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Werkzeug zum Herstellen von Schrauben mit Formköpfen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Herstellen von Schrauben mit Formköpfen.
Wie bekannt, sind Schrauben mit Formköpfen bisher in der Regel mittels sogenannter Doppeldruckkaltstauchpressen hergestellt worden. Durch diese selbsttätige Werkzeugmaschine werden aus einem von einem Bund ablaufenden Draht in vorbestimmten Längen Stücke für das Material der Schrauben zugeschnitten und nacheinander in eine Matrize gelegt. Hier wird das zugeschnittene Werkstück durch ein in der Mittellinie der Matrize liegendes Vorstauchwerkzeug gestaucht. Nach erfolgtem Stauchen wird das Vorstauchwerkzeug entfernt, damit ein Kopfwerkzeug angebracht werden kann, durch das der vorgestauchte Teil des Werkstückes in einen zylindrischen Kopf umgewandelt wird.
Das auf diese Weise ausgebildete Halbfabrikat mit zylindrischem Kopf wird auf eine Fördervorrichtung ausgeworfen, die dann die mit zylindrischem Kopf versehenen Schrauben einem weiteren Automaten zuführt, in welchem die Köpfe durch eine Matrize hindurchgezogen werden. Hier wird der zylindrische Kopf der Schrauben durch Abgraten zu einem Sechskant geformt. Nun wird die Schraube mit Sechskantkopf in ein Vorratsgefäss geworfen, aus welchem die Schrauben zwecks Glühen einem Wärmebehandlungsofen zugeführt werden, da der Kopf infolge der hohen Kaltverformung spröd geworden ist und bei Verwendung leicht abbrechen kann. Nach dem Glühen gelangt das wärmebehandelte Halbfabrikat in einen weiteren Automaten, der bestimmt ist, den Schaft der Schraube durch Walzen mit einem Gewinde zu versehen.
Somit erfordert das bekannte Verfahren zum Erzeugen von Schrauben drei verschiedene Automaten
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Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist bereits vorgeschlagen worden, vierstufige Kaltfliesspressen mit Querbeförderung zu verwenden, in welchen die Sechskantkopfschrauben lediglich durch Kaltverformung erzeugt werden. Bei diesem Verfahren wird zunächst der Schaftdurchmesser durch Flie- ssen verringert und dann der Kopf gestaucht. Zwar besteht hier der Vorteil, dass die Warmbehandlung entfällt und Schrauben gleicher Festigkeit erzeugt werden können, bei welchen die Festigkeiten des Schaftes bzw. des Kopfes einander gleich sind, die Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist aber verhältnismässig kostspielig, weil die herkömmliche Doppeldruckkaltstauchpresse zum Durchführen des Verfahrens nicht umgestaltet werden kann.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der oben angeführten Unzulänglichkeiten und die Schaffung eines Werkzeuges zum Herstellen von Schrauben mit Formköpfen, mittels dessen die bekannten Doppeldruckkaltstauchpressen geeignet werden, Sechskantkopfschrauben ohne Abgraten und Warmbehandlung herzustellen. Ausgehend von einem Werkzeug mit Matrize und Döppergehäuse zum Herstellen von Schrauben mit Formköpfen durch Stauchen und Fliesspressen, bei welchem im Döppergehäuse ein Stauchdorn geführt ist, der in seiner Ausgangslage mit dem Döppergehäuse und der Matrize einen geschlossenen Verformungshohlraum für den Formkopf umschliesst, besteht das Wesentliche der Erfindung darin, dass das Döppergehäuse in einem Werkzeughalter gegen einen Kraftspeicher in der Bewegungsrichtung des Stauchdornes gleitbar angeordnet ist.
Es wurde zwar bereits eine Vorrichtung zum Herstellen von Bolzenköpfen mit Aussenvierkant vorgeschlagen, die zwar, wie bei der Erfindung, bei geschlossenem
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Arbeitshohlraum arbeitet, bei welchem aber der Dorn durch einen besonderen Kurbelantrieb mittels eines Hebelmechanismus gegen die Kraft einer Feder in der Arbeitsrichtung vorgetrieben wird.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemässen Werkzeug der Arbeitshohlraum durch den Döpper gleichsam" elastisch" geschlossen, indem das Döppergehäuse nach Schliessen des Arbeitshohlraumes noch weiter vorwärtsschreiten und dabei den Dorn vorwärtstreiben kann. Durch diese Massnahme zeichnet sich das erfindungsgemässe Werkzeug gegenüber dem Bekannten durch einen äusserst einfachen Aufbau und insbesondere durch Wegfallen des zusätzlichen Antriebes für den Dorn aus.
Versuche haben gezeigt, dass mit dem erfindungsgemässen Werkzeug hergestellte Schrauben praktisch jenen Schrauben gleichwertig sind, die auf den bekannten vierstufigen Kaltflusspressen mit Querbeförderung hergestellt werden, weil zwischen Kopf und Schaft kein nennenswerter Festigkeitsunterschied besteht. Abgesehen davon, dass auch der Schraubenkopf den Forderungen hinsichtlich seiner Gestalt entspricht, können bei geringfügigem Umbau die herkömmlichen Doppeldruckkaltstauchpressen verwendet werden, so dass die Anwendung des erfindungsgemässen Werkzeuges kaum irgendwelche Mehrkosten verlangt. Es fällt ferner auch die Wärmebehandlung der Schrauben weg. Dies bedeutet, dass keine Warmbehandlungsöfen erforderlich sind und auch die durch die Warmbehandlung bedingten Arbeits- und Betriebsstoffkosten erspart werden können.
Nach einem weiteren Gedanken kann der Werkzeughalter mit einem die Matrize aufnehmenden Gegenhalter zusammenwirken, der einen Auswerfer aufweist, durch den in der zur Stauchrichtung querverschobenen Lage des Werkzeughalters das Döppergehäuse gegen den Kraftspeicher bewegbar ist, so dass das Werkstück mittels des Stauchdornes aus dem Verformungshohlraum entfernbar ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden auf Grund der Zeichnungen erläutert, in welchen die Herstellung einer Sechskantkopfschraube dargestellt ist. Die Fig. la-If stellen verschiedene Phasen der herkömmlichen Erzeugung einer Sechskantkopfschraube in Seitenansicht dar. Die Fig. 2a-2e zeigen diese Phasen bei Anwendung eines erfindungsgemässen Werkzeuges. Die Fig. 3-5 stellen drei verschiedene Arbeitslagen einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Werkzeuges im Längsschnitt dar.
Wie aus den Fig. la-vif hervorgeht, wird beim herkömmlichen Verfahren von einem stangenförmigen Werkstück 11 ausgegangen, das in Abschnitten von der Länge 1 zugeschnitten wird, wobei das Gewicht der Abschnitte um das Gewicht des Abfalles grösser ist als das Gewicht einer fertigen Schraube (Fig. la). Das zugeschnittene Werkstück 11 wird vorgestaucht, wobei sein Abschnitt von der Länge 1 die Gestalt 11a annimmt (Fig. lob). Ein Teil lla des auf diese Weise vorgestauchten Werkstückes wird in einer Arbeitsphase durch Stauchen zu einem runden Kopf 11b umgestaltet. Es bleibt noch die Umgestaltung des zylindrischen Kopfes zu einem Sechskantkopf llc übrig. Der Kopf der Schraube 11 gemäss Fig.
Ic wird durch eine Abgratmatrize mit einem dem Sechskantkopf entsprechenden Profil abgegratet, wobei die überflüssigen Teile abgeschert werden. Auf diese Weise entsteht der in Fig. lc dargestellte Kopf llc. Der beim Abgraten entstandene Abfall lld ist in Fig. le in Draufsicht gezeichnet. Der Schaft des mit dem Kopf llc versehenen Werkstückes 11 wird in an sich bekannter Weise durch Walzen mit einem Gewinde 11e versehen (Fig. lf). Das herkömmliche Verfahren besteht demnach aus dem Zuschneiden, Vorstauchen, Kopfstauchen, Abgraten und Gewindewalzen, d. h. insgesamt aus fünf Arbeitsphasen, wobei der in Fig. le dargestellte Abfall 11d entsteht, dessen Stoffmenge beim Zuschneiden des Werkstückes 11 bzw. beim Feststellen der Länge l berücksichtigt werden muss.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Werkzeuges erfolgt das Verfahren in der in den Fig. 2a-2e dargestellten Weise. Aus einem Vergleich der beiden Gruppen von Figuren ist unmittelbar ersichtlich, dass bei der Anwendung des erfindungsgemässen Werkzeuges die Zahl der Arbeitsphasen um eins geringer ist, weil die Arbeitsphase des Abgratens (Fig. ld) wegfällt. Demzufolge entsteht aber auch kein Abfall lld gemäss Fig. le, so dass der zum Ausbilden des Kopfes des zugeschnittenen Werkstückes 12 bestimmte Teil l. des zugeschnittenen Arbeitsstückes 12 kürzer sein kann als die Länge l. Beim erfindungsgemässen Werkzeug wird demnach nicht nur die Erzeugung infolge der geringeren Zahl von Arbeitsphasen einfacher, sondern wegen des Vermeidens von Abfällen auch der Bedarf an Rohmaterial geringer.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Werkzeuges wird demnach das Verfahren zum Herstellen von kaltgepressten Schrauben mit Formköpfen im Verhältnis zum herkömmlichen Verfahren sowohl aus technologischem, wie auch aus wirtschaftlichem Gesichtspunkt wesentlich vorteilhafter.
Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Werkzeuges gemäss den Fig. 3-5 besteht im Wesen aus einem Döppergehäuse 15 und einer Matrize 16. Das Döppergehäuse 15 ist im Werkzeughalter 17 einer an sich bekannten Doppeldruckkaltstauchpresse und die Matrize IC in einem
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Gegenhalter 18 angeordnet. Im Döppergehäuse 15 ist ein Stauchdorn 20 geführt, der in seiner
Ausgangslage mit dem Döppergehäuse 15 und der Matrize 16 einen Verformungshohlraum 21 einschliesst. Das Döppergehäuse 15 ist im Werkzeughalter 17 gegen einen Kraftspeicher bzw. beim dargestellten Ausführungsbeispiel gegen eine Feder 22 in Richtung 23 der Bewegungen des Stauch- dornes 20 gleitbar angeordnet. Am Gegenlager 18 ist ein Anschlag 25 vorgesehen, der als Auswerfer zu arbeiten bestimmt ist.
In der in Fig. 5 dargestellten und zur Stauchrichtung 23 querverscho- benen Aussenlage des Werkzeughalters 17 wird das Döppergehäuse 15 durch den Anschlag 25 ent- gegen der Feder 22 belastet.
In der Matrize 16 ist in an sich bekannter Weise ein Ausstosszapfen 24 geführt, der in einer dem pfeil, 23 entgegengesetzten Richtung 26 (Fig. 4 und 5) wirksam ist.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet wie folgt :
Das Vorstauchen geht in der Arbeitslage gemäss Fig. 5 in an sich bekannter Weise vor sich, so dass
Einzelheiten dieser Arbeitsphase keiner näheren Beschreibung bedürfen.
In der in Fig. 3 dargestellten Arbeitslage ist das Vorstauchen bereits beendet, wobei die Schraube 12 als Halbzeug mit vorgestauchtem Kopf 12a im Umformungshohlraum 21 liegt. Der Werkzeughalter 17 ist in der Richtung des Pfeiles 23 so weit vorgerückt worden, dass das Döppergehäuse 15 an der Stirnseite der Matrize 16 aufliegt und dadurch den Verformungsraum 21 um den vorgestauchten Kopf abschliesst.
Sobald der Werkzeughalter 17 in Richtung des Pfeiles 23 noch weiterrückt, gelangt der Stauchdorn 20 in Berührung mit dem vorgestauchten Kopf 12a, der nunmehr gestaucht zu werden beginnt.
Das Stauchen dauert so lange an, bis der vorgestauchte Kopf 12a mit der Wand des Verformungshohlraumes 21 in Berührung gelangt. Dort, wo der Werkstoff wegen des Widerstandes der Wand der Stauchwirkung nicht nachgeben kann, beginnt er zu fliessen. Dies bedeutet den Beginn der allmählichen Ausfüllung des Sechskantteiles des Umformungshohlraumes 21 mit Werkstoff. Inzwischen wird die Feder 22, die in der dem Pfeil 23 entgegengesetzten Richtung 26 nicht ausweichen kann, allmählich immer mehr gespannt, wodurch auch die Kraft zunimmt, durch welche das Döppergehäuse 15 an die Matrize 16 gedrückt wird.
Das Ende dieser Arbeitsphase ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Stauchdorn 20 ist gänzlich vorangerückt worden, so dass der Verformungshohlraum 21 vom Sechskantschraubenkopf ausgefüllt ist, wobei der bereits fertige Sechskantkopf 12b der Schraube 12 entstanden ist.
Nachher bewegt sich der Werkzeughalter 17 in einer dem Pfeil 23 entgegengesetzten Richtung 26 (Fig. 4 und 5). Dies bedeutet, dass der Verformungshohlraum 21 geöffnet wird. Haftet dabei der Kopf 12b nicht im Verformungshohlraum fest, sondern bleibt in der Matrize 16, so wird die Schraube 12 durch den in der Matrize 16 geführten Auswerferzapfen 24 in an sich bekannter Weise ausgestossen.
Wenn dagegen die Schraube 12 mit ihrem Kopf 12b im Verformungsraum 21 steckenbleibt, wird bei Verschiebung des Werkzeughalters 17 in der Richtung des Pfeiles 26 auch die Schraube 12,12b mitgenommen, wodurch in der nächsten Arbeitsphase Betriebsstörungen (Brüche) auftreten können. Dies wird durch den Anschlag 25 verhindert. Wenn nämlich der Werkzeughalter 17 in Richtung des Pfeiles 23, aber In seiner zur Richtung 23 querverschobenen Lage, wieder vorwärts rückt, stösst die Stirnseite des Döppergehäuses 15 am Anschlag 25 auf, wodurch es gegen die Feder 22 rückwärts verschoben wird. Der Stauchdorn 20 aber, der sich starr am Werkzeughalter 17 abstützt, kann der Bewegung des Döppergehäuses 15 in Richtung des Pfeiles 26 nicht folgen.
Der Stauchdorn 20 steht somit still und wirft die Schraube 12, die im Umformungshohlraum 21 geblieben ist, mittels eines auf den Schraubenkopf 12b ausgeübten Druckes in einen Auswurftrog 27 (Fig. 5) des Gegenlagers 18. Von hier gelangt die Schraube 12,12b auf eine Fördereinrichtung, die bestimmt ist, die mit vorschriftsmässigem Kopf versehenen Schrauben 12 in an sich bekannter Weise einem Gewindewalzwerk zuzuführen.
Gleichzeitig mit dem Auswerfen der fertigen Schraube erfolgt in an sich bekannter Weise das Vorstauchen des nächsten Werkstückes, wie dies im oberen Teil der Fig. 5 ersichtlich ist.
Es kann aber vorkommen, dass beim Fertigstauchen des vorgestauchten Kopfes 12a am Sechskantkopf 12b ein Grat 12c entsteht, wie dies in verzerrtem Massstab in den Fig. 2c bzw. 2d dargestellt ist. Um diesen Grat zu entfernen, kann in einfacher Weise das Gewindewalzwerk mit einem Messer versehen werden, das den Grat 12c beim Gewindewalzen absticht. Die Entfernung des Grates erfordert demnach keine besondere Arbeitsphase.
Im obigen ist die Erfindung in Verbindung mit der Herstellung von Sechskantkopfschrauben be-
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schrieben worden. Es ist aber leicht einzusehen, dass anstatt eines Sechskantkopfes auch Schrauben mit andern Formköpfen hergestellt werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abweichen zu müssen. Wesentlich ist, dass die Umformung in einem geschlossenen Hohlraum erfolgt, wobei der Werkstoff zunächst gestaucht und dann zum Fliessen gebracht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Werkzeug mit Matrize und Döppergehäuse zum Herstellen von Schrauben mit Formköpfen durch Stauchen und Fliesspressen, bei welchem im Döppergehäuse ein Stauchdorn geführt ist, der in seiner Ausgangslage mit dem Döppergehäuse und der Matrize einen geschlossenen Verformungshohlraum für den Formkopf umschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Döppergehäuse (15) in einem Werkzeughalter (17) gegen einen Kraftspeicher (22) in der Bewegungsrichtung des Stauchdornes (20) gleitbar angeordnet ist (Fig. 3).