýkadla 1 lb, načež se tvarují další vnější vačky 6b, přičemž ani zde nedochází k omezování osového tečení materiálu, neboť ještě nedochází k tvarování vnějších vaček 6a při koncích dutého hřídele 5. V poslední fázi vysokotlakého vnitřního tváření se odsunou vnější smýkadla 11a a tvarují se odpovídající vnější vačky 6a.

Místo hydraulického ovládání smýkadel 1 la, 1 lb mohou tato být také ovládána mechanicky. Pro tento účel je použita klínová lišta 14, znázorněná na obr. 3, na které jsou provedeny vnější klínové vačky 15a a vnitřní klínové vačky 15b, v pořadí odpovídajícím poloze tlačných tyčí 13a, 13b. Klínová lišta 14 je v tomto případě uspořádána v oblasti hydraulických válců 12a, 12b a je pohyblivá ve směru rovnoběžném s podélnou osou dutého hřídele 5, přičemž klínové vaky 15a, 15b přímo působí na odpovídající tlačné tyče 13a, 13b. V takovém případě je potřebný jen jediný neznázorněný hydraulický válec, který posouvá klínovou lištu 14 ve směru znázorněném na

-6CZ 295968 B6 obr. 3 dvojšipkou. V poloze, znázorněné na obr. 3, jsou tlačné tyče 13a, 13b. na které přímo působí klínové vačky 15a, 15b, v zasunutém stavu, to znamená v poloze, ve které se nejdříve tvarují vačky 6 uspořádané ve středové oblasti dutého hřídele 5.

Při posunutí klínové lišty 14 směrem doleva podle obr. 3 se za současného působení vnitřního tlaku v dutém hřídeli 5 stlačí smýkadla 11a, 1 lb dolů podle obr. 2, neboť jejich tlačné tyče 13a, 13b podle obr. 3 mohou podél zešikmení klínových vaček 15a, 15b uhnout směrem dolů.

Popsaná klínová lišta 14 umožňuje přímé ovládání ve smyslu postupu vysvětleného výše v souvislosti s obr. 2, neboť jak je rovněž zřejmé z obr. 3, vnitřní klínové vačky 15b mají kratší čelní plochy, to znamená, že při pohybu směrem doleva se vnitřní tlačné tyče 13b, umístěné před vnějšími tlačnými tyčemi 13a, dostávají do oblasti zešikmení vnitřních klínových vaček 15b dříve než vnější tlačné tyče 13a, takže před vytvořením vnějších vaček 6a dochází nejdříve k vytvoření dalších vnějších vaček 6b. K tváření vnějších vaček 6a dochází až v okamžiku, kdy se vnější tlačné tyče 13a dostanou do oblasti zkosení vnějších klínových vaček 15a.

Pro další zlepšení tečení materiálu při tvarování vaček 6 ve středové části dutého hřídele 5 mohou také být neznázorněnými smýkadly opatřena vybrání 4 ve středové části dvojdílného nástroje, která jsou odpovídajícím způsobem vymezována prostřednictvím neznázoměných tlačných tyčí, ovládaných neznázorněnými klínovými vačkami uspořádanými mezi vnitřními klínovými vačkami 15b. Obr. 4, na kterém nejsou znázorněny tlakové razníky 7 s těsnicími hlavami 8, představuje zvláště výhodné provedení vynálezu. V půdorysu je zde znázorněna dolní polovina dvojdílného nástroje se třemi tvarovacími dutinami různé geometrie, to je rozdílný počet vybrání 4, 4a, 4b, přičemž v každé dutině je uložen v odpovídající operaci vytvořený vačkový hřídel 5. Tváření v jednotlivých tvarovacích dutinách může probíhat současně nebo postupně.

Z obr. 4 je zřejmé, že se znázorněná výroba vačkového hřídele se šesti vačkami 6, 6a, 6b provádí ve třech operacích, přičemž dutý hřídel 5 se podrobuje první tvarovací operaci v tvářecí dutině znázorněné v horní části obr. 4, ve které se tvarují obě vačky 6 uspořádané ve středové části dutého hřídele 5. Takto vytvořený dutý hřídel 5 se pak přenáší do tvářecí dutiny znázorněné níže, která je opatřena dvěma dalšími vnějšími vybráními 4b. V této druhé operaci se na dutém hřídeli 5 tvarují další vnější vačky 6b vtlačováním materiálu do dalšího vnějšího vybrání 4b. Nakonec se dutý hřídel 5 přenese do tvářecí dutiny opatřené šesti vybráními 4, 4a, 4b, znázorněnými v dolní části obr. 4, ve které se provádí konečné tvarování.

Obr. 5 představuje rovněž výhodné provedení vynálezu. Znázorňuje dolní polovinu 2 dvojdílného nástroje pro výrobu vačkového hřídele se šesti vačkami 6, 6a, 6b, na němž jsou dvě vačky 6 ve středové části dutého hřídele 5 již vytvarovány. Také pomocí tohoto nástroje se tyto vačky 6 zhotovují postupně zevnitř vnějším směrem. Za tímto účelem jsou zde použity dva vnitřní trny 16, které jsou znázorněné poloze mezioperačního postupu do dutého hřídele 5 zasunuty tak daleko, aby v dutém hřídeli 5 uzavíraly a chránily proti působení vysokého vnitřního tlaku ty oblasti, v nichž se teprve v další operaci mají stěny dutého hřídele 5 vtlačovat do vnějších vybrání 4a, 4b. Za tím účelem mají vnitřní trny 16 vnější průměr, který dovoluje jejich teleskopické zasouvání do dutého hřídele 5 s odpovídající vůlí vůči jeho vnitřní stěně. Na svém volném uvnitř ležícím konci jsou vnitřní trny 16 opatřeny čelním těsněním 17, například klínovými těsnicími kroužky, které utěsňují dutý hřídel 5, jakmile dojde v jeho vnitřní části ke zvyšování tlaku. Čím vyšší je tlak, tím vyšší je těsnicí síla čelních těsnění 17 v podobě klínových těsnicích kroužků. Těsnicí sílaje tedy odvozena od vnitřního tlaku.

Tlakové razníky 7 s těsnicími hlavami 8 jsou v tomto případě vytvořeny tak, že na jedné straně mají vnější průměr, který, jako u dosud popsaných příkladných provedení, dovoluje zavedení do vybrání dvojdílného nástroje, tedy takový průměr, který přibližně odpovídá vnějšímu průměru dutého hřídele 5, avšak na rozdíl od dosud popsaných příkladných provedení má rozšířené provedení, přičemž jeho průměr je tak velký, že se v něm mohou obousměrně teleskopicky pohybovat vnitřní trny 16. Tak mohou tlakové razníky 7 s těsnicími hlavami 8 obousměrně vyvozovat svou

-7CZ 295968 B6 osovou sílu na koncové čelní části dutého hřídele 5 při současném posuvu vnitřních trnů 16. Souosý kanálek 9 pro tlakové prostředí se nyní nachází ve vnitřním tmu 16. Podrobnosti tohoto postupu jsou zřejmé z provedení znázorněného v řezu na levé části obr. 5.

Podle této koncepce je možno provádět následující pracovní postup. Nejdříve se vnitřní trny 16 z koncové části tlakových razníků 7, dosedajících svými těsnicími hlavami 8 na dutý hřídel 5, vysunou do polohy znázorněné na obr. 5 a zasunou se do dutého hřídele 5, což může být provedeno pomocí vhodných, na vnějším konci dutých razníků 7 uspořádaných a neznázorněných, prvků, přičemž vnitřní trny 16 mohou například procházet tlakovými razníky 7 až k jejich vnějšímu konci. Po následujícím vyvození místního vnitřního tlaku se znázorněným způsobem vytvoří obě vačky 6 ve středové části dutého hřídele 5.

V další fázi se vnitřní trny 16 odsunou vnějším směrem tak daleko, až se uvolní oblast dalších vnějších vybrání 4b, takže vnitřní tlak může nyní působit na tyto oblasti dutého hřídele 5, do kterých mohou být tvarovány další vnější vačky 6b, a to za současného osového posuvu materiálu od koncových částí dutého hřídele 5, přičemž vnitřní trny 16 jsou za účelem doplnění potřebného množství materiálu současně posouvány směrem dovnitř, aby nedocházelo ke tření mezi klínovým čelním těsněním 17 na vnitřních trnech 16 a vnitřní stěnou dutého hřídele 5.

Po vytvarování této druhé dvojice, to je dalších vnějších vaček 6b, vždy následuje odlehčení vnitřního tlaku, čímž se těsnicí síla klínových těsnicích kroužků čelního těsnění 17 sníží na minimum při zachování elastického vlastního podílu klínových těsnicích kroužků. Pak se vnitřní trny 16 odsunou ještě dále vnějším směrem a tvaruje se další dvojice vnějších vaček 6a.

I u této verze je možno dosáhnout optimálního přísunu materiálu, neboť, jak již bylo uvedeno v souvislosti s popsanými příkladnými provedeními, u každého pracovního postupu, při kterém dochází k vytváření vaček 6, 6a, 6b postupně ve směru od střední části dutého hřídele 5 směrem kjeho koncovým částem, může materiál být bez zábrany dosouván od konců dutého hřídele 5, neboť v těchto dosud tlakově nezatížených oblastech zatím nedochází k jejímu přetvoření.

Jen pro doplnění těchto různých možností použití způsobu podle vynálezu je na obr. 6 znázorněn výchozí polotovar pro dutý hřídel 5, který má být tvářen do tvaru vačkového hřídele se šesti vačkami a který je do stavu, znázorněného na obr. 6, vyroben konvenčními postupy, například pěchováním, příčným válcováním a podobně, přičemž na místech, na kterých se mají vytvořit vačky, jsou materiálová nahromadění 19, jimiž se má čelit zmenšení tloušťky stěny a možné nedostačující roztažnosti materiálu. Takový výchozí polotovar se hodí například pro zpracování v dvojdílném nástroji, znázorněném na obr. 1 a 2, přičemž v důsledku materiálového nahromadění 19 se snižuje i osové tečení materiálu.

Průmyslová využitelnost

Vynález slouží zejména pro výrobu podlouhlých dutých hřídelů s větším počtem vaček, zejména vačkových hřídelů, které nacházejí široké uplatnění zejména v automobilovém průmyslu.

Claims (11)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, vysokotlakým vnitřním tvářením, při kterém se dutý hřídel (5), který se má tvarovat, vkládá do alespoň dvojdílného nástroje a pomocí souose a vně uspořádaných tlakových razníků (7) s těsnicími hlavami (8) se na něj působí osovými silami, přičemž se do vnitřní části dutého hřídele (5) souosými kanálky (9) v tlakovém razníku (7) a v těsnicí hlavě (8) přivádí tlakové prostředí, vyznačující se tím, že tlakové razníky (7) a jejich těsnicí hlavy (8) mají průměr dovolující jejich zasunutí do alespoň dvojdílného nástroje a vačky (6, 6a, 6b) se jednotlivě nebo ve dvojicích postupně za sebou tvarují od středové části dutého hřídele (5) směrem kjeho koncům, za postupného osového posuvu materiálu dutého hřídele (5) do vytvarovaných vaček (6, 6a, 6b).
2. 2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že tvarovací proces se zahajuje od alespoň na jednom konci dutého hřídele (5) uspořádaného tlakového razníku (7) na nejvíce vzdálených vačkách (6) ve středové části dutého hřídele (5) a postupně se dále provádí směrem k tlakovému razníku (7).
3. 3. Způsob výroby podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vnější vačky (6a, 6b) se tvarují proti tlaku několika tlakových a/nebo vratně posuvných smýkadel (11a, 11b) buď jednotlivě, nebo ve dvojici za sebou.
4. 4. Způsob výroby podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jednotlivé výrobní operace se provádějí v různých částech alespoň dvojdílného nástroje.
5. 5. Způsob výroby podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že místně směrované tvarování vaček (6, 6a, 6b) se řídí pomocí alespoň jednoho vnitřního tmu (16), který se zavede do dutého hřídele (5), je v něm podélně posuvný a překrývá polohy, v nichž se právě netvarují žádné vačky (6, 6a, 6b).
6. 6. Způsob výroby podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že se tvaruje vícestěnný podlouhlý dutý polotovar.
7. 7. Zařízení k provádění způsobu výroby podlouhlého dutého hřídele s větším počtem vaček, zejména vačkového hřídele, podle nároku 1, vysokotlakým vnitřním tvářením, obsahující alespoň dvojdílný nástroj pro vložení a tvarování dutého hřídele (5), přičemž tento alespoň dvojdílný nástroj je opatřen vybráními (4, 4a, 4b) pro vkládání vznikajících vaček (6, 6a, 6b), a dva souose avšak protilehle uspořádané a jednotlivě na konce dutého hřídele (5) působící tlakové razníky (7) s těsnicími hlavami (8) opatřenými souosými kanálky (9) pro přivádění tlakového prostředí do vnitřního prostoru dutého hřídele (5), vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden v dutém hřídeli (5) a v tlakových raznících (7) a těsnicích hlavách (8) podélně pohyblivý a do jednotlivého konce dutého hřídele (5) zasouvatelný dutý vnitřní trn (16), který je alespoň na svém konci, zasahujícím do dutého hřídele (5), opatřen vždy čelním těsněním (17) dosedajícím na vnitřní stěnu dutého hřídele (5).
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje smýkadlo (11a, 11b) pohyblivé kolmo na osu dutého hřídele (5) alespoň do některých z vybrání (4, 4a, 4b).
9. 9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden alespoň dvojdílný nástroj se soustavou tvářecích dutin s rozdílným počtem vybrání (4, 4a, 4b).

   -9CZ 295968 B6
10. 10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že alespoň dvojdílný nástroj je opatřen soustavou tvářecích dutin s postupně vzrůstajícím počtem vybrání (4, 4a, 4b).
11. 11. Zařízení podle nároku 7, vy znač u j í cí se tí m , že souosé kanálky (9) v tlakových 5 raznících (7) a těsnicích hlavách (8) mají průměr umožňující zasouvání vnitřních trnů (16) do dutého hřídele (5).