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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser und insbesondere auf
ein Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem
Durchmesser, das imstande ist, auf wirksame Art und Weise zweckmäßig als
Kraftstoffeinspritzrohr für
einen Dieselmotor verwendet zu werden.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Zum
Beispiel erfordert ein als Kraftstoffeinspritzrohr für einen
Dieselmotor verwendetes dickwandiges Rohr mit kleinem Durchmesser
einen hohen Glattheitsgrad an der Innenumfangsfläche des Rohrs, damit der Strömungswiderstand
in dem Rohr verringert und ein Verstopfen der Einspritzdüse verhindert
wird. Des Weiteren ist es auch erforderlich, dass Defekte und insbesondere
feine Risse in der Innenumfangsfläche des Rohrs auf eine derartige
Weise verringert werden, dass das Rohr imstande ist, der Dauerermüdung von
hohem Druck standzuhalten.
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Dabei
basiert das in dieser Anmeldung verwendete dickwandige Rohr mit
kleinem Durchmesser normalerweise auf einem nahtlosen Lagerrohr,
das durch Warmwalzen geformt ist, wie z. B. Mannesmann-Schrägwalzen,
Walzen in einem Dornhammerwerk und dergleichen. Dieses nahtlose
Lagerrohr wird dann durch ein Kaltziehverfahren, das die Wiederholung
eines Rohrziehvorgangs unter Verwendung einer Ziehbank oder dergleichen
einbezieht, und ein Wärmebehandlungsverfahren
auf einen vorgeschriebenen Durchmesser gebracht. Das an den gewünschten
Durchmesser angepasste Rohrelement wird dann auf ein Produktmaß geschnitten
und dadurch die Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem
Durchmesser zur Verwendung als Kraftstoffeinspritzrohr in einem
Dieselmotor abgeschlossen.
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Im
Falle der oben beschriebenen Herstellungsmethode bilden sich jedoch
auf der Innen- und Außenfläche des
nahtlosen Lagerrohrs eine schwarze Hautschicht, die Risse enthält, und
kerbenförmige Furchen,
die durch den am Warmwalzprozess beteiligten Mannesmann-Schrägwalzprozess,
das Dornhammerwalzen oder dergleichen verursacht werden. Des Weiteren
bilden sich auf der Innen- und Außenfläche des Rohrelementes, das
auf den gewünschten Durchmesser
eingestellt wurde, auch feine Risse, die durch die wiederholten
Rohrziehvorgänge
unter Verwendung ein Ziehbank oder dergleichen, gefolgt von Wärmebehandlungsbearbeitung,
verursacht werden.
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Zum
Erhalt eines Rohrelementes mit einer Innenumfangsfläche, die
glatt und frei von Defekten ist, wird daher in verschiedenen Stadien
ein spanabhebendes Bearbeiten und Abschleifen der Innenfläche ausgeführt.
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Zum
Beispiel offenbart die japanische Patentschrift S51-21391 ein Verfahren,
worin die schwarze Hautschicht auf der Innenumfangsfläche eines
nahtlosen Lagerrohrs durch maschinelle Spanabhebung entfernt wird,
bevor das durch Warmwalzen geformte nahtlose Lagerrohr zu einem
dickwandigen Rohr mit kleinem Durchmesser gezogen wird, das ein
Produkt bildet.
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Darüber hinaus
offenbart die japanische Offenlegungsschrift H5-154536 (US-Veröffentlichungsnummer:
US-A-5 339 513) ein Verfahren, worin Defekte, wie z. B. feine Risse
und dergleichen, die an der Innenumfangsfläche des zu bearbeitenden Rohrs vorhanden
sind, durch maschinelle Spanabhebung oder Abschleifen vor dem Abschluss-Rohrziehvorgang oder
einem Rohrziehvorgang ganz nahe daran entfernt werden.
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Des
Weiteren offenbart die japanische Offenlegungsschrift H9-57329 ein
Verfahren, worin die Innenumfangsfläche eines durch Warmwalzen
erhaltenen nahtlosen Lagerrohrs mit einem Kugelstrahlverfahren abgeschliffen
wird, entweder vor dem Rohrziehvorgang oder in einem Zwischenstadium
von einer Vielzahl von Rohrziehvorgängen.
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Dabei
ist der Prozess des spanabhebenden Bearbeitens, Abschleifens oder
dergleichen der Innenumfangsfläche
des oben beschriebenen Rohrs wirksam bei der Herstellung eines dickwandigen Rohrs
mit kleinem Durchmesser und einer Innenfläche, die glatt und frei von
Defekten ist, und insbesondere das in einem Stadium möglichst
nahe an dem Abschluss-Bearbeitungsstadium
ausgeführte
spanabhebende Bearbeiten oder Abschleifen ist sehr effektiv, weil
nur leichte Risserzeugung und dergleichen bei der Weiterbearbeitung
auftritt.
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Wenn
sich der Rohrziehvorgang dem Abschluss-Stadium nähert, wird jedoch der Rohrdurchmesser
kleiner und die Rohrlänge
größer. Spanabhebendes
Bearbeiten oder Abschleifen des Innenumfangs eines langen und dünnen Rohrelementes, egal,
welches Verfahren dafür
verwendet wird, ist in der Tat eine sehr schwierige Aufgabe. Da
die Aufgabe sehr schwierig durchzuführen ist, ist die Ausführung des
spanabhebenden Bearbeitens oder Abschleifens überdies nicht zufriedenstellend,
und bei der Endproduktkontrolle sind in einer erheblichen Anzahl
von Fällen
Defekte an der Innenumfangsfläche entdeckt
worden.
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Die
vorliegende Erfindung wurde mit den vorstehenden Problemen des Standes
der Technik im Blick auf den Weg gebracht, wobei eine Aufgabe davon
die Bereitstellung eines Verfahrens ist, wodurch ein dickwandiges
Rohr mit kleinem Durchmesser und einer Innenumfangsfläche, die
glatt und frei von Defekten ist, das in geeigneter Weise als Kraftstoffeinspritzrohr
für einen
Dieselmotor verwendet werden kann, auf wirksame Art und Weise hergestellt
werden kann.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Zur
Lösung
der oben erwähnten
Aufgabe ist die vorliegende Erfindung derart, dass bei der Herstellung
eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser mittels Durchführen einer
Vielzahl von Rohrziehvorgängen
an einem nahtlosen Lagerrohr das gerade bearbeitete Rohr vor einem
Abschluss-Rohrziehvorgang abgelängt
wird, wodurch es mittels des Abschluss-Rohrziehvorgangs das Produktmaß annimmt,
und ein Spanabhebungs- oder Abschleifverfahren an der Innenumfangsfläche des Schnittrohrs
durchgeführt
wird.
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Da
gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser
in Verbindung mit der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung
das Spanabhebungs- oder Abschleifverfahren der Innenumfangsfläche in einem
Stadium durchgeführt
wird, wo nur noch der Abschluss-Rohrziehvorgang übrig ist, ist es möglich, ein
dickwandiges Rohr mit kleinem Durchmesser bereitzustellen, das eine
Innenumfangsfläche
aufweist, die glatt und frei von Defekten ist. Da das Spanabhebungs-
oder Abschleifverfahren darüber
hinaus an einem Schnitt-Teil ausgeführt wird, das abgelängt ist,
wodurch es das Produktmaß mittels
des Abschluss-Rohrziehvorgangs annimmt, ist die Länge des
Teils kurz, und das Spanabhebungs- oder Abschleifverfahren kann
ohne Weiteres höchst
genau durchgeführt
werden.
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Da
gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser
in Verbindung mit der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung
das gerade bearbeitete Rohr des Weiteren vor dem Abschluss-Rohrziehvorgang
abgelängt
wird, wodurch es das Produktmaß mittels
des Abschluss-Rohrziehvorgangs annimmt, kann dann dieser Abschluss-Rohrziehvorgang
ohne Weiteres mittels eines Schmiedeverfahrens unter Anlegen einer
durch eine Presse erzeugten Presskraft oder eines Schmiedeverfahrens
unter Verwendung eines bei der Gestaltung verschiedener Teile verwendeten Teileformers
ausgeführt
werden, wie z. B. Bolzen, Muttern oder dergleichen, wobei dieser
Prozess im Vergleich zu einem Rohrziehvorgang unter Verwendung einer
Ziehbank wie beim Stand der Technik in einer kurzen Zeitspanne ausgeführt wird
und des Weiteren keine Notwendigkeit zum Einspannen besteht, um
das Streckziehen durchzuführen,
was somit eine Verbesserung der Produktertragsrate erlaubt.
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Die
Bezugnahme auf den "Abschluss-Rohrziehvorgang" in der oben beschriebenen
vorliegenden Erfindung weist nicht auf einen einzigen Abschluss-Rohrziehvorgang
hin, sondern bezeichnet vielmehr ein Abschluss-Stadium von Rohrziehvorgängen.
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Mit
anderen Worten, der Arbeitsvorgang des Ziehens eines Rohrs von einem
nahtlosen Lagerrohr, bis es ein Produktmaß annimmt, wird in eine Vielzahl von
Stadien unterteilt. Dies ist so, weil der Betrag, um den das Rohr
in einer Ziehoperation verlängert
werden kann, mit anderen Worten, die Bearbeitungsgeschwindigkeit
des Außendurchmessers
pro Arbeitsvorgang, Re (= [[Rohr-Außendurchmesser vor der Bearbeitung – Rohr-Außendurchmesser
nach der Bearbeitung]/Rohr-Außendurchmesser
vor der Bearbeitung] × 100),
kann nicht auf eine derartige Weise festgelegt werden, dass das
Rohrziehen in einer einzigen Aktion durchgeführt wird, weil die auf das
Rohr ausgeübte
Zugkraft bei der Hindurchführung
durch den Würfel
auf die Bruchlast des Rohrs oder darunter festgesetzt sein muss.
Um ein repräsentatives
Beispiel zu geben, wird der Ziehvorgang im Fall eines Kohlenstoffstahlrohrs
bei einer Außendurchmesser-Bearbeitungsgeschwindigkeit
Re = 20 – 30
% realisiert.
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Daher
bezeichnet im Fall eines Kohlenstoffstahlrohrs die Bezugnahme auf
den "Abschluss-Rohrziehvorgang", wie in der vorliegenden Erfindung
dargelegt, ein Stadium, wo das Produktmaß unter Verwendung eines Rohrziehvorgangs
erreicht wird, wo die Außenbearbeitungsgeschwindigkeit
für die
anschließende
Ziehoperation Re = 20 – 30 %
ist.
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Folglich
sind zum Beispiel auch Fälle,
wo dieser Abschluss-Rohrziehvorgang über eine Vielzahl von Rohrziehvorgangsschritten
mittels eines Schmiedeverfahrens unter Verwendung eines Teileformers
durchgeführt
wird, im technischen Schutzbereich der oben beschriebenen vorliegenden
Erfindung eingeschlossen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Abbildung, die eine sich auf die vorliegende Erfindung beziehende
Konzeptansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs
mit kleinem Durchmesser zeigt.
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2 ist
eine Abbildung, die eine Konzeptansicht eines Beispiels eines Abschluss-Rohrziehvorgangs
zeigt.
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BESTE ART
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
eines Verfahrens zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem
Durchmesser gemäß der vorliegenden
Erfindung im Einzelnen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung
ist nicht auf die unten beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Zuerst
wird ein nahtloses Kohlenstoffstahl-Lagerrohr (JIS G 3455) mit einem
Außendurchmesser
von 34 mm und einer Wanddicke von 4,5 mm, das durch Warmwalzen unter
Einbeziehen von Mannesmann-Schrägwalzen,
Walzen in einem Dornhammerwerk oder dergleichen geformt wird, genommen
und einem Kaltrecken, bestehend aus Wiederholungen von Rohrzieharbeit
unter Verwendung einer Ziehbank, und einem Wärmebehandlungsverfahren unterzogen,
wie beim Stand der Technik realisiert, wodurch ein Rohrelement mit
einem Außendurchmesser
von 11 mm und einer Wanddicke von 2,0 mm erhalten wird (1(a)).
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Wünschenswerterweise
werden während dieses
Prozesses die Schritte spanabhebendes Bearbeiten oder Abschleifen
der Innenumfangsfläche des
Rohrs ausgeführt,
wie beim Stand der Technik durchgeführt, weil sie leicht auszuführen sind,
wenn der Durchmesser des Rohrs noch relativ groß ist, aber in der vorliegenden
Erfindung sind diese keine wesentlichen Schritte.
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Anschließend wird
das oben erwähnte Rohrelement
von 11 mm Außendurchmesser
und 2,0 mm Wanddicke mit einer Schneidmaschine auf 150 mm abgelängt (siehe 1(b)).
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Dabei
wird das Rohrelement derart abgelängt, dass das Rohr nach der
anschließenden
Rohrziehbearbeitung eine Produktlänge annimmt.
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Daraufhin
wird an der Innenfläche
des abgeschnittenen Rohrs ein spanabhebendes Bearbeiten oder Abschleifen
durchgeführt
(1(c)).
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Als
Mittel zum spanabhebenden Bearbeiten oder Abschleifen der Innenfläche des
abgeschnittenen Rohrs ist es neben Spanabhebungs- oder Schleifeinrichtungen
wie z. B. einer Drehbank, Räummaschine,
Ziehschleifmaschine oder dergleichen, die beim Stand der Technik
allgemein bekannt sind, auch möglich,
Mittel wie Kugelstrahlen, Fluidschleifen oder dergleichen zu verwenden
oder eine geeignete Kombination der oben erwähnten Mittel einzusetzen.
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Welches
Mittel auch immer übernommen wird,
das Objekt des spanabhebenden Bearbeitens oder Abschleifens gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein kurzes Stück
mit einer Länge
von ungefähr
150 mm, wie oben beschrieben, und daher können diese Schritte ohne Weiteres
und höchst
genau durchgeführt
werden.
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Es
ist notwendig, dass die Innenumfangsfläche nach dem spanabhebenden
Bearbeiten oder Abschleifen derart ist, dass die während des
Warmwalzens ausgebildete schwarze Hautschicht vollständig davon
entfernt ist, und des Weiteren, dass Defekte (mit einer Größe von 50 μm oder darüber) wie
während
der Rohrzieharbeit entstehende kerbenförmige Furchen oder auf der
Basis dieser kerbenförmigen Furchen
gebildete feine Risse oder dergleichen vollständig entfernt sind.
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Daraufhin
wird dann das abgeschnittene Stück,
das dem spanabhebenden Bearbeiten oder Abschleifen auf der Innenfläche davon
ausgesetzt wurde, wie oben beschrieben, einem Abschluss-Rohrziehvorgang
auf eine derartige Weise unterzogen, dass die Produktmaße von 8
mm Außendurchmesser,
2,0 mm Wanddicke und 230 mm Länge
erhalten werden (siehe 1(d)).
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Da
dieser Abschluss-Rohrziehvorgang an einem kurzen Rohr von ungefähr 150 mm
Länge durchgeführt wird,
ist es möglich,
das Ziehen und Formen unter Verwendung eines Teileformers auszuführen, der
bei der Gestaltung verschiedener Arten von Teilen, wie z. B. Bolzen,
Muttern und dergleichen, verwendet wird.
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Zum
Beispiel wird das zu bearbeitende Rohr A, wie in 2 gezeigt,
mittels einer Pressausrüstung
unter Verwendung von Wasserdruck, Hydrauliköldruck oder eines Spannmechanismus
in einen Würfel 1 mit
einem Durchstoßloch
mit eingeschränktem
Durchmesser eingeführt,
und das zu bearbeitende Rohr A wird mittels eines Schmiedeverfahrens
gezogen.
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Das
Element 3 in 2 ist ein Spund, der ins Innere
des zu bearbeitenden Rohrs A eingeführt ist.
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Dieser
Abschluss-Rohrziehvorgang wird im Vergleich zu herkömmlichen
Rohrziehvorgängen
unter Verwendung einer Ziehbank in einer kurzen Zeitspanne ausgeführt, und
darüber
hinaus ist zum Ziehen kein Einspannen erforderlich, und somit kann
die Produktertragsrate verbessert werden.
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Es
besteht eine Möglichkeit,
dass das auf diese Art und Weise hergestellte dickwandige Rohr mit
kleinem Durchmesser evtl. leichte Risse enthält (maximale Größe 10 μm), die durch
den Abschluss-Rohrziehvorgang erzeugt werden, aber es ist ein dickwandiges
Rohr mit kleinem Durchmesser, das eine Innenumfangsfläche aufweist,
die ausreichend glatt und frei von Defekten ist, und es kann in geeigneter
Weise als Kraftstoffeinspritzrohr für einen Dieselmotor verwendet
werden.
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Die
vorstehende Beschreibung ist auf eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bezogen, aber die vorliegende Erfindung ist in keinerlei Weise
auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt.
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Zum
Beispiel ist das Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs
mit kleinem Durchmesser gemäß der vorliegenden
Erfindung auch auf dickwandige Rohre mit kleinem Durchmesser anwendbar,
die in anderen Verwendungsformen verwendet werden als Kraftstoffeinspritzrohre
für einen Dieselmotor,
und es kann in geeigneter Weise zur Herstellung jedes beliebigen
dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser verwendet werden, das
strenge Anforderungen hinsichtlich der Eigenschaften von dessen
Innenumfangsfläche
stellt.
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Des
Weiteren versteht sich von selbst, dass das Verfahren der vorliegenden
Erfindung auch auf die Herstellung von dickwandigem Rohr mit kleinem Durchmesser
aus jeder beliebigen Art von Stahl angewendet werden kann, wie z.
B. Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl, rostfreier Stahl und dergleichen.
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Wie
zuvor dargelegt, kann der Abschluss-Rohrziehvorgang darüber hinaus
durch Aufteilen auf eine Vielzahl von Rohrziehschritten realisiert
werden.
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Da
gemäß dem Verfahren
zur Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser bezüglich der
vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ein Spanabhebungs- oder Abschleifverfahren
an der Innenumfangsfläche
in einem Stadium ausgeführt
wird, wo nur noch der Abschluss-Rohrziehvorgang übrig ist, ist es möglich, ein
dickwandiges Rohr mit kleinem Durchmesser bereitzustellen, das einen
Innenumfang aufweist, der glatt und frei von Defekten ist, und da
das Spanabhebungs- oder Abschleifverfahren an einem abgelängten Schnittstück ausgeführt wird,
wodurch es das Produktmaß mittels
des Abschluss-Rohrziehvorgangs
annimmt, wird daneben dann noch der Vorzug erreicht, dass das Spanabhebungs-
oder Abschleifverfahren aufgrund der kurzen Länge des Stücks ohne Weiteres mit guter
Genauigkeit ausgeführt
werden kann.
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Da
darüber
hinaus gemäß dem Verfahren zur
Herstellung eines dickwandigen Rohrs mit kleinem Durchmesser bezüglich der
vorliegenden Erfindung das zu bearbeitende Rohr vor dem Abschluss-Rohrziehvorgang
abgelängt
wird, wodurch es das Produktmaß mittels
des Abschluss-Rohrziehvorgangs annimmt, ist es möglich, den Abschluss-Rohrziehvorgang
ohne Weiteres mittels eines Schmiedeverfahrens unter Verwendung
einer durch eine Presse erzeugten Presskraft oder mittels eines
Schmiedeverfahrens unter Verwendung eines Teileformers auszuführen, der
zum Formen verschiedener Teile verwendet wird, wie z. B. Bolzen,
Muttern oder dergleichen, und dieser Prozess kann im Vergleich zu
einem Rohrziehvorgang unter Verwendung einer Ziehbank, wie beim
Stand der Technik, in einer kurzen Zeitspanne ausgeführt werden,
und darüber hinaus
ist zum Ziehen kein Einspannen erforderlich, und somit wird der
Vorzug erreicht, dass die Produktertragsrate ebenfalls verbessert
werden kann.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie
oben beschrieben, ist das Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen
Rohrs mit kleinem Durchmesser bezüglich der vorliegenden Erfindung auf
Fälle anwendbar,
wo dickwandige Rohre mit kleinem Durchmesser, die strenge Anforderungen
hinsichtlich der Eigenschaften ihrer Innenfläche stellen, wie z. B. Kraftstoffeinspritzrohre
für einen
Dieselmotor, auf wirksame Art und Weise hergestellt werden.