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.
Method for the production of steel objects provided with an upset head from wire or rod material by cold forging using upsetting dies and device for carrying out this method. The invention relates to a method for the production of steel objects provided with an upset head such as screws, bolts, Rivets, pins and the like made of wire or rod material by cold forging using upsetting dies and a device for implementing this method.
The production of cold-forged screws and other upset parts is associated with considerable operational difficulties, especially if such parts are to be made of alloyed and medium and high carbon steel, since the material can easily break or tear during upsetting. It is known in the metalworking industry to upset steels of the type mentioned that are difficult to forgive in the manufacture of screws and the like in several stages, the workpieces being annealed at least once between the different upsetting stages.
The blank is pre-upset in several steps on an upset forging machine and then annealed, whereupon the cold forging is terminated on a second machine, which usually requires four or five blows.
Obviously, such an approach is expensive and labor-intensive, requires considerable manpower and large facilities, and the scrap ratio can still be very high, especially with difficult-to-work steel - the series of steels that can be easily cold forged is very limited - used. For such a process, two head upsetting machines as well as several dies and also an annealing system are required.
Bringing the workpieces from the first head upsetting machine into the annealing plant and from this into the second head upsetting machine as well as the respective starting up of these machines and this plant requires considerable manual labor. There are usually at least four die and a corresponding number of punches required, so the costs, especially for small orders for the production of special screws, are prohibitive.
In order to overcome these difficulties, attempts have already been made to use a method using relatively slow-working, expensive head upsetting machines, in which the workpiece is machined in four or five step-like phases in order to avoid breaking or tearing of the material. Although these head upsetting machines were an improvement over the earlier forging process, they nonetheless incur costs for the procurement and commissioning of several dies, and the number of steels that can be processed with these machines is very limited.
In addition, the performance achieved with this working process is not great, the accuracy and quality of the products leave a lot to be desired, and operational disruptions and rejects cannot be avoided.
These disadvantages can be largely eliminated by the present invention. The present invention is a process for the production of steel objects provided with an upset head from wire or rod material by cold forging using upsetting dies, according to which the blank is first heated to a temperature of 65-230 C and the thus preheated blank then cold forging is done, whereby the heating of the workpiece to 340 C must not be exceeded.
The invention also relates to a device for carrying out this method with an upset forging device designed for continuous charging with starting material, in which the upset forging device has a metal block stand which is provided with a liquid cooling device for the channel to be run through by the starting material which metal block stand an electrical heating coil is arranged electrically insulated, with means being provided,
to circulate cooling liquid through the mentioned liquid cooling device and to feed the electric heating coil with high-frequency current.
According to this process, steel objects such as screws made of alloyed and medium and high-carbon steel and of other cold-forged iron alloys can be cold-forged using a simple double-blow head upsetting machine by placing the workpiece directly before forging using a heating device, preferably a high-frequency heating device, which connected to the head upsetting machine, but is thermally insulated from it, is preheated, the amount of heat supplied to the workpiece is regulated so that it assumes a predetermined temperature.
The device for performing the method is largely foolproof. The number of steels that can be used for the manufacture of steel products is increased significantly, and the structure and dimensional stability of the screws or other compressed products are significantly improved.
In the drawing, an example Ausfüh approximately form of the device for performing the method according to the invention and details thereof is shown schematically. 1 shows a plan view of the device, FIG. 2 shows part of a side view of this device on a larger scale, FIG. 3 shows part of an axial section through this device on an even larger scale, FIG. 4 shows a section along the line 4-4 in Fig. 3,
5 shows a graphical representation of the temperature profile during preheating of the starting material, FIG. 6 shows a side view of a blank separated from the starting material, FIG. 7 shows an axial section through a die with the stamp of the upset forging device that comes into effect first with one through a first Upsetting process machined blank,
8 shows an axial section through a die with which the punch of the upset forging device comes into effect during the second stroke with a workpiece finished by a second upsetting process, FIG. 9 shows a side view of another blank which is used for the production of a steel product with upset head Diameter, apart from the upset head, should correspond to the diameter of the blank,
10 shows an axial section through a die with the stamp of the upset forging device that comes into effect first with a blank machined by a first upsetting process, FIG. 11 shows an axial section through a die with which the stamp of the upset forge device comes into effect on the second stroke finished workpiece, and FIGS. 12 to 17 are views of blanks and finished workpieces, corresponding to FIGS. 6 to 11, seen from their head side.
1 to 4 represent a preferred Ausfüh tion of the device for carrying out the inven tion method, and parallel to the description of this device, the Ver will drive for the production of steel objects provided with an upset head from wire or rod material by cold forging closer explained. However, this method can also be carried out on devices which differ significantly from the device provided.
The device shown has a double flap head upsetter of conventional design, as described for example in American patent specification No. 2236733, which has a metal block stand 10 and a pair of conveyor rollers 12, 14 mounted on a column 16, which conveyor rollers 12, 14 the indicated with dashed lines from the starting material, in the present case a steel wire 18, through a channel 20 in the metal block stand 10 and in this way the device by means of a conveying device, not shown in the drawing, load with starting material.
The steel wire 18 is guided step by step through the channel 20 and arrives at a separating device 22 which separates the blanks for the production of screws, bolts, rivets or the like from the starting material, whereupon these blanks laterally to a not shown in Fig. 1 and 2, in the metal block stand 10 arranged die passed who the. In this die, the blanks are processed one after the other by a pre-upsetting punch 24 and a final upsetting punch 26, which are arranged in a guide 28.
Such head stands are well known in the art and serve to upset a head against the blank. Such head edgers are available ready-made in many designs, and they can be designed for the manufacture of all kinds of screws, bolts, rivets and other parts.
Between the conveyor rollers 12, 14 and the metal block stand 10, a preheating device arranged in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the material flow, is provided, which is designated as a whole by 30 in FIG. This before heating device 30 has a body 32 made of Ma material with good thermal conductivity, for example copper, brass, aluminum, in which a space 34 for receiving an electrical heating coil 36, which is formed from a copper tube, is provided.
The heating coil 36 is mounted in the space 34 on a arranged on the rear wall of this space 34 Iso lator 38, which has the shape of a rectangular console gene, and it is held from the front by another, plate-shaped insulator 40, wel cher to a room 34 forward closing, exchangeable plate 42 is fastened by means of screw bolts 44 on the body 32 of the preheating device.
The tubular connection ends 46, 48 of the heating coil 36 are elongated and connected to a pair of conductors 50, 52. The tubular connection ends 46, 48 of the heating coil 36 are connected to a liquid cooling device, the liquid lines of which are generally designated 54, through which a cooling liquid, for example water, is supplied to the heating coil 36. The body 32 provided with liquid channels the preheating device 30 is also connected to the liquid cooling device by conduits 56, 58.
The conduits 56, 58 and the connection ends 46, 48 of the heating coil can be optionally connected to the liquid cooling device through the diversions 60, 65.
The conductors 50, 52 are connected to a high frequency power source, which is designated as a whole by 64, connected. This high-frequency source 64 can be any desired converter or generator. With some before a high-frequency power source is used with controllable power, which supplies an alternating current of about 400 kHz and has a power of 10 to 50 kva or more.
The wire 18 is introduced into the heating coil 36 through a bore 67 in the body 32 of the preheating device.
A second bore 73 at the other end of the body 32 supports the wire 18 in such a way that it centers the heating coil 36 precisely and passes through it without touching it. After passing through the heating coil 36, the wire 18 enters a tube 72 arranged in the course of the channel 20 and arranged in the metal block stand 10 and made of material with low thermal conductivity. This tube 72 is made, for example, of ground stainless steel, and it has on its circumference at intervals voneinan arranged annular ribs 76 in order to reduce the heat transfer from the preheated wire 18 to the metal block stand 10 to a minimum.
The preheating device 30 is arranged in relation to the metal block stand 10 so that the distance between the separating device 22 and the heating coil 36 is a multiple of the length of the blank to be separated from the wire 18, in order to ensure that the preheating device was heated as desired Part always forms the same part of a blank separated by the separating device 22. The length of the preheating device can be different for different workpieces.
For this purpose, heating coils 36 with the associated components of different lengths can be seen, which are interchangeable with each other. Depending on the length of the blanks to be processed, an appropriate preheating device can then be used. The wire 18 is gradually inserted into the head upsetter by the correspondingly driven conveyor rollers 12, 14, each by the length of a blank, and a blank is separated from the wire 18 by the correspondingly driven cutting device.
Although the wire is fed into the machine gradually, the heating coil 36 can be switched on continuously; however, it is useful to provide means which automatically switch off the heating coil each time the machine is switched off.
The power of the high-frequency power source 64 is regulated in such a way that, taking into account the cross-section of the wire 18 used as the starting material and the size of the wire feed, the preheating device achieves a uniform or localized heating of the wire 18, as will be described in more detail below. The use of high-frequency current to heat the wire 18 ensures that the wire 18 can be heated sufficiently quickly even with a high throughput speed and a large wire cross-section and that the heating in the wire cross-section is constant and uniform everywhere.
Even if the temperature ranges are sometimes critical with regard to the processing of ferrous metals, these temperatures are not so unfavorable that the coatings with which the wire is usually provided in order to improve the loading are destroyed. The composition of such a coating can be very varied, and such coatings often contain heat-sensitive material, such as. B. aluminum stearate; Molybdenum sulphite suspended in oil can also be used as an equivalent material.
The temperature of the blanks in the head upset never approaches a limit which is critical for the steel from which the wire 18 is made, so that no major structural changes occur in the steel. The finished compressed workpieces are, even if they are made of difficult-to-machine, alloyed or high-carbon steel, free of cracks and cracks, and the finished screws, bolts, rivets, pins and the like are generally seen in a different way in terms of quality and from superior to manufactured products.
Another advantage of the device described Vorrich is that the heat transfer to the head upsetter and to the conveyor rollers is largely avoided. The tendency for the heat to flow backwards through the wire 18 towards the conveyor rollers is compensated for by the fact that the wire is fed rapidly in steps. This rapid advance of the wire also prevents a temperature equalization in the blank, in which only the part that is to be machined is heated.
The heat flow to the metal block stand 10 and through it to the dies is largely prevented by the thermally insulated arrangement of the preheating device and the small contact surfaces of the poorly heat-conducting tube 72 in the metal block stand 10.
Alloy steels such as nickel steel, chromium steel, molybdenum steel, stainless steel, etc. and medium and high carbon steels, which have a carbon content of 0.3 to 0.6% and thus come close to the class of tool steels, can be processed will.
The process also makes it possible to use wires and rods of large cross-section as the starting material, so that workpieces with a diameter of several centimeters can be made from alloyed and medium or high-carbon steel.
The method according to the invention not only enables the use of various types of steel, but also allows an increase in performance of 50 0/0 and more compared to other methods working border known machines, also the dimensional accuracy and the quality of the finished work pieces is significantly improved.
At the same time, the production costs are also reduced because the cold forging process can usually be carried out using one or two dies, while several dies are required in known methods and thus the set-up and working time is shortened.
Carrying out the process requires a fairly precise regulation of the preheating temperature of the blanks and the feed rate. The workpieces should not exceed a temperature of 340 C or, better still, 315 C in any machining phase.
The temperature of the upset punches used for pre-deformation and final deformation is also important, and the best results are achieved, especially with regard to the service life of these upset punches when they are at a temperature of about 3150 C, generally in a temperature range of 260 to 340 C, work. The temperature of the upsetting die is of course dependent on the temperature of the workpieces.
The exact temperatures to which the starting material is to be preheated and at which the blanks are separated from the starting material and fed to the upsetting machine depend on various factors, such as the type of steel to be processed and the dimensions of the work to be processed or cold forged whether the cold forging process is carried out in one or in two stages, the working speed and the extent to which the workpieces have to be deformed.
The specific examples mentioned below illustrate certain ways in which the process can be carried out. In general, however, it must be stated that a temperature of the workpieces of 340 C should not be exceeded during the cold forging or upsetting process, whereby the final temperature of the deformed parts of the workpieces is expediently kept in the range of 260 to 315 C.
In some cases, this final temperature can also be somewhat lower, for example around 230 C, but it turns out that the service life of the upsetting punches is noticeably better if the final temperature reached by the part of the workpiece to be deformed is in the range of 260 to 315 C lies.
In order to achieve this final temperature, the heat supplied to the starting material is carefully regulated and measured according to the deformation to be carried out by cold forging, the number of stowage stages, the heat losses in the device, etc. The cause of the above-mentioned increase in the service life of the upsetting die when certain temperatures are maintained has not yet been satisfactorily clarified.
In fact, however, the increase in the service life of the upsetting punch could be ascertained flawlessly on the basis of tests carried out, namely at a final temperature of the part of the work piece to be deformed in the range of 230 to 340 C, but best in the range of 260 to 315 <B > 0 </B> C.
If these final temperatures are adhered to, the head upsetting machines can process larger workpieces than was previously possible, and the dimensions of the workpieces produced are more accurate. The head compression machines also work much quieter than usual.
In order to achieve these final temperatures, the starting material is preheated to at least 650 C, in other cases to at least 950 C, in other cases to at least 950 C, with the temperature being preheated during the processing of workpieces of the usual size and with the normal extent of the deformation to be carried out Upsetting process up to 230 to 340 C or best up to 260 to 315 C is increased.
If the upsetting or cold forging process is carried out in a single step, the starting material is preheated to 120 to 205 C and the temperature of the workpieces then increases to 230 to 3400 C, but preferably to 260 to 3150, during processing C.
If the upsetting or deformation process is carried out in two stages, a pre-deformation (FIG. 7) and a final deformation (FIG. 8), the starting material is preheated to about 65 to 950 C, sufficient for at the end of the pre-deformation process an average temperature of the deformed part of 120 to 2300 C, but preferably from 160 to 2050 C, to obtain, this temperature during the final deformation to 230 to 3400 C, best to 260 to 3150 C, can rise. If more than two upsetting or
Cold forging processes are carried out and the workpiece is deformed in three or more stages, the starting material is preheated to at least 65 C, preferably a @? F 95 "C, the cold forging or upsetting is at a temperature of 230 C, at least but 205 C, executed, and the temperature of the part of the work piece to be deformed at the end of the cold forging or upsetting process then does not exceed 315 ° C or at most 340 ° C.
In the final stage of a two-stage or multi-stage cold forging process, in which the final shape of the workpiece is created, another advantage of maintaining a temperature between 230 to 340 C or better between 260 to 315 C is that the upsetting die is thrown back in the head upsetter is reduced, which contributes significantly to the prolongation of the tool life and the quieter operation of the device.
When machining blanks, which can be deformed by cold forging at relatively low temperatures, according to the process described, starting temperatures of well over 535 C can be avoided, which is the case with known forging processes in which the blanks are preheated to at least approximately red-hot temperatures , are required, or in other processes in which the blanks are annealed during or immediately after the cold forging in order to eliminate internal tensions in the workpiece resulting from the forging or upsetting process.
The blanks made of steel wire or steel rod starting material have a diameter which at least approximately corresponds to the diameter of the undeformed parts of the workpieces to be produced, and this diameter can be 2.5 mm or less, as well as 25 mm or a multiple thereof, depending on the performance of the head upset used on which the blanks separated from the starting material are processed.
The method and the device are mainly used in two- or three-stage cold forging of ferrous metals, in particular alloyed steels, stainless steels and tool steels which up to now were practically impossible to cold forge.
The blanks of the desired diameter are preheated and separated from the step-by-step supplied starting material in order to then be fed to the head diver. The preheating is expediently carried out during the smallest possible time interval, namely before separating the blanks from the starting material. The time required for preheating should preferably be less than one second, but in no case more than two to three seconds. Preheating times of more than one second are only required for workpieces with a large diameter, 20 mm and more.
The preheating device is expediently arranged in the vicinity of the separation device. If the blanks are not to be preheated evenly over their entire length, the preheating device can be designed in such a way that the separation takes place at a point that is relatively cold with respect to the most highly preheated part of the blanks, whereby a cleaner separation is achieved can be as if the detachment is done in a warmer place.
According to the method described, the starting material is preheated at one point and from this point gradually fed to the upset forging device, which is arranged near the preheating device.
The wire or rod used as the starting material is locally preheated to a moderate temperature, and then the blanks are separated from the starting material. The distance between the separation point and the point at which the blank is processed or compressed is expediently no more than a few blank lengths, so that when the device is operated at an operating speed of 60 to 250 units per minute, depending on the size of the Workpieces to be produced, between the preheating and the start of the upsetting or cold forging process, a time interval of a few seconds at the most.
In this way it is possible to preheat the blanks, especially when the blanks are longer, so that only that part of the blanks which is to be deformed in the upsetting or cold forging process is heated, while the remaining part of the blanks can be kept almost at ambient temperature, so that the strength properties of the material do not suffer any loss before cold forging. The blanks can then undergo a first deformation in a first reducing die, while at the same time the preceding blank is fully formed or upset in another die.
Relatively short blanks and blanks whose diameter cannot be significantly reduced, as well as blanks which should not have a particularly large head, can be preheated evenly over their entire length. This is achieved in that in each case the piece of starting material advanced step by step, the length of which corresponds to the length of a blank, is preheated largely uniformly over its entire length.
From Fig. 5, the typical course of a pre-heating process, which precedes the cold forging or upsetting, is shown when processing relatively long blanks. It is assumed that blanks of about 18 mm in diameter and about 205 mm in length are to be machined in such a way that their diameter is reduced to a considerable part of their length and a head of a very specific shape is upset at one end, the cross-sectional area of the Head is approximately twice as large as the cross-sectional area of the blank, as shown in FIGS. 6 to 8.
As can be seen from Fig. 5, the step-wise by the length of a blank in the preheating device advanced steel material 18 by means of the high-frequency heating coil 36 locally heated before. For this purpose, the high-frequency heating coil 36 is relatively short and extends only over part of the length of the blank. The separation points, that is to say the ends of the blanks to be separated from the steel material 18, are denoted by 90.
In the lower part of Fig. 5, the temperature is progressing in the stepwise advanced rod 18 ,. after it has been preheated, shown. The temperatures can differ greatly, depending on the type of steel of the rod 18. The values shown in FIG. 5 relate to a relatively soft steel, such as those of the type SAE 1320 or SAE 6150, for example.
When the rod 18 leaves the preheating device, it is preheated locally to a temperature which is 120 to 205 C for alloyed steels and 65 to 205 C for white steels. The greater part. one of the length of a blank corre sponding portion of the rod 18 is not significantly heated by the preheating device, but only by heat dissipation in the rod 18 itself.
At the time a blank is separated from the rod 18, the most preheated part of the rod section has a temperature of 65 to 2ss5 C, while the temperature at the interface is noticeably cooler and certain rod parts essentially remain at their initial ambient temperature. As a result of the separation, the ends of the blanks experience a certain further heating, and the deformability of the ends of the blanks bordering the interface is increased, which is facilitated by the subsequent cold forging process.
If comparatively long blanks are to be cold-forged and especially if the diameter of the blanks is to be greatly reduced from one end over a considerable part of their length, the section of the wire or rod 18 forming the blank becomes at both ends preheated, while the middle part is not heated significantly.
That part of the blank to be separated from the rod or wire 18, the diameter of which is to be reduced, is moderately preheated by the pre-heating device and experiences a certain further heating through the separation, while the other end part of the blank at a short distance from the end in such The mass is preheated so that this end part can be compressed into its final shape by two or more upsetting strokes without the temperature being increased to more than 340 C, but preferably not to more than 315 C.
If blanks are processed into finished workpieces in stages according to FIGS. 6 to 8 in compliance with the temperatures shown in FIG. 5, the relatively long blanks are preheated to a temperature of about 65 or 94 to 205 C near their front ends. At the other end, the blanks are preheated to 50 to 150 C over a short distance, with the temperature falling too quickly to around 38 C towards the center of the blanks. The end parts of the blanks are made relatively easily deformable, while the middle part of the blanks remains cool and therefore does not suffer any loss of strength properties.
The front, more preheated part of the blanks is deformable, since the upsetting process itself generates enough additional heat to soften the material sufficiently for the final deformation.
When cold forging relatively long steel screw blanks, such as one shown in FIG. 6, in which the upset head is larger than was achievable with the previous cold forging technology, heads can be upset which have a diameter which is 4.5 to 5 times or even larger than the diameter of the blanks.
The temperature to which the blank to be separated from the starting material is to be preheated depends largely on the cold forging or upsetting process to be carried out and on the type of steel from which the blanks are made. With little or no alloyed steel and small, no more than 6 to 20 mm diameter of the blanks, it is sufficient to preheat the parts of the blank to be deformed to 95 to 125 ° C, for larger dimensions to about 175 ° C However, steel grades, stainless steels and tool steels require preheating to 175 to 205 C.
If an alloy steel of the type SAE 4037 is used and a blank 18 '(FIG. 6) is to be deformed into a screw bolt, the preheating is carried out so that its front end reaches a temperature of about 150 ° C. while the other At the end of the separation from the starting material, a temperature of about 95 C is obtained, partly through thermal conduction in the material itself.
The working speed is so high that the time interval between preheating and separating the blanks from the starting material thanks to the fact that the dies of the cold forging device are arranged at a distance of a few blanks lengths from the preheating device and that the device has a few working cycles works per second is so small that temperature compensation cannot take place in the blanks. The central part of the blanks therefore essentially retains its initial temperature. Fig. 7 shows a blank after the first cold forging stage.
During this first cold forging process, the left end of the blank 18 '(FIG. 7), which is only slightly preheated and has a temperature of about 95 C, is pushed into a mostly tubular part 91 of the die and pressed into the narrower part 92 of the die until the end of the blank comes to rest against an ejection piston 94 that closes this part 92 of the die.
During this first cold forging or upsetting stage, the diameter of the part of the blank pressed into the narrower part 92 of the die is reduced precisely to the required level. This deformation causes the temperature of the deformed part of the blank to be increased to 290 to 315 C. However, a temperature of 340 C should never be exceeded.
Since the punch 24 of the upset forging machine continues to move even after the end of the blank has hit the ejector piston 94, a head 98 is pre-compressed in the further part 100 of the die at the other end of the blank, the temperature of this part of the blank initially being around 120 C. also to 290 to 315 C, but in no case to more than 340 C.
In practical operation, the size and shape of the pre-upset head 98 can be very different, and the cross-sectional area of this head 98 can be 2 to 2.5 times as large as the original cross-sectional area of the blank.
After completion of the first, from Fig. 7 union deformation of the blank, the so upset workpiece is subjected to a second forging or upsetting process, which can be carried out using another punch in the same or in a different die.
If the second cold forging or upsetting process is carried out in the same die, then the head 98 is completely formed by means of a second punch 26, with a required cavity being pressed into this head 98 at the same time. This head is again heated to 290 to 315 C, but without exceeding a maximum temperature of 340 C.
The now finished workpiece 108 is then ejected from the die by means of the ejector piston 94 and can then be further processed and for this purpose, for example, fed to a thread cutting device and a post-processing device, optionally also thermally tempered.
In cases in which the diameter of the blanks cannot be reduced and in which relatively short blanks are processed, the blanks to be separated from the steel wire or rod used as the starting material can be preheated over their entire length. A blank 110 (Fig. 9) is preheated to at least about 95 C, but expediently to no more than 230 C and, after being separated from the starting material, transferred to a die 112 in which a head 116 is upset by means of a first stamp 114 , whereupon the water head 116 by means of a second punch 120 fer tiggesteucht and provided with the required indented cavity.
Here, too, the temperature of the workpiece increases by about 40 to 65 C during the forging or upsetting process. However, the operation is controlled in such a way that the temperature of the workpiece never exceeds 340 C and is preferably kept in the range from 290 to 315 C.
The workpieces to be produced can of course have very different shapes, just as the dies and punches used can be designed in a very varied manner.