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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs einer Nockenwelle, welche z. B. im Motor eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs wird ein im wesentlichen säulenförmiger Rohling durch Warmschmieden axial gepresst, so dass ein tonnenförmiger primärer Zwischenformling geformt wird. Dann wird ein vorläufiges Loch von senkrecht zur Wellenachse im wesentlichen kreisförmiger Gestalt aus der Wellenmitte des primären Zwischenformlings ausgestanzt, so dass ein sekundärer Zwischenformling geformt wird. Danach wird ein Stopfen in das vorläufige Loch des sekundären Zwischenformlings eingepresst, um das vorläufige Loch auszufüllen. Der sekundäre Zwischenformling wird erneut warmgeschmiedet und so ein tertiärer Zwischenformling nahe einem vollendeten Nockenvorsprung geformt. Anschließend daran wird der Stopfen aus dem tertiären Zwischenformling herausgezogen, so dass ein fertig bearbeitetes Nockenvorsprungsloch geformt ist. Die gewünschte Nockenvorsprungskontur wird durch spanendes Bearbeiten erzeugt, wodurch der fertige Nockenvorsprung geschaffen wird (
JP8-90139A (Patentdokument 1).
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Bei einem anderen herkömmlichen Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs wird ein im wesentlichen säulenförmiger Rohling axial durch Kaltschmieden gepresst, so dass ein geschmiedeter Zwischenformling mit einem Grat an seiner Kontur geformt wird. Dann wird ein vorläufiges Loch von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt senkrecht zur Wellenachse aus der Wellenmitte des zwischengeformten Nockenvorsprungs ausgestanzt. Dabei wird der Grat am äußeren Umfang des geschmiedeten Zwischenformlings durch Stanzen entfernt. Zusätzlich wird der äußere Umfang des zwischengeformten Nockenvorsprungs weiter geschmiedet, so dass überschüssiges Material in das vorläufige Loch eingebracht wird. Danach wird ein Nockenvorsprungsloch von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt senkrecht zur Wellenachse des zwischengeformten Nockenvorsprungs aus der Wellenmitte des zwischengeformten Nockenvorsprungs ausgestanzt, wodurch ein fertiger Nockenvorsprung erzeugt wird (
JP2006-169961 A (Patentdokument 2).
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Bei dem Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs gemäß Patentdokument 1 wird das vorläufige Loch des sekundären Zwischenformlings durch Einpressen eines Stopfens ausgefüllt, worauf der sekundäre Zwischenformling weiter geschmiedet wird. Somit kann das Rohlingmaterial bei weiteren Schmieden nicht in das vorläufige Loch fließen, sondern fließt entlang des äußeren Umfangs. Dies verlangt eine hohe Schmiedekraft bzw. -last.
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Andererseits wird bei dem Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs nach Patentdokument 2 zum Vermeiden einer Unterfüllung der Kontur des zwischengeformten Nockenvorsprungs ein starker Grat am äußeren Umfang des zwischengeformten Nockenvorsprungs belassen. Das bedeutet, dass nach dem Belassen des Grates am äußeren Umfang des zwischengeformten Nockenvorsprungs in der Schmiedeform das Rohlingmaterial sich nicht in die Schmiedeform bewegen kann, was ebenfalls eine hohe Schmiedekraft erfordert.
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Die Patentschrift
DE 10 101 934 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Steuernocken, bei welchem ein scheibenförmiger Rohling mit einer nockenförmigen Außenkontur in einer Umformmatrize gepresst wird. Danach wird eine Sacklochung durch ein- oder mehrstufiges Vordornen hergestellt und anschließend mit einem Stanzstempel durchlocht. Abschließend wird die entstandende Lochung mit einem stempelartigen Räumbügel mit tolerierten Außenabmessungen durchfahren.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Wenn bei dem Verfahren nach Patentdokument 1 das zweite (weitere) Schmieden durchgeführt wird, ohne das vorläufige Loch mit einem Stopfen zu füllen, kann das Rohlingmaterial in das vorläufige Loch hineinfließen. Somit kann der tertiäre Zwischenformling mit einer geringeren Schmiedekraft geformt werden. Wenn jedoch das Rohlingmaterial in das vorläufige Loch der Wellenmitte des primären Zwischenformlings hineinfließt, besteht die Möglichkeit, dass das Rohlingmaterial nicht in ausreichendem Maß zu einer nach außen ragenden Nockenspitze fließt, was eine Unterfüllung der Nockenspitze zur Folge haben kann.
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Somit haben die Erfinder herausgefunden, dass ein vorläufiges Loch in einer solchen besonderen Position und in einer solchen besonderen Gestalt zu bohren ist, dass die radiale Stärke eines prospektiven Nockenspitzenteils, das zu der Nockenspitze werden soll, größer als die radiale Stärke eines prospektiven Nockenbasisteiles wird, das zur Nockenbasis werden soll. In diesem Fall kann ein geschmiedeter tertiärer Zwischenteil mit einer geringeren Schmiedekraft geformt werden. Da außerdem die Menge des Rohlingmaterials, das zur Nockenspitze fließt, erhöht wird, ist die Möglichkeit der Unterfüllung beim Formen der Nockenspitze ausgeschlossen.
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Es besteht jedoch ein weiteres Problem darin, dass es schwierig ist, genau die Position des im wesentlichen säulenförmigen geschmiedeten Zwischenformlings, welcher den prospektiven Nockenspitzenteil, den prospektiven Nockenbasisteil und das vorläufige Loch aufweist, in einem Prägeraum einer Schmiedeform zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings. zu bestimmen. Genauer gesagt wird aufgrund des Einflusses eines Spannfutters, welches den geschmiedeten sekundären Zwischenformling hält und diesen in die Schmiedeform überführt, der geschmiedete sekundäre Zwischenformling leicht in Umfangsrichtung verdrehbar, was erschwert, den prospektiven Nockenspitzenteil des sekundären geschmiedeten Zwischenformlings präzise gegenüber einem Nockenspitzenschmiedeabschnitt der Schmiedeform zu positionieren. Wenn die Gegenüberstellung unkorrekt ist, kann sich eine Unterfüllung der Nockenspitze des geschmiedeten Zwischenformlings aubilden.
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Die Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs anzugeben, bei dem der Nockenvorsprung mit geringerer Schmiedekraft geschmiedet werden kann, wobei die Möglichkeit des Bildens einer Unterfüllung an der Nockenspitze eliminiert werden soll.
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Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs an, der umfasst:
eine Nockenbasis mit einem halbkreisförmigen äußeren Umfang um eine Wellenmitte;
eine Nockenspitze mit einer Gestalt, die über den äußeren Umfang der halbkreisförmigen Nockenbasis auf einer Seite vorragt, die entgegengesetzt der halbkreisförmigen Nockenbasis bezüglich der Wellenmitte liegt; und
ein Nockenvorsprungsloch, welches axial konzentrisch mit der Wellenmitte gebohrt ist; wobei das Verfahren umfasst:
einen ersten Schritt, bei dem ein primärer Zwischenformling in eine im wesentlichen säulenförmige Gestalt gebracht wird;
einen zweiten Schritt, bei dem ein sekundärer Zwischenformling durch Bohren eines vorläufigen Loches in axialer Richtung des primären Zwischenformlings derart erhalten wird, dass die radiale Stärke eines prospektiven Nockenspitzenteils, welches zu einer Nockenspitze werden soll, größer als die radiale Stärke eines prospektiven Nockenbasisteils wird, welches zu einer Nockenbasis werden soll, und durch Formen eines Positionierteiles am äußeren Umfang auf einer Seite des prospektiven Nockenspitzenteils, wobei der Positionierteil radial nach außen vom äußeren Umfang des prospektiven Nockenbasisteiles wegragt;
einen dritten Schritt, bei dem ein geschmiedeter tertiärer Zwischenformling umfassend eine Nockenspitze, eine Nockenbasis und ein durch Verformen des vorläufigen Loches deformiertes Loch dadurch erhalten wird, dass in einem Zustand, in welchem der Positionierteil des sekundären Zwischenformlings durch Bringen des Positionierteiles in Kontakt mit einer Schmiedeform zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings positioniert ist, durch axiales Pressen und Schmieden des sekundären Zwischenformlings unter Nutzung der Schmiedeform der tertiäre Zwischenformling erzeugt wird; und
einen vierten Schritt, bei welchem ein fertig bearbeiteter Nockenvorsprung durch Bohren in einem Bereich umfassend das deformierte Loch erhalten wird, wobei das Nockenvorsprungsloch größer als das deformierte Loch ist.
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Gemäß der Erfindung wird das vorläufige Loch an einer bestimmten Position in eine bestimmte Gestalt gebracht, derart, dass die radiale Stäke des Nockenspitzenteiles, welches zu der Nockenspitze werden soll, größer als die radiale Stärke des prospektiven Nockenbasisteiles wird, der zu der Nockenbasis werden soll, und das nachfolgende Schmieden erfolgt ohne Auffüllen des vorläufigen Loches. Somit kann Rohlingmaterial in das vorläufige Loch fließen, wodurch ein geschmiedeter tertiärer Zwischenformling mit geringerer Schmiedekraft geschmiedet werden kann. Da eine ausreichende Menge an Rohlingmaterial zum Fließen zu der Nockenspitze gewährleistet werden kann, besteht keine Möglichkeit zum Ausbilden einer Unterfüllung an der Nockenspitze.
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Zusätzlich wird gemäß der Erfindung ein sekundärer Zwischenformling bereitgestellt, bei dem der Positionierteil radial nach außen vom äußeren Umfang (Basiskreis) des prospektiven Nockenbasisteiles wegragt und der Positionierteil positioniert wird, indem er in Kontakt mit der Schmiedeform für den geschmiedeten tertiären Zwischenformling gebracht wird. Wenn somit der geschmiedete tertiäre Zwischenformling geschmiedet wird, kann der prospektive Nockenspitzenteil des sekundären Zwischenformlings präzise gegenüber dem Nockenspitzenformteil der Schmiedeform für den tertiären Zwischenformling angeordnet werden. Deshalb kann ein Nockenvorsprung ohne Unterfüllung auf der Seite der Nockenspitze zuverlässig geschmiedet werden.
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Aufgrund des Vorteiles einer niedrigeren Schmiedekraft kann eine Vorrichtung zum Schmieden des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings einschließlich der Schmiedeform dafür kleiner gebaut werden. Somit können die Herstellkosten merklich reduziert werden.
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Vorzugsweise ist der Positionierteil des sekundären Zwischenformlings konform mit einem Teil des äußeren Umfangs des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings. In diesem Fall kann eine zu bewegende Menge an Rohlingmaterial während des Schmiedens des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings reduziert werden, wodurch die Schmiedekraft weiter abgesenkt werden kann.
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Zusätzlich wird in vorteilhafter Weise vor dem vierten Schritt ein Bemessungsschritt durchgeführt, bei welchem der geschmiedete tertiäre Zwischenformling einem Bemessungsprozess unterworfen wird, um einen quaternären Zwischenformling mit einer äußeren Umfangsfläche des Nockenvorsprungs mit einer niedrigeren Oberflächenrauhigkeit zu erhalten. Für diesen Fall kann ein Verfahrensschritt wegfallen, bei welchem die äußere Umfangsfläche des Nockenvorsprungs weiter bearbeitet und poliert wird. Somit können die Gesamtkosten des Verfahrens signifikant verringert werden. Gleichzeitig ergibt der Bemessungsprozess der äußeren Umfangsfläche des Nockenvorsprungs einen weiteren Vorteil dahingehend, dass Abweichungen der Nockenkontur bezüglich eines Referenzwertes im Vergleich zu einem Verfahren reduziert werden können, bei dem die äußere Umfangsfläche des Nockenvorsprungs poliert wird.
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Zusätzlich kann die Querschnittsgestalt des vorläufigen Lochens beispielsweise eine abgeschnittene Kreisform aufweisen. In diesem Fall kann die Materialmenge, die für den prospektiven Nockenspitzenteil erforderlich ist, leicht gewährleistet werden. Insbesondere dann, wenn der Durchmesser des vorläufigen Loches größer und auch der wegfallende Teil größer gemacht werden (z. B. größere Halbmond-Form), kann eine größere Materialmenge in das vorläufige Loch fließen, wenn der tertiäre Zwischenformling geschmiedet wird. In diesem Fall kann die Schmiedekraft weiter abgesenkt werden.
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Alternativ kann beispielsweise die Querschnittsgestalt des vorläufigen Loches kreisförmig sein, und das vorläufige Loch kann an einer Position versetzt zur Wellenmitte gebohrt werden. Auch in diesem Fall kann die für den prospektiven Nockenspitzenteil erforderliche Materialmenge leicht gewährleistet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1A bis 1J stellen Ansichten zum Erläutern einer ersten Ausführung der Erfindung dar, wobei die 1A und 1B einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines primären Zwischenformlings dieser Ausführung darstellen, die 1C und 1D einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines sekundären Zwischenformlings dieser Ausführung, die 1E und 1F einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines geschmiedeten tertiären Zwischenformlings dieser Ausführung, die 1G und 1H einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines quaternären Zwischenformlings dieser Ausführung und die 1I und 1J einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines fertig gestellten Nockenvorsprungs darstellen, der gemäß dieser Ausführung geformt ist.
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2 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Kaltschmiedeschrittes zum Formen des sekundären Zwischenformlings gemäß der ersten Ausführung der Erfindung, wobei der linke Halbschnitt eine Schnittdarstellung in einem Zustand vor dem Schmieden des prospektiven sekundären Zwischenformlings und der rechte Halbschnitt eine Schnittdarstellung in einem Zustand nach dem Schmieden des sekundären Zwischenformlings zeigen.
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3 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Kaltschmiedeschrittes zum Schmieden des tertiären geschmiedeten Zwischenformlings gemäß der ersten Ausführung der Erfindung, wobei der linke Halbschnitt eine Schnittansicht ist, die einen Zustand vor dem Schmieden des prospektiven tertiären geschmiedeten Zwischenformlings zeigt und der rechte Halbschnitt eine Schnittdarstellung ist, die einen Zustand nach dem Schmieden des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings zeigt.
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4 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Kaltschmiedeschrittes zum Formen (Bemessen) des quaternären Zwischenformlings der ersten Ausführung der Erfindung, wobei der linke Halbschnitt eine Schnittansicht ist, die einen Zustand des prospektiven quaternären Zwischenformlings vor dem Schmieden zeigt, und der rechte Halbschnitt eine Schnittansicht ist, die einen Zustand des quaternären Zwischenformlings nach dem Schmieden zeigt.
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5A und 5B zeigen eine Schnittansicht und eine Draufsicht einer Schmiedeform für einen sekundären Zwischenformling, die bei der ersten Ausführung gemäß der Erfindung einzusetzen ist.
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6A und 6B sind eine Schnittansicht und eine Draufsicht einer Schmiedeform für einen geschmiedeten tertiären Zwischenformling, die bei der ersten Ausführung der Erfindung einzusetzen ist, wobei der sekundäre Zwischenformling in einem Prägeraum der Schmiedeform für den tertiären Zwischenformling positioniert ist.
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Die 7A bis 7J sind Ansichten zum Erläutern einer zweiten Ausführung der Erfindung, wobei die 7A und 7B eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines primären Zwischenformlings bei dieser Ausführung, die 7C und 7D eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines sekundären Zwischenformlings bei dieser Ausführung, Die 7E und 7F eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines geschmiedeten tertiären Zwischenformlings bei dieser Ausführung, die 7G und 7H eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines quaternären Zwischenformlings bei dieser Ausführung und die 7I und 7J eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines fertig bearbeiteten Nockenvorsprungs darstellen, welcher gemäß dieser Ausführung geformt wird.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ausführungen der Erfindung sind im Einzelnen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1A bis 1J sind Ansichten zum Erläutern einer ersten Ausführung der Erfindung. Die 1A und 1B stellen einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines primären Zwischenformlings dieser Ausführung dar. Die 1C und 1D sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines sekundären Zwischenformlings dieser Ausführung. Die 1E und 1F sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf einen tertiären geschmiedeten Zwischenformling dieser Ausführung. Die 1G und 1H sind eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines quaternären geformten (bemessenen) Zwischenformlings dieser Ausführung. Die 1I und 1J sind eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht eines fertig bearbeiteten Nockenvorsprungs, der gemäß der Erfindung geformt ist.
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Zuerst sei bei der ersten Ausführung der Erfindung eine Veränderung (Übergang) der Gestalt von einem primären Zwischenformling W1 zu einem fertig bearbeiteten Nockenvorsprung W5 beschrieben.
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Wie in den 1A und 1B gezeigt ist, hat ein primärer Zwischenformling W1 säulenförmige Gestalt.
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Wie in den 1C und 1D gezeigt ist, ist in einem sekundären Zwischenformling W2 ein vorläufiges Loch 3 in einem Gebiet gebohrt, welches die Wellenmitte X2 des sekundären Zwischenformlings W2 in Richtung der Wellenachse X2 verlaufend einschließt. Die Mitte des vorläufigen Loches 3 fällt zusammen mit der Wellenachse X2. Ein Schnitt des vorläufigen Loches 3, der senkrecht zur Wellenachse X2 gelegt ist, zeigt eine nicht vollständige Kreisgestalt, sondern eine teilweise abgeschnittene Kreisform. Aufgrund der Wahl der abgeschnittenen Kreisform ist die radiale Stärke eines prospektiven Nockenspitzenteiles 6, welches zur Nockenspitze 8 werden soll, größer als die radiale Stärke eines prospektiven Nockenbasisteiles 7, welcher eine Nockenbasis 9 bilden soll. Außerdem sind an einem äußeren Umfang auf einer Seite des prospektiven Nockenspitzenteiles 6 ein erster Positionierteil 5a und ein zweiter Positionierteil 5b (Positionierteil 5) geformt, welche radial nach auswärts von einem äußeren Umfang (Basiskreis) des prospektiven Nockenbasisteiles 7 wegragen.
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Wie in den 1E und 1F gezeigt ist, ist die Außenkontur des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings W3 im wesentlichen gleich der Außenkontur des fertig bearbeiteten Nockenvorsprungs W5, wie nachfolgend beschrieben. Die Außenkontur des tertiären Zwischenformlings W3 umfasst nämlich die halbkreisförmige Nockenbasis 9 und die Nockenspitze 8, welche vom äußeren Umfang (Basiskreis) der Nockenbasis 9 auf der Seite entgegengesetzt zur Nockenbasis 9 weiter nach außen bezüglich der Wellenmitte auskragt. In einem Gebiet, welcher die Wellenmitte X3 des tertiären Zwischenformlings W3 einschließt, ist ein deformiertes Loch 4 in Richtung der Wellenachse X3 geformt. Das deformierte Loch 4 wird durch Verformen des vorläufigen Loches 3 gebildet. Der Querschnitt des deformierten Loches 4 senkrecht zur Wellenachse X3 hat im wesentlichen elliptische Gestalt, wobei ein Teil der Ellipse fehlt.
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Wie in den 1G und 1H gezeigt ist, ist die Außenkontur eines quaternären Zwischenformlings W4 völlig identisch mit derjenigen des fertig bearbeiteten Nockenvorsprungs W5. Jedoch ist die Oberflächenrauhigkeit einer äußeren Umfangsfläche des quaternären Zwischenformlings W4 kleiner als die Oberflächenrauhigkeit einer äußeren Umfangsfläche des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings W3.
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Wie in den 1I und 1J gezeigt ist, hat der fertig bearbeitete Nockenvorsprung W5 einen Nockenvorsprungsloch 10, welches in einem Bereich umfassend die Wellenmitte X5 in Richtung der Wellenachse X5 gebohrt ist. Die Querschnittsgestalt des Nockenvorsprungloches 10 senkrecht zur Wellenachse X5 ist vollständig kreisförmig. Der Durchmesser des Nockenvorsprungsloches 10 ist größer als derjenige des deformierten Loches 4 des quaternären Zwischenformlings W4.
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Nachfolgend sind eine Form-(Schmiede-)-Vorrichtung 11 zum Formen (Schmieden) des sekundären Zwischenformlings W2, eine Schmiedevorrichtung 31 zum Formen des tertiären Zwischenformlings W3 und eine Formvorrichtung 51 zum Formen des quaternären Zwischenformlings W4 anhand der 2 bis 4 beschrieben.
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Die Formvorrichtung 11 zum Formen des sekundären Zwischenformlings gemäß 2 ist aus einer ersten beweglichen Form 12 und einer zweiten feststehenden Form 13 zusammengesetzt.
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Die erste bewegliche Form 12 umfasst einen Lochstempel 14, welcher das vorläufige Loch 3 in den primären Zwischenformling W1 bohrt, um den sekundären Zwischenformling W2 zu formen. Die erste feststehende Form 13 umfasst eine Schmiedeform 16 zum Schmieden des sekundären Zwischenformlings, die einen ersten Prägeraum 15 eingrenzt, in welchem der sekundäre Zwischenformling W2 geschmiedet wird; einen ersten Auswerfer 17, der auf dem Wellenmittelteil der Schmiedeform 16 angeordnet ist, um einen Teil des ersten Prägeraumes 15 zu bilden, und der zum Extrudieren des geformten (geschmiedeten) sekundären Zwischenformlings W2 aus der Schmiedeform 16 nach außen befähigt ist; und einen ersten Auswerferhalter 18, der zum beweglichen Halten des ersten Auswerfers 17 befähigt ist. In dem ersten Auswerfer 17 ist ein Ablasskanal 20 vorgesehen, durch welchen überschüssiges Material 19, welches beim Bohren des vorläufigen Loches 3 erzeugt wird, aus der Formvorrichtung 11 nach außen abgeführt wird.
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Um zu erreichen, dass die radiale Stärke des prospektiven Nockenspitzenteils des sekundären Zwischenformlings W2 größer als die radiale Stärke des prospektiven Nockenbasisteiles 7 wird, hat die Querschnittsgestalt in einem Schnitt senkrecht zur Wellenachse X2 eine teilweise abgeschnittene Kreisform.
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Die Schmiedevorrichtung 31 gemäß 3 zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings ist aus einer zweiten beweglichen Form 32 und einer zweiten feststehenden Form 33 zusammengesetzt. Die zweite bewegliche Form 32 umfasst einen zweiten Lochstempel 34. Die zweite feststehende Form 33 umfasst eine Schmiedeform 36 zum Schmieden eines tertiären Zwischenformlings, die einen zweiten Prägeraum 35 eingrenzt, in welchem der tertiäre Zwischenformling W3 geschmiedet wird; einen zweiten Auswerfer 37, der auf einem Wellenmittelteil der Schmiedeform 36 zum Bilden eines Teiles des zweiten Prägeraumes 35 angeordnet und dazu fähig ist, den geschmiedeten tertiären Zwischenformling W3 aus der Schmiedeform 36 nach außen auszuwerfen; und einen zweiten Auswerferhalter 38, der den zweiten Auswerfer 37 beweglich halten kann.
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Die in 4 gezeigte Vorrichtung 51 zum Formen eines quaternären Zwischenformlings ist aus einer dritten beweglichen Form 52 und einer dritten feststehenden Form 53 zusammengesetzt. Die dritte bewegliche Form 52 umfasst einen dritten Lochstempel 54. Die dritte feststehende Form 53 umfasst eine Schmiedeform 56 zum Schmieden des quaternären Zwischenformlings, die einen dritten Prägeraum 55 eingrenzt, in welchem der dritte Zwischenformling W3 so bemessen wird, dass er zu dem geformten (bemessenen) quaternären Zwischenformling W4 wird; einen dritten Auswerfer 57, der auf einem Wellenmittelteil der Schmiedeform 56 angeordnet ist, um ein Teil des dritten Prägeraumes 55 zu bilden, und der dazu fähig ist, den quaternären Zwischenformling W4 aus der Schmiedeform 56 nach außen auszuwerfen; und einen dritten Auswerferhalter 58, der den dritten Auswerfer 57 beweglich halten kann.
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Als nächstes seien die Schmiedeform 16 zum Schmieden des sekundären Zwischenformlings W2 und die Schmiedeform 36 zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings W3 jeweils anhand der 5A bis 6B beschrieben.
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Wie in 5A gezeigt ist, hat die Schmiedeform 16 für den sekundären Zwischenformling den ersten Prägeraum 15, in welchem der sekundäre Zwischenformling W2 geschmiedet wird, wobei der erste Prägeraum 15 sich in Richtung der Wellenachse X6 erstreckt. Wie genauer aus 5B zu ersehen ist, gibt es einen Schmiedeteil 15c zum Schmieden des prospektiven Nockenspitzenteiles 6 des sekundären Zwischenformlings W2 sowie einen Schmiedeteil 15d zum Schmieden des prospektiven Nockenbasisteils 7 des sekundären Zwischenformlings W2. Ferner gibt es zwischen dem Schmiedeteil 15c zum Schmieden des prospektiven Nockenspitzenteiles und dem Schmiedeteil 15d zum Schmieden des prospektiven Nockenbasisteiles ein Schmiedeteil 15a zum Schmieden eines ersten Positionierteiles sowie ein Schmiedeteil 15b zum Schmieden eines zweiten Positionierteiles, die von einem Basiskreis des prospektiven Schmiedeteils 15b zum Schmieden des prospektiven Nockenbasisteils radial auswärts weg ragen. Das erste Schmiedeteil 15a und das zweite Schmiedeteil 15b sind Teile zum Schmieden des ersten Positionierteiles 5a und des zweiten Positionierteils 5b an dem sekundären Zwischenformling W2.
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Wie in 6A gezeigt ist, hat die Schmiedeform 36 zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings den zweiten Prägeraum 35, in welchem der tertiäre Zwischenformling W3 geschmiedet wird, wobei der zweite Prägeraum 35 sich in Richtung einer Wellenachse X7 erstreckt. Wie insbesondere die 6B zeigt, gibt es ein Schmiedeteil 35c zum Schmieden der Nockenspitze 8 des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings W3 sowie ein Schmiedeteil 35d zum Schmieden der Nockenbasis 9 des tertiären Zwischenformlings W3. Außerdem gibt es zwischen dem Schmiedeteil 35c und dem Schmiedeteil 35d zum Schmieden der Nockenspitze bzw. der Nockenbasis einen ersten Positionierkontaktteil 35a und einen zweiten Positionierkontaktteil 35b, die radial nach außen von einem Basiskreis des Schmiedeteils 35d für das Schmieden der Nockenbasis wegragen.
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Der erste Positionierkontaktteil 35a und der zweite Positionierkontaktteil 35b sind Teile, mit denen der erste Positionierteil 5a und der zweite Positionierteil 5b des sekundären Zwischenformlings W2 jeweils zum Positionieren in Kontakt gebracht werden.
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Nachfolgend seien Schritte des Formens des Nockenvorsprungs W5 aus dem säulenförmigen primären Zwischenformling W1 nacheinander beschrieben.
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Zuerst wird ein säulenartiger Rohling WO, der durch Schneiden eines Stangendrahtes auf eine gewünschte Länge erhalten wird, einem notwendigen Prozess, wie einem Schiess-/Bonding-Prozess unterworfen. So wird, wie in den 1A und 1B gezeigt, der primäre Zwischenformling W1 geformt.
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Dann wird, wie im linken Halbschnitt der 2 gezeigt ist, der primäre Zwischenformling W1 in den ersten Prägeraum 15 der Schmiedeform 16 der Formvorrichtung 11 zum Formen des sekundären Zwischenformlings mittels einer nicht gezeigten Transfervorrichtung platziert. Darauf wird, wie im rechten Halbschnitt der 2 gezeigt ist, der Lochstempel 14 der ersten beweglichen Form 12 abwärts bewegt, um einen Überschussanteil an Material 19 in ein Gebiet einschließend die Wellenmitte X2 zu stoßen, so dass das vorläufige Loch 3 geformt wird. Wie in den 1C und 1D gezeigt ist, ist bei dem sekundären Zwischenformling W2, in welchen das vorläufige Loch 3 gebohrt ist, die radiale Stärke in dem prospektiven Nockenspitzenteil 6 größer als die radiale Stärke des prospektiven Nockenbasisteiles 7.
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Gleichzeitig mit der Bildung des vorläufigen Loches 3 wird der primäre Zwischenformling W1 in Richtung der Wellenachse X2 gepresst, so dass er durch Schmieden in die Gestalt des sekundären Zwischenformlings W2 gebracht wird. Wie in 5B gezeigt ist, hat die Schmiedeform 16 für den sekundären Zwischenformling den ersten Positionierschmiedeteil 15a und den zweiten Positionierschmiedeteil 15b, welche radial von dem Basiskreis des Schmiedeteils 15b für den prospektiven Nockenbasisteil radial nach außen ragen. Somit werden am äußeren Umfang der Seite des prospektiven Nockenspitzenteils 6 der erste Positionierteil 5a und der zweite Positionierteil 5b (Positionierteil 5) geschmiedet, die radial von dem Basiskreis des prospektiven Nockenbasisteiles 7 nach außen wegragen.
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Nach Vollenden des Formens (Schmiedens) des sekundären Zwischenformlings W2 wird der Lochstempel 14 aufwärts bewegt. Darauf wird der erste Auswerfer 17 aufwärts bewegt, wodurch der sekundäre Zwischenformling W2 aus der Schmiedeform 16 ausgeworfen wird.
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Darauf folgend wird, wie in der linken Hälfte der 3 gezeigt, der sekundäre Zwischenformling W2 in dem zweiten Prägeraum 35 der Schmiedeform 36 der Schmiedevorrichtung 31 für den tertiären Zwischenformling mittels einer nicht gezeigten Transfervorrichtung platziert. Wie in 6B gezeigt ist, hat die Schmiedeform 36 zum Schmieden des tertiären Zwischenformlings zwischen dem Nockenspitzenschmiedeteil 35c und dem Nockenbasisschmiedeteil 35d den ersten Positionierkontaktteil 35a und den zweiten Positionierkontaktteil 35b, welche radial von dem Basiskreis des Nockenschmiedeteiles 35d wegragen. Der erste Positionierteil 5a des sekundären Zwischenformlings W2 wird in Kontakt mit dem ersten Positionierkontaktteil 35a des zweiten Prägeraumes 35 gebracht, um im Umfangsrichtung positioniert zu werden, und gleichzeitig damit wird der Positionierteil 5b des sekundären Zwischenformlings W2 in Kontakt mit dem zweiten Positionierkontaktteil 35b des zweiten Prägeraumes 35 gebracht, um so in Umfangsrichtung positioniert zu werden. Deshalb können der prospektive Nockenspitzenteil 6 des sekundären Zwischenformlings W2 und der Nockenspitzenschmiedeteil 35c der Schmiedeform 36 für den tertiären Zwischenformling genau gegenüber positioniert werden.
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Nachfolgend wird gemäß dem rechten Halbschnitt der 3 der zweite Lochstempel 34 der zweiten beweglichen Form 32 abwärts bewegt, um den sekundären Zwischenformling W2 in Richtung der Wellenachse X2 zu pressen. Somit kann überschüssiges Rohmaterial abwärts in Richtung zum Nockenspitzenschmiedeteil 35c der Schmiedeform 36 für den tertiären Zwischenformling und abwärts zum (in das) vorläufige Loch 3 des sekundären Zwischenformlings W2 fließen. Dann wird gemäß den 1E und 1F der tertiäre Zwischenformling W3 geformt, was einschließt: an seinem äußeren Umfang werden die halbkreisförmige Nockenbasis 9 und die Nockenspitze 8 geformt, die vom Basiskreis der Nockenbasis 9 auf der Seite entgegengesetzt zur Nockenbasis 9 radial nach außen ragt; und das deformierte Loch 4 wird in einem Gebiet einschließend die Wellenmitte X3 durch Verformen und Verengen des vorläufigen Loches 3 geformt.
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Nach Vollenden des Formens (Schmiedens) des tertiären Zwischenformlings W3 wird der zweite Lochstempel 34 aufwärts bewegt. Danach wird der zweite Auswerfer 37 aufwärts bewegt, wodurch der tertiäre Zwischenformling W3 aus der Schmiedeform 36 für den tertiären Zwischenformling ausgebracht wird.
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Darauf folgend wird, wie im linken Halbschnitt der 4 gezeigt ist, der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W3 in den dritten Prägeraum 55 der Schmiedeform 56 der Vorrichtung 51 zum Formen (Bemessen) des quaternären Zwischenformlings mittels einer nicht gezeigten Transfervorrichtung übertragen.
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Dann wird, wie in dem rechten Halbschnitt der 4 gezeigt ist, der dritte Lochstempel 54 der dritten beweglichen Form 52 abwärts bewegt, um den tertiären Zwischenformling W3 in Richtung der Wellenachse X3 zu bewegen. Somit wird der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W3 einem Bemessungsprozess unterworfen, und es wird dadurch der quaternäre Zwischenformling W4 erhalten, dessen Kontur mit einer gewünschten Bemessungsgenauigkeit fertig bearbeitet ist
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Nach Vollenden des Formens (Bemessen) des quaternären Zwischenformlings W4 wird der dritte Lochstempel 54 nach oben bewegt. Darauf wird der dritte Auswerfer 57 aufwärts bewegt, wodurch der geschmiedete quaternäre Zwischenformling W4 aus der Schmiedeform 56 ausgebracht wird.
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Darauf folgend wird der quaternäre Zwischenformling W4 in eine nicht gezeigte Vorrichtung zum Formen des Nockenvorsprungs mittels einer nicht gezeigten Transfervorrichtung platziert. Dann wird ein Nockenvorsprungsloch 10 mittels eines Bearbeitungsprozesses in einem Gebiet einschließend das deformierte Loch 4 (ein Gebiet einschließend die Wellenmitte X5) geformt und so der fertig bearbeitete Nockenvorsprung W5 erhalten.
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Gemäß dem Verfahren zum Formen eines Nockenvorsprungs dieser Ausführung wird das vorläufige Loch 3 in einer bestimmten Position in eine bestimmte Gestalt gebracht, derart, dass die radiale Stärke des prospektiven Nockenspitzenteils 6, welches zur Nockenspitze 8 werden soll, größer als die radiale Starke des prospektiven Nockenbasisteils 7 gemacht wird, welches zur Nockenbasis 9 wird, und das nachfolgende Schmieden wird ohne Blockieren (Füllen) des vorläufigen Loches 3 ausgeführt. So kann der tertiäre Zwischenformling W3 dem Rohlingmaterial gestatten, in das vorläufige Loch 3 zu fließen, d. h. der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W3 kann mit geringerer Schmiedekraft geschmiedet werden. Da gleichzeitig gewährleistet wird, dass ein Anteil des Rohlingmaterials zur Nockenspitze fließen (sich bewegen) kann, besteht keine Möglichkeit dazu, dass sich eine Unterfüllung an der Nockenspitze ausbildet.
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Ferner wird der sekundäre Zwischenformling W2 mit dem Positionierteil 5 (5a und 5b) versehen, welches vom äußeren Umfang (Basiskreis) des prospektiven Nockenbasisteiles 7 radial nach außen ragt, und der Positionierteil 5 kann dadurch positioniert werden, dass er in Kontakt mit der Schmiedeform für den tertiären geschmiedeten Zwischenformling gebracht wird. Wenn somit der tertiäre Zwischenformling W3 geschmiedet wird, ist der prospektive Nockenspitzenteil 6 des sekundären Zwischenformlings W2 präzise gegenüber dem Nockenspitzenschmiedeteil 35c der Schmiedeform 36 für den tertiären Zwischenformling gelegen. Daher kann der Nockenvorsprung zuverlässig frei von jeglicher Unterfüllung auf der Seite der Nockenspitze geformt werden.
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Weiterhin ist der Positionierteil 5 des sekundären Zwischenformlings W2 konform mit einem Teil der Außenkontur des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings W3. Somit kann der bewegliche Anteil an Rohlingmaterial während des Schmiedens des tertiären Zwischenformlings W3 reduziert werden, wodurch die erforderliche Schmiedekraft weiter abgesenkt wird.
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Ferner wird ein Bemessungsschritt durchgeführt, bei welchem der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W3 einem Bemessungsprozess unterworfen wird, um den quaternären Zwischenformling W4 mit einem äußeren Nockenvorsprung niedrigerer Oberflächenrauhigkeit zu versehen. Dank dieses Prozesses kann ein weiterer Verfahrensschritt unterlassen bleiben, bei welchem die äußere Umfangsfläche des Nockenvorsprungs weiter bearbeitet und poliert wird. Somit können die Gesamtverfahrenskosten signifikant vermindert werden. Gleichzeitig bringt der Bemessungsschritt der äußeren Umfangsfläche des Nockenvorsprungs einen weiteren Vorteil dahingehend mit sich, dass Abweichungen von einem Nockenprofil bezüglich eines Referenzwertes im Vergleich zu einem Fall beschränkt werden können, bei dem die äußere Umfangsfläche des Nockenvorsprungs poliert wird. Insbesondere können Abweichungen des Nockenprofils von einem Referenzwert um die Hälfte oder mehr reduziert werden.
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Da ferner die Querschnittsgestalt des vorläufigen Loches 3 ein teilweise abgeschnittenes Kreisprofil aufweist, kann die für den prospektiven Nockenspitzenteil 6 erforderliche Materialmenge relativ leicht gewährleistet werden. Wenn insbesondere der Durchmesser des vorläufigen Loches 3 größer und auch der abgeschnittene Teil mit (z. B. der Gestalt eines größeren Halbmondes) gestaltet sind, kann eine größere Materialmenge in das vorläufige Loch 3 fließen, wenn der tertiäre Zwischenformling W3 geschmiedet wird. Für diesen Fall kann die Schmiedekraft weiter abgesenkt werden.
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Nachfolgend wird eine zweite Ausführung der Erfindung beschrieben. Die 7A bis 7J sind Darstellungen zum Erläutern einer zweiten Ausführung der Erfindung. Die 7A und 7B sind eine Schnittansicht bzw. eine Draufsicht auf einen primären Zwischenformling dieser Ausführung. Die 7C und 7D sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines sekundären Zwischenformlings dieser Ausführung. Die 7E und 7F sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines geschmiedeten tertiären Zwischenformlings dieser Ausführung. Die 7G und 7H sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines quaternären geformten (bemessenen) Zwischenformlings dieser Ausführung. Die 7I und 7J sind ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht eines fertigen Nockenvorsprungs, der gemäß dieser Ausführung geformt ist.
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Zuerst wird gemäß den 7A und 7B ein säulenförmiger primärer Zwischenformling W101 geformt, der ähnlich der ersten Ausführung ist.
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Danach wird gemäß den 7C und 7D ein vorläufiges Loch 103 an einer exzentrischen Position bezüglich der Wellenmitte X102 des primären Zwischenformlings W101 geformt. Das vorläufige Loch 103 wird in Richtung der Wellenachse X102 eingebracht, wobei die Mitte des vorläufigen Loches 103 bezüglich der Wellenachse X102 versetzt ist. Der Querschnitt des vorläufigen Loches 103, der senkrecht zur Wellenachse X102 verläuft, ist vollkommen kreisförmig. Jedoch ist der Durchmesser des vorläufigen Loches 103 kleiner als derjenige des vorläufigen Loches 3 der ersten Ausführung. Aufgrund des vorläufigen Loches 103 ist die radiale Stärke eines prospektiven Nockenspitzenteiles 106, der zur Nockenspitze 108 werden soll, größer als die radiale Stärke eines prospektiven Nockenbasisteils 107, der zur Nockenbasis 109 werden soll. Gleichzeitig mit der Bildung des vorläufigen Loches 103 werden am außeren Umfang an einer Seite des prospektiven Nockenspitzenteils 106 ein erster Positionierteil 105a sowie ein zweiter Positionierteil 105b (Positionierteil 105) angeformt, die von einem äußeren Umfang (Basiskreis) des prospektiven Nockenbasisteils 107 radial nach außen wegragen. Somit wird ein sekundärer Zwischenformling W102 erhalten.
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Anschließend wird der sekundäre Zwischenformling W102 so gepresst, dass ein tertiärer Zwischenformling W103 geschmiedet wird. Wie in den 7E und 7F dargestellt ist, umfasst der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W103 eine Nockenbasis 109 von halbkreisförmiger (halbmondförmiger) Gestalt sowie eine Nockenspitze 108, die von einem äußeren Umfang (Basiskreis) der Nockenbasis 109 auf einer Seite nach außen vorspringt, die entgegengesetzt zur Nockenbasis 109 bezüglich der Wellenmitte X103 ist. Ferner wird in einem Gebiet einschließend die Wellenmitte X103 des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings W3 eine deformiertes Loch 104 axial eingebracht. Das deformierte Loch 104 wird durch Pressen und Verformen des vorläufigen Loches 103 erzeugt.
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Danach wird der geschmiedete tertiäre Zwischenformling W103 einem Bemessungsprozess unterworfen, so dass ein bemessener quaternärer Zwischenformling W104 erhalten wird. Wie in den 7G und 7H gezeigt ist, umfasst der Zwischenformling W104 die Nockenbasis 109 und die Nockenspitze 108, die mit der gleichen Oberflächenrauhigkeit fertig bearbeitet werden wie der äußere Umfang des fertig bearbeiteten Nockenvorsprungs W105.
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Schließlich wird ein Nockenvorsprungsloch 110 durch spanendes Bearbeiten in einem Gebiet einschließend die Wellenmitte X104 des bemessenen quaternären Zwischenformlings W104 geformt. Somit wird der fertige Nockenvorsprung W105 erhalten, wie er in den 7I und 7J gezeigt ist.
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Wenngleich die vorläufigen Löcher 3 bzw. 103 des sekundären Zwischenformlings W2 und W102 der erwähnten beiden Ausführungen in einem einzigen Schmiedeschritt geformt sind, können die vorläufigen Löcher 3 bzw. 103 auch in mehreren Schmiedeschritten hergestellt werden.
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Bei den erwähnten beiden Ausführungen wird der Press-(Schmiede-)Prozess durchgeführt, wobei das Material zum Fließen in die vorläufigen Löcher 3 bzw. 103 veranlasst wird. Die tertiären Zwischenformlinge W3 bzw. W103 werden nämlich durch Kaltschmieden geschmiedet, weil die Schmiedekraft klein ist. Es ist jedoch auch möglich, Warmschmieden anzuwenden, wobei ein Formling auf eine Temperatur zwischen 600°C bis 900°C aufgewärmt wird oder durch Heißschmieden, bei welchem ein Formling auf eine Temperatur höher als im angegebenen Bereich aufgewärmt wird. D. h., dass der primäre Zwischenformling W1, der sekundäre Zwischenformling W2, der tertiäre Zwischenformling W3 und der quaternäre Zwischenformling W4 sowohl durch Kaltschmieden, Warmschmieden als auch durch Heißschmieden geformt werden können.
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Sofern die radiale Stärke des prospektiven Nockenspitzenteils größer als die radiale Stärke des prospektiven Nockenbasisteils bleibt, ist die Form des vorläufigen Loches in dem sekundären Zwischenformling nicht speziell begrenzt (z. B. ist eine polygonale Form möglich).
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Ferner können die Vorrichtung 11 zum Formen des sekundären Zwischenformlings, die Vorrichtung 31 zum Formen des geschmiedeten tertiären Zwischenformlings und die Vorrichtung 51 zum Formen des quaternären Zwischenformlings der oben beschriebenen Ausführungen anstatt in senkrechter Anordnung der beweglichen Formen 12, 32, 52 und der feststehenden Formen 13, 33, 53 auch in horizontaler Anordnung vorgesehen sein. Alternativ können jede der beweglichen Formen 12, 32, 52 und der feststehenden Formen 13, 33, 53 der entsprechenden Vorrichtung 11 zum Formen des sekundären Zwischenformlings, der Vorrichtung 31 zum Formen des tertiären Zwischenformlings und der Vorrichtung 51 zum Formen des quaternären Zwischenformlings durch Anordnungen mehrerer teilbarer Formelemente gebildet sein.
