DE2227915C3 - Verfahren zum Herstellen eines Formrohlings für ein hohles Tellerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formrohlings für ein hohles Tellerventil aus einem Rohrstück entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruches.

Ein derartiges Verfahren zum Herstellen von Formrohlingen ist durch die US-PS 17 67 415 bekannt. Es zeigte sich jedoch, daß dieses bekannte Verfahren nicht zu brauchbaren Ergebnissen führt, wenn das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser d des Rohlings und seiner Wandstärke f mehr als 3 beträgt. Wird dieses Verhältnis überschritten, bilden sich beim Stauchen schlangenlinienförmige Verwerfungen, die sich in dem angestauchten Kopfbereich des Formlings als Faltungen wiederfinden, die in dem thermisch und festigkeitsmäßig hoch belasteten Bereich des Tellers des fertigen Ventils nicht zugelassen werden können.

Ferner ist durch die DD-PS 26 150 ein Verfahren zum elektrischen Warmstauchen bekannt, bei welchem sowohl der Stauchdruck als auch die über Rotglut liegende Temperatur durch eine Programmsteuerung gesteigert werden, wobei der Stauchvorgang durch einen Druckimpuls abgeschlossenen wird. Dieses aufwendige Verfahren wird für Stabstähle vorgeschlagen.

Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung des durch die US-PS 17 67 415 bekannten Verfahrens, um dieses auch für die Herstellung von Tellerventilen mit dünnwandigem Hohlschaft geeignet zu machen, was voraussetzt, daß ein fehlerfreier Stauchvorgang am Rohrstück ermöglicht wird. Hierzug wird das dem Kennzeichen des Patentanspruchs entsprechende Verfahren vorgeschlagen.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken auü, am Kopfbereich des rohrförmigen Ausgangswerkstückes zunächst eine an sich unerwünschte Ausbeulung zu erzeugen. Hierdurch erhält der druckempfangende Randbereich des Kopfendes mit dem Amboß der Stauchvorrichtung eine größere Kontaktfläche als der übrige Bereich des Rohres, was bewirkt, daß der anschließende Stauchvorgang an dem unmittelbar an die erste Ausbeulung anschließenden Rohrabschnitt zuverlässig und ohne weitere Faltungen erfolgt. Auch wenn das Rohr eine geringe Wandstärke aufweist. Die durch die erste Ausbildung erzeugte Falte wird durch entsprechende Ausgestaltung des Schmiedegesenkes in eine Überschußstelle verschoben, von wo sie sich mit dem Überschußmaterial entfernen läßt.

Wird ein Rohr von dünner Wandstärke entsprechend dem konventionellen Stauchverfahren gestaucht, so wird bereits bei verhältnismäßig kurzer Stauchlänge der erwärmte Teil des Rohres in einer sogenannten Schlangenlinie deformiert, d. h. es wird ein pilzförmiges Kopfteil erzeugt, das in sich mehrere Faltungen aufweist Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kopfteile mit großem Stauchbetrag ohne Faltungen erzeugen, wenn das Verhältnis d/t weniger als etwa 3,5 beträgt. Selbst wenn das Verhältnis d/t den Bereich 3,5 bis 4,0 übersteigt, lassen sich mit dem erHndungsgemäßen Verfahren einwandfreie pilzförmige Kopfteile ohne Faltungen erzeugen.

Durch den anfänglich nur geringen Anpreßdruck des

is Rohrstückes an die Amboßelektrode werden ein zunächst hoher elektrischer Übergangswiderstand und eine zunächst schlechte Wärmeableitung an die Amboßelektrode hervorgerufen, wodurch eine loka'c Temperaturerhöhung im Stirnbereich des RohrstücKes auftritt. Da eine höhere lokale Temperatur aber zugleich wieder einen höheren lokalen Widerstand zur Folge hat, entsteht ein deutlich ausgeprägtes Temperaturmaximum an dieser Stelle, vgl. den Aufsatz von L. B. Chamberlain in der Zeitschrift »Steel Times«, Juni 1968, Seiten 354 bis 357.

Weitere Einzelheiten werden anhand einer bevorzugten Ausgestaltung und mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt
Fig. la/lb das Prinzip des elektrischen Stauchens von rohrförmigem Material mittels Klemmelektrode und Stauchamboß,

F i g. 2a/2b u. 3a/3b Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen eines hohlen Ventils nach dem Formpressen,

F i g. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Amboßelektrode mit einem Dorn,

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel des oberen Gesenkteiles mit einem Dorn und
F i g. 6 den Verlauf des Stauchdruckes als Funktion

■to der Zeit während des Stauchvorganges.

Fig. la und Ib zeigen das Stauchen eines Rohrmaterialstückes mittels eines elektrischen Stauchers zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. Der 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 Widerstandserhitzung unterzogen. Der Rohling 1 wird gestaucht, wobei die Klemmelektrode 3 von dem Stoßteil 4 verschoben werden kann. Dieses Prinzip entspricht soweit dem geschilderten Stand der Technik.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rohrstück 1 zuerst an seinem Stirnbereich auswärts gebogen, um eine Ausbeulung y zu bewirken, wie in Fig. la dargestellt. Hierzu wird das Rohr mit beispielsweise entsprechend Fig.6 allmählich gesteigertem Druck von dem Stoßteil 4 gegen die Amboßelektrode 2 angedrückt, bis die Ausbeulung auf den in Fig. la gestrichelt dargestellten Durchmesser Do bewirkt ist, woraufhin das Rohr durch allmähliche Steigerung des Druckes weiterverformt wird. Auf diese Art kann eine genügende Stauwirkung erzielt werden, um eine pilzförmige Formgebung zu erreichen, wie sie in Fig. Ib dargestellt ist.

Der Durchmesser Do der anfänglichen Ausbeulung <3es Rohrendes ist abhängig von der Einstellung des Abstandes zwischen den Elektroden, dem Rohrdurchmesser, der Stauchgeschwindigkeit bei entsprechendem

Druck, der Erwärmungstemperatur des Rohres und dem Rohrmaterial selbst Im Falle eines Stahlrohres sollte der Durchmesser Do vorzugsweise etwa das 1,5- bis 2fache des ursprünglichen Außendurchimssers d des Rohres betragen.

Wenn unter Bezugnahme auf Fig. Ib der äußere Rohrdurchmesser d 8 bis 10 mm beträgt und die Wandstärke f im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm liegt, läßt sich im Stauchbereich leicht eine Dicke Terreichen, die etwa das Fünf- bis Sechsfache der Wandstärke t beträgt ι ο

Wenn der in F i g. Ib gezeigte Stauchprozeß durchgeführt ist, erfolgt mittels einer Presse der Schmiedevorgang, wie es in den Fig.2a, 2b oder 3a, 3b gezeigt ist Hierbei verbleibt die ursprüngliche Ausbeulung y als eine Falte e, wie in den Fig.2 und 3 angedeutet Wenn man nun einen entsprechenden Materialabschlag in den Gesenken vorsieht, kann die Falte e bei der späteren Endbearbeitung des Ventiltellers entfernt werden.

Die F i g. 2a und 2b zeigen einen hohlen Pilzkörper. Fig.2a zeigt ein Beispiel, bei welchem der Abschlag zum Entfernen der Falte e im unteren Gesenkteil der Presse erfolgt F i g. 2b zeigt ein Beispiel, in welchem der Albschlag zur Entfernung der Falte e in dem oberen Gesenkteil erfolgt. Die Falte e wird bei der Endbearbeitung des Ventiltellers entlang der mit χ bezeichneten Linie entfernt

Die F i g. 3a und 3b zeigen Beispiele, bei weichen der Tellerbereich durch entsprechende Vergrößerung des in Fig. Ib gezeigten Stauchbereiches gegenüber den in F i g. 2a und 2b gezeigten Beispielen massiv ist Dies sind Ausgestaltungen zur Erzeugung typischer Hohlkörper-Ventile für Verbrennungsmotoren.

Die in den F i g. 3a und 3b gezeigten Teile sind auf die gleiche Weise erzeugt, wie die in den Fig.2a bzw. 2b gezeigten. Bei den in Fig. 3a und 3b gezeigten Teilen verbleibt eine axiale Mittelnaht c im Tellerbereich. Diese Mittelnaht c entsteht durch das Zusammendrükken der Rohrwandung in Richtung der Rohrachse beim Schmieden. Je nach Verwendungszweck können solche Teile so bleiben, wie sie sind. Ist die innere Oberfläche des Rohres mit einem hochschmelzbaren Überzug versehen oder in geeigneter Weise zuvor mit einem Flußmittel wie Borax behandelt, ist es möglich, die Verbindung der axialen Mittelnaht czu verbessern.

Soll die Mittelnaht c druckdicht sein, kann diese auch durch Schweißen, beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder dergl. verschlossen werden.

Zur sicheren Ausformung der Durchtrittsöffnung bei Ventilen mit hohlem Tellerbereich, wie sie in Fig.2a und 2b dargestellt sind, empfiehlt es sich die Anwendung einer Amboßelektrode mit einem konisch gestalteten Dorn f. Ein ähnlicher Dorn g kann an dem oberen Teil des Gesenkes vorgesehen werden, das zum Formpressen des Teileis dient wie es in F i g. 5 gezeigt ist.

Hierzu 2 ,Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines Formrohlings für ein hohles Tellerventil, insbesondere für Verbrennungsmotore, aus einem Rohrstück, dessen zu verfcrmender Endbereich zwischen einer Klemme und einer Amboßelektrode mittels elektrischer Widerstandserwärmung erhitzt und unter gleichzeitiger Anwendung von Axialdruck ausgebeult und zu einem pilzförmigen Kopf gestaucht und dieser anschließend in einem Gesenk zum Teller formgepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück unter ansteigendem Druck an seinem Stirnbereich ausgebeult (y) und unter allmählich bis zum Enddruck gesteigerten Druck die Pilzform gestaucht wird, woraufhin die als Falte (e) verbliebene Ausbeulung ([^entfernt wird.