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Verfahren zur Herstellung einer Kopfschraube
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, das die schnelle Herstellung von
Schrauben aus rostfreiem Stahl und andern Metallen gestattet, die hohe Verfestigungsmerkmale aufwei- sen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend erläutert.
In Übereinstimmung mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden Schrauben mit einem Kopf, der zur Aufnahme eines Schraubenziehers mit einer Vertiefung versehen ist, durch ein Verfahren herge- stellt, bei dem ein zylindrisches Werkstück von einer Länge von gewöhnlichem billigem Drahtmaterial abgeschnitten wird. das einen Durchmesser von mindestens der Hälfte, vorzugsweise etwa dreiviertel des
Durchmessers des Kopfes der herzustellenden Schraube hat. Dieses Werkstück wird zunächst durch Fliess- pressen bearbeitet, so dass ein länglicher Schaft von im wesentlichen dem Durchmesser des Schaftes der
Schraube entsteht und wobei ein beträchtlicher unbearbeiteter Kopfteil belassen wird, der eine flache
Endfläche und einen Durchmesser von der Hälfte bis zu dreivierteln des Durchmessers des fertigen Kopfes aufweist.
Der Kopfteil wird dann mit einem Stempel gestaucht, so dass der den Schraubenzieher aufneh- mende Einschnitt im Kopfteil ausgebildet und der Kopfteil in die gewünschte äussere Form gebracht wird.
Wegen der verhältnismässig geringen Bearbeitung, die während des Stauchens auf das Metall ausgeübt wird, wird ein genauerer Kopf ausgebildet, der frei von Rissen, von guter Körnungsstruktur und demge- mäss von hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit ist. Solch ein verbessertes Erzeugnis wird mit niedri- geren Kosten hergestellt, als nach den bekannten Verfahren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung meh- rerer in der beigefügten schematischen Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele.
Es zeigen : Fig. 1, 2 und 3 das Kaltschmiedeverfahren, das üblicherweise bisher benutzt wurde, um
Kopfschrauben mit einem mit Einschnitt versehenen Kopf herzustellen, Fig. 4 eine Ansicht des Kopfes einer Schraube nach einem Verfahren wie in Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, wobei dargestellt ist, wie sich Risse darin bilden können, Fig. 5 eine Ansicht, die das Abschneiden eines Rohlinges von einer Stange Material zeigt, Fig. 6 eine'Ansicht, die einen Rohling zeigt, wie er nach dem Verfahrender Erfindungverwendetund durch den Arbeitsgang nach Fig. 5 verformt ist, Fig. 7 eine Ansicht des Werkstückes nach dem nächsten Arbeitsgang, u. zw. eine Schraube mit eingeschnittenem Kopf nach der Erfindung, Fig. 8 eine Schnittansicht einer Matrize die beim Verformen des Werkstückes nach Fig. 6 verwendet werden kann, um das' halbfertige Erzeugnis herzustellen, das in Fig. 7 dargestellt ist, Fig.
9 eine Ansicht eines Rundkopfschraubenrohlinges mit Einschnitt, der nach dem Verfahren gemäss der Erfindung hergestellt ist, Fig. 10 eine Schnittansicht durch eine Matrizenanordnung zur Herstellung des in Fig. 9 dargestellten Rohlinges, und Fig. 11 eine Schnittansicht einer Matrize, die bei der Herstellung von Flachkopfschraubenrohlingen mit Kopfeinschnitt nach dem erfindungsgemässen Verfahren verwendet wird.
Die Fig. 1 - 3 zeigen ein übliches Verfahren zur Herstellung von mit einem Einschnitt versehenen Kopfschrauben, beispielsweise einer Rundkopfschraube mit einem einen Schraubenzieher aufnehmenden Einschnitt. Nach diesem Verfahren wird ein Werkstück 10 von einer Länge Drahtmaterial abgetrennt, das einen Durchmesser aufweist, der dem Durchmesser des Schaftes der fertigen Schraube entspricht. Das Werkstück 10 wird dann in der Kopfstauchmaschine einer Matrize 11 zugeführt, wo es mit einem ersten Schlag durch einen Stauchstempel 12 geschlagen wird. Hiebei handelt es sich um einen Arbeitsgang, bei dem eine grosse Metallmasse oder Luppe 14 an einem Ende des Werkstückes ausgebildet wird, aus der der Kopf geformt werden kann.
Der Endstauchvorgang des üblichen Verfahrens ist in Fig. 3 gezeigt, wo die Bildung eines sogenannten Rundkopfes gezeigt ist. In diesem Falle wird die Luppe 14 mit einem Stauchstempel 15 geschlagen, der einen erhabenen, von einer konkaven Schulter 18 umgebenen Teil 16 aufweist. Der erhabene Teil 16 bildet die gewünschte Form des Einschnittes im Schraubenkopf und die Schulter 18 gibt dem Schraubenkopf 19 die endgültige Form, wie in Fig. 4 dargestellt, indem der Kopf in die gewünschte Gestalt gebracht wird, wobei der Kopf rund, wie gezeigt, aber auch oval sein kann. Der vorbereitende Stauchvorgang, der zur Bildung der Luppe 14 führt, ist von verschiedenen Erscheinungen begleitet. Hiezu gehört, dass kleine Oberflächenrisse, Sprünge oder auch Kratzer in der Oberfläche des Werkstückes 10 durch den Stauchvorgang verstärkt und vergrössert werden.
So kann beispielsweise ein kleiner Einschnitt oder Kratzer 20 in der Oberfläche des Werkstückes 10 zu einem offenen Riss 21 in der Luppe 14 vergrössert werden. Bei der Herstel- lung von gewissen Arten von Köpfen, an denen Schraubwerkzeuge von aussen angreifen, können diese Risse keinerlei Folgen haben, aber im Falle des Angreifens von Schraubwerkzeugen innen, wie bei dem Kreuzschlitz, der in Fig. 4 gezeigt ist, können solche Risse weiter beim endgültigen Stanzvorgang vergrössert werden, so dass das Fertigerzeugnis mechanisch wenig widerstandsfähig ist.
Wenn beispielsweise der Riss 21 mit einem der Einschnittflügel übereinstimmen sollte, würde der
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Schraubenkopf während des Stanzvorganges aufspringen, wie bei 22 in Fig. 4 gezeigt. Es ist daher bisher noch nicht möglich gewesen, eine übliche Stauchdrahtqualität für die Herstellung von Erzeugnissen mit ausgeschnittenen Köpfen zu verwenden. Besonders behandelter Draht war erforderlich, um so weit als möglich feine Oberflächenrisse und Einschnitte zu vermeiden, wodurch eine beträchtliche Erhöhung der
Rohmaterialkosten eintritt. Jedoch selbst bei derartig behandelten Drähten können grosse Mengen von
Metall, wie etwa für Köpfe mit Übergrösse, durch die üblichen Stauchverfahren nicht erzielt werden.
Wenn man versucht, ein zu langes Stück Draht zu stauchen, verbiegt sich das Metall oder es knickt zu- sammen, wodurch eine rissige Masse entsteht, die für die Herstellung von Schraubenköpfen der in Be- tracht gezogenen Art unbrauchbar ist. Ausserdem wird bei dem ersten Stauchschlag die Luppe 14 nicht immer einwandfrei, d. h. vollständig symmetrisch, ausgebildet. Die Luppe ist normalerweise mehr oder weniger schief, je nach der Art in der sie verformt wird und je nach der Art des verwendeten Stauchstem- pels. Während des darauffolgenden Stanzens des Einschnittes ist wegen des schiefen Zustandes der Luppe ein zusätzliches seitliches Fliessen des Metalls notwendig.
Dieses seitliche Fliessen kann übermässig be- anspruchte Bereiche oder sogar winzige Risslinien im fertigen Kopf sowie auch eine übermässige Bean- spruchung des Stauchstempels und dadurch eine kurze Standzeit desselben zur Folge haben. Beim anfäng- lichen Eindringen der Spitze des erhabenen Teiles in das schmale obere Ende der Luppe 14 wird die Luppe häufig aufgerissen oder auseinandergerissen. Wenn das Metall danach zusammengedrückt und wieder ver- festigt wird, während der Stauchstempel sich vorwärtsschiebt, wird jedoch die ursprüngliche Homogenität des Metalls vernichtet und die Endfestigkeit des fertigen Schraubenkopfes beeinträchtigt.
Die Neigung der Luppe beim Eindringen der Spitze des Stempels auseinanderzureissen ist auf den ge- ringen Durchmesser der Endoberfläche der Luppe zurückzuführen und auch auf die Tatsache, dass das Me- tall in einem wesentlichen Ausmass bei der Herstellung der Luppe verfestigt wurde. Alle diese Probleme und andere ergeben sich aus der geforderten Vergrösserung des kleinen Durchmessers des Ausgangsdrahtes zum grossen Durchmesser des fertigen Kopfes, üblicherweise eine Vergrösserung auf das Drei- bis Fünffache.
Das verbesserte Verfahren nach der Erfindung, das die vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet, wird nachstehend an Hand der Fig. 5 - 10 beschrieben. Beim Verfahren nach der Erfindung wird ein zylindrisches Werkstück 24 hergestellt, dessen Durchmesser mindestens einhalb, jedoch vorzugsweise dreiviertel des Durchmessers des Kopfteiles der fertigen Schraube beträgt. Dieses Werkstück kann von einer Länge Draht 26 von entsprechendem Durchmesser in einem üblichen Abschneidmechanismus der aus einer Haltematrize 28 und einer Abschneidvorrichtung 30 besteht, abgetrennt werden.
Das Werkstück 24 wird danach fliessgepresst, um, wie in Fig. 7 gezeigt ist, einen länglichen Schaft 32 vom Durchmesser des herzustellenden Rohlinges herzustellen, wobei dieser Durchmesser wesentlich geringer als der Durchmesser des Werkstückes 24 sein kann und wobei ein beträchtlicher unbearbeiteter Kopfteil 34 belassen wird, der eine flache Endfläche 36 von im wesentlichen dem gleichen Durchmesser aufweist, wie der des Werkstückes 24. Ebenso ist der Durchmesser der flachen Endfläche vorzugsweise grösser als der grösste Durchmesser des Einschnittes, der darin ausgebildet werden soll. Dieses Fliesspressen erfolgt vorzugsweise in einer Matrize 37 mit einem zylindrischen Seitenwandungsteil 38, der an seinem inneren Ende zu einer konkaven am Werkstück angreifenden Oberfläche 40 zu einer Öffnung 42 zusammenläuft wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.
Der Pressdruck kann auf das Werkstück 20 durch einen Pressstempel zur Einwirkung gebracht werden und das fertige Werkstück kann aus der Matrize 37 durch einen üblichen Auswerferdorn 46 ausgeworfen werden.
Nach der Herstellung des in Fig. 7 gezeigten Werkstückes wird der Kopfteil 34 mit einem einzigen Druck fertiggestaucht, wobei gleichzeitig der innere Einschnitt für das Schraubwerkzeug hergestellt und so die gewünschte äussere Form der Schraube erzielt wird. Das fertige in Fig. 9 gezeigte Werkstück besteht aus einem Schaft 32 und einem Kopf 48, der mit einem Kreuzschlitz 50 versehen ist. Um dies zu erreichen, wird das Werkstück in eine Haltematrize oder einen Amboss 52 eingeführt und der Kopfteil 34 mit einem Stempel geschlagen, der im wesentlichen der gleiche ist, wie der in Fig. 3 gezeigte Stempel 15.
Schliesslich kann der Schaft 32 nach Wunsch mit Gewinde versehen werden.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung bleibt der Kopfteil 34 im wesentlichen während des Strangpressens unbearbeitet und wird daher vor dem Angriff des Verformungs- und Stanzstempels 15 nicht verfestigt, so dass der Preys- un Verformungsarbeitsgang wesentlich leichter durchgeführt werden kann, als dies bei den früheren Verfahren der Fall war. Da die Endfläche 36 breit und flach ist, wird sie während des Eindringens des erhabenen Teiles 16 nur geringfügig oder überhaupt nicht aufgerissen.
Da sich das Kopfmaterial bei dem Eindringen des Stempels leicht bearbeiten lässt und da der Kopf 34 notwendigerweise vollständig symmetrisch und konzentrisch zum Schaft 32 liegt, wird die Abnutzung der Werkzeuge
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wesentlich verringert und dadurch eine längere Standzeit der Werkzeuge und eine höhere Leistung erzielt.
Anderseits ist die Härtung des Schaftteiles 32 als Ergebnis des Fliesspressens sehr erwünscht, weil dadurch die Widerstandsfähigkeit des Schaftes beträchtlich erhöht wird.
Bei der Herstellung von Flachkopf- oder Senkkopf-Schrauben treten die Vorteile des vorliegenden
Verfahrens noch stärker in Erscheinung. In Fig. 11 ist ein dem Werkstück 32 ähnliches Werkstück 56 in einer Matrize 58 gezeigt, die eine Ausnehmung 60 zum Ausbilden eines Senkkopfes hat. In diesem Falle passt sich der unbearbeitete Kopfteil 62 des Werkstückesungefähr der Form der Ausnehmung an, so dass das Metall des Teiles 62 einer geringeren Verfestigung unterworfen wird. wenn es mit dem Endverfor- mungsstauchstempel 64 bearbeitet wird, als dies bei einer Rundkopfschraube der Fall ist.
Diese Faktoren tragen alle dazu bei, es möglich zu machen, billigeres Material für die Herstellung von Schrauben zu verwenden. Durch Vermeidung des vorhergehenden Materialansammlungsschrittes zum
Ausbilden der Luppe 14 entfallen die Schwierigkeiten hinsichtlich der Risse und Oberflächensprünge im
Material, so dass es nicht notwendig ist, besonders behandeltes Drahtmaterial zu verwenden. Es ist unter
Hinweis auf Fig. 7 zu bemerken, dass sehr wenig Material von der äusseren Oberfläche des Rohlinges im
Kopfteil 34 verbleibt. Selbst wenn ein Einschnitt oder ein Riss 20 in diesem Bereich auftreten sollte, be- steht die Wahrscheinlichkeit, dass er schliesslich an der unteren Fläche des Kopfes 48 liegt, wo er keinen
Schaden anrichten kann ; Es kann also einfacher billiger Walzdraht selbst für die Herstellung von Kreuz- schlitzschrauben verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung, durch die jegliche wesentliche Verfestigung des Kopfteiles 34 vor dem Eindring- und Verformungsarbeitsgang vermieden wird, ist der, dass mit einge- schnittenen Köpfen versehene Schrauben aus rostfreiem Stahl und andern Speziallegierungen, die hohe Verfestigungseigenschaften haben, hergestellt werden können. Derartige Legierungen können nach den üblichen Verfahren der früheren Technik wie oben beschrieben, nicht verarbeitet werden, weil sich durch den ersten Stauchschlag wie er in Fig. 2 gezeigt ist, in einem solchen Ausmass verfestigt werden, dass das Werkstück anschliessend nicht mehr durch den Stempel 15 bearbeitet werden kann, wenn das teilweise bereits verformte Werkstück nicht zunächst wieder geglüht wird.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist die Herstellung von mit Köpfen versehenen Erzeugnissen aus solchen Speziallegierungen jedoch sehr einfach. Ein weiterer Vorteil ist, dass Schäfte von praktisch jedem gewünschten Durchmesser aus dem ursprünglichen Werkstück 24 gepresst werden können und dadurch nur wenige Sorten von Drahtmaterial beim Hersteller auf Lager gehalten werden müssen. Ein weiterer bedeutender Vorteil der Erfindung ist es, dass die Menge des im Kopfteil 34 des Rohlinges belassenen Metalls sehr genau bemessen werden kann. Selbstverständlich werden beim Abschneiden der Rohlinge 24 vom Draht 26 kleine Veränderungen im Volumen des Metalls eintreten. Bei üblichen Verfahren wirken sich diese Veränderungen in der Grösse des Stauchkopfes aus, was sehr unerwünscht ist.
Bei dem vorliegenden Verfahren werden die genannten Ungenauigkeiten auf den Schaft übertragen, was normalerweise bedeutungslos ist, während die Grösse des Kopfes konstant bleibt, so dass er die Stempel- und Matrizen-Höhlung zur genauen und sauberen Ausbildung des fertigen Kopfes gut ausfüllt.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung von Schrauben mit eingeschnittenem Kopf beschrieben wurde, d. h. eines Kopfes mit einem Kreuzschlitz, kann das Verfahren auch auf die Herstellung von Schrauben, die andere Arten von Schlitzen od. dgl. Einschnitten für den Eingriff eines Werkzeuges aufweisen und auch auf andere mit Köpfen versehene Erzeugnisse angewendet werden.
Nachdem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, ist es dem Fachmann klar, dass die Erfindung zahlreiche Abwandlungen in ihrer Anordnung und Einzelausführung gestattet. Alle diese Abwandlungen sollen von den Ansprüchen dieser Erfindung gedeckt sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer mit einem Schlitz od. dgl. für die Aufnahme eines Schraubenziehers versehenen Kopfschraube, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Rohling von vorbestimmter Länge und Durchmesser abgetrennt wird. dessen grösserer Teil zu einem langgestreckten Schaft von einem Durchmesser fliessgepresst wird, der wesentlich geringer ist als der Durchmesser des Rohlinges, während ein Kopfteil mit einer flachen Endoberfläche von einem Durchmesser, der mindestens so gross ist, wie der höchste Durchmesser des Werkstückes im wesentlichen unbearbeitet bleibt, wonach in einem einzigen Vorgang der bisher unbearbeitete Kopfteil mit einem Einschnitt, z. B.
Schlitz, versehen wird, der den Schraubenzieher aufnimmt und der Kopfteil in die gewünschte fertige äussere Form gestaucht wird.
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