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Verfahren und Vorrichtung zum Schmieden von Schraubengewinde.
Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieden von
Schraubengewinde auf kaltem Wege mittels radial gegen das Werkstück beweglicher Hämmerbacken, die mit dem herzustellenden Gewinde entsprechendem Muttergewinde versehen sind. Bei den bekannten
Gewindehämmermasehinen sind die Hämmerbacken mit einer Anzahl aufeinanderfolgender Gewindegänge versehen, sie bilden in geschlossenem Zustande gewissermassen eine Schraubenmutter und hämmern gleichzeitig mit ihrer ganzen Gewindelänge auf das Werkstück, in welches sie die gleiche Anzahl Gewindegänge einpressen. Der hiebei verdrängte Schaftwerkstoff kann dabei nur radial ausweichen und vergrössert daher den Durchmesser des Werkstückes. Der Gewindedurchmesser der so hergestellten Schrauben ist in jedem Falle grösser als der Durchmesser des Ausgangswerkstückes.
Bei der Herstellung von Gewindedraht oder von Schrauben mit durchgehendem Gewinde ist dies ohne Bedeutung, dagegen ist es bei Schrauben mit teilweise gewindefreiem Schaft störend, wenn der Gewindedurchmesser grösser ist als der Schaftdurchmesser ; in vielen Fällen, insbesondere bei Holzschrauben, ist dies überhaupt unstatthaft. Das bekannte Hämmerverfahren eignet sich daher nur zur Herstellung von durchgehendem Gewinde an Werkstücken ; zur Herstellung von Gewinde an Kopfschrauben oder von nicht durchgehendem Gewinde an Schraubenbolzen oder von Gewinde an Holzschrauben ist es ungeeignet. Vorzugsweise für solche Schrauben ist aber das erfindungsgemässe Verfahren bestimmt.
Das Schmieden von Aussengewinde mittels radial beweglicher Stempel von der Schaftmitte aus ohne Vergrösserung des Schaftdurchmessers unter Streckung des Werkstückes in Richtung auf das Schraubenende zu ist zwar ebenfalls schon bekannt ; das Werkstück erhält dabei aber eine dem Gewinde entsprechende zwangläufige Aussenführung, es kann daher nur zylindrisches Gewinde hergestellt werden, zur Herstellung von Schrauben mit Spitze, insbesondere von Holzschrauben, ist es ebenfalls ungeeignet.
Von dem bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung dadurch, dass das Einhämmern des Gewindes an dem Schaftende des Schraubenbolzens beginnt und eine während des Hämmervorganges radial nicht bewegliche Gewindebacke sowohl die Führung übernimmt als auch den Vorschub des Werkstückes herbeiführt. Statt einer Backe können auch mehrere radial nicht beweglich sein. Dadurch, dass das Einhämmern des Gewindes am Schaftende des Schraubenrohlings beginnt, ist es möglich, die Werkstoffverdrängung sich in eine Streckung des Schaftes in der Richtung auf den Schraubenkopf zu auswirken zu lassen und so ein Gewinde zu erzeugen, welches im Durchmesser nicht von dem gewindefreien Schaft abweicht.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, in Spiralbohrerrohlinge, am Ende beginnend, steilgängige Sehraubennuten einzuhämmern, der Vorschub wird dabei aber durch ein dem herzustellenden Drall entsprechend zwangläufig geführtes Spannfutter bewirkt, das eine Streckung des Schaftes beim Einhämmern des Gewindes entgegen der Vorschubrichtung nicht zulässt. Das Werkstück muss sich vielmehr in der Richtung des Vorschubes strecken, was bei Verwendung von mit Gewinde versehenen Hämmerbacken unmöglich ist. Die bekannte Vorrichtung eignet sich daher nicht zur Herstellung von Gewinde.
Das neue Verfahren eignet sich in gleicher Weise für die Herstellung des Gewindes an Schrauben für Metallteile wie an Holzschrauben. Da bei letzterer Schraubenart die Arbeitsbedingungen besonders schwierig liegen, diese aber durch die Erfindung restlos erfüllt werden, ist nachstehend die Herstellung von Holzschrauben beschrieben.
Die Schraubenbolzen können in irgendeiner bekannten Weise, beispielsweise in Drahtstiftmaschinen oder Schlagpressen, durch Anstauchen des Kopfes und Abschneiden des Schaftes auf die
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gewünschte Länge hergestellt werden. Durch entsprechende Gestaltung der Abschneidmesser kann man dabei dem Schaftende gleich eine Form geben, welche der Spitze der fertigen Schraube mehr oder weniger angenähert ist und schon den Anfang des Schraubengewindes darstellt, wie dies auch aus den Fig. 1 und 4 der Zeichnung zu ersehen ist. In Fig. 1 ist beispielsweise die Spitze des Schaftes stufenförmig abgesetzt für eine Gewindespitze gemäss Fig. 2, die vorgepresste Schaftspitze nach Fig. 4 ergibt eine kegelförmig ansteigende Schraubenspitze nach Fig. 6.
Man kann die Vorformung der Schraubenspitze auch dadurch vervollkommnen, dass man den den späteren Gewindegrund ergebenden Flächen x (Fig. 1) eine Neigung nach dem Schraubenkopf zu gibt. Man erreicht durch diese Formgebung zunächst eine vollkommenere Herstellung der Schaftspitze durch die Abschneidmesser der Presse, indem ein Axialzug auf den Schaft das Ausspringen des Rohlings aus den noch nicht ganz geschlossenen Messern verhindert. Dieser Axialzug wirkt sich sodann beim Beginn des Gewindeformvorganges günstig aus, indem die vorbereitete Gewindeflanke des Rohlings in möglichst dichter Anlage an der Flanke einer Gewindebacke gehalten wird.
Die Schaftspitze kann natürlich auch auf eine beliebige andere Art in einem besonderen Arbeitsgange unabhängig von der Herstellung des Sehraubenbolzens erzeugt werden, z. B. in einem Anspitzgesenk, wesentlich ist nur, dass der Rohling an seinem Schaftende vor der eigentlichen Herstellung des Gewindes der Gewindespitze und dem Gewindeanfang entsprechend vorgeformt wird.
Der mit vorgeformter Spitze versehene Rohling wird im nächsten Arbeitsgang mit Gewinde versehen. Die hiefür bestimmte Vorrichtung besteht aus mehreren, z. B. vier, radial beweglichen Backen oder Hämmern a, b, e, d (Fig. 3-6 der Zeichnung), die an dem der Mitte zugekehrten Ende abgeschrägt und je zu einem einen Teil des Gewindes erzeugenden Teilgesenk ausgebildet sind. Sämtliche Teilgesenke zusammen ergänzen sich zu einer Form, welche in geschlossenem Zustande das dem herzustellenden Schraubengewinde entsprechende Muttergewinde darstellt.
Ein Teil der Backen, im dargestellten Beispiel die Backe a, ist in ihrer radialen Bewegung während der Arbeit gesperrt, ist also für diese Zeit unbeweglich ; die übrigen Backen werden in irgendeiner Weise radial schlagartig gegen das zwischen die Backen eingeführte Werkstück e bewegt und wirken darauf hämmernd ein. Das Werkstück ist in einer vor dem Gesenk angeordneten Führung t verschiebbar zentral zu dem Gesenk gehalten und steht unter nachgiebigem, gegen das Gesenk gerichtetem Druck.
Bei dem Einführen des Werkstückes in das Gesenk legt sieh die vorgeformte Gewindespitze mit ihrer der Gewindesteigung
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gang im Gesenk bei geschlossenem Zustande ist so ausgebildet, dass er in dem feststehenden Teil a als Punkt beginnt, in seinem Querschnitt in den Backen b, c und d keilförmig spiralig zum vollen Profil anwächst und in der Backe a in den zweiten Gang übergeht. Dieser erste Gewindegang dient in der Weise zur Erzeugung des Schraubengewindes, dass er sich bei der Drehung des Werkstückes fortlaufend in das volle Werkstück eindrückt und so den Gewindegang in dem vollen Schaft formt.
Da der Aussendurchmesser des Muttergewindes im Gesenk dem Schaftdurchmesser entspricht, kann der bei dem Hämmern verdrängte Werkstoff nicht nach aussen quellen, er wird vielmehr unter allmählicher Bildung des Gewindekernes in der Achsenrichtung des Werkstückes verdrängt, u. zw. nach dem Schraubenkopf zu. Auf diese Weise wird der Schaft des Werkstückes während des Gewindehämmerns gestreckt ; hierauf ist bei der Bemessung der Länge des Rohlings Rücksicht zu nehmen.
Das feststehende Gesenkteil a übernimmt vom Beginn bis zur Vollendung der Arbeit die Führung der sich bildenden Schraube in der Weise, dass beim Einführen des Schraubenrohlings in das Gesenk durch den axial gerichteten nachgiebigen Druck die schraubenförmig vorgearbeitete Fläche an der Schaftspitze sich gegen die Flanke des ersten Gewindegangteiles im feststehenden Gesenkteil a legt und sich beim Drehen so an dieser entlang in das arbeitende Gesenk hineinschraubt, dass das abzuformende Gewinde sofort die richtige Stellung im Anschluss an die vorhandene Spitzensteigung erhält.
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führung an dem feststehenden Gesenkteil entlang weiter in das Gesenk hinein (Fig. 6), bis die vorgearbeitete Schaftspitze die Gesenkspitze erreicht, in der sie dann entsprechend der Vorformung durch allmählich zunehmendes radiales Einwirken der sich zur Spitze verjüngenden Gesenkform fertiggeformt wird, ohne dass eine schädliche Werkstoffüberanstrengung eintreten kann.
Um auch bei weniger gut vorgeformtem Werkstück der äussersten Spitze eine gratfreie Form geben zu können oder um eine andere durch nur radiales Einwirken der Hämmer schwer zu gestaltende Form erzielen zu können, kann man am Ende der Hämmerbacken unabhängig von diesen ein Werkzeug, z. B. ein ungeteiltes Auffanggesenk g, in der Achsenrichtung der Schraube anordnen, auf das die Spitze stösst und in welches dann beim Zudrücken der anschliessenden Hämmerbacken der Werkstoff der äussersten Spitze axial eintritt, wobei er die dem Gesenk entsprechende Form annimmt. Die Trennfuge oder der Übergang zwischen den radial arbeitenden Backen und dem Auffanggesenk kann hiebei der Spitzengestalt angepasst und als radiale Ebene oder der Schraubenlinie des äussersten Ganges folgend ausgebildet sein. Das Auffanggesenk unterstützt ausserdem wirkungsvoll die Beendigung der Arbeit.
Das hinter den Hämmerbacken angeordnete Werkzeug, insbesondere das Auffanggesenk g,
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Wie bereits erwähnt, wird das Gewinde durch den ersten Gewindegang des Gesenkes geformt, die folgenden Gewindegänge des Gesenkes treffen in das bereits fertige Gewinde und haben nur die Aufgabe, das Gewinde zu glätten. Die zwangläufige Führung der Schraube in der feststehenden Backe a bewirkt, dass die Hämmer immer genau in das vorgearbeitete Gewinde treffen, letzteres also eine fortlaufende glatte Fläche in den Flanken und im Grunde erhält.
Da die eigentliche Arbeit des Gewindeformens nur der erste Gewindegang in den Hämmerbacken leistet und die übrigen Gewindegänge nur Glättarbeit zu verrichten brauchen, ist es nicht erforderlich, dass die Hämmerbacken in ihrer ganzen Länge mit Gewinde versehen sind, es genügen am vorderen Ende der Hämmerbacken einige Gewindegänge, um das Gewinde voll auszuschlagen, und am hinteren Ende die zum Einhämmern des Gewindes in die Schraubenspitze notwendige Gangzahl. Der dazwischenliegende Teil der Hämmerbacken kann bei entsprechend grösserer lichter Weite gewindefrei sein.
Zweckmässig unterteilt man die Hämmerbacken in ihrer Längsrichtung (s. Fig. 6) in drei Teile al, a2, a3
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teilung der Backen bietet schon Vorteile bei ihrer Herstellung, besondere Vorteile ergeben sich aber bei dem Arbeiten mit solchen unterteilten Hämmerbaeken, weil man den gleichen Satz Gewindebaeken für verschieden lange Gewinde gleichen Durchmessers und gleicher Spitzenform verwenden kann, indem man die Gesamtlänge der Hämmerbacken durch den Zwischenbau entsprechend langer gewindefreier Zwischenstücke der jeweilig herzustellenden Gewindelänge anpassen kann. Die gewindefreien Zwischenstücke der Hämmerbacken können mit den mit Gewinde versehenen Backenteilen verbunden sein, sich also mit diesen bewegen, sie können aber auch radial unbeweglich sein und eine Führung für die beweglichen Backenteile bilden.
Die Unterteilung der Backen bietet noch den weiteren Vorteil, dass man bei der Herstellung von Schrauben mit verschiedener Spitzenform, aber sonst gleichen Gewindeabmessungen nur den die Schraubenspitze bildenden Teil der Hämmerbacken auszuwechseln braucht.
Man kann sogar mit demselben Satz Hämmerbacken auch Schrauben ohne Spitze herstellen, wenn man den die Spitze bildenden Teil der Hämmerbacken fortlässt.
Ist die gewünschte Gewindelänge eingehämmert, das Gesenk also von der Schraube voll ausgefüllt, dann werden sämtliche Hämmerbacken, also auch die sonst feststehende Backe a, selbsttätig radial so weit nach aussen bewegt, dass sie die fertige Schraube freigeben und diese selbsttätig ausgestossen werden kann. Das selbsttätige Öffnen des Gesenkes kann in Abhängigkeit gebracht werden von dem Ausfüllen der Gesenkform durch die hergestellte Schraube, etwa in der Weise, dass durch die sich verschiebende Schraubenspitze eine mechanisch oder elektrisch betätigte Auslösevorrichtung betätigt wird. Hiedurch ist die Gewähr gegeben, dass die Schraubenspitze vollständig ausgeschlagen wird.
Das fertige Gewinde hat den Aussendurchmesser des Schaftes und der zur Schraube geformte Teil des Schaftes hat sich in der Achsenrichtung verlängert.
Das Verfahren gestattet sowohl die Formung rein zylindrischer Schrauben beliebiger Gewindeart mit oder ohne Spitze, also ausser Holzschrauben auch Eisengewindeschrauben, als auch die Herstellung von Schrauben mit leicht kegelförmig ansteigendem Schaft, ferner auch die Verarbeitung von Schraubenrohlingen, deren Ende nur zu einer kegelförmigen oder ähnlichen Spitze vorgeformt ist, wenn man auf den Rohling bei Beginn des Hämmervorganges zur sicheren Einleitung des Gewindeformvorganges, zweckmässig ausserhalb des Gesenkes, zwangsweise eine Schraubenbewegung so lange einwirken lässt, bis die feststehende Backe a die Führung und den Vorschub übernimmt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schmieden von Schraubengewinde auf kaltem Wege mittels radial gegen das Werkstück beweglicher, mit Muttergewinde versehener Hämmerbacken, dadurch gekennzeichnet, dass das Einhämmern des Gewindes am Schaftende beginnt und eine an der radialen Bewegung gehinderte Hämmerbacke (oder ein Teil der Backen) hiebei sogleich die Führung des Werkstückes übernimmt und dessen Vorschub dadurch bewirkt, dass dieses bei umlaufenden Hämmerbaeken sich an ihr selbsttätig verschraubt oder bei nur radial beweglichen Hämmerbacken an ihr zwangläufig verschraubt wird.