DE2227915A1 - Verfahren zur heissausformung pilzfoermiger metallteile - Google Patents

Description

Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, 33-8, Shiba 5-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

und

Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha,

5-1, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zur Heißausformung pilzförmiger Metallteile

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Heißausformung von hohlen" pilziörmigen Metallteilen mit einem Hutbereich, dessen äußerer Durchmesser wesentlich größer ist als der des Rohrrohlings, unter Verwendung eines Rohres von dünner Wandstärke, dessen Format dem des hohlen Schaftes des Endproduktes entspricht, so daß die Bearbeitung des hohlen Schaftes weitgehend entfallen kann. Genauer gesagt, betrifft sie ein Verfahren zur Heißausformung von hohlen Ventilen für Motore oder von Teilen, die einen hutförmigen Bereich und einen hohlen Schaft haben, wobei der Außendurchmesser des Hutbereiches mehr als 2 oder 3 mal so groß sein kann als der des Schaftbereiches, durch Verwendung eines Rohres von dünner Wandstärke, dessen Ver hältnis zwischen seinem Außendurchmesser und seiner Wandstärke mehr als 3,5 beträft.

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Konventionelle Verfahren zur HGißausformung von hohlen pilzförmigen Metallteilen v/erden unter Verwendung von massiven Stahlstangen durch Stauch- oder Extruderpressen durchgeführt. Daraufhin werden die massiven Teile ausgehöhlt oder beim Pressen gleichzeitig mit einer Aushöhlung versehen.

Diese frühere Methode ist insofern ungünstig, als das Schneidwerkzeug nicht lange lebt und viele Mannstunden erforderlich sind. Die letztgenannte Methode ist nachteilhaft, weil der hohle Bereich oder die Maßgenauigkeit des verkrümmten Bereiches nicht einheitlich ist und das Leben der Gesenke kurz ist. Im Falle von hohlen Ventilen wurde üblicherweise das Anlaßschmieden verwendet oder eine Heißverformung entsprechend der amerikanischen Patentschrift 3 358 350. Diese Verfahren sind ebenso nicht wirtschaftlich infolge der erhöhten Anzahl von Mannstunden und Verfahrensschritten.

So ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obengenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur Heißausformung aufzuzeigen, welches sich nicht nur zur Herstellung von völlig hohlen Ventilen eignet, sondern auch zur Herstellung von Hohlkörperventilen aus Hohlventilen für Motore und welches die leichte und wirtschaftliche Herstellung von hohlen pilzförmigen Metallteilen erlaubt, deren Schaft von ähnlicher Gestalt ist, durch Verwendung von Rohrmaterial dünner Wandstärke.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die Kombination eines Stauchvorganges, der angewendet wird, nachdem das zu stauchende Rohrende vor dem Stauchvorgang oder zu Beginn desselben derart zur Verkrümmung nach außen gebogen ist, daß der Endbereich in Kontakt mit einem Stauchamboß '-obrachc wird, und ci.nes Prossvorgangs, bei welchem an

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den Gesenken Berücksichtigungen zur Entfernung von Überschußtnetall aus dem verkrümmten Abschnitt des Rohres zumindest an der Stelle getroffen sind, die der Oberseite des Ilutbereiches der pilzförmigen Teile zugeordnet ist.

ϊ/eitere Einzelheiten der Erfindung mögen nun anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen'erläutert sein. Es bedeuten:

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfin-, dungsgemäßen Yerfahrens zur Eildung von hohlen pilzförmigen I.Ietallteilen, wobei der Statichvorgang eines hohlen Ventils aus rohrformigem Material dargestellt ist;

Fig. 2 und 3 sind -^uerschnittansichten von Ausforiimngssuständon eines hohlen Ventils j

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Amboßelektrode, die mit einem Vorsprung versehen ist, der zum Zeitpunkt des Stauchvorgangs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden kann;

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des oberen Gesenkteiles, welches mit einem Vorsprung versehen ist und welches während des Druckschmiedens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren benutzt werden kann; und

Fig. 6 ist ein Diagramm und zeigt den Verfahrensabschnitt, in welchem das in Fig. 1 gezeigte Rohrstück zu stauchen ist, nachdem das Rohrende zu Anfang des Stauchvorganges zum Verkrümmen nach außen gebogen wurde, so daß es in Kontakt mit einem Stauchamboß gebracht ist.

Fig. la zeigt das Stauchen eines Rohrmaterialstückes für den Fall, daß ein direktelekfcrischer Staucher angewen-

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det wird. Der Rohrmaterial-Rohling ist zwischen einer feststehenden Amboßelektrode 2 und einem Stoßteil 4 angeordnet. Der zwischen einer Klemmelektrode 3 und der Amboßelektrode 2 befindliche Bereich des Rohlings 1 wird einer Y/iderstandserhitzung unterzogen. Der Rohling 1 wird gestaucht, wobei die Klemmelektrode 3 von dem Stoßteil 4 verschoben werden kann. Soweit erfolgt das Stauchen in der gleichen Weise wie das Stauchen bei herkömmlichen Staucheinrichtungen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rohrstück zuerst auswärts gebogen, um eine Verkrümmung an dem Ende y desselben zu bewirken und es vor oder zu Beginn des Stauchens mit der Amboßelektrode 2 in Kontakt zu bringen, wie anhand der gestrichelten Linie (Durchmesser Do) in Fig. 1 gezeigt, oder das Rohr wird durch den Druck insbesondere im Anfangsstadium ausgebogen, wobei die Druckanwendungsgeschwindigkeit des Stoßteiles 4, wie z. B. in Fig. 6 gezeigt, allmählich gesteigert wird, so daß das Rohr gestaucht wird wäh rend es verkrümmt wird. Anschließend wird das Rohr 1 durch allmähliche Steigerung des Druckes in einem späteren Zustand behandelt. Auf diese Art kann eine genügende Stauchwirkung erzielt werden, um ein anschließendes Vorstehen eines Hutbereiches von pilzförmiger Formgebung zu erreichen, wie es in Fig. Ib gezeigt wird.

Der Durchmesser Do des Verknickungsbereiches des Rohrendes infolge des Ausbiegens bestimmt sich durch die Einstellung des Abstandes zwischen den Elektroden entsprechend dem erhitzten Stauchbereich, den Rohrdurchmesser, der Stauchgeschwindigkeit unter Druck, die Erhitzungstemperatur des Rohres und das Rohrmaterial. Im Falle eines Stahlrohres soll te der Durchmesser Do vorzugsweise etwa das 1,5 bis 2-fache des Außendurchmessers d des Rohres betragen.

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Wenn unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. Ib der äußere Rohrdurchmesser d 8 bis 10 mm beträgt und die Wandstärke t im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm liegt, läßt sich im Verkrümmungsbereich leicht eine Dicke T erreichen, die etwa das 5- bis 6-fache der Wandstärke t beträgt.

Wenn ein Rohr von dünner Wandstärke entsprechend dem konventionellen Stauchverfahren gestaucht wird, ohne den Erfindungsgedanken anzuwenden, werden die äußeren und inneren Umfange des Rohres in einer sogenannten Schlangenlinie deformiert, weswegen sich pilzförmige Teile von gewünschter Konfiguration nicht erreichen lassen. Selbst wenn das Verhältnis d/t weniger als etwa 3,5 beträgt, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzielung eines großen Stauchbetrages vorzuziehen. Wenn das Verhältnis d/t den Bereich 3,5 bis 4,0 übersteigt, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren tadellose pilzförmige Teile von zufriedenstellender Konfigu ration erreichen.

Wenn der in Fig. Ib gezeigte Stauchprozeß durchgeführt ist, erfolgt (mittels einer Presse) der Schmiedevorgang, wie es in den Fig. 2a, 2b oder 3a, 3b gezeigt ist. In diesem Fall verbleibt der in Fig. Ib gezeigte Verkrümmungsbereich als eine Schlagkerbe e, wie in den Fig. 2 oder 4 gezeigt. Hier sollte ein entsprechender Abschlag in den Gesenken (oberes oder unteres Gesenk) gemacht werden, so daß diese Schlagker be e bei der Vervollständigung entfernt werden kann.

■Die Fig. 2a und 2b zeigen einen hohlen Pilzkörper mit einem hohlen Hutbereich. Fig. 2a zeigt ein Beispiel, bei welchem der Abschlag zum Entfernen der Schlagkerbe e im unteren Gesenkteil der Presse erfolgte. Fig. 2b zeigt ein Beispiel, in welchem der Abschlag zur Entfernung der Schlagkerbe e in dem oberen Gesenkteil erfolgt ist. Die Schlagkerbe e wird zum

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Zeitpunkt der Vervollständigung entlang der mit χ bezeichneten Entfernungslinie entfernt.

Die Fig. 3a und 3b zeigen Beispiele, bei welchen der Hutbereich durch Vergrößerung des in Fig. Ib gezeigten Stauchbereiches gegenüber den in den Fig. 2a und 2b gezeigten Beispielen massiv ist. Dies sind Ausgestaltungen zur Erzeugung des sogenannten Hohlkörper-Ventils.

Die in den Fig. 3a und 3b gezeigten Teile sind durch den gleichen Vorgang gewonnen wie die in den Fig. 2a und 2b gezeigten, die den Fig. 3a bzw. 3b entsprechen. In den in den Fig. 3a und 3b gezeigten Teilen verbleibt der axiale Vereinigungsabschnitt c in der Mitte des Hutbereiches. Dies ist ein mechanischer Vereinigungszustand, der als Begrenzungslinie entlang der Mittellinie verbleibt, was eine Folge des Zusammendrückens der Rohrwandung in Richtung der Rohrachse zum Zeitpunkt des Schmiedens ist. Je nach Verwendungszweck können solche Teile so bleiben, wie sie sind. Wenn die innere Oberfläche des Rohres einem hochschmelzbaren Überzug ausgesetzt oder in geeigneter Weise im voraus mit einem Flußmittel wie Borax behandelt wird, ist es möglich, die Anhaftung des axialen Vereinigungsabschnittes c zu verfestigen.

Dementsprechend ist es im Falle der Herstellung von beispielsweise hohlen Saugventilen, bei welchen eine Reduzierung im Gewicht angestrebt wird, nicht notwendig, nach Abschluß des oben erwähnten Vorgangs z, B. Natrium einzuschließen. Die Ventile mit dem axialen Vereinigungsbereich c in mechanisch vereinigtem Zustand können benutzt werden wie sie sind.

Wenn durch Zutritt von Gas, Flüssigkeit oder dergl. unter Druck in den hohlen Bereich ein hohes Maß an Adhäsion

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erforderlich ist, kann der axiale Vereinigungsbereich c auch zusammengeschweißt v/erden, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder dergl.

Zur sicheren Ausformüng der Seitenbereiche des genannten Hohlbereiches bei der Bildung von Teilen mit hohlem Hutbereich wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, kann das er.findungsgemäße Stauchverfahren ausgeführt werden durch Anwendung einer Amboßelektrode 2 mit einem geeigneten konisch ausgestalteten Vorsprung f, der sich gut in das Rohrmate-, rial einführen läßt. Oder es kann ein ähnlicher Vorsprung g an dem oberen Gesenkteil vorgesehen sein, der zum Zeitpunkt des Pressvorgangs benutzt wird, was in Fig. 5 gezeigt ist.

Für den Fall, daß die Teile entweder einen hohlen Hutbereich oder einen hohlen Schaft haben, sollte die beispielsweise in Fig. 1 gezeigte Erwärmungslänge und das Schmiedeverhältnis T/t entsprechend der gewünschten Formgebung geeignet gewählt werden.

Die oben beschriebenen Ausgestaltungen benutzen ein direkfcelektrisches !erhitzungsverfahren. Natürlich können auch andere schnellwirkende Erhitzungsverfahren, wie beispielsweise Hochfrequenz-Induktion, Plasma- oder Flammenerhitzung benutzt werden. Es kann darauf verzichtet werden, zu boschreiben, daß die mittels des in den Fig. 2 oder 3 gezeigten Formungsverfahren gewonnenen Schmiedeteile durch anschließende Wärmebehandlung oder Schleifen der inneren und äußeren Oberflächen in Endprodukte weiterverarbeitet werden.

- Patentansprüche 209887/0640

Claims (6)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Ausfornung hohler ;oilzf örmiger Metallteile aus llohrmaterial dünner '.'.'andstärke mittels heißen Stauchschmiedens, gekennzeichnet durch die Kombination eines Stauchvorganges, der angewendet wird, nachdem das zu stauchende Rohrende vor dem Stauchvorgang oder zu Beginn desselben derart zur Verkrümmung nach außen gebogen ist, daß der Endbereich in Kontakt mit einem Stauchamboß gebracht wird, und eines Pressvorgangs,, bei welchem an den Gesenken Berücksichtigungen zur Entfernung von Überschußmetall aus dem verkrümmten Abschnitt des Rohres zumindest an der Stelle getroffen sind, die der Oberseite des Hutbereiches der pilzförmigen Teile zugeordnet ist.
2. 2. Ausformungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Rohrmaterial insbesondere durch Druckeinwirkung im Anfangszustand verkrümmt wird, wobei die Druckeinwirkungsgeschwindigkeit allmäh lich gesteigert und dann in einem späteren Zustand allmählich angehalten wird.
3. 3. Ausformunpjsverfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , da.O die für den Pr.'essvorgan^ nach dem Stauchvorcanc; benutzten Prossgesenke Vorkehrungen sun Entfernen der Schlagkerbe, die in dem vcrkrv-iin:Jen Bereich zurückbleibt, zum Zeitpunkt der Vervollständigung '.■.er Teile aufweisen.
4. 4. Ausfornungsverfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung von Hohlkörper-Ventilen, dadurch g e k e η η κ e i c h net, dal?, der Hutbereich der pilzförmigen Teile massiv ausgestaltet wird durch Steigerung des an den Gesenkte ilen vorzusehenden Abschlages und durch entsprechende Steigerung des r.tauchbctra^cs.
5. 5. Ausf orsiun rsvorf ahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Amboßelcktrode (oder oberes Gesenkteil) mit einem konisch
   ausgeformten Vorsprung vorgesehen ist, der sich in einen Rohrrohling einführen läßt.
6. 6. Ausformungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Stauchen durchgeführt wird, nachdem der äußere Durchmesser des Rohrmaterials 3,5 bis 4 mal so groß wie die Wandstärke des Rohres gemacht wurde.

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