CN101658894A - 用于制造带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件,尤其是螺钉或螺栓的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及制造由实心金属制成的带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件,尤其是螺钉或螺栓的一种方法,以及被设计为用于实施该方法的一种装置。本发明的目的是克服已知现有技术的缺点并且设计制造带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件,特别是螺钉或螺栓的一种方法,它产生了优选地在一种多级压机上的一种更具经济性的生产,以及一种合适的实施该方法的装置。被提出的技术的解决方案是将在一个轴向方向中以一个固定的径向距离延伸的多个凹陷(13)在压制阶段III内形成在坯料(8b)的杆状部分中。在一个附加的加工阶段IV中,将带有这些凹陷(13)的预制坯料(8b)插入该多级压机中,其方式为进入一个多部分的拼合模具(4)中,该模具的模具块(15,16,17)具有形成该外轮廓的一种内部压型(18),并且这些模具块开放在开始位置上,在这些模具块(15,16,17)开放的位置上存在多个凹陷(13)。在这些模具块(15,16,17)的关闭运动过程中,至少一个径向外轮廓是借助径向的力而被压制在该完成的坯料8b的杆状部分上,使得这些凹陷(13)在一个轴向的方向上延伸从而防止在该压制过程中材料进入该拼合模具(4)的这些模具块(15,16,17)之间。

Description

200910167117.8
说明书
第l/8页
用于制造带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件,尤其是螺钉或螺栓
的方法和装置
技术领域
本发明涉及制造由实心金属制成的带有径向外轮廓的紧固连接件 或紧固件,尤其是螺钉或螺栓的一种方法,以及被设计为用于实施该 方法的一种装置。
背景技术
由实心金属制成的直径达到M36的螺钉或螺栓是以一种本身已 知的方式在多级压机上使用冷压制加工进行批量生产。
缠绕在巻轴上的"金属线"被用作起始材料,并且螺钉坯料在适 当的预处理(解旋、平滑)之后通过在多级压机中的成形过程(压缩、 压延、去毛刺)来生产。在以限定的顺序一个阶段一个阶段地实施的 单独成形过程中的几个工具单元(包括一个冲头和模具以及多个辅助 工具)被安排在一种所谓的多级压机中。 一些加工要求例如三个压制 阶段以便从线性材料制造一个螺钉坯料:压缩、螺钉头部的预成形以 及该螺钉头部的最终成形。完成的螺钉坯料是在完成第三阶段时被制 成。外部螺紋在一个随后的分离的过程中通过螺紋压辊或螺紋滚模以 一种非切削操作方式形成在这个螺钉坯料上,使得螺紋部分的表面通 过径向力的作用被塑性地变形。
带有一体化的螺紋滚压机的冷挤出压力机也是已知的。
通过在锻压机上用热压法制造螺钉也是已知的。在被切削为所需 长度之后,以杆形式应用的圆钢材被全部或者部分地加热(在煤气炉、 燃油炉或感应电炉中)至锻造温度(根据材料高达1250°C)并且在 压机中被部分地成形。为完成这样的多个螺钉,在大多数情况下然后 采用了多个机加工的工艺(数控车削、螺紋切削),使得这些螺紋大 部分不进行切削而在螺紋滚压机(2或3辊机器)上制造。
然而,该热压法仅适合于小数量到中等数量并且直径高达M200、 并且用于难以成形的材料。对于使用冷压制法并且随后应用螺紋滚压机滾压外部螺紋来制 造螺钉,两个分离的成形过程是必要的。在冷挤出压力机上制造螺钉 坯料的过程中,该螺钉坯料在它的整个截面上被塑性地变形。在此过
流动。在使用螺紋滚压机来滚压螺紋的过程中,所需要的变形通过径 向施加的力的重复滚压仅在表面上产生。
从DE 197 23 634 Al中已知用来制造用于家具工业的连接螺钉 的一种方法。 一个铆钉形状的螺钉坯料是从一个金属线坯料通过在多 级压机中用高达六个阶段压缩以及挤压来制造的。这个过程在应用适
当的压力头(与相关的模具相互作用)在多个压缩和挤压阶段中进行。 然后所完成的螺钉坯料被送到一个螺紋滚压机上,在该螺紋滚压机上 借助平面模具滚压出螺紋。
根据已知的现有技术,有螺紋的螺钉的制造包括两个不同的机器 系统: 一个多级压机和一个螺紋滚压机,它们要求不同的工具。该多 级压机和该螺紋滚压机因为不同的力的传递而需要多个分离的驱动 单元。
用于制造螺紋螺钉所要求的机器系统的获得和保养是非常昂贵的。
发明内容
本发明的目的是设计用于制造带有径向外轮廓的紧固连接件或 紧固件(尤其是螺钉或螺栓)的一种方法,这将产生特别是在一个多 级压机中的一种更为经济的生产。此外,要设计出用于实施该方法的 一种合适的装置。
该目的是根据在权利要求1中详细叙述的本发明的这些特征而 实现的。本方法的有利改进是权利要求2到9的主题。用于实施该方 法的装置是权利要求10的主题。在权利要求11到21中给出了该装 置的有利实施方案。
带有一个杆状部分(在其上有待形成一个具体的径向外轮廓,优 选地是一个螺紋)的一个预制坯料从实心金属(例如切成所需长度的 一段金属线)的一个坯料通过一个或多个压制过程被制造。挤压阶段的数目取决于坯料以及完成的产品的几何尺寸二者。在这些上游压制 阶段(挤压过程)之一中,在杆状部分中形成在轴向方向以一个固定 的径向距离延伸的多个凹陷。在一个进一步阶段中,该完成的坯料被 插入一个多部分的拼合模具中,该模具的多个模具块在开始位置上开 放,其方式为至少在这些模具块开放的这些点上存在着在轴向方向中 延伸的凹陷。该压制工具的这些单独的模具块在它们的内侧面上具有 一个对应的内部压型作为形成该径向外轮廓的一个阴模。
通过关闭该模具块,所希望的径向外轮廓通过力的径向传递被压 制在所完成的坯料的杆状部分上。这些形成于该坯料的杆状部分中的 凹陷在压制过程中防止材料进入拼合模具的这些模具块之间。在该压 制过程中在轴向方向中延伸的这些凹陷的区域中没有产生径向外轮 廓。
所形成的这些凹陷还可以是拱形的或者半圆形的。它们的尺寸取 决于有待形成的外轮廓(即螺紋)。
深度应略大于有待形成的外轮廓(即螺紋)的外部直径与较小螺 紋直径的差值的一半。
这些凹陷的宽度应至少与在这些模具块(当它们开始与该坯料接 触时)之间的开放的间隙 一样大。在该杆模的内侧面上安排了多个合 适的几何学上的成形的珠缘形部分,以形成这些凹陷。此外,该外轮 廓的压制以及因此在径向方向上的材料的流动导致了杆状部分的表 面的一种硬化。以这种方式生产的压型具有一种更高的机械承载能 力。
用于带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件的制造的加工阶段 优选地在一个多级压机中实施。
所提出的方法使之能够极其经济地制造带有径向外轮廓的紧固 连接件或紧固件。优选的应用领域是所有类型的螺钉以及螺栓的制 造。这些螺紋可以具有不同的几何形状。除了螺紋之外,术语径向外 轮廓还包括其他的压型,例如单独的凹槽或凹切,它们用作例如用于 紧固连接件或紧固件的一个锁定装置。这些压型可安排在杆状部分的 整个区域上或者仅只在特殊的点处。紧固连接件或紧固件包括可以被 螺丝柠紧的或捶打进入的装置。这还包括例如螺钉、螺紋钉、锚钉或弯钩。
根据另一个实施方案,在该杆状部分中形成的在轴向方向延伸的 这些凹陷的数目是优选地基于在该拼合模具中的模具块的数目。在某 些应用中,也可以建议形成的凹陷多于所存在的模具块。
例如,可以在杆状部分中形成在轴向方向中延伸的六个凹陷,因 此将该坯料径向地分成六个部分。设想带有三个模具块的一个拼合模 具在这种情况下被用于这些径向外轮廓的随后的压制。然后这些径向 外轮廓被定位在这些单独的段上。
该杆状部分可以是圆柱形的或圆锥形的,这取决于有待制造的紧 固连接件或紧固件的形状。杆部的圆锥形的结构在上游压制或压缩阶 段之一 中在多级压机中进行。
在将径向外轮廓压制进入到坯料的过程中,应防止坯料在一个纵 向方向中膨胀。为此目的,在该拼合模具中已经提供多个适当的停止 件。
移动该拼合模具的这些模具块所要求的径向力的分力可以由安 排在多级压机中的支承在滑动块上的压制力来产生。这种安排的一个
附加优势是它免除了对用于该拼合模具的关闭和开放的一个分离的 驱动器的需要。该压制滑动块的轴向压制力能够借助一个或多个楔形 或圆锥形的元件(被连接到该拼合模具的模具块上)而被转换为径向 力的分力。这是通过同步地移动这些模具块或者这些楔形或圃锥形元 件而实现的。通过在相对的方向中进行该运动使拼合模具开放。
在某些应用的情况下,可建议的是在压制该外轮廓之前加热该坯
料,或者半热到高达大致700°C的温度,或者热到高达大致1200。C 的温度。该加热可以直接由一个可加热的拼合模具或者由一个分离的 上游加热装置来提供。
一个合适的用于实施该方法的装置优选地构造成为一个多级压 机,该多级压机具有一个固定工具架单元和在朝向该工具架单元的一 个方向上可运动的一个滑动块,以及至少一个挤压模和一个下游的拼 合模具,该拼合模具带有至少两个径向可移动的模具块,这些模具块 在它们的内侧面上具有一种径向的压型,该压型形成为阴模。该挤压 模包括一个头模以及一个杆模,其中该杆模被安排在该滑动块上并且该头模被相对地安排在该工具架单元上。该杆模在其内侧面上具有在 轴向方向上延伸的至少两个珠缘形的部分,这些珠缘形部分在径向上 被安排在与该拼合模具的这些模具块之间的多个开放的间隙相同的 距离处。该装置,尤其是该拼合模具,配备有多个锁定元件,这些锁 定元件防止该坯料在这些模具块的关闭运动过程中的一个纵向膨胀。 该拼合模具被连接到一个驱动单元上,用于这些模具块进入关闭和开
放位置的径向运动。
该拼合模具还可以装配有它自己的驱动单元。
然而,从技术角度来说,如果是通过该滑动块的运动来激活这些 模具块的径向运动而进入关闭和打开位置,则它是有利的。该拼合模 具可以被安排为或者在该工具架单元上或者在该滑动块上。该挤压模 具工具的头模以及杆模的安排也可以按一种相似的方式来改变。
借助这些模具块的径向运动可以被激活的一个操作元件被安排 在该滑动块上或者该工具架单元上。
该拼合模具优选地包括一个外环,其中这些模具块被安装为在径 向可移动,使得这些模具块的表面区域以及该环的内表面具有这样一 种楔形或圆锥的形状,以使这些模具块在该环或这些模具块的轴向运 动时能够移动进入关闭和开放位置。或者该环被固定并且这些模具块 仍然是轴向可运动的或者这些模具块仅是径向可运动的并且该环是 轴向可运动的。该环可以具有单独的或者多部分的构造,该构造取决 于所讨论的该拼合模具的设计。
该环或者这些模具块的轴向运动被一个操作元件激活,该操作元 件被构造为例如一个缠绕的圈,该缠绕的圈接合在这些模具块的前侧 面上或该外环上。如果该拼合模具被定位在该工具架上,那么该缠绕 的圏被安排在滑动块上并且反之亦可。
几个珠缘形部分还能够以大于这些模具块数目的数目被安排在 该杆模的内侧面上。该挤压模可以配备有多个排出器,至少一个排出 器被构造成用于形成一种内部轮廓(例如,螺钉头的一个内六角)的 一个成形冲头。这些排出器的运动由一个分离的驱动器控制。该多级 压机还可以包括附加的压制或者压缩工具,也可以是用于将被送入的 金属线切成所需长度的一个切削工具。附图说明
本发明现在将通过一个用于制造内六角螺钉的实施例进行解释。
在附图中展示了下列细节:
图1根据本发明的以时间顺序和简化表述的用于制造一个 内六角螺钉的几个单独加工阶段,
图2沿在图1中的加工阶段III的挤压模具工具(没有坯料) 的线B-B的一个截面,
图3沿在图1中拼合模具是开放的加工阶段IV的螺紋压制 工具的线A-A的一个截面,并且
图4沿在图1中在拼合模具是关闭的加工阶段IV的螺紋压 制工具的线A-A的一个截面。
具体实施方案
在图1中以简化的表述示出的根据本发明的用于一个内六角螺 钉的制造的加工阶段I到IV在构成为一个三阶段压机的多级压机中 被实施。该多级压机(未以更多的细节示出)具有一种本身已知的构 造,包括带有一个可移动的滑动块5以及一个静止的工具架单元6的 一个框架。此外, 一个剪切工具1 (加工阶段I)连同两个挤压模具 工具2、 3 (加工阶段H和III)以及一个螺紋压制工具4 (加工阶段 IV )被安排在该多级压机中。这两个挤压模具工具2和3各自包括一 个头模2a、 3a以及一个杆模2b、 3b。这些头模2a和3a被安排在可 移动的滑动块5中并且相反的杆模2b和3b被安排在静止的工具架单 元6中, 一个相反的安排也是可能的。
作为起始材料被输送进入的金属线7在加工阶段I中由剪切刀1 切割成指定的长度并且被切割成所需长度的金属线段8通过一个夹 子或输送装置(未以更多细节示出)被插入到第一挤压模具工具2的 杆模2b的阴模中。杆模2b的阴模的深度被配备在杆模2b中的一个 首个排出器9限定。 一个第二排出器IO (它限定了头模2a的阴模) 也被安排在头模2a中与第一排出器9相对。该插入的金属线段通过 在加工阶段II中的一个冷挤压过程、通过在静止的工具架单元6的 方向中的滑动块5的移动被初始压缩,其形状与形成在线型部分8a的上部的一个螺钉头类似。在加工阶段II完成以及滑动块5运动到 它开始的位置时,所完成的螺钉坯料8a通过排出器9和IO被移动到 一个夹子或输送装置处。排出器9和10被一个分离的驱动单元(独 立于该滑动块5的移动)激活。然后,螺钉坯料8a由该夹子或输送 装置插入第二挤压模具工具3的杆模3b的阴模中。杆模3b和头模 3a的阴模以一种与第一挤压模具工具2相似的方式被排出器11和12 限定。在杆模3b的内侧面上,安排有在轴向方向(图2)中延伸的 三个珠缘形部分24,它们旨在加工阶段III的挤压过程中形成多个凹 陷13,这些凹陷在螺钉坯料8a的杆状部分中、在轴向方向中延伸。 这些珠缘形部分24被安排为彼此相距一个限定的径向距离,因为这 些凹陷13必须至少被定位在下游螺紋压制工具4的这些模具块开放 或关闭的位置。所完成的螺钉坯料8a通过加工阶段III中的一个进一 步的冷挤压过程、通过滑动块5朝向静止工具架单元6的移动被成形, 在此过程中该螺钉头和杆部获得了它们的最终形状。通过上排出器 11形成螺钉坯料8a的头部中的内六角凹陷,该排出器同时也用作一 个压制杆。在加工阶段III的完成之后生产的完成的螺钉坯料8b具 有一个杆部,该杆部带有三个相同的在轴向方向中延伸的凹陷13, 这些凹陷被安排成彼此成120°的角。加工阶段III完成之后,滑动块 5返回它的初始位置。
在工具架单元6中, 一个螺紋压制工具4被安排在挤压模具工具 3的下游。在所示出的实例中,它包括在轴向方向中可移动的一个外 环14,其中三个模具块15、 16、 17被安装为在径向上可移动。这些 模具块15、 16、 17在它们的内侧面上具有一个压型,该压型按照一 个阴模形成为一个螺紋18。外环14被引导在这些模具块15、 16、 17 的一个锥形外表面19上,该外表面在滑动块5的开放移动的方向上 逐渐变细。外环14具有一个对应于该外表面的锥状内表面20。当拼 合模具4是处于开放的状态时,外环14在指向滑动块5的这些模具 块的前侧面之上突出。 一个突出的缠绕的圈21 (在滑动块5的输送 运动过程中连接到环14的相邻前表面上)被安排在滑动块5中与轴 向可移动的环14相对。在滑动块5的输送运动过程中,该外环在轴 向的方向中4皮移动,同时这些模具块15、 16、 17在径向的方向中被_
ii移动以压制该螺紋。
在加工阶段IV中,所完成的螺钉坯料8b通过这些排出器10、 11从挤压模具工具3被移动并且通过一个夹子或输送工具被插入开 放的拼合模具4中。螺钉坯料8b在该过程中定位的方式为使形成在 该杆部中的三个凹陷13恰好在这些模具块15、 16、 17开放(开放间 隙25)的位置,如图3所示。在滑动块5中安排一个附加的可移动 的排出器,该排出器的一端连接在该螺钉头的内六角中。与此相对, 在工具架单元6中也安排了一个附加的可移动的排出器23,该排出 器毗连螺钉坯料8b的杆部的前侧面。
滑动块5前进到将螺紋压入螺钉坯料8b的杆部,使得外环14被 移动并且通过这些模具块15、 16、 17的已经产生的径向移动来形成 螺紋26。在螺紋压制过程中,这两个排出器22、 23保持它们的初始 位置,由此防止了螺钉坯料8b在该压制过程中在一个纵向方向上的 膨胀。然后滑动块5返回到它的初始位置,螺紋压制工具4打开并且 该完成的螺钉被排出。
该螺紋压制工具还可以具有一个不同的设计。然而,如果这些模 具块的打开和关闭运动是通过该滑动块的移动被完成的,则它是有利 的。
在实际中,这些单独的加工阶段I到IV是同时实施的。这些单 独的压制工具被安排为例如以一条线对齐。
最终螺紋压制过程上游的这些冷挤压阶段的数目取决于有待制 造的具体的紧固连接件或紧固件的形状和几何尺寸。根据所使用的起 始材料(金属线),也可能有必要在螺紋压制之前将螺紋坯料加热。 该螺紋压制工 可以配备有一个附加的加热系统。

Claims (21)

1.从实心金属材料制造带有径向外轮廓的紧固连接件或紧固件,尤其是螺钉或螺栓,的方法,其特征在于,在一个初始压制阶段,将在一个轴向方向中以一个固定的径向距离延伸的多个凹陷(13)形成在一个预制的坯料的杆状部分中,其中至少一个杆状部分用于一个预计的径向外轮廓;并且在一个第二压制阶段,将带有这些凹陷(13)的预制坯料插入,其方式为进入一个多部分的拼合模具(4)中,该模具的模具块(15,16,17)具有形成该外轮廓的一种内部压型,并且这些模具块开放在开始位置上,在这些模具块开放的位置上存在多个凹陷(13),并且至少一个径向外轮廓是通过这些模具块的关闭借助径向的力而被压制在该完成的坯料的杆状部分上,使得这些凹陷(13)在一个轴向的方向上延伸从而防止在该压制过程中材料进入该拼合模具(4)的这些模具块之间。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在一个轴向方向 上延伸的凹陷(13)的数目是由该拼合模具(4)的模具块的数目所 决定的。
3. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在一个轴向方向 上延伸的凹陷(13)的数目超过该拼合模具(4)的模具块的数目。
4. 根据权利要求1到3之一所述的方法,其特征在于在该径向 外轮廓的压制过程中防止了该完成的坯料在一个纵向的方向上的膨 胀。
5. 根据权利要求l到4之一所述的方法,其特征在于,该第一 和第二压制阶段发生在具有一个可移动的滑动块(5)以及一个静止 的工具架单元(6)的一个多级压机之中,将切成所需长度的金属线(7)用作预制该坯料的一种起始材料,并且将切成所需长度的线段 在一个或多个压制或压缩阶段中分阶段地形成该坯料。
6. 根据权利要求1到5之一所述的方法,其特征在于,移动该 拼合模具(4)的这些模具块所要求的径向力的分力是由在该多级压 机中产生的该滑动块(5)的运动所产生的。
7. 根据权利要求1到6之一所述的方法,其特征在于,至少一 个轴向可运动的楔件或锥型元件接合在该拼合模具的这些模具块的外表面上,使得该拼合模具通过该多级压机的可运动的滑动块经由所 述元件而被关闭或开》丈。
8. 根据权利要求1到7之一所述的方法,其特征在于该坯料在 该径向外轮廓的压制之前被加热。
9. 根据权利要求1到8之一所述的方法,其特征在于,该坯料 的杆部初始时被压缩成为在该径向外轮廓的压制之前在一个上游的 压制阶段是锥型的。
10. 用于实施根据权利要求l到9之一所述的方法的装置,其特 征在于,所述装置包括至少一个挤压工具(3)以及带有至少两个径 向可运动的模具块(15, 16, 17)的一个下游拼合模具(4),这些 模具块具有一种径向的压型(18),该压型在它们的内侧面上形成为 阴模,该挤压工具(3)包括一个头模(3a)以及一个杆模(3b), 该杆模在其内侧面上具有在一个轴向方向上延伸的至少两个珠缘形 部分(24),这些珠缘形部分在径向上被安排在与该拼合模具(4) 的这些模具块(15, 16, 17)之间的多个开放的间隙(25)相同的距 离处。
11. 根据权利要求10所述的装置,其特征在于,它被配备有多 个锁定元件(22, 23),这些锁定元件防止该坯料(8b, 23)在这些 模具块(15, 16, 17)的关闭运动过程中在纵向上膨胀。
12. 根据权利要求10或11所述的装置,其特征在于,该挤压工 具(3)以及拼合模具(4)被安排在一个多级压机中,该压机具有一 个固定的工具架单元(6)以及在该工具架单元(6)的方向上可运动 的一个滑动块(5),使得该挤压工具(3)的一个模具(3a)被安排 在该滑动块上并且另 一个模具(3b )被相反地安排在该工具架单元(6 ) 上。
13. 根据权利要求10到12之一所述的装置,其特征在于,该拼 合模具(4)被连接到一个驱动单元上,用于这些模具块(15, 16, 17)进入关闭和开放位置的径向运动。
14. 根据权利要求10到13之一所述的装置,其特征在于,该拼 合模具(4)或者是被安装到该工具架单元(6)上或者是在该滑动块(5)上,并且一个激活元件(21)被安排在该滑动块(5)上或者该工具架单元(6)上,通过该激活元件这些模具块(15, 16, 17)是 4圣向地可运动的。
15. 根据权利要求10到14之一所述的装置,其特征在于,该拼 合模具(4)包括一个单一或多部分的外环(14),其中这些模具块(15, 16, 17)被安装为在径向可移动,使得这些模具块(15, 16, 17)的外表面(19)以及该环(14)的内表面具有这样一种圆锥的形 状,以使这些模具块(15, 16, 17)在该环(14)或这些模具块(15, 16, 17)的轴向运动时能够移动进入关闭和开放位置。
16. 根据权利要求10到15之一所述的装置,其特征在于,该激 活元件构成为一个缠绕的圏(21),该缠绕的團接合在该模具块(15, 16, 17)的前侧面或该外环(14)之一上。
17. 根据权利要求10到16之一所述的装置,其特征在于,在一 个轴向方向延伸并且在数目上超过这些模具块的多个珠缘形部分(24)被安排在该杆模(3b)的内侧面上。
18. 根据权利要求10到17之一所述的装置,其特征在于,这些 珠缘形部分(24)是拱形的,并且它们的最大径向所及之处是略大于 有待形成的外轮廓的外部直径与较小的螺紋直径之间的差值的一半。
19. 根据权利要求10到18之一所述的装置,其特征在于,这些 珠缘形部分(24)的宽度是当这些模具块开始与该坯料(8b)进行接 触时至少与这些模具块(15, 16, 17)之间的开放间隙(25)—样大。
20. 根据权利要求10到19之一所述的装置,其特征在于,该挤 压工具(3)配备有多个排出器(11, 12),使至少一个排出器(12) 被构造成用于压制一种内部轮廓的一个成形冲头。
21. 根据权利要求10到20之一所述的装置,其特征在于一个剪切 装置(1)以及一个附加的压制或压缩工具(2 )被定位在所述装置之中。
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