DE3114485A1

DE3114485A1 - "verfahren und vorrichtung zum kalibrieren rohrfoermiger gegenstaende"

Info

Publication number: DE3114485A1
Application number: DE19813114485
Authority: DE
Inventors: Björn Ola Alfons 27100 Ystad Pettersson
Original assignee: Carbox 27100 Ystad AB; Carbox AB
Current assignee: Cold Isostatic Press System Cips KB
Priority date: 1980-04-15
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1982-04-29
Also published as: GB2073636B; JPS56163203A; US4339935A; US4382373A; SE8002833L; JPS5928602B2; DE3114485C2; FR2480149B1; FR2480149A1; GB2073636A; IT8167512A0; IT1143549B; SE426919B

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2. Es sei jedoch angemerkt, daß, obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem Kalibrieren von Laufbuchsen von Zylindern von inneren Verbrennungskraftmaschinen als von besonderem Wert betrachtet wird, das allgemeine Anwendungsgebiet wesentlich breiter ist und alle derartig hergestellten rohrförmigen Gegenstände abdeckt.

Es ist Stand der Technik, rohrförmige Gegenstände der oben beschriebenen Art, einschließlich Zylinderlaufbuchsen, in der Weise zu kalibrieren, daß die Buchse um einen zylindrischen Dorn herum angeordnet ist. Selbstverständlich ist es dann notwendig, daß der Innendurchmesser der Buchse den Durchmesser des Dorns um einen Betrag übersteigt, der für eine bequeme Montage der Buchse auf dem Dorn ausreicht. Der Kalibriervorgang bringt es mit sich, daß die Buchse radial nach innen wirkenden Kräften unterworfen wird, die die Innenfläche der Buchse in innigen und genauen Kontakt mit der Zylinderfläche des Dorns bringen sollen. Es versteht sich, daß dies bedeutet, daß der Innendurchmesser der Buchse um einen Betrag verringert werden muß, der dem

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Anfangsspiel zwischen dem Dorn und der Buchse entspricht. Diese unter Druck stattfindende Deformation der Buchse erzeugt in deren Material Reaktionskräfte in Form von Spannungen, die der Deformation entgegenwirken. Das fühlbare Ergebnis des Vorhandenseins solcher inneren Spannungen im Material kann in zwei verschiedenen Formen auftreten, die einzeln oder in Kombination vorhanden sein können.

Eine noch nicht kalibrierte Zylinderbuchse besitzt im allgemeinen wesentliche Unregelmäßigkeiten bezüglich WamMlcko, Durchmesser und KreisΓυπη. Ubersf.oiKt deron innendurchmesser den Durchmesser des Dorns wesentlich, mo Kanu dh« IJuehsu nicht In einen Innigen KnnttiM. inIί dem Dorn um dessen ganzen Umfang herum deformiert werden. Stattdessen wird ein größerer oder kleinerer Abschnitt dor Buchse steh vom Dorn wog ausbeulen oder, nndDi's ausgedrückt, es wird eine "Falte" gebildet. Ist zusätzlich noch ein«· oder beide der anderen beiden oben genunnten Unregelmäßigkeiten vorhanden, dann wird diese unerwOii'M'hl.u |)ii foniml hm Ir/.w, Verformung ν·»ι··»Ι iirlil , int ihn Wandstärke der Buchse an einer Stelle in Umfangsrichtung klein, so bedeutet dies ein Anzeichen für die Bildung einer Falte in diesem Bereich. Entsprechendes gilt dann, wenn der Buchsenrohling beim Einbringen in die Kalibrierpresse von der wahren Kreisform abweicht; diese Abweichung wird dann, wenn das Spiel zwischen dem Dorn

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und der Buchse, wie oben erwähnt, zu groß ist, verstärkt, Ks sei auch bemerkt, daß der Buchsenrohling auch solche Veränderungen in Richtung seiner Längsachse besitzt, die örtliche Faltenbildungen in unterschiedlichen Höhen hervorrufen können, oder alternativ dazu, daß solche Falten in verschiedenen Höhen sich unterschiedlich äußern bzw. hervortreten.

Es hat sich herausgestellt, daß auch in solchen Fällen, in denen die Unregelmäßigkeiten des Buchsenrohrlings nicht genügend groß sind, um die Bildung von Falten zu bewirken, wenn die Buchse den Dorn umgibt, sie dennoch groß genug sein können, innere Materialspannungen aufzustauen, die sich in einem späteren Stadium zeigen, wenn die Buchse von Druckkräften, die innerhalb der Presse wirken, entlastet und vom Dorn entfernt worden ist. In jedem der oben genannten Fälle ist es offensichtlich notwendig, die kalibrierte Buchse auch einer mechanischen Bearbeitung zu unterziehen, um sicherzustellen, daß ihre Endabmessungen innerhalb der Toleranzgrenzen liegen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände, insbesondere von Zylinderlaufbüchsen für innere Verbrennungskraftmaschinen der eingangs genannten Art

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derart zu schaffen, das bzw. die die Gefahr der Bildung oder des weiteren Vorhandenseins von Unregelmäßigkeiten der beschriebenen Art weitgehend verringert. Dabei sei zur Vervollständigung und zur Vermeidung von Mißverständnissen hinzugefügt, daß der Ausdruck "Falte" hier nicht wörtlich genommen werden darf. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung spezifiziert dieser Ausdruck nur, daß innerhalb eines bestimmten Bereichs des Umfange der Buchse keine vollständige Berührung zwischen den Flächen von Buchse und Dorn vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung basiert also auf der Erkenntnis, daß dann, wenn der herkömmliche Kalibriervorgang, der beinhaltet, daß das rohrförmige Werkstück einer radial nach innen wirkenden Druckkraft ausschließlich unterworfen wird, durch zusätzliche Kräfte, die in Richtung der Längsachse des Dorns wirken, unterstützt bzw. ergänzt wird, die Genauigkeit der Kalibrierung wesentlich verbessert wird, so daß das Durchführen einer mechanischen Bearbeitung, d.h. ein Schleifen oder Honen oder beides, um das Toleranzerfordernis zu erfüllen, in der Regel überflüssig ist.

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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden -Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausiiihruiig.sbei.spiels nnher beschrieben und erläutert wird. Ks zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, jedoch durch eine bekannte Vorrichtung, mit der ein Kalibrierverfahren durchführbar ist, bei welchem das rohrförmige Werkstück nur einem radialen und nicht auch einem axialen Druck unterworfen ist.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung dient zum Kalibrieren von Auskleidungen bzw. Laufbüchsen von Zylindern für innere Verbrennungskraftmaschinen, Eine zu kalibrierende Zylinderlaufbuchse 1 wurde so befestigt, daß sie einen festen Kalibrierdorn 2 umgibt, der aus Stahl hergestellt ist und dessen Außenfläche zu einer Spiegelfläche feinbearbeitet worden ist. Die Außenwand der

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Auskleidung bzw. Buchse 1 ist von einer Gummihülse 3 umgeben, die innerhalb eines dickwandigen Druckmantels 4 angeordnet ist, dessen Druckkammer derart geformt ist, daß zwischen seiner Innenwand und der Gummihülse 3 ein definierter Raum ringförmigen Querschnitts definiert ist, der ein hydraulisches Druckfluid 5 aufnimmt. Das Druckfluid bzw. die Druckflüssigkeit wird über eine Bohrung 6 durch die Mantelwand hindurch zur Pressenbzw. Druckkammer geleitet und von einer nicht dargestellten, geeigneten Druckquelle geliefert.

Ist die Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt, so drückt der entsprechende Druck die Zylinderbuchse 1 über die Gummihülse 3 in innigen Kontakt mit dem Dorn Die Bestandteile der Vorrichtung sind, soweit sie bisher beschrieben worden sind, Stand der Technik. Der bedeutsame Unterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Prinzip vorliegender Erfindung ist folgender: Bei der bekannten Vorrichtung ist der Dorn mit dem Druckmantel an dessen bodenseitigem Ende im wesentlichen einstückig. Auch ist, wenn die Zylinderbuchse innerhalb der Kalibrierpresse montiert ist, die Öffnung über dem oberen Ende des Dorns 2 durch einen Stopfen verschlossen, der mit dem Mantel starr verbunden ist. Im Gegensatz hierzu durchdringen beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung kolbenartige Elemente 7 und 8 den Mantel 4 von beiden Enden

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des Dorns 2 her. Der untere Kolben 8 wird von einem Stempel 9 gehalten, während die obere Fläche des oberen Kolbens 7 am Boden eines Stößels 10 anliegt, der vorzugsweise mit Hilfe eines Hydraulikzylinders axial bewegbar ist. An seinem in axialer Richtung gesehenen inneren Ende besitzt jeder Kolben 7 und 8 einen Ringflansch 7a bzw. 8a, dessen Innen- und Außendurchmesser den betreffenden Abmessungen der Auskleidung bzw. Buchse 1 im wesentlichen entsprechen. Zwischen dem Kolben 8 und dem Dorn 2 ist eine Druckfeder 13 angeordnet. Die Außenflächen der Flansche 7a und 8a werden von Dichtringen 11,12 umgeben, die in entsprechenden Nuten in der Gummihülse 3 gehalten sind. Der Druckmantel 4 ist in an sich bekannter Weise von einem Bündel von auf Zug vorgespannter Stahldrähte bzw. -seile umgeben.

Die folgende Beschreibung der Wirkungsweise der oben beschriebenen Vorrichtung ist gleichzeitig eine Darstellung, wie das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung durchgeführt werden kann.

Als erstes werden der Stößel 10 und der Kolben 7 in solchen Positionen gehalten, daß sie das Einführen bzw. Einlegen der zu kalibrierenden Buchse 1 in die Vorrichtung erlauben. Der untere Rand der Buchse 1 liegt dann an der oberen Fläche des Flansches 8a. Dann werden

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der Stößel 10 und der Kolben 7 abgesenkt, so daß der bodenseitige Rand des Flansches 7a am oberen Rand der Buchse 1 anliegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die horizontalen Endflächen der Flansche 7a und 8a um ein wesentliches Stück jenseits der betreffenden Endflächen des Dorns 2 angeordnet.

Als zweites wird das Fluid 5 in der Druckkammer der Vorrichtung unter Druck gesetzt. Dadurch entsteht ein radial nach innen wirkender Druck, der die Buchse 1 in engen Kontakt mit der polierten zylindrischen Oberfläche des Dorns 2 drängt. Dann wird der Arbeitszylinder des Stößels 10 unter Druck gesetzt, wodurch eine Kraft aufgebaut wird, die den Kolben 7 nach unten verschiebt. Es versteht sich, daß dies bedeutet, daß die Buchse 1 in axialer Richtung relativ zum Dorn 2 verschoben wird, wobei die entsprechende Bewegung des Kolbens 8 durch die Feder 13 angepaßt ist. Es sei insbesondere bemerkt, daß der Beginn der soeben genannten axialen Bewegung entweder vor oder nach Vollendung des eben beschriebenen radialen Kompressionsschrittes sein kann.

Als drittes wird dann der radiale Druck auf einen höheren Wert gesteigert oder bei diesem höheren Wert nochmals angewendet.

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Die wahrscheinliche theoretische Erklärung für die vorteilhaften Kalibrierergebnisse, die man beim Ausführen der vorliegenden Erfindung erhält, ist folgende: Wenn während des Anfangsstadiums des radialen Kompressionsvorganges innerhalb eines Bereiches des Umfanges ein kleines Spiel zwischen dem Dorn und der Buchse verbleibt oder entstellt, so wird die axiale Verschiebung den Eingriff zwischen dem Dorn und dem Rest der Buchse lockern, worauf der erhöhte radiale Druck, der während der zweiten Stufe der radialen Kompression angewendet wird, die Buchse an den Dorn einheitlich um dessen ganzen Umfang herum anlegt, wodurch im Hinblick auf die Kreisform eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist.

Der Unterschied zwischen dem Stand der Technik und dem Prinzip gemäß vorliegender Erfindung ergibt sich auch aus dem Vergleich der Figuren 3 und 2. In Fig. 3, die den Stand der Technik zeigt, ist, wobei zu Darstellungszwecken übertrieben wurde, eine Falte oder Beule bzw. Ausbauchung dargestellt, deren winklige Ausdehnung mit •ιv" gekennzeichnet ist. Der Winkel ν kann im Bereich von beispielsweise 20 - 30° liegen. Da während des Anfangsschritts des radialen Kompressionsvorganges der Rest der Buchse 1, d.h. der Bereich außerhalb des eben genannten Sektors zuerst mit dem Dorn in Berührung gebracht ist, tendiert er dazu, die Durchmesservergrößerung durch Expansion in anderen Richtungen einschließlich der

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Umfangsrichtungen zu kompensieren. Auf diese Weise ergibt sich innerhalb des Sektors ν eine tangential gerichtete Kraft, die aufgrund des Vorhandenseins der Ausbauchung auch eine radial nach außen gerichtete Komponente enthält, Das Ergebnis davon ist, daß die radial nach innen wirkenden Kompressionskräfte überhaupt nicht oder jedenfalls nicht dauerhaft die Ausbauchung mit dem Dorn in Berührung bringen bzw. dahin deformieren. Wird jedoch gemäß vorliegender Erfindung die radiale Kompressionskraft entweder unterbrochen oder durch die axiale Kraft unterstützt bzw. ergänzt, und wird die volle Kompressionskraft nicht angelegt, bevor nicht eine axiale Relativbewegung stattgefunden hat, dann ergibt sich ein Endergebnis, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Die Größe der angewendeten Drücke ändert sich je nach den Abmessungen und der Materialzusammensetzung der zu behandelnden Gegenstände. Da solche Änderungen einen breiten Bereich abdecken können, ist eine Zahlenangabe von 5 Kilobar bezüglich der Größenordnung des verwendeten radialen Druckes nur kennzeichnend. Auch was die baulichen Bestandteile der Vorrichtung anbetrifft, so sind viele Variationen innerhalb des Rahmens der Ansprüche möglich.

- Ende der Beschreibung -

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände, insbesondere von Zylinderlaufbuchsen aus einem feinpulvrigen metallischen Material, welches einem isostatischen Preß- und darauffolgendem Sintervorgang unterzogen worden ist, bei dem der Gegenstand um einen zentralen Dorn in einer isostatischen Presse angeordnet und einer radial nach innen wirkenden Druckkraft unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand nach der radial nach innen wirkenden Druckkraft einer axial gerichteten Kraft, die den Gegenstand in axialer Richtung relativ zum Dorn verschiebt, und danach wiederum einer radial nach innen

Dresdner Bank Stuttgart

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•ilZ 6Ο0Θ0Ο00). Postscheckkonto Stuttgart 507 71-705

gerichteten Kraft, die größer als die Anfangskraft ist, unterworfen wird.
2. Vorrichtung zum Kalibrieren rohrförmiger Gegenstände, insbesondere von Zylinderlaufbüchsen, aus einem feinpulvrigen metallischen Material, welches einem isostatischen Preß- und nachfolgendem Sintervorgang unterzogen worden ist, mit einem mittigen Aufnahmedorn für den Gegenstand und Elementen zum Erzeugen einer radial nach innen zum Dorn hin wirkenden Druckkraft, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß sie eine isostatische Presse aufweist, die Kolbenelemente (7,8) besitzt, die während des Kalibriervorganges eine axial gerichtete, relative Bewegung zwischen dem Gegenstand (1) und dem Dorn (2) bewirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Kolbenelemente (7,8) einen ringförmigen Flansch (7a,8a) besitzt, der vom inneren Ende des betreffenden Kolbenelementes aus sich axial erstreckt und mit seiner Innenwand den Dorn (2) berührt und eine axial gerichtete Bewegung relativ zum Dorn (2) ausführen kann.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (13) zwischen dem Dorn (2) und zumindest einem der Kolbenelemente (7,8) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das druckerzeugende Fluid (5) der Presse in einer Kammer angeordnet ist, deren Außenwand die Form eines rohrförmigen Mantels (4) aufweist, der in an sich bekannter Weise von einem Bündel aus auf Zug vorgespannter Stahldrähte bzw. -seile umgeben ist.

- Ende der Ansprüche -