DE2103053B2 - Gesenk zum ausformen der bohrspitze an einem rohling fuer eine selbstschneidende schraube - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gesenk zum Ausformen der Bohrspitze an einem Rohling für eine sdbstschneidende Schraube, dessen die spätere Bohrspitze bildender Endbereich einen geringeren Durchmesser aufweist als der Schaftteil für das Gewinde, wobei das Gesenk zwei einander gegenüberliegende, scnkrechi zur Längsachse des Rohlings bewegbare und den Endbereich außen umgebende Gesenkliälften r.iit je einem zur Längsachse y> des Rohlings seitlich versetzten, die Spannut bildende Formbacken aufweist, welche Führungsflächen für die jeweils gegenüberliegende Gesenkhälfte besitzen.

Bei Anwendung eines nach der GB-PS 10 25 390 bekannten Gesenks dieser Art wird einerseits der is Rohling in Richtung zur Bohrspitze nicht frei fließgepreßt, weil er hieran durch Ansätze gehindert ist und gehindert werden soll und außerdem sind zwei Arbeitsschritte (abgesehen von einem etwaigen Anschleifen der Bohrspitze) erforderlich, um die Bohrspitze herzustellen. Beim ersten Schritt erhält die Bohrspitze im Querschnitt einen grob quadratischen Umriß und erst im zweiten Schritt wird sie abgerundet. Hierdurch wird nicht nur der Herstellungsvorgang verzögert, sondern überdies wird die Kristallorientierung, die durch teilweises Fließpressen beim ersten Schritt allenfalls entstanden ist, wieder zum größten Teil aufgehoben.

Mit den Formbacken nach der GB-PS 10 25 390 läßt sich außerdem ein Rohling nicht auf seinen endgültigen ν Durchmesser fertighämmern. Tatsächlich erhält ein solcher Rohling sogar eine unsymmetrische Form, weswegen er nach dem Verlassen des Gesenks zwischen Formteilen gewalzt oder gerollt werden muß.

Auch sind die Formbacken des Gesenks der GB-PS S5 10 25 390 inicht zum Entgraten des Rohlings ausgebildet.

Wesentlich ist schließlich, daß bei dem Gesenk nach der GB-PS 10 25 390 die beiden Gesenkhälften im geschlossenen Zustand die ausgeformte Bohrspitzc nicht über den gesamten Umfang umschließen, sondern <«j nur eine Formbacke und ein die Drehung des Rohlings verhinderndes Teil, so daß ein nicht unwesentlicher Teil des Werkstoffes, insbesondere in der Endphase des Preßvorganges, radial nach außen aus dem nicht umschlossenen Gelcnkteil fließt. Dies führt zu einem <\s nicht genau definierten »Durchmesser« der Bohrspitze; daher soll noch eine nachträgliche Kalibrierung in den Gesenkhälften erfolgen. Außerdem wird durch die

Möglichkeit des radialen Fließens ein axiales Fließen

verringert.

Auch ein nach der US-PS 32 41426 bekanntes Gesenk gestattet nicht ein freies Fließpressen der Bohrsfjitze, denn dies verhindern Vorsprünge an den Formbacken, die Bruchkerben herstellen. Außerdem sind auch bei Anwendung dieses Gesenks zwei Arbeitsschritie erforderlich. Nach dem Arbeiten der Formbacken muß nämlich das vordere Ende des bearbeiteten Rohlings abgebrochen werden, wozu eine gesonderte Vorrichtung erforderlich ist. Außerdem werden bei Anwendung der Formbacken die seitlichen Abmessungen der Bohrspitze quer zur Bewegungsrichtung der Formbacken Undefiniert, weil die beiden Formbacken keine entsprechenden Begrenzungswände od. dgl. aufweisen.

Mit einem Gesenk nach der US-PS 33 18 182 sind zwar fließgepreßte Bohrspitzen herzustellen, jedoch nur mit einem relaiiv geringen Ausstoß. Der Rohling wird nämlich nicht zwischen zwei Formbacken, die aufeinander zubewegt werden, verformt, sondern in einer Strangpreßform. Der Rohling muß erst mit einem Stempel in die Strangpreßform hineingestoßen werden und dann mit einem Ausstoßstift aus der Strangpreßform ausgestoßen werden. Es ist dabei nicht möglich, in einem einzigen Arbeitsschritt die Bohrspitze des Rohlings fertig zu formen. Außerdem ist es nicht möglich, mit diesem Gesenk Schrauben zu extrudieren, die hinsichtlich der Schneidkanten hinterschnitten sind. Würde man nämlich versuchen, hintcrschnittene Flächen zu erzeugen, so würde es nicht möglich, die Preßlinge aus ihrer Form herauszuholen.

Auch bei Anwendung eines nach dir I LS-PS 34 63 045 bekannten Gesenks ist da* Herstellen der Bohrspitze in einem einzigen Schritt nicht möglich, denn die dort vorgesehenen Schneidkanten erzeugen Grate, die entfernt werden müsse! Auch gestatten die beiden Formbacken nach dieser US-PS kein freies Fließpressen der Bohrspitze: Das vordere Ende des Rohlings vor der Bohrspitze wird durch die Schneidkanten abgeschnitten, so daß ein freies Fließpressen verhindert wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, in einem Arbeitsgang einerseits einen genauen Endquerschnitt der Bohrspitze und andererseits eine durch das axiale Fließen begünstigte Verfestigung des Werkstoffes zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Gesenk eingangs genannter Art dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil jeder Gesenkhälfte der Rundung des Schaftteiles des Rohlings entspricht und tangential in die Führungsfläche übergeht.

Dadurch, daß ein Teil jeder Gesenkhälfte der Rundung des Schaftteils des Rohlings entspricht und tangential in die Führungsfläche der jeweils gegenüberliegenden Gesenkhälfte übergeht, ist die Bohrspitze in einem Arbeitsgang mit genauem Endquerschnitt möglich, wobei ein axiales Fließen des Werkstoffs in Richtung der Bohrspitze nicht behindert und somit die Verfestigung des Werkstoffs im Bereich der Bohrspitze begünstigt wird. Weil der genaue Fndqiierschniit der Bohrspitze in einem Arbeitsgang hergestellt wird, entstehen auch keine Grate, die später wieder entfernt werden müßten.

Die Formbacken können in dem Endbereich des Rohlings zwei Rillen drücken, die sich auf einander gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung des Endbereichs des Rohlings erstrecken. Zwischen den Rillen können dann zwei in dieser Längsrichtung verlaufende

Vorsprünge verbleiben, deren äußere Seitenwände paarweise zueinander parallel sind. Die diametrale Breite der beiden Vorsprünge kann zusammengenommen gleich dem Durchmesser des Schufttcils sein.

Das vorderste Ende der iiohrspitze kann so bearbeitet werden, daß zwei Schneidkanten an den Vorsprüngen entstehen. Dann kann auf das Schaftteil ein Gewinde aufgewalzt werden.

Die Gesenkhälften können länger sein als der Lndbertich des Rohlings, damit sich der Endbercii-h beim Schließen des Gesenks ungehindert in Richtung der Bohrspitze ausdehnen kann.

Die einander zugekehrten Flächen der Formbacken können von der Mittellinie des Rohlings aus in Richtung zur Bohrspiize schräg nach außen verlaufen, um den entsprechenden Begrenzungsflächen der VorsprJnge am Rohling eine hakenförmige Biegung oder jedenfalls einen Neigungswinkel zu erteilen.

Die Erfindung wird im folgenden an einen; Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des ursprünglich zylindrischen Rohlings, aus dem die selbstschneidende Schraube mit Bohrspitze geformt wird;

F i g. 2 eine Ansicht des Rohlings der Fig. 1. nachdem an ihm ein Kopf und ein verjüngter Endbereich angeformt wurde;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Rohlings, nachdem der F.ndbereich kaltgehämmert und dadurch auch verbreitert wurde;

F i g. 4 eine Seitenansicht der fertigen Schraube;

F i g. 5 eine Endansicht des zylindrischen Rohlings nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 6 eine Endansicht des Rohlings nach Fig. 2 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 7 eine Endansicht des kaltgehämmerten Rohlings nach Fi g. 3 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 8 eine Endansicht der fertigen Schraube nach F i g. 4 in vergrößertem Maßstab;

Fig.9 eine .Schnittansicht nach der Linie 9-9 der Fig. 3;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des Endbercichs des kaltgehämmerten Rohlings nach F i g. 3;

Fig. 11 eine Seitenansicht der Bohrspitze der in F i g. 4 gezeigten Schraube nach der Linie 11-11 dieser F i g. 4 in vergrößerten Maßstab;

Fig. 12 eine Aufsicht des Gesenks, zum Teil im Schnitt, die die Lage der komplementären Formbacken zu Beginn des Kallhämmcrns des Endbereichs der Schraube veranschaulicht;

Fi g. 13 eine Ansicht nach der Linie 13-13 de·" F i g. 12;

Fig. 14 eine Aufsicht, teilweise im Schnitt, die die Lage der Formbacken bei Vollendung des Kalthämmerns des Endbereichs der Schraube veranschaulicht;

F i g. 15 eine Ansicht nach der Linie 15-15 der F i g. 14.

In den Fig. 4, 8 und 11 ist eine selbstschneidende Schraube 30 mit einer Bohrspitze 31 gezeigt, die mit dem Gesenk hergestellt ist. Die Schraube 30 weist einen länglichen Schaft 32 auf, der am einen F.nde in einen Kopf 33 endigt und an dem in das Werkstück eindringenden Ende in eine Bohrspitze 31 übergeht. Die Bohrspitze 31 ist gerillt, wobei die Rillen zwei Segmente 34 sind, die aus dem kreisförmigen Querschnitt ausgenommen sind, so daß dazwischen Vorsprünge 36 stehen bleiben. Ersichtlich hat die Bohrspitze Jl eine größere effektive Breite als der Kerndurchmesser des Gewindes auf dem Schaft 32. Die Breite ist etwa gleich oder geringfügig größer als der Flankendurchmesser

dieses Gewindes. Der Schaft 32 trägt ein Gewinde 38, das sich schraubenlinienförmig von der Bohrspitze 31 bis zum Kopf 33 erstreckt.

Die Bohrspitze 31 ende' in zwei Schneidkanten 40,41 an ihrem in das Werkstück eindringenden äußersten Ende. Wie aus F i g. 11 ersichtlich, ist den vorwärts gerichteten Flächen 39 der Vorsprünge 36 eine hakenförmige Biegung oder ein Neigungswinkel von annähernd 5° erteilt. Dies ermöglicht der Bohrspitze 31, in das Werkstück ein Loch zu bohren, wenn die Schraube 30 in Einschraubrichtung gedreht wird. Der Neigungswinkel kann je nach dem Material, in das die Schraube eingeschraubt werden soll, variiert werden.

Der effektive Durchmesser der Bohrspitze 31 ist, wie bei 44 angedeutet, größer als der Kerndurchmesser 46 des Gewindes 38. aber merklich kleiner als der Durchmesser über den Gewindespitzen 48. Er kann annähernd gleich groß oder etwas kleiner gemacht werden als der FJankendurcnmesser. Bei Verwendung der Schraube formt das sich verjüngende Endstück des Gewindes 38 ein dazu passendes Gewinde in dem Loch, das die Schneidkanten 40, 41 in dein Werkstück vorgebohrt haben, und die Schraube kann festgezogen werden. Die Schraube 30 wird in folgender Weise hergestellt. Ein zylindrisches Werkstück 52, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, wird in vorgegebener Länge von einem nicht gezeigten Stangenmaterial vorgegebener Stärke abgeschnitten. Der Durchmesser des Stangenmaterials ist zweckmäßigerweise derjenige des Schaftes vor dem Anbringen des Gewindes. Vorzugsweise wählt man das Volumen des Werkstücks 52 etwa gleich dem Vflumen der zu formenden Schraube.

Wenn das Werkstück abgeschnitten ist. wird es zunächst /11 dem in F i g. 2 gezeigten Rohling 54 geformt. Der Rohling 54 hat einen in das Werkstück eindringenden Fndhereich 58 mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der ursprüngliche des Schaftteils 56. Zwischen dem Schaftteil 56 und dem Fndhereich 58 winl ein Zwischenabschnitt 60 ausgebildet.

Nachdem der in F i g. 2 dargestellte Rohling 54 geformt is(. wird er in eine nicht gezeigte Haltevorrichtung eingesetzt, in der der in das Werkstück eindringende Endbereich 58 mitsamt dem Zwischenabschnitt 60 zwischen zwei in seitlicher Richtung bewegliche komplementäre Gesenkhälften 62,63 in der in Fig. 12 gezeigten Weise zu liegen kommt. Die Gesenkhälften 62, 63 sind in einer nicht gezeigten Vorrichtung bekannter Konstruktion gehaltert, die so ausgerüstet ist, daß die Gesenkhälften in seitlicher Richtung von- und zueinander bewegbar sind, um den Rohling 54 kaltzuhämmern.

Die Gesenkhälften 62, 63 haben Fornibackcn 66, 67, die gegeneinander und gegen die Mittellinie 68 des dazwischenliegenden Rohlings 54 versetzt sind Wr..,, die Gesenkhälften 62, 63 geschlossen sind, umg'.Dcn sie die Seiten des Endberei';hs 58 und des r.'.vischenabschnitts 60 vollständig. Durch das Schießen der Gesenkhälften 62, 63 formen die Formbacke;; 66,67 die Rillen 34 und die dazwischenliegenden Vorsprünge.

Wie in F i g. 1 2 erkennbar, haben die Formbacken 66, 67 einander zugekehrte Flächen 70, die in Richtung zu dem in das Werkstück eindringenden Feldbereich 58 von der Mittellinie 68 des Rohlins 54 schräg nach außen laufen. Vorzugsweise sind die Flächen 70 unter einem Winkel von etwa 5'' schräg gestellt, um die vorwärts gerichteten Flächen 39 der Vorsprünge 36 mit dem oben beschriebenen Neigungswinkel zu versehen.

Wie F ig. 13 zeigt, hat jede Gesenkhälfte 62, 63 eine

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Führungsfläche 73, die in enger Passung den Formbak- <en der anderen Gesenkhälfte übergreift, damit die Seilen der Teile 58 und 60 des Rohlings 54 vollständig Eingeschlossen werden. Wie aus den Fig. 12 und 14 ersichtlich, haben die Gesenkhälften 62, 63 eine Höhe, die größer ist als die Länge der Teile 58 und 60 zusammen. Sie ist etwa gleich der Länge der Bohrspiizc 31 der fertigen Schraube 30.

Die Formbacken 66, 67 umgeben also die Seiten der Teile 58, 60 vollständig und engen die Expansion dieser Teile 58, 60 nach der Seite ein, so daß keine seitlichen Grate entstehen. Sie gestatten jedoch ein unbehindertes Fließen des vollen Querschnittes dieser Teile in Längsrichtung. Oder anders ausgedrückt: Bevor die Formbacken 66, 67 geschlossen werden, ist die Länge i_S des in das Werkstück eindringenden Endbereichs 58 und des Zwischenabschnitts 60 des /.wischen die Gesenkhälften 62, 63 eingebrachten Rohlings 54 zunächst geringer als die Höhe der Gesenkhälften 62, 63. Die Wirkung des Kalthämmerns durch die Formbacken 66, 67 an den Teilen 58,60 bringt eine begrenzte Expansion nach der Seite ohne die Bildung eines Schmiedegrales mit sich, sowie eine ungehinderte Extrusion des vollen Querschnittes dieser Teile 58, 60, die den in das Werkstück eindringenden Endbereich 58 der Schraube 30 verlängert, so daß die auf solche Weise geformte Bohrspitze 3t etwa gleich lang ist wie die Gesenkhälften 62, 63 hoch sind. F i g. 2 und 3 veranschaulichen den relativen Betrag der Extrusion in Längsrichtung, der erzielt wird.

|ede Gesenkhälfte 62, 63 hat auch noch einen gebogenen Teil 72. der den Formbacken 66, 67 dieser Gesenkhälfte 62, 63 mit den Führungsflächen 73 verbindet. Die gebogenen Teile 72 verlaufen parallel zur Mittellinie 68 des Rohlings 54 und bilden an den Vorsprüngen 36 parallele äußere Seitenwand^. Die gebogenen Teile 72 haben den gleichen Krümmungsradius wie die Vorsprünge 36, so daß sie in geschlossener Stellung Kreisausschnitte begrenzen. Die Vorsprünge 36 werden folglich mit einer diametralen Breite geformt, die gleich dem Durchmesser des Schaftteil 56 ist.

Durch das Kalthämmern des in das Werkstück eindringenden Endbereichs 58 der Schraube 30 erzielt man in der Bohrspitze 31 und im Bereich des Übergangs zum Schaft 32 eine längliche Kornstruktur. Diese Kornstruktur erstreckt sich etwa parallel zur Mittellinie 68 des Rohlings 54 durch die ganze Bohrspitze 31 und auch durch den Übergangsbereich zwischen der Bohrspitze 31 und dem Schaft 32. Die Zugfestigkeit des Metalls in der solchermaßen kaltgehämmerten Bohrspit/.c 31 wird dadurch wesentlich größer als in dem Metall des übrigen Rohlings 54. Außerdem erhält das Metall des Übergangsbereiches an der Verbindung von Schaft 32 und Bohrspitze 31 eine höhere Festigkeit im Vergleich zur Festigkeit des Metalls vor dem Hämmern. Die innere Ecke 76 jedes Formbackens 66, 67 ist mit einem Radius versehen, der in Achsrichtung des Rohlings 54 zum Kopf 33 hin allmählich abnimmt, so daß in jeder Rille 34 eine Ausrundung 78 von allmählich zunehmender Größe entsteht. Der Radius kann zweckmäßigerweise von 0,8 mm an dem in das Werkstück eindringenden Endbereich 58 der Schraube 30 auf 3,2 mm am hinteren Ende der Bohrspitze 31 anwachsen, um die obenerwähnte Ausrundung 78 zu erzeugen. Die Ausrundung 78 verleiht der Bohrspitze 31 eine größere Festigkeit an der Übergangsstelle zum Schaft 32, wo die Schraube 30 der größten Beanspruchung ausgesetzt ist.

Durch das Kalthämmern des Endbereichs 58 und des Zwischenabschnitts 60 des Rohlings 54 wird die Materialmenge in dem Querschnitt der Bohrspitze 31 verringert, während die Länge der Bohrspitze 31 zunimmt. Beim Kalthämmern wird jedoch die diametrale Breite über die Vorsprünge 36 praktisch gleich dem Durchmesser des Schaftes 32 und vorzugsweise etwas größer gemacht, etwa bis zum Flankendurchmesser des Gewindes 38. Die sich bündig übergreifenden Formbakken 66, 67 verhindern jedoch eine Gratbildung an der Seite.

Nachdem der auf diese Weise kaltgehämmerte Rohling 54 aus den Gesenkhälften 62,63 herausgenommen ist, wird er in eine Einspannvorrichtung eingespannt und seine Spitze 80 wird weiterbearbeitet, um die Schneidkanten 40, 41 zu formen, die mit einer Aussparung 82 versehen werden. Zu beachten ist, daß bei diesem Arbeitsschritt der Schaftteil 56 des Rohlings 54 noch kein Gewinde trägt, so daß er ohne weiteres eingespannt werden kann.

Danach wird die Schraube 30 zwischen nicht gezeigten Gewindewalzbacken gewalzt oder gerollt, um das Gewinde 38 anzubringen. Da der wirksame Durchmesser der Bohrspitze 31, d. i. die Breite über die Vorsprünge 36 gemessen, größer ist als der Kerndurchmesser, aber kleiner als der Spitzendurchmesser des Gewindes, wird der Spitzendurchmesser eines von der Schraube 30 geschnittenen Muttergewindes kleiner als die Breite der Bohrspitze 31, so daß die Schraube nach dem Einschrauben festsitzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gesenk zum Ausformen der Bohrspitze an einem Rohling für eine selbstschneidende Schraube, dessen die spätere Bohrspitze bildender Endbereich einen geringeren Durchmesser aufweist als der Schaftteil für das Gewinde, wobei das Gesenk zwei einander gegenüberliegende, senkrecht zur Längsachse des Rohlings bewegbare und den Endbereich außen ι ο umgebende Gesenkhälften mit je einem zur Längsachse des Rohlings seitlich versetzten, die Spannut bildende Formbacken aufweist, welche Führungsflächen für die jeweils gegenüberliegende Gesenkhälfte besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (72) jeder Gesenkhälfte (62, 63) der Rundung des Schaftteiles (56) des Rohlings (54) entspricht und tangential in die Führungsfläche (73) übergeht.