IT9048241A1 - Procedimento per la produzione di valvole. - Google Patents
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Description
L'invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di una valvola, in particolare di una valvola per scambio di gas di un motore a combustione interna, secondo il preambolo della rivendicazione 1.
Dal brevetto US-PS 2.316.488 si conosce una valvola per motore a combustione interna, composta di due parti di materiale differente, prodotte separatamente. La valvola presenta uno stelo colato cavo, riempito di un mezzo refrigerante, dotato di elevata resistenza a trazione, e una testa di valvola dotata di elevata resistenza al calore, che forma il fondo della valvola e un dorso di valvola estendentesi oltre la sede dì valvola, che arriva fino al punto di collegamento della testa di valvola con lo stelo di valvola che si allarga. Lo stelo di valvola e la testa di valvola sono saldati l'uno all'altro in questo punto di collegamento. Mediante questa struttura della valvola in due pezzi, con uno stelo di valvola fuso, si intende risparmiare materiale dotato di elevata resistenza al calore, in quanto il materiale è dotato di elevata resistenza al calore, inoltre difficile da lavorare, viene impiegato esclusivamente per la testa di valvola sottoposta ad elevata sollecitazione. Lo stelo di valvola in una valvola del genere può bensì essere colata in maniera semplice, ma una successiva lavorazione ulteriore dello stelo di valvola con asportazione di truciolo, per migliorare la bontà superficiale, è indispensabile. In questo procedimento di truciolatura , viene asportato materiale dalla superficie dello stelo, per cui lo spessore di parete dello stelo deve presentare un determinato valore. Nella premessa di questo spessore minimo di parete, lo spazio interno riempibile con un mezzo refrigerante è inevitabilmente più piccolo e il peso dello stelo di valvola aumenta.
Oggetto dell'invenzione è quindi di produrre una valvola del tipo menzionato sopra in maniera tale da poter produrre una valvola resistente e tuttavia leggera, munita di un volume interno grande.
Il problema viene risolto secondo la presente invenzione mediante gli aspetti indicati nella parte caratterizzante della rivendicazione 1. Ulteriori vantaggi e forme di esecuzione vantaggiose risultano dalle rivendicazioni successive e dalla descrizione.
Uno stelo di valvola, di una valvola ottenuta a partire da almeno due parti e successivamente congiunta, viene prodotta a partire da un materiale di partenza tubolare. A tal fine, il materiale di partenza tubolare. A tal fine, il materiale di partenza tubolare viene ridotto dal suo diametro originale al diametro desiderato dello stelo di valvola in un procedimento di deformazione a freddo, ossia ad una temperatura la quale si trova al disotto della temperatura di ricristallizzazione del materiale, ad una sua estre mità, per esempio mediante impasto circolare con una spina inserita, corrispondente alla sezione interna desiderata dello stelo di valvola. Nello stesso procedimento, l'intervallo di transizione tra materiale di partenza tubolare non lavorato e stelo di valvola ridotto viene deformato mediante il processo di impasto con attrezzi appropriati, come sezione di stelo che si allarga a forma di arco. Successivamente lo stelo di valvola formato finito viene separato dal materiale di partenza tubolare in un punto corrispondente al diametro del punto di collegamento tra testa di valvola e stelo di valvola. Lo stelo di valvola viene poi saldato con la testa di valvola prodotta in un procedimento di lavorazione proprio, partendo da un materiale dotato di alta resistenza al calore, e dopo eventuale riempimento della valvola con un mezzo refrigerante, viene chiuso alla estremità superiore, fino allora aperta. Un materiale dotato di elevata resistenza al calore, costoso e difficile da lavorare, viene impiegato esclusivamente per la produzione della testa di valvola sottoposta a forte sollecitazione, mentre per la produzione dello stelo di valvola meno sollecitato si può impiegare un materiale di partenza più economico e facile da lavorare. Nel quadro della invenzione, la sezione interna può essere mantenuta esattamente tramite una spina inserita. Inoltre viene formata una superficie dello stelo dotata di elevata bontà con scarsa profondità della rugosità, che semplifica la successiva post-lavorazione dello stelo di valvola.
II procedimento verrà ora descritto alla luce del disegno. Nel disegno:
la figura 1 rappresenta la prima fase di lavorazione del procedimento secondo l'invenzione, in cui il materiale di partenza tubolare viene ridotto al diametro dello stelo,
la figura 2 rappresenta la stessa fase lavorativa in sezione secondo la linea di sezione II-II nella figura 1,
la figura 3 rappresenta la seconda e la terza fase del procedimento secondo l'invenzione,
la figura 4 rappresenta una ulteriore fase pròcedurale facoltativa,
le figure 5a, b, c rappresentano differenti forme di esecuzione del giunto tra stelo di valvola e testa di valvola,
le figure 6 e 7 rappresentano due differenti forme di esecuzione per la chiusura della estremità superiore dello stelo,
le figure 8 e 9 rappresentano una estremità dello stelo formata differentemente e la chiusura cosi ottenibile dello stelo di valvola.
Nella figura 1 viene mostrato come il materiale di partenza tubolare 1 di diametro esterno DQ viene ridotto mediante un attrezzo appropriato 2 al diametro esterno desiderato D1 dello stelo di valvola 3. La cosa viene effettuata tramite una deformazione a freddo, per esempio mediante impasto circolare come qui rappresentato. La figura 2 mostra questa fase in sezione secondo la linea di sezione 11 - 11 nella figu ra 1. Con 2 sono mostrati di nuovo gli attrezzi - in questo caso quattro martelli di una macchina di impasto circolare di per se stessa conosciuta -. Grazie alla costanza del volume del materiale, lo spessore di parete sQ del materiale di partenza tubolare 1 deve addensarsi fino a dare lo spessore di parete s3⁄4 dello stelo di valvola 3. Il diametro interno desiderato D2 dello stelo di valvola 3 viene realizzato mediante inserimento di una spina 4 nel materiale di partenza 1. I vantaggi dell'impasto circolare consistono nel fatto che si può trattare un materiale economico e leggero - praticamente qualsiasi materiale metallico con sufficiente dilatazione (superiore a circa 6%) è adatto a questo scopo - in un tempo di lavorazione breve con elevata resistenza meccanica, con un andamento favorevole della fibra e con buoni valori di tolleranza. Lo spessore di parete dello stelo di valvola 3 può essere mantenuto basso nonostante l'elevata resistenza meccanica e di conseguenza di può formare un grande volume interno, per esempio per accogliere un mezzo refrigerante. Oltre a ciò, il peso dello stelo di valvola 3 viene mantenuto basso, per cui risulta una influenza positiva sull'intero azionamento della valvola. Le tolleranze conseguibili nella produzione dello stelo di valvola 3 corrispondono ad un valore fino a 0,02 uim, con un rugosità tipica di 2-3 um. Superfici del genere sono meno rugose nella loro microstruttura, in confronto con superfici prodotte in un procedimento con l'asportazione di truciolo, e il pericolo di usura in seguito ad attrito è basso. Anziché produrre lo stelo di valvola mediante impasto circolare, è anche concepibile produrlo mediante laminazione a freddo secondo il procedimento di Grob. La decisione per un procedimento o l'altro dipende tra l'altro anche dalle condizioni geometriche.
Nella figura 3 è rappresentata la fase di lavorazione successiva, nella quale lo stelo di valvola 3 precedentemente formato riceve mediante attrezzi a martello appropriati, non rappresentati qui, della macchina di impasto circolare, la forma arcuata sul suo ambito periferico 5, ossia il cosiddetto arco a paniere, desiderata per la transizione tra lo stelo di valvola 3 e la testa di valvola successivamente ap plicata. Inoltre si può vedere in questa figura che dal pezzo tubolare del materiale di partenza si posso no produrre due steli di valvola 3, 3', in cui lo ste lo di valvola 3 già formato in una fase lavorativa pr cedente viene bloccato con la sua parte già lavorata nell'attrezzo, e l'estremità non lavorata del materia le di partenza tubolare viene formata in maniera analoga come descritto sopra, per dare un secondo stelo di valvola 3‘ con un secondo ambito di transizione 5‘. I due steli di valvola 3 e 3' o rispettivamente lo stelo di valvola 3 e il materiale di partenza tubolare vengono poi separati l'uno dall'altro - come indicato dalla freccia 6 - per esempio mediante troncatura. In questo modo si possono produrre in maniera sempi ice e rapida due steli di valvola 3 e 3' a partire da un pezzo del materiale di partenza.
Quando l'orientamento geometrico speciale dello stelo di valvola 3 còn il suo ambito di transizione 5 richiede che il diametro finale D3 dell'ambito di transizione 5 sia maggiore del diametro DQ del materiale di partenza tubolare non trattato, lo stelo di valvola 3 - come mostrato nella figura 4 - può essere ulteriormente deformato mediante altri attrezzi, per esempio i punzoni 7 e 8, corrispondentemente.
La superficie di una valvola del genere viene usualmente sottoposta a cromatura dura. Grazie alla elevata bontà superficiale realizzata nell'impasto circolare applicato secondo la presente invenzione è sufficiente molare soltanto questa superficie di cromo per la lavorazione di precisione della valvola, senza sottoporre a truciolatura il materiale vero e proprio della valvola.
Le figure da 5a a 5c mostrano ciascuna _ l'estremità inferiore dello stelo di valvola 3, che è collegato in un punto di collegamento 9 del dorso della _ valvola con la testa di valvola 10, per esempio mediante saldatura a laser. La testa di valvola 10, che viene prodotta a partire da un materiale con elevata resistenza al calore, per esempio una lega a base di cobalto, può presentare, come indicato dagli esempi di esecuzione da a a c, tra l'altro a causa di differenti requisiti di raffreddamento, una forma differenziata. Lo stelo di valvola 3 deve essere conformato nel punto di collegamento 9 a seconda delia forma della testa di valvola 10. Secondo la figura 5a consente 11 rilevamento semplice dello stelo di valvola 3 prodotto mediante il procedimento sopra descritto. Per gli esempi di esecuzione secondo le figure 5b e 5c, lo stelo di valvola 3 deve essere munito inoltre di una intelaiatura 11 lanciata verso l'interno. Nella figura 5c è contrassegnato uno strato di collegamento 12 introdotto tra lo stelo di valvola 3 e la testa di valvola 10, che serve per esempio a collegare meglio i due elementi strutturali menzionati, mediante una brasatura. Una cosa importante e comune a tutti gli esempi di esecuzione è tuttavia la disposizione del punto di ecollegamento 9 sul dorso della valvola in una posizione giacente al disopra della sede di valvola 13 e di conseguenza non troppo fortemente caricata. La produzione della testa di valvola 10 in materiale ad alta resistenza al calore può essere effettuata in una maniera corrispondente a questo materiale, per esempio in un processo di sinterizzazione oppure mediante estrusione.
Nelle altre figure da 6 a 9 è rappresentata volta per volta l'estremità superiore di uno stelo di valvola 3. Il volume interno degli steli di valvola 3 dei motori odierni aventi alte prestazioni viene riempito usualmente con un mezzo refrigerante - per esempio viene menzionato qui sodio - il quale viene introdotto nello stelo di valvola 3 dopo il processo di produzione finora descritto. Dopo riempimento, lo stelo di valvola viene chiuso in maniera appropriata. La cosa può essere effettuata come mostrato nella figura 6 applicando alla estremità superiore dello stelo un tappo 14 e saldando con esso nel punto di saldatura 15. Questo tappo 14 ha non soltanto la funzione di chiusura per io spazio interno dello stelo di valvola 3, ma assume contemporaneamente anche il compito di accogliere lo stelo di valvola in uno spintore a tazza di un azionamento di valvola, qui non indicato. A tale scopo può essere prodotto a partire da un materiale induribile rispetto stelo di valvola 3.
Dalla figura 7 si può desumere un altro esempio di esecuzione per un tappo 14 di uno stelo di valvola 3. A questo fine il tappo viene introdotto con l'accoppiamento geometrico nello stelo di valvola 3. Questo collegamento 15 ad accoppiamento geometrico tra tappo 14 e stelo di valvola 3 può essere ottenuto portando lo stelo di valvola 3 mediante il procedimento di impasto circolare sopra descritto a giacere a tenuta sulla superficie determinante la formatura della parte inferiore 16 del tappo. Il tappo 14 è costituito a tale proposito di acciaio martensitico, la cui superficie è stata indurita ad induzione, per assumere il carico agente sulla estremità dello stelo di valvola.
Nelle figure 8 e 9 è mostrata una ulteriore possibilità di configurazione dell'ambito di estremità superiore dello stelo di valvola 3. Lo stelo di valvola 3 viene ridotto in maniera conosciuta, mediante il procedimento di impasto circolare, con spina inserita. Una estremità 17 formante la chiusura successiva dello stelo di valvola 3 non viene qui ridotta, cosi che risulta per lo stelo di valvola la forma rappresentata nella figura 8. Successivamente l'estremità non ancora ridotta 17 viene ridotta, dopo aver allontanato la spina, fino al diametro dello stelo desiderato, per cui questa parte diventa più spessa e chiude l'estremità dello stelo nella maniera di un tappo 14, come si può vedere dalai figura 9. Sulla estremità dello stelo cosi ottenuta, che viene sottoposta ad una intensa usura, si può applicare poi una piastra 18 di materiale induribile, come cosiddetta soluzione a pastiglia.
Le forme di esecuzione qui illustrate sono ovviamente soltanto esemplificative e non limitano in alcun modo il concetto inventivo.
Mediante il procedimento della presente invenzione, una valvola con grande volume interno, a basso peso e tuttavia elevata resistenza meccanica, può essere ottenuta in maniera semplice e rapida. L'impiego di un materiale avente elevata resistenza meccanica è limitato agli ambiti in cui insostituibile.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONE 1. Procedimento per la produzione di una valvola, in particolare una valvola per scambio gas di un motore a combustione interna, che consta di uno stelo di valvola tubolare, prodotto separatamente, con una sezione di stelo disposta sulla estremità dal lato della valvola e che si allarga, e una testa di valvola fatta di un materiale dotato di elevata resistenza al calore, il quale presenta una parte formante il fondo della valvola, una parte formante la sede della valvola e un dorso di valvola che si collega ad esse e si estende fino ad un punto di collegamento comune con lo stelo di valvola, lo stelo di valvola e la testa di valvola essendo collegati l'uno all'altro nel punto di collegamento, caratterizzato dal fatto che per la formazione dello stelo di valvola (3) un materiale di partenza tubolare (1) viene ridotto mediante deformazione a freddo al diametro dello stelo (Dj); che un ambito di transizione (5) situato tra lo stelo di valvola ridotto (3) e il materiale di partenza (1) viene deformato in forma di arco come sezione di stelo che si allarga, e successivamente lo stelo di valvola (3) sulla sezione di stelo che si allarga viene separato in un punto corrispondente al diametro del punto di collegamento (9) tra la testa di valvola (10) e lo stelo di valvola (3).
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale di partenza tubolare (1) viene bloccato in una seconda fase lavorativa con la sua estremità ridotta, trattata nella prima fase lavorativa, nell'attrezzo di riduzione (2), e che in questa seconda fase lavorativa la sezione (1) del materiale di partenza non trattata nella prima fase lavorativa viene ridotta e successivamente separata.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1-2, caratterizzato dal fatto che lo stelo (3) è chiuso alla sua estremità rivolta in senso contrario alla testa di valvola (10) mediante ispessimento del materiale di partenza tubolare (1).
- 4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1-2, caratterizzato dal fatto che lo stelo (3) è chiuso alla sua estremità rivolta in senso contrario rispetto alla testa di valvola (10) con un tappo (14).
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il tappo (14) è saldato mediante laser allo stelo (3).
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il tappo (14) è collegato mediante accoppiamento geometrico con lo stelo (3).
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