FI70160C - Foerfarande foer framstaellning av en vevarm till en svetsad vevaxel samt pressutrustning foer att utfoera foerfarandet - Google Patents

Description

- rr··. ίΛΐ\ PATENTTIJULKAISU 7 f) M f. Γ)

9<^äT9 c 3 1 patentskrift /UJÖU

(51) Kv.lk^/Int.Cl!* B 21 K 1/08, F 16 C 3/10 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 800166 (22) Hakemispäivä — Amöknlngsdag 21.01 .80 (23) Alkupäivä — Giltlgheudag 21 .01 .8 0 SUOMI-FINLAND (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 23 -07-80 /ri\ (44) Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— 28.02.86 VV Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (45) Patentti myönnetty — Patent meddelat 1 5 · 09 · 86

Patentti· j*a rekisterihallitus (86) Kv.hakemus — lnt.ansökan

Patent-och registerstyrelsen (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 22.01.79 05.07.79 Tanska-Danmark(DK) 266/79, 2852/79 (73) M.A.N.-B6W Diesel A/S, Stamholmen 161, Hvidovre, Tanska-Danmark(DK) (72) Erik Ha nsen, Gentofte, Tanska-Danmark(DK) (74) Berggren Oy Ab (54) Menetelmä hitsatun kampiakselin polven valmistamiseksi kämmen akseliin sekä menetelmän toteuttamiseen käytettävä puristus-laitteisto - Förfarande för framstäl1 ning av en vevarm tili en svetsad vevaxel samt pressutrustning för att utföra förfarandet

Keksintö koskee menetelmää esitaotun kampipolven valmistamiseksi hitsattua kampiakselia varten jolla on vaatimuksen 1 johdannon tunnusmerkit sekä menetelmän toteuttamiseen käytettävä pu-ristuslaitteisto jolla on patenttivaatimuksen 3 johdannon mukaiset tunnusmerkit.

H.Hallerin aikakausilehdessä "Werkstattechnik und Maschinenbau" (April 1953, sivut 147-151) julkaistusta kirjoituksesta on johdannon tunnusmerkit omaava menetelmä tunnettu, jossa käytetään puristustuurnana lävistintä. Tällöin lävistimessä on keskeinen läpimenevä reikä samanaikaisesti tapahtuvalla alkuperäisen ulokkeen aksiaalisesta laajenemisesta tai pitenemisestä syntyvässä tapissa. Lävistystoimminnossa työkalussa olevat ainekuidut, jotka alussa liikkuvat pääasiallisesti litteän alkutyökalun samansuuntaisen pinnan suunnassa leikataan. Koska muodonmuutosta seuraava lävistimen ympärille jääneen aineen plastinen virtaaminen tapahtuu pääasiassa puhtaasti aksiaalisesti, t.s. puristussuunnassa, lä- 2 70160 vistys pystyy ontossa tapissa vain vähässä määrin tuottamaan valmiin kampiakselin luujuusominaisuuksien kannalta toivottavaa akselinsuuntaista kuitujen kulkua.

Keksinnön kohteena on vaatimuksen 1 johdannon tunnusmerkit omaavan menetelmän edelleenkehittäminen, siten että materiaalikuidut laakeri- ja kampitapeissa liikkuvat lähempänä samaa suuntaa kuin tappien pinnat koko tapin pituudelta, valmiin kampiakselin lujuusominaisuuksien parantamiseksi.

Tämä ongelma ratkaistaan keksinnön mukaan vaatimuksen 1 tunnusmerkkien avulla.

Menetelmän toteuttamiseksi kehitetään patenttivaatimuksen 3 johdannon mukaista puristuslaitteistoa saman vaatimuksen tunnusmerk-kiosan tunnusmerkkien avulla.

Puristustuurnaa sisääntyönnettäessä esimuodostettuun työkaluun keskeinen alasinosa estää esimuodostetun ulokkeen otsapintaa vastaan olevalla lisäkkeellään aineen akselinsuuntaista siirtymistä lisäkkeen ydinalueella. Siten tämä materiaali pakotetaan yhdessä ulokkeen ydinaluetta ympäröivän materiaalin kanssa virtaamaan renkaanmuotoiseen tilaan alasinosan ja muottivälyksen välissä sekä aksiaalisesti että säteittäisesti ulospäin välyksen sisäpuolta kohti. Materiaalin yhdistelty säteittäinen ja aksiaalinen virtaaminen johtaa ennen kaikkea siihen, että valmiiksi puristetussa tapissa saavutetaan varsin hyvä, yläpinnan kanssa yhdensuuntainen kuitujen liikkuminen koko tapin pituudelta. Puristusvaiheessa ei poisteta ainetta työkalusta. Siten saavutetaan tunnettuun mentelmään verrattuna lisäksi olennainen materiaalin-säästö, niin että työkalun ja muottivälyksen tietyillä mitoilla suurempi tapinpituus on saavutettavissa.

3 70160

Materiaalin yhdisteltyä säteittäistä ja aksiaalista virtausta ulokkeeseen edistää vielä menetelmän suorittaminen vaatimuksen 2 mukaisella edullisella tavalla.

Uudella puristuslaitteella uuden menetelmän edut on hyvin helpolla tavalla ja yksinkertaisin keinoin saavutettavissa.

Tällöin on myös osoittautunut tarkoituksenmukaiseksi, että alasimen ulkohalkaisija on 40 - 60 % sitä ympäröivän muottivälyksen sisähalkaisijasta.

Puristuslaite muodostetaan tarkoituksenmukaisesti siten, että pu-ristustuurnassa on kovera kehän osuus, jonka pituusprofiili on ympyräkaarenmuotoinen, jolloin puristustuurnassa siihen liittyen on halkaisijaltaan pienenevä kartiomainen tappiosa kohti tuurnan vapaata päätä.

Koveralla kehän osuudella saavutetaan, että kuitujen suunta liikkuu vastaavasti kaarevasti tapin pintaa pitkin, jolloin saavutetaan edullisempi tasainen siirtyminen kuitujen suuntiin valmiissa kämmen polvessa kämmen ja päälaakeritappien välillä.

4 701 60

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten kaaviolliseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää pystysuoraa leikkausta keksinnön mukaisen puristus laitteiston erään suoritusmuodon läpi, jolloin aihio on kiinnitetty laitteiston rengasmaiseen pitimeen, kuviot 2-4 esittävät vastaavana leikkauksena puristuslaitteistoa ja aihiota peräkkäisissä vaiheissa aihiota kampiakselin polveksi muovattaessa, kuvio 5 esittää vastaavana leikkauksena kampiakselin polvea valmiina hitsattavaksi yhteen kahden vastaavan kampiakselin polven kanssa lastuavan työstön jälkeen, ja kuvio 6 esittää tasokuvantona puristuslaitteiston alatyökalua ja aihion rengasmaista pidintä.

Kaaviollisesti esitetty puristuslaitteisto käsittää kiinteän ala-työkalun 1, pystysuunnassa liikkuvan ylätyökalun, josta kuvioissa 1-4 on esitetty vain vaihdettavat painimet 2 ja vastaavasti 3, sekä rengasmaisen pitimen 4 työstettävää aihiota 5 varten.

Kiinteä alatyökalu 1 käsittää kiinnitystason eli alustan 6, jonka yläpinnalla on katkokartion muotoinen syvennys, johon sijoitetaan ulkopuolelta kartiomainen ja sisäpuolelta pyöreän lieriömäinen tukirengas 7. Kuten kuvioista 1-4 ja kuviosta 6 käy ilmi, on tukirengas 7 leikattu kehältään auki kolmesta kohdasta, niin että se koostuu kolmesta samanlaisesta segmentistä 8, jotka sijaitsevat tiiviisti toisiaan vasten, kun tukirengas on sijoitettu kiinnitystason syvennykseen. Välittömästi lieriömäisen sisäpintansa 9 ympärillä tukirengas on muodostettu ylöspäin käännetyksi pat-riisirenkaaksi 10, jonka aksiaalista poikkileikkausprofiilia rajoittaa, kuten kuviosta näkyy, ympyrän kaari, joka sisäänpäin sivuaa lieriömäistä pintaa 9 ja joka ulospäin muuttuu tasaiseksi rengasmaiseksi tasoksi 11 suoraviivaisen osan kautta. Kun rengas 7 on sijoitettu kiinnitystasoon 6, sijaitsee pinta 11 samalla suoralla viivalla kiinnitystason tasaisen yläpinnan 12 kanssa.

Pintaan 12 on upotettu tukitappi 13, jonka ylöspäin suunnattu, pyöristetty päätypinta sijaitsee sair.alla tasolla kuin patriisi- 5 70160 renkaan 10 yläreuna. Tapin 13 ja renkaan 7 keskiviivojen väliset etäisyydet ovat yhtä suuret kuin haluttu polven säde. Kuten kuviossa 1 esitetään, tappi 13 toimii aihion 5 lisätukena ensimmäisen puristusvaiheen alussa.

Rengasmaiseen pitimeen 4 on muodostettu sisäpuolinen ääriviiva 14, joka vastaa valmiiksi puristetun kampiakselin polven haluttua ääriviivaa. Pitimen paksuus on sama kuin aihion 5 paksuus. Pitimessä on tarkoituksenmukaisesti sopivat elimet, jotka esitetään kaaviollisesti ulkonevana tappina 15, joka mahdollistaa pitimen ja siinä olevan aihion 5 helpon käsittelyn puristusvaiheiden aikana. Aihiolle 5 voidaan taotun tai valssatun teräs-levyn liekkileikkauksessa antaa sellainen ulkoinen profiili, että se voidaan takomislämpötilaan kuumennuksen jälkeen suhteellisen helposti sijoittaa pitimeen 4, mutta seuraavassa selitetyssä ensimmäisessä vaiheessa se sijoitetaan niin tiukasti pitimeen, että sitä voidaan käsitellä yhdessä tämän kanssa. Vaihtoehtoisesti aihio 5 voidaan valmistaa takomalla punnittu harkko levyksi, jolloin taonnan loppuosa suoritetaan aihion ollessa sijoitettuna pitimeen, niin että aihio taonnan jälkeen on kiinni pitimessä ja koskettaa tätä ääriviivan 14 pääosaa pitkin.

Kuvio 1 esittää pitimeen 4 kiinnitetyn ja taontalämpötilaan kuumennetun aihion 5 patriisirenkäan 10 ja tukitapin 13 varassa lepäämässä välittömästi ennen ensimmäistä puristusvaihetta, «joka suoritetaan painimen 2 avulla, joka on kiinnitetty liikkuvan ylä-työkalun esittämättä jätettyyn kiinnitystasoon. Painimessa 2 on alaspäin suunnattu, rengasmainen puristus taso 16, joka ympäröi ulkonevaa, pyörähdyssymmetristä ja loivan kartiomaista puristus-tuurnaa 17, jonka halkaisija on suurin piirtein yhtä suuri kuin alatyökalun lieriömäisen pinnan 9 halkaisija.

Kiinnitystason 6 pohjaan on sijoitettu sisäke 18, joka käsittää pyöreän laipan 19, jonka avulla sisäke on keskiöity tukirenkaaseen 7, sekä ylöspäin kohoavan pyöreän lieriömäisen osan 20, joka toimii vasteena tappiosan seuraavassa kuvatun puristuksen aikana aihiosta 5, jolloin osan 20 yläpäätypinta 21 koskettaa puristetun tappiosan päätypintaa.

70160

Kuvio 2 esittää aihiota ja työkaluja ensimmäisen puristusvaiheen lopussa, kun yläpainimen 2 puristuspinta 16 koskettaa aihion yläpintaa ja tämän alapinta rajoittuu alatyökalun samalla linjalla oleviin pintoihin 11 ja 12. Puristusvaiheen aikana tuurna 17 on muodostanut vastaavan syvennyksen 22 aihion yläpintaan ja puristusrengas 10 on muodostanut vastaavan rengasmaisen syvennyksen 23 aihion alapintaan. Tällöin syrjäytetty aine on valunut renkaan 7 sisään ja on täällä muodostanut aihion alapinnasta ulkonevan, väliaikaisen tappiosan 24.

Sen jälkeen painin 2 nostetaan jälleen irti aihiosta, ja kun pidin 4 on nostettu ja aihio on vapautunut alatyökalusta 1, kierretään pidintä 180° pituusakselinsa ympäri ja sitä siirretään siten, että tapin 13 muodostama syvennys on kohdakkain painimen 2 keskiviivan kanssa. Aihion keskiöinnin helpottamiseksi voi tuurnan 17 alapinnalla olla esittämättä jätetty, keskeltä ulkoneva tappi, joka vastaa tappia 13. Yllä kuvatun puristusvaiheen toistossa muodostetaan aihion yläpintaan syvennys 25 ja sen alapintaan vastaava, puristettu tappiosa 26, jota ympäröi rengasmainen syvennys 27, joka on sijoitettu sellaisen välimatkan päähän ensin puristetusta tappiosasta 24, joka vastaa valmiin kampiakselin polven kampitapin ja päälaakeritapin välistä haluttua etäisyyttä. Kuvio 3 esittää poikkileikkausta aihion läpi, jota on tässä merkitty numerolla 28, näiden kahden ensimmäisen puristus-vaiheen jälkeen.

Ylätyökalun painin 2 vaihdetaan nyt kuvioissa 3 ja 4 esitettyyn toiseen painimeen 3, jossa on ensimmäisen painimen puristuspin-taa 16 vastaava alaspäin suunnattu puristuspinta 29, joka ympäröi pyörähdyssymmetristä puristustuurnaa 30, jossa on loivan kartio-mainen pohjaosa 31, joka kuperan osan 32 kautta, jolla on ympyrän kaaren muotoinen pituusprofiili, muuttuu koveraksi osaksi 33, jonka pituusprofiili on samoin muodostettu ympyrän kaareksi. Tuurnan kovera osa 33 muuttuu loivan kartiomaiseksi tapiksi 34.

Kuviossa 3 esitetystä lähtöasennosta alkaa toinen puristusvaihe siten, että ylätyökalua painimineen 3 siirretään alaspäin, kunnes puristuspinta 29 koskettaa aihion 28 yläpintaa. Tämän jälkeen ylätyökalu nostetaan irti aihiosta ja tämä nostetaan yhdessä pitimen 4 kanssa irti alatyökalusta ja kierretään samalla tavoin 70160 kuin edellä on kuvattu alkupuristusvaiheen yhteydessä, niin että kuviossa 3 esitetty aihion 28 ylöspäin suunnattu sivupinta koskettaa alatyökalun pintoja 11, 12 patriisirenkaan 10 kytkeytyessä rengasmaiseen syvennykseen 23. Tämän jälkeen toistetaan kuvattu toinen puristusvaihe, ja tämän päätyttyä aihiolla on kuviossa 4 esitetty muoto.

Kummankin kahden loppupuristusvaiheen aikana puristustuurna 30 syrjäyttää syvennyksen 25 ja vastaavasti 22 alla olevan aihion 28 aineen alaspäin. Koska vaste 20 kuitenkin rajoittaa aineen valumista aksiaalisessa suunnassa, valuminen tapahtuu pääasiassa säteittäisesti, niin että kaksi väliaikaista tappiosaa 24 ja 26 eivät ainoastaan pitene, vaan ennen muuta laajenevat, niin että ne koskettavat alatyökalun lieriöpintaa 9, niin että valmiista tappiosista 35 ja 36 lukuunottamatta ulointa osaansa, joka myöhemmin poistetaan lastutuksen yhteydessä, tulee pyöreän lieriömäisiä kuitusuunnan ollessa pinnan suuntainen. Rengasmaisten syvennysten 23 ja 27 alkupuristus patriisirenkaan 10 avulla varmistaa valmiiksi puristetun, numerolla 37 merkityn kampiakselin polven näissä kohdissa vastaavan, pinnan suuntaisen kuitusuunnan.

Sen ympyrän kaaren keskipiste, joka muodostaa puristustuurnan 30 koveran osan 33 pituusprofiilin, sijoitetaan edullisesti siten, että se kuviossa 4 esitetyssä puristustyökalujen loppuasennossa osuu yhteen patriisirenkaan 10 profiilin ympyrän kaaren muotoisen osan keskipisteen kanssa. On tarkoituksenmukaista, että painimien 2 ja 3 kaksi alaspäin suunnattua puristuspintaa 16 ja 29 peittävät alatyökalun kosketuspinnan 11 mahdollisimman suuressa määrin. Niiden ulkoprofiililla voi olla kuviossa 6 katkopis-teviivalla 38 esitetty muoto, jota kauimpana oikealla rajoittaa vain se, että pinnan on oltava erillään viereisestä puristetusta aihion tappiosasta.

Kahden tappiosan 35 ja 36 lieriömäinen pinta saa aikaan sen, että alatyökalun rengas 7 pidintä 4 nostettaessa pyrkii seuraamaan aihion mukana ylös. Kuitenkin ulkopuolisen kartiomaisuutensa ja segmenteiksi jakonsa ansiosta rengas 7 tällöin vapautuu nopeasti kiinnitystason 6 syvennyksestä, niin että renkaan segmentit omalla painollaan vapautuvat tapista ja putoavat paikalleen kiinnitys tasoon.

8 70160

Kuviossa 5 on valmiiksi puristetun kampiakselin polven poikki-leikkausprofiilia merkitty katkopisteviivalla 37. Ehjällä viivalla on taas merkitty kampiakselin polven ulkonäköä lastuavan työstön jälkeen ennen useiden identtisten kampiakselin polvien sinänsä tunnettua yhteenhitsausta kahden tappiosan 41 ja 42 päätypintoja 39 ja 40 pitkin täydellisen kampiakselin muodostamista varten. Tästä nähdään, että menetelmä tuo mukanaan käytettyjen ainemäärien erittäin taloudellisen hyväksikäytön, jolloin saadaan melko kevyt kampiakselin polvi, jossa ainetta poistetaan mahdollisimman vähän lastutuksessa. Samalla päästään edellä mainittuun, kampiakselin lujuusominaisuuksien kannalta oleellisen tärkeään aineen kuitujen pinnan suuntaiseen suuntaukseen tapeissa ja ennen kaikkea siirtymäpyöristyksissä eli nurkkapyöristyksissä tappien ja polvien välissä olevien osien välillä.

Eräässä esittämättä jätetyssä suoritusmuodossa toinen tai kumpikin sisään painettu syvennys, jotka kuvatussa esimerkissä sijaitsevat yhtenäisesti kunkin tappiosan ympärillä, ulottuu kunkin tappiosan kehän pienehkön osan ympärille, tarkemmin sanottuna tapin sitä osaa pitkin, joka on käännetty toista puristettua tappia kohti, ja kohtaan, jossa valmiin kampiakselin ainejännitykset ovat erityisen suuret kuormituksen aikana. Syvennys sijoitetaan tarkoituksenmukaisesti symmetrisesti tappien välisen keskiviivan molemmille puolille, kuten kuvion 6 katkopisteviiva 43 esittää. Syvennyksen pituuden on oltava vähintään 60° mainitun keskiviivan kummallakin puolella. Tässä suoritusmuodossa voidaan pienentää ainemäärää, joka poistetaan seuraavassa lastuavassa työstössä, vrt. kuvio 5, koska aihion profiili ja rengasmaisen pitimen sisäprofiili vedetään lähemmäksi viereistä tappia.

Ottaen huomioon melko suuren puristusvoiman, joka tarvitaan syvennyksen painamiseen, nimittäin jos tämä ulottuu yli 360°:n, voi olla tarkoituksenmukaista suorittaa painanta kahdessa peräkkäisessä vaiheessa. Ensimmäisessä osavaiheessa voidaan käyttää tasaista yläpaininta ilman kuvioissa 1 ja 2 esitettyä keskipuris-tustuurnaa, niin että aihion alapintaan voidaan muodostaa melko matala tappi tai vaste, joka sisältää sen aineen, joka syrjäytetään syvennystä sisään painettaessa.

Claims (5)

9 701 60

1. Menetelmä hitsatun kampiakselin polven valmistamiseksi, jolla akselilla on ontot laakerin- ja kammentapit, jossa lähdetään takomislämpötilaan lämmitetystä aihiosta (5), johon muodostetaan tulevien tappien (35, 36) kohdalle ulkonevat olakkeet (24, 26) ja samanaikaisesti näiden vastakkaisille pinnoille syvennykset (22, 25), ja onteloon (9) sovitetusta olakkeesta (24) muodostetaan puristamalla puristustuurnaa (30) syvennykseen ontto tappi (36),tunnettu siitä, että puristettaessa puristustuurnaa (30) painuu olakkeen (24) aines ontelon (9) ja sen sisälle sovitetun vasteen (20) muodostamaan ren-gastilaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että aihion (5) olakkeet (24, 26) ulottuvat vasteen (20) otsapintaan ennen kuin olakkeet pidennetään ontoiksi tapeiksi (36) .

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukaisen menetelmän toteuttamiseen käytettävä puristuslaitteisto, joka käsittää kaksi toistensa suhteen liikuteltavaa puristustyökaluaf jossa toisessa on ontelo (9) tappia varten ja toisessa tämän suhteen aksiaalisesti liikkuva ulkoneva puristustuurna (30), tunnettu siitä, että onteloon (9) on keskeisesti sovitettu vaste (20) jonka halkaisija on pienempi kuin ontelon (9), ja että puristustuurnan (30) halkaisija pienenee kohti tämän vapaata otsapintaa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laitteisto, tunnet-t u siitä, että vasteen (20) ulkohalkaisija on 40 % - 60 % sitä ympäröivän ontelon (9) sisähalkaisijasta.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että puristustuurnalla (30) on kovera osa (33), jonka pituusprofiili on muodostettu ympyrän kaareksi, ja että tuurnalla (34) tästä kohti sen vapaata päätä on kar-tiomainen tappiosa (34) jonka halkaisija pienenee. 10 701 60