Verfahren zur Herstellung von mit einem angestauchten Kopf versehenen Stahlgegenständen aus Draht- oder Stabmaterial durch Kaltschmieden unter Verwendung von Stauchgesenken und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mit einem angestauchten Kopf ver- sehenen Stahlgegenständen wie Schrauben, Bolzen, Nieten, Stiften und ähnlichem aus Draht- oder Stab material durch Kaltschmieden unter Verwendung von Stauchgesenken und eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.
Die Herstellung kaltgeschmiedeter Schrauben und anderer gestauchter Teile ist mit erheblichen betriebs technischen Schwierigkeiten verbunden, insbesondere wenn solche Teile aus legiertem und mittel- und hochgekohltem Stahl hergestellt werden sollen, da hierbei während des Stauchens leicht ein Bruch oder ein Zerreissen des Werkstoffes eintreten kann. Es ist in der metallverarbeitenden Industrie bekannt, bei der Herstellung von Schrauben und dergleichen schwer schmiedbare Stähle der erwähnten Art in mehreren Stufen zu stauchen, wobei die Werkstücke zwischen den verschiedenen Stauchstufen wenigstens einmal ausgeglüht werden.
Der Rohling wird dabei auf einer Stauchschmiedmaschine in mehreren Schrit ten vorgestaucht und dann ausgeglüht, worauf das Kaltschmieden auf einer zweiten Maschine beendigt wird, wozu meist vier oder fünf Schläge erforderlich sind.
Es liegt auf der Hand, dass ein solches Vorgehen teuer ist und viel Arbeitszeit erfordert, dass erheb liche Arbeitskraft und grosse Einrichtungen erforder lich sind, wobei das Ausschussverhältnis immer noch sehr hoch sein kann, insbesondere wenn schwer ver- arbeitbarer Stahl - die Reihe der Stähle, die sich leicht kaltschmieden lassen, ist sehr begrenzt - ver wendet wird. Für ein solches Verfahren werden zwei Kopfanstauchmaschinen sowie mehrere Gesenke und ausserdem eine Ausglühanlage benötigt.
Das Ver bringen der Werkstücke aus der ersten Kopfstauch- maschine in die Ausglühanlage und aus dieser in die zweite Kopfstauchmaschine sowie das jeweilige In- betriebsetzen dieser Maschinen und dieser Anlage erfordert beträchtliche Handarbeit. Es werden hierbei in der Regel mindestens vier Gesenke- und eine ent sprechende Anzahl von Stempeln benötigt, wodurch die Kosten, insbesondere bei kleinen Aufträgen zur Herstellung von Spezialschrauben, untragbar hoch werden.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, wurden schon Versuche unternommen, unter Verwendung von verhältnismässig langsam arbeitenden, teuren Kopfanstauchmaschinen, ein Verfahren zu verwenden, bei welchem das Werkstück, um ein Brechen oder Zerreissen des Werkstoffes zu vermeiden, in vier oder fünf stufenartigen Phasen bearbeitet wird. Obschon diese Kopfanstauchmaschinen gegenüber dem frühe ren Schmiedeverfahren eine Verbesserung brachten, entstehen nichtsdestoweniger Unkosten für die Be schaffung und Inbetriebsetzung mehrerer Gesenke, und die Zahl der mit diesen Maschinen verarbeitbaren Stähle ist sehr begrenzt.
Ausserdem ist die mit die sem Arbeitsverfahren erzielte Leistung nicht gross, Genauigkeit und Qualität der Erzeugnisse lassen zu wünschen übrig und Betriebsstörungen und Aus schusserzeugnisse lassen sich nicht vermeiden.
Diese Nachteile können durch die vorliegende Erfindung sehr weitgehend behoben werden. Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Ver fahren zur Herstellung von mit einem angestauchten Kopf versehenen Stahlgegenständen aus Draht- oder Stangenmaterial durch Kaltschmieden unter Verwen dung von Stauchgesenken, gemäss welchem der Roh ling zuerst auf eine Temperatur von 65-230 C er wärmt und der so vorerwärmte Rohling anschliessend kaltgeschmiedet -wird, wobei die Erwärmung des Werkstückes auf 340 C nicht überschritten werden darf.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer zum fortlaufenden Beschicken mit Ausgangsmaterial aus gebildeten Stauchschmiedeeinrichtung, bei welcher die Stauchschmiedeeinrichtung einen Metallblockstän- der besitzt, welcher mit einer Flüssigkeitskühleinrich- tung für den .vom Ausgangsmaterial zu durchlaufen den Kanal versehen ist, auf welchen Metallblockstän- der eine elektrische Heizspule elektrisch isoliert an geordnet ist, wobei Mittel vorgesehen sind,
um Kühl flüssigkeit durch die genannte Flüssigkeitskühlein- richtung zirkulieren zu lassen und um die elektrische Heizspule mit hochfrequentem Strom zu speisen.
Nach diesem Verfahren können Stahlgegenstände wie Schrauben aus legiertem und mittel- und hoch- gekohltem Stahl und aus anderen kaltschmiedbaren Eisenlegierungen unter Verwendung einer einfachen Doppelschlag-Kopfstauchmaschine kaltgeschmiedet werden, indem das Werkstück unmittelbar vor dem Schmieden mittels einer Beheizungseinrichtung, vor zugsweise einer Hochfrequenzbeheizungseinrichtung, welche mit der Kopfstauchmaschine verbunden, je doch thermisch von dieser isoliert ist, vorgewärmt wird, wobei die dem Werkstück zugeführte Wärme menge so reguliert wird, dass diese eine im voraus bestimmte Temperatur annimmt.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist weitgehend narrensicher . Die Zahl der für die Herstellung der Stahlerzeugnisse verwendbaren Stähle wird wesent lich vergrössert, und die Struktur und die Masshalti- keit der Schrauben oder anderen gestauchten Erzeug nisse werden wesentlich verbessert.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausfüh rungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung sowie Einzelheiten derselben schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, Fig. 2 einen Teil einer Seitenansicht dieser Vor richtung in grösserem Massstab, Fig.3 einen Teil eines axialen Schnittes durch diese Vorrichtung in noch grösserem Massstab, Fig.4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3,
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Tempera- turverlaufes beim Vorwärmen des Ausgangsmaterials, Fig.6 eine Seitenansicht eines vom Ausgangs material abgetrennten Rohlings, Fig. 7 einen axialen Schnitt durch ein Gesenk mit dem zuerst zur Wirkung kommenden Stempel der Stauchschmiedeeinrichtung mit einem durch einen ersten Stauchvorgang bearbeiteten Rohling,
Fig. 8 einen axialen Schnitt durch ein Gesenk mit dem beim zweiten Schlag zur Wirkung kommen den Stempel der Stauchschmiedeeinrichtung mit einem durch einen zweiten Stauchvorgang fertigbear beiteten Werkstück, Fig. 9 eine Seitenansicht eines anderen Rohlings, welcher zur Herstellung eines Stahlerzeugnisses mit angestauchtem Kopf, dessen Durchmesser, abgesehen vom angestauchten Kopf, dem Durchmesser des Roh lings entsprechen soll,
Fig. 10 einen axialen Schnitt durch ein Gesenk mit dem zuerst zur Wirkung kommenden Stempel der Stauchschmiedeeinrichtung mit einem durch einen ersten Stauchvorgang bearbeiteten Rohling, Fig. 11 einen axialen Schnitt durch ein Gesenk mit dem beim zweiten Schlag zur Wirkung kommen den Stempel der Stauchschmiedeeinrichtung mit dem fertigbearbeiteten Werkstück, und Fig. 12 bis 17 sind Ansichten von Rohlingen und fertigen Werkstücken, entsprechend den Fig. 6 bis 11, von ihrer Kopfseite her gesehen.
Die Fig. 1 bis 4 stellen eine bevorzugte Ausfüh rung der Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens dar, und parallel zur Be schreibung dieser Vorrichtung wird auch das Ver fahren zur Herstellung von mit einem angestauchten Kopf versehenen Stahlgegenständen aus Draht- oder Stabmaterial durch Kaltschmieden näher erläutert. Dieses Verfahren kann jedoch auch auf Vorrichtun gen durchgeführt werden, welche sich von der dar gestellten Vorrichtung erheblich unterscheiden.
Die dargestellte Vorrichtung besitzt einen Dop pelschlag-Kopfstaucher herkömmlicher Bauart, wie zum Beispiel in der amerikanischen Patentschrift Nr. 2236733 beschrieben, der einen Metallblockstän- der 10 und ein Paar von an einer Säule 16 gelagerten Förderrollen 12, 14 besitzt, welche Förderrollen 12, 14 das mit gestrichelten Linien angedeutete Aus gangsmaterial, im vorliegenden Falle einen Stahldraht 18, durch einen Kanal 20 im Metallblockständer 10 leiten und in dieser Weise die Vorrichtung mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Förder einrichtung mit Ausgangsmaterial beschicken.
Der Stahldraht 18 wird schrittweise durch den Kanal 20 geführt und gelangt zu einer Abtrennvorrichtung 22, welche die Rohlinge zur Herstellung von Schrauben, Bolzen, Nieten oder dergleichen vom Ausgangsmate rial abtrennt, worauf diese Rohlinge seitwärts zu einem in Fig. 1 und 2 nicht dargestellten, im Metall- blockständer 10 angeordneten Gesenk geleitet wer den. In diesem Gesenk werden die Rohlinge nach einander von einem Vorstauchstempel 24 und einem Fertigstauchstempel 26 bearbeitet, welche in einer Führung 28 angeordnet sind.
Solche Kopfständer sind in der Technik gut bekannt und dienen dazu, einen Kopf an den Rohling anzustauchen. Derartige Kopf staucher sind in vielen Ausführungen fertig erhältlich, und sie können für die Herstellung aller Arten von Schrauben, Bolzen, Nieten und anderen Teilen au (j- gebildet sein.
Zwischen den Förderrollen 12, 14 und dem Me- tallblockständer 10 ist eine in Längsrichtung, das heisst in der Richtung des Materialdurchlaufes, ange ordnete Vorwärmeeinrichtung vorgesehen, welche in Fig. 1 als Ganzes mit 30 bezeichnet ist. Diese Vor wärmeeinrichtung 30 besitzt einen Körper 32 aus Ma terial mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, Messing, Aluminium, in welchem ein Raum 34 zur Aufnahme einer elektrischen Heizspule 36, welche aus einem Kupferrohr gebildet ist, vorgesehen ist.
Die Heizspule 36 ist im Raum 34 auf einem an der Rückwand dieses Raumes 34 angeordneten Iso lator 38 befestigt, welcher die Form einer rechtecki gen Konsole besitzt, und sie ist von vorn durch einen weiteren, plattenförmigen Isolator 40 gehalten, wel cher an einer den Raum 34 nach vorn schliessenden, auswechselbaren Platte 42 mittels Schraubenbolzen 44 am Körper 32 der Vorwärmeeinrichtung befestigt ist.
Die rohrförmigen Anschlussenden 46, 48 der Heizspule 36 sind verlängert und an ein Leiterpaar 50, 52 angeschlossen. Die rohrförmigen Anschluss enden 46, 48 der Heizspule 36 sind an eine Flüssig" keitskühleinrichtung, deren Flüssigkeitsleitungen all gemein mit 54 bezeichnet sind, angeschlossen, durch welche der Heizspule 36 eine Kühlflüssigkeit, bei spielsweise Wasser, zugeleitet wird. Der mit Flüssig keitskanälen versehene Körper 32 der Vorwärmeein- richtung 30 ist durch Leitungsrohre 56, 58 eben falls an die Flüssigkeitskühleinrichtung angeschlossen.
Durch die Umleitungen 60, 65 können die Leitungs rohre 56, 58 und die Anschlussenden 46, 48 der Heiz- spule wahlweise mit der Flüssigkeitskühleinrichtung verbunden werden.
Die Leiter 50, 52 sind an eine Hochfrequenz stromquelle, welche als Ganzes mit 64 bezeichnet ist, angeschlossen. Diese Hochfrequenzquelle 64 kann ein beliebiger Umformer oder Generator sein. Mit Vor teil wird eine Hochfrequenzstromquelle mit regelbarer Leistung verwendet, welche einen Wechselstrom von etwa 400 kHz liefert und eine Leistung von 10 bis 50 kva oder mehr aufweist.
Der Draht 18 wird durch eine Bohrung 67 des Körpers 32 der Vorwärmeeinrichtung in die Heiz- spule 36 eingeführt.
Eine zweite Bohrung 73 am anderen Ende des Körpers 32 stützt den Draht 18 derart, dass dieser die Heizspule 36 genau zentriert und, ohne sie zu berühren, durchläuft. Nach dem Durchlaufen durch die Heizspule 36 tritt der Draht 18 in ein im Zuge des Kanals 20 angeordnetes, im Metallblockständer 10 angeordnetes Rohr 72 aus Material mit niedriger thermischer Leitfähigkeit ein. Dieses Rohr 72 besteht zum Beispiel aus geschliffenem, rostfreiem Stahl, und es weist an seinem Umfang in Abständen voneinan der angeordnete, ringförmige Rippen 76 auf, um den Wärmeübergang vom vorgewärmten Draht 18 auf den Metallblockständer 10 auf ein Mindestmass herabzu setzen.
Die Vorwärmeeinrichtung 30 ist in bezug auf den Metallblockständer 10 so angeordnet, dass der Ab stand der Abtrennvorrichtung 22 von der Heizspule 36 ein Mehrfaches der Länge des vom Draht 18 abzutrennenden Rohlings beträgt, um Sicherheit da für zu schaffen, dass der in der Vorwärmeeinrichtung beliebig erwärmte Teil stets den gleichen Teil eines von der Abtrennvorrichtung 22 abgetrennten Roh- lings bildet. Die Länge der Vorwärmeeinrichtung kann für verschiedene Werkstücke verschieden sein.
Zu diesem Zweck können Heizspulen 36 mit den dazugehörigen Bauteilen verschiedener Länge vor gesehen sein, welche gegeneinander austauschbar sind. Je nach der Länge der zu verarbeitenden Roh linge kann dann eine entsprechende Vorwärmeein- richtung eingesetzt werden. Der Draht 18 wird durch die entsprechend angetriebenen Förderrollen 12, 14 schrittweise, jeweils um die Länge eines Rohlings, in den Kopfstaucher eingeführt, und durch die entspre chend angetriebene Abtrennvorrichtung wird jeweils ein Rohling vom Draht 18 abgetrennt.
Obschon die Beschickung der Maschine mit Draht schrittweise erfolgt, kann die Heizspule 36 ununter brochen eingeschaltet sein; es ist jedoch zweckmässig, Mittel vorzusehen, welche die Heizspule jedesmal, wenn die Maschine abgestellt wird, automatisch aus schalten.
Die Leistung der Hochfrequenzstromquelle 64 wird so reguliert, dass unter Berücksichtigung des Querschnittes des als Ausgangsmaterial verwendeten Drahtes 18 und der Grösse des Drahtvorschubes durch die Vorwärmeeinrichtung eine gleichmässige oder örtlich begrenzte Erwärmung des Drahtes 18 erzielt wird, wie nachstehend noch näher beschrieben wird. Die Verwendung von Hochfrequenzstrom zur Erwärmung des Drahtes 18 bietet Gewähr dafür, dass der Draht 18 auch bei hoher Durchlaufgeschwindig- keit und grossem Drahtquerschnitt genügend rasch erwärmt werden kann und dass die Erwärmung im Drahtquerschnitt überall stetig und einheitlich ist.
Wenn zuweilen auch die Temperaturbereiche im Hinblick auf die Bearbeitung von Ferrometallen kri tisch sind, sind diese Temperaturen doch nicht so ungünstig, dass die überzüge, mit welchen der Draht üblicherweise zwecks Verbesserung der Beschickung versehen ist, zerstört werden. Die Zusammensetzung eines solchen überzuges kann sehr mannigfaltig sein, und solche Überzüge enthalten häufig wärmeempfind liches Material, wie z. B. Aluminiumstearat; als gleichwertiges Material kann aber auch in Öl suspen diertes Molybdänsulfit verwendet werden.
Die Tem peratur der Rohlinge im Kopfstaucher nähert sich nie an eine für den Stahl, aus welchem der Draht 18 besteht, kritische Grenze, so dass im Stahl keine gro ssen strukturellen Änderungen auftreten. Die fertig gestauchten Werkstücke sind, auch wenn sie aus schwer bearbeitbarem, legiertem oder hochgekohltem Stahl hergestellt sind, frei von Brüchen und Rissen, und die fertigen Schrauben, Bolzen, Nieten, Stifte und dergleichen sind hinsichtlich Qualität und Aus sehen im allgemeinen den in anderer Weise herge stellten Erzeugnissen überlegen.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrich tung ist, dass der Wärmeübergang zum Kopfstaucher und zu den Förderrollen weitgehend vermieden ist. Die Tendenz der Wärme, durch den Draht 18 nach rückwärts gegen die Förderrollen abzufliessen, wird dadurch kompensiert, dass der schrittweise Vorschub des Drahtes rasch erfolgt. Dieser rasche Vorschub des Drahtes verhindert auch einen Temperaturaus gleich im Rohling, bei welchem nur derjenige Teil erwärmt wird, welcher bearbeitet werden soll.
Der Wärmeabfluss zum Metallblockständer 10 und durch diesen zu den Gesenken wird durch die thermisch isolierte Anordnung der Vorwärmeeinrichtung und durch die kleinen Berührungsflächen des schlecht wärmeleitenden Rohres 72 im Metallblockständer 10 weitgehend verhindert.
Es können legierte Stähle wie Nickelstahl, Chrom stahl, Molybdänstahl, rostfreier Stahl usw. und mit tel- und hochgekohlte Stähle, welche einen Kohlen- stoffgehalt von 0,3 bis 0,6 % aufweisen und sich somit der Klasse der Werkzeugstähle annähern, ver arbeitet werden.
Das Verfahren ermöglicht es auch, als Ausgangsmaterial Drähte und Stäbe grossen Quer schnittes zu verwenden, so dass Werkstücke, deren Durchmesser mehrere Zentimeter betragen kann, aus legiertem und mittel- oder hochgekohltem Stahl her gestellt werden können.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht nicht nur die Verwendung mannigfaltiger Stahlsorten, sondern lässt auch eine Leistungssteigerung von 50 0/0 und mehr gegenüber nach anderen Verfahren arbei tenden bekannten Maschinen erzielen, ausserdem wird die Masshaltigkeit und die Qualität der fertigen Werk stücke wesentlich verbessert.
Gleichzeitig werden auch die Fertigungskosten ermässigt, weil der Kalt schmiedevorgang meist unter Verwendung eines oder zweier Gesenke durchgeführt werden kann, während bei bekannten Verfahren mehrere Gesenke erforder lich sind und damit auch die Einrichte- und Arbeits zeit verkürzt wird.
Die Durchführung des Verfahrens erfordert eine ziemlich genaue Regulierung der Vorwärmetempera- tur der Rohlinge und der Vorschubgeschwindigkeit. Die Werkstücke sollen dabei in keiner Bearbeitungs phase eine Temperatur von 340 C oder besser noch von 315 C überschreiten.
Die Temperatur der zur Vorverformung und zur Fertigverformung verwende ten Stauchstempel ist ebenfalls wichtig, -und die besten Ergebnisse werden erzielt, insbesondere auch im Hin blick auf die Lebensdauer dieser Stauchstempel, wenn diese bei einer Temperatur von etwa 3150 C, allge meiner in einem Temperaturbereich von 260 bis 340 C, arbeiten. Die Temperatur der Stauchstempel ist natürlich von der Temperatur der Werkstücke abhängig.
Die genauen Temperaturen, auf welche das Aus gangsmaterial vorzuwärmen ist und bei welchen die Rohlinge vom Ausgangsmaterial abgetrennt und der Stauchmaschine zugeführt werden, sind von verschie denen Faktoren abhängig, beispielsweise vom Typ des zu verarbeitenden Stahls, von den Dimensionen der zu bearbeitenden bzw. kaltzuschmiedenden Werk stücke, davon, ob der Kaltschmiedevorgang in mir einer oder in zwei Stufen durchgeführt wird, von der Arbeitsgeschwindigkeit und vom Ausmass, in welchem die Werkstücke deformiert werden müssen.
Die nachstehend erwähnten speziellen Beispiele veranschaulichen gewisse Durchführungsweisen des Verfahrens. Ganz allgemein muss jedoch festgehalten werden, dass eine Temperatur der Werkstücke von 340 C während des Kaltschmiede- bzw. Stauchvor- ganges nicht überschritten werden soll, wobei die Endtemperatur der verformten Teile der Werkstücke zweckmässig im Bereich von 260 bis 315 C zu hal ten ist.
In einigen Fällen kann diese Endtemperatur auch etwas niedriger, beispielsweise etwa 230 C, sein, aber es zeigt sich, dass die Lebensdauer der Stauchstempel auffallend besser ist, wenn die vom zu verformenden Teil des Werkstückes erreichte End- temperatur im Bereiche von 260 bis 315 C liegt.
Um diese Endtemperatur zu erzielen, wird die dem Ausgangsmaterial zugeführte Wärme sorgfältig reguliert und entsprechend der durch Kaltschmieden vorzunehmenden Verformung, der Zahl der Staucti- stufen, den Wärmeverlusten in der Vorrichtung usw. bemessen. Die Ursache der vorerwähnten Erhöhung der Lebensdauer der Stauchstempel bei Einhaltung bestimmter Temperaturen ist noch nicht zufrieden stellend abgeklärt.
Tatsächlich konnte aber an Hand von durchgeführten Versuchen die Erhöhung der Lebensdauer der Stauchstempel einwandfrei fest gestellt werden, und zwar bei einer Endtemperatur des zu verformenden Teils der Werkstücke im Be reich von 230 bis 340 C, am besten aber im Bereich von 260 bis 315<B>0</B> C.
Bei Einhaltung dieser Endtemperaturen können die Kopfstauchmaschinen grössere Werkstücke ver arbeiten, als es bis anhin möglich war, und die er zeugten Werkstücke sind in ihren Abmessungen ge nauer. Die Kopfstauchmaschinen arbeiten hierbei auch viel ruhiger als sonst.
Um diese Endtemperaturen zu erzielen, wird bei der Bearbeitung von Werkstücken üblicher Grösse und bei normalem Ausmass der vorzunehmenden Verformung der Werkstücke das Ausgangsmaterial wie erwähnt beispielsweise durch Hochfrequenzbeheizung auf we nigstens 650 C, in anderen Fällen auf wenigstens 950 C vorgewärmt, wobei die Temperatur während des Stauchvorganges bis auf 230 bis 340 C oder am besten bis auf 260 bis 315 C erhöht wird.
Wird der Stauch- bzw. Kaltschmiedevorgang in einer einzigen Stufe ausgeführt, wird das Ausgangs material auf 120 bis 205 C vorgewärmt, und die Temperatur der Werkstücke erhöht sich dann wäh rend ihrer Bearbeitung auf 230 bis 3400 C, vorzugs- weise jedoch auf 260 bis 3150 C.
Wird der Stauch- bzw. Verformungsvorgang in zwei Stufen, einer Vorverformung (Fig. 7) und einer Fertigverformung (Fig. 8), ausgeführt, wird das Aus gangsmaterial auf etwa 65 bis 950 C vorgewärmt, ausreichend, um am Ende des Vorverformungsvor- ganges eine Durchschnittstemperatur des verformten Teils von 120 bis 2300 C, am besten aber von 160 bis 2050 C, zu erhalten, wobei diese Temperatur wäh rend des Fertigverformens auf 230 bis 3400 C, am besten auf 260 bis 3150 C, ansteigen kann. Wenn mehr als zwei Stauch- bzw.
Kaltschmiede vorgänge vorgenommen werden und das Werkstück in drei oder mehr Stufen verformt wird, wird das Aus gangsmaterial auf mindestens 65 C, vorzugsweise a@?f 95" C, vorgewärmt, wird das Kaltschmieden bzw. Stauchen bei einer Temperatur von 230 C, minde stens aber 205 C, ausgeführt, und die Temperatur des zu verformenden Teils der Werkstücke am Ende des Kaltschmiede- bzw. Stauchvorganges überschrei tet dann 315e C oder höchstens 340' C nicht.
In der Endstufe eines zwei- oder mehrstufigen Kaltschmiedevorganges, in welcher die endgültige Form des Werkstückes erzeugt wird, ist ein weiterer Vorteil der Einhaltung einer Temperatur zwischen 230 bis 340 C oder besser zwischen 260 bis 315 C, der, dass das Zurückwerfen des Stauchstempels im Kopfstaucher verringert wird, was wesentlich zur Ver längerung der Lebensdauer der Werkzeuge und zum ruhigeren Arbeiten der Vorrichtung beiträgt.
Bei der Bearbeitung von Rohlingen, welche bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen durch Kalt schmieden verformbar sind, gemäss dem beschrie benen Verfahren, können Anfangstemperaturen von weit über 535 C vermieden werden, die bei bekann ten Schmiedeverfahren, bei welchen die Rohlinge mindestens angenähert auf Rotgluttemperaturen vor gewärmt werden, erforderlich sind, oder bei anderen Verfahren, bei welchen die Rohlinge während oder unmittelbar anschliessend an das Kaltschmieden aus geglüht werden, um durch den Schmiede- oder Stauchvorgang im Werkstück entstandene innere Spannungen zu beseitigen, unumgänglich sind.
Die Rohlinge aus Stahldraht- oder Stahlstabaus- gangsmaterial haben einen Durchmesser, welcher dem Durchmesser der unverformten Teile der herzustellen den Werkstücke mindestens annähernd entspricht, und dieser Durchmesser kann 2,5 mm oder weniger, wie auch 25 mm oder ein Mehrfaches davon sein, je nach der Leistungsfähigkeit des verwendeten Kopf stauchers, auf welchem die vom Ausgangsmaterial abgetrennten Rohlinge bearbeitet werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung finden haupt sächlich Anwendung bei zwei- oder dreistufigem Kalt schmieden von Ferrometallen, insbesondere von legierten Stählen, von rostfreien Stählen und von Werkzeugstählen, welche bis anhin praktisch nicht kaltzuschmieden waren.
Die Rohlinge des gewünschten Durchmessers werden vorgewärmt und vom schrittweise zugeliefer ten Ausgangsmaterial abgetrennt, um dann dem Kopfstaucher zugeführt zu werden. Die Vorwärmung wird zweckmässig während eines möglichst kleinen Zeitintervalles durchgeführt, und zwar vor dem Ab trennen der Rohlinge vom Ausgangsmaterial. Die zum Vorwärmen erforderliche Zeit soll vorzugsweise weniger als eine Sekunde, auf keinen Fall aber mehr wie zwei bis drei Sekunden betragen. Vorwärmzeiten von mehr als einer Sekunde sind nur bei Werkstücken grossen Durchmessers, 20 mm und mehr, erforderlich.
Die Vorwärmeeinrichtung wird zweckmässig in der Nähe der Abtrennvorrichtung angeordnet. Wenn die Rohlinge nicht auf ihrer ganzen Länge gleichmässig vorgewärmt werden sollen, kann die Vorwärmeein- richtung derart ausgebildet sein, dass das Abtrennen an einer in bezug auf den am höchsten vorgewärmten Teil der Rohlinge verhältnismässig kalten Stelle er folgt, wodurch ein saubereres Abtrennen erzielt wer den kann, als wenn das Abtrennen an einer wärmeren Stelle erfolgt.
Gemäss dem beschriebenen Verfahren wird das Ausgangsmaterial an einer Stelle vorgewärmt und von dieser Stelle schrittweise der Stauchschmiedeein- richtung zugeführt, welche nahe der Vorwärmeein- richtung angeordnet ist.
Der als Ausgangsmaterial verwendete Draht oder Stab wird örtlich begrenzt auf eine mässige Temperatur vorgewärmt, und hierauf werden die Rohlinge vom Ausgangsmaterial abge trennt. Zweckmässigerweise beträgt der Abstand zwi schen der Abtrennstelle und der Stelle, an welcher der Rohling bearbeitet bzw. gestaucht wird, nicht mehr als einige Rohlingslängen, so dass, wenn die Vorrichtung mit einer Arbeitsgeschwindigkeit von 60 bis 250 Einheiten pro Minute, je nach der Grösse der herzustellenden Werkstücke, zwischen dem Vorwär men und dem Beginn des Stauch- bzw. Kaltschmiede vorganges ein Zeitintervall von höchstens einigen Se kunden liegt.
In dieser Weise ist es möglich, ins besondere bei grösserer Länge der Rohlinge, die Roh linge so vorzuwärmen, dass nur derjenige Teil der Rohlinge, welcher im Stauch- bzw. Kaltschmiedevor- gang verformt werden soll, erwärmt wird, während der übrige Teil der Rohlinge annähernd auf Um gebungstemperatur gehalten werden kann, so dass die Festigkeitseigenschaften des Materials vor dem Kalt schmieden keine Einbusse erleiden. Die Rohlinge kön nen dann in einem ersten Reduziergesenk eine erste Verformung erfahren, während gleichzeitig der voran gehende Rohling in einem anderen Gesenk fertigver formt bzw. gestaucht wird.
Verhältnismässig kurze Rohlinge und Rohlinge, deren Durchmesser nicht wesentlich zu reduzieren ist, wie auch Rohlinge, die einen nicht besonders grossen Kopf erhalten sollen, können auf ihrer ganzen Länge gleichmässig vorgewärmt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass jeweils das schrittweise vorgeschobene Stück Ausgangsmaterial, dessen Länge der Länge eines Rohlings entspricht, über seine ganze Länge weitgehend gleichmässig vorgewärmt wird.
Aus Fig. 5 ist der typische Verlauf eines Vor wärmevorganges, welcher dem Kaltschmieden bzw. Stauchen vorangeht, bei Verarbeitung verhältnismässig langer Rohlinge dargestellt. Dabei ist angenommen, es seien Rohlinge von etwa 18 mm Durchmesser und etwa 205 mm Länge so zu bearbeiten, dass ihr Durch messer auf einem beträchtlichen Teil ihrer Länge reduziert und an ihrem einen Ende ein Kopf einer ganz bestimmten Form angestaucht wird, wobei die Querschnittsfläche des Kopfes etwa zweimal so gross wie die Querschnittsfläche des Rohlings ist, wie es in Fig. 6 bis 8 dargestellt ist.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird das schritt weise um die Länge eines Rohlings in die Vorwärme einrichtung vorgeschobene Stahlmaterial 18 mittels der Hochfrequenz-Heizspule 36 örtlich begrenzt vor gewärmt. Zu diesem Zweck ist die Hochfrequenz- Heizspule 36 verhältnismässig kurz und erstreckt sich nur über einen Teil der Länge des Rohlings. Die Trennstellen, das heisst die Enden der vom Stahl material 18 abzutrennenden Rohlinge, sind dabei mit 90 bezeichnet.
Im unteren Teil der Fig. 5 ist der Temperatur verlauf im schrittweise vorgeschobenen Stab 18,. nach dem dieser vorgewärmt wurde, dargestellt. Die Tem peraturen können stark differieren, je nach der Stahl art des Stabes 18. Die aus Fig. 5 ersichtlichen Werte beziehen sich auf einen verhältnismässig weichen Stahl, wie zum Beispiel solchen des Typs SAE 1320 oder SAE 6150.
Wenn der Stab 18 die Vorwärmeeinrichtung ver lässt, ist er, örtlich begrenzt auf eine Temperatur, welche bei legierten Stählen 120 bis 205 C, bei wei chen Stählen 65 bis 205 C beträgt, vorgewärmt. Der grössere Teil. eines der Länge eines Rohlings entspre chenden Abschnittes des Stabes 18 wird jedoch durch die Vorwärmeeinrichtung nicht wesentlich erwärmt, sondern nur durch Wärmeabfluss im Stab 18 selbst.
Im Zeitpunkt der Abtrennung eines Rohlings vom Stab 18 besitzt der am stärksten vorgewärmte Teil des Stababschnittes eine Temperatur von 65 bis 2ss5 C, während die Temperatur an der Schnittstelle merk lich kühler ist und gewisse Stabteile im wesentlichen sogar auf ihrer Anfangs-Umgebungstemperatur ver bleiben. Durch das Abtrennen erfahren die Enden der Rohlinge eine gewisse weitere Erwärmung, und die Verformbarkeit der an die Schnittstelle grenzen den Enden der Rohlinge wird dadurch erhöht, wo durch der nachfolgende Kaltschmiedevorgang erleich tert wird.
Wenn verhältnismässig lange Rohlinge kaltzu- schmieden sind und besonders dann, wenn der Durch messer der Rohlinge von deren einem Ende aus über einen beträchtlichen Teil ihrer Länge stark zu reduzie ren ist, wird der den Rohling bildende Abschnitt des Drahtes oder Stabes 18 an seinen beiden Enden vor gewärmt, während der mittlere Teil nicht wesentlich erwärmt wird.
Derjenige Teil des vom Stab oder Draht 18 abzutrennenden Rohlings, dessen Durch messer reduziert werden soll, wird von der Vor wärmeeinrichtung mässig vorgewärmt und erfährt durch das Abtrennen noch eine gewisse weitere Er wärmung, während der andere Endteil des Rohlings in geringer Entfernung vom Ende in solchem Masse vorgewärmt wird, dass dieser Endteil durch zwei oder mehrere Stauchschläge in seine endgültige Form ge staucht werden kann, ohne dass dabei die Tempera tur auf mehr als 340 C, vorzugsweise aber auf nicht mehr als 315 C, erhöht wird.
Werden Rohlinge in Stufen gemäss den Fig. 6 bis 8 unter Einhaltung der aus Fig. 5 ersichtlichen Tem peraturen zu fertigen Werkstücken verarbeitet, so werden die verhältnismässig langen Rohlinge nahe ihren vorderen Enden auf eine Temperatur von etwa 65 oder 94 bis 205 C vorgewärmt. Am anderen Ende sind dabei die Rohlinge auf einer kurzen Strecke auf 50 bis 150 C vorgewärmt, wobei die Tempera tur gegen die Mitte der Rohlinge zu rasch bis auf etwa 38 C abfällt. Die Endteile der Rohlinge werden dadurch verhältnismässig gut verformbar gemacht, während der mittlere Teil der Rohlinge kühl bleibt und deshalb in seinen Festigkeitseigenschaften keine Einbusse erleidet.
Der vordere, stärker vorgewärmte Teil der Rohlinge ist verformbar, da durch den Stauchvorgang selbst genügend zusätzliche Wärme er zeugt wird, um das Material für die endgültige Ver formung genügend zu erweichen.
Beim Kaltschmieden von verhältnismässig langen Stahlschrauben-Rohlingen, wie ein solcher in Fig. 6 dargestellt ist, bei welchen der angestauchte Kopf grö sser ist, als es nach der bisherigen Kaltschmiedetech- nik erreichbar war, können Köpfe angestaucht wer den, welche einen Durchmesser aufweisen, der 4,5- bis 5mal oder noch grösser ist als der Durchmesser der Rohlinge.
Die Temperatur, auf welche der vom Aus gangsmaterial abzutrennende Rohling vorzuwärmen ist, hängt weitgehend vom vorzunehmenden Kalt schmiede- bzw. Stauchvorgang und von der Stahl art, aus welcher die Rohlinge bestehen, ab. Mit nicht oder nur wenig legiertem Stahl und kleinen, nicht mehr als 6 bis 20 mm betragendem Durchmesser der Rohlinge genügt eine örtlich begrenzte Vorwärmung der zu verformenden Teile des Rohlings auf 95 bis 125 C, bei grösseren Abmessungen eine solche von etwa 175 C. Gewisse legierte Stahlsorten, rostfreie Stähle und Werkzeugstähle erfordern jedoch eine Vorwärmung auf 175 bis 205 C.
Wird ein legierter Stahl des Typs SAE 4037 ver wendet und soll ein Rohling 18' (Fig. 6) zu einem Schraubenbolzen verformt werden, wird die Vorwär- mung so vorgenommen, dass sein vorderes Ende eine Temperatur von etwa 150 C erreicht, während sein anderes Ende vor dem Abtrennen vom Ausgangs material, zum Teil durch Wärmeleitung im Material selbst, eine Temperatur von etwa 95 C erhält.
Die Arbeitsgeschwindigkeit ist dabei so gross, dass das Zeitintervall zwischen dem Vorwärmen und dem Ab trennen der Rohlinge vom Ausgangsmaterial dank den Umständen, dass die Gesenke der Kaltschmiede einrichtung in einem Abstand von wenigen Rohlings längen von der Vorwärmeeinrichtung angeordnet sind und dass die Vorrichtung mit einigen Arbeitszyklen pro Sekunde arbeitet, so klein ist, dass sich ein Tem peraturausgleich in den Rohlingen nicht vollziehen kann. Der Mittelteil der Rohlinge behält deshalb im wesentlichen seine Anfangstemperatur bei. Fig. 7 zeigt einen Rohling nach der ersten Kaltschmiede stufe.
Bei diesem ersten Kaltschmiedevorgang wird das linke Ende des Rohlings 18' (Fig. 7), welches nur leicht vorgewärmt ist und eine Temperatur von etwa 95 C aufweist, in einem meist rohrförmigen Teil 91 des Gesenkes eingestossen und in den engeren Teil 92 des Gesenkes gepresst, bis das Ende des Rohlings an einem diesen Teil 92 des Gesenkes abschliessenden Ausstosskolben 94 anzuliegen kommt.
Während die ser ersten Kaltschmiede- bzw. Stauchstufe wird der Durchmesser des in den engeren Teil 92 des Gesenkes gepressten Teils des Rohlings genau auf das verlangte Mass reduziert. Diese Verformung bewirkt eine Er höhung der Temperatur des verformten Teils des Roh lings auf 290 bis 315 C. Auf keinen Fall soll jedoch eine Temperatur von 340 C überschritten werden.
Da der Stempel 24 der Stauchschmiedemaschine sich auch nach dem Auftreffen des Rohlingendes auf den Ausstosskolben 94 weiterbewegt, wird im weiteren Teil 100 des Gesenkes am anderen Ende des Roh lings ein Kopf 98 vorgestaucht, wobei die Tempera tur dieses Teils des Rohlings von anfänglich etwa 120 C ebenfalls auf 290 bis 315 C, auf keinen Fall aber auf mehr als 340 C erhöht wird.
Im praktischen Betrieb kann die Grösse und Form des vorgestauchten Kopfes 98 sehr verschieden sein, und die Querschnittsfläche dieses Kopfes 98 kann 2- bis 2,5mal so gross sein wie die ursprüngliche Querschnittsfläche des Rohlings.
Nach Beendigung der ersten, aus Fig. 7 ersicht lichen Verformung des Rohlings wird das so vor gestauchte Werkstück einem zweiten Schmiede- bzw. Stauchvorgang unterworfen, welcher unter Verwen dung eines anderen Stempels im gleichen oder in einem anderen Gesenk durchgeführt werden kann.
Wird der zweite Kaltschmiede- bzw. Stauchvor- gang im gleichen Gesenk vorgenommen, so wird mit tels eines zweiten Stempels 26 der Kopf 98 fertig geformt, wobei gleichzeitig eine verlangte Höhlung in diesen Kopf 98 eingestaucht wird. Dabei wird dieser Kopf wiederum auf 290 bis 315- C erwärmt, ohne aber eine maximale Temperatur von 340 C zu über schreiten.
Mittels des Ausstosskolbens 94 wird hierauf das nun fertige Werkstück<B>108</B> aus dem Gesenk ausge stossen und kann dann weiterbearbeitet werden und zu diesem Zweck beispielsweise einer Gewinde schneidvorrichtung und einer Nachbearbeitungsvor- richtung zugeführt, gegebenenfalls auch thermisch vergütet werden.
In Fällen, in welchen der Durchmesser der Roh linge nicht zu reduzieren ist und in welchen verhält nismässig kurze Rohlinge verarbeitet werden, können die vom als Ausgangsmaterial verwendeten Stahldraht oder -stab abzutrennenden Rohlinge auf ihrer ganzen Länge vorgewärmt werden. Ein Rohling 110 (Fig. 9) wird auf mindestens etwa 95 C, zweckmässig jedoch auf nicht mehr als 230 C vorgewärmt und nach dem Abtrennen vom Ausgangsmaterial in ein Gesenk 112 überführt, in welchem ihm mittels eines ersten Stem pels 114 ein Kopf 116 angestaucht wird, worauf die ser Kopf 116 mittels eines zweiten Stempels 120 fer tiggestaucht und mit der verlangten eingestauchten Höhlung versehen wird.
Auch hierbei tritt während der Schmiede- bzw. Stauchvorgänge eine Erhöhung der Temperatur des Werkstückes von etwa 40 bis 65 C ein. Der Arbeitsvorgang wird jedoch so ge steuert, dass die Temperatur des Werkstückes 340 C nie überschreitet und vorzugsweise im Bereiche von 290 bis 315 C gehalten wird.
Die herzustellenden Werkstücke können natürlich sehr verschiedene Formen aufweisen, wie auch die verwendeten Gesenke und Stempel sehr vielgestaltig ausgebildet sein können.