DE3118791A1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheren von metallen - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Str. 20 - D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

CHAMPION SPARK PLUG COMPANY 900 Upton Avenue
Toledo, Ohio, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum Abscheren von Metallen

A 14 487

Champion Spark Plug Co.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheren von Metallen. Die Metalle oder metallischen Teile können Stangen, Rohre, Stäbe oder Wellen, z.B. aus Stahl, Nickel oder Kupfer sein. Bisher wurde das Abscheren durchgeführt, indem eine hohe Schubkraft auf das Metall stück senkrecht zu seiner Längsachse ausgeübt worden ist. Neuerdings wird auch eine hohe Schubkraft gleichzeitig auf gegenüberliegende Seiten des Metallstückes ausgeübt, wie z.B. in dem US-Patent 3 089 368 beschrieben. Beide Methoden bedingen eine lineare Scherwirkung, d.h. eine Scherkraft, die vorwiegend quer zum Metallstück gerichtet ist. Eine lineare Scherkraft führt jedoch dazu, daß der Durchmesser des Metall Stückes am Angriffspunkt zusammengedrückt wird, und es entsteht eine grobe Scherfläche mit eingedrückten und schartigen Rändern. Diese Scherfläche muß daher nachbearbeitet werden, ehe sie ausreichend sauber ist und senkrecht zur Längsachse des Metall Stückes verläuft. Ferner bedingt die Anwendung hoher Scherkräfte aufwendige Maschinen, um die auftretenden Kräfte und die Abnutzung auszuhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheren von Metallstücken zu schaffen, die eine saubere und im wesentlichen senkrechte Trennung des Metall Stückes bezogen auf dessen Längsachse ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Metall stück in fluchtende Bohrungen von gleichem Radius eingesetzt wird, die durch erste und zweite Werkzeuge verlaufen, wobei wenigstens eines der Werkzeuge in Drehung versetzt wird, um eine relative Gegeneinanderdrehung der beiden sich gegenüberliegenden Werkzeuge um eine gemeinsame exzentrische Achse zu bewirken. Die Gegendrehung erfolgt zwischen der fluchtenden Position und einer Position;, in welcher die Bohrungen nicht fluchten und das Werkstück abgeschert wird.

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Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat erste und zweite Werkzeuge mit Bohrungen von gleichem Radius, die sich durch sie zwischen im wesentlichen parallelen Flächen erstrecken, Lagern, in welchen die Werkzeuge drehbar und sich gegenüberliegend gelagert sind, sowie Einrichtungen, um die Werkzeuge relativ zueinander in Drehung zu versetzen. Die Drehung der Werkzeuge erfolgt um eine gemeinsame Achse zwischen einer Position, in der die Bohrungen axial fluchten, um das Werkstück aufzunehmen und Positionen, in welchen die Bohrungen nicht fluchten. Die gemeinsame Achse liegt exzentrisch bezüglich einer gemeinsamen Mittellinie durch die Bohrungen in der axial fluchtenden Position, d.h. der Abstand hierzwischen längs der Stirnebene zwischen den beiden Werkzeugen ist nicht größer als der Radius der Bohrungen. (Die Bezeichnung Exzentrizität bezieht sich auf das Verhältnis dieses Abstandes zum Radius der Bohrungen und dieses Verhältnis ist multipliziert mit 100%).

Anders als bisher, üben die Werkzeuge auf gegenüberliegende Seiten des Metallteiles eine gleichzeitige im Winkel gerichtete Scherwirkung aus, d.h. eine zusammengesetzte Scherkraft, die sowohl eine tangentiale als auch eine normale Komponente hat. Die gegenüberliegenden, im Winkel gerichteten Scherkräfte reduzieren Anstauchungen auf ein Minimum und bewirken eine gleichmäßige Scherfläche mit sauberen Kanten, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des Metall Stückes liegt.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird anhand eines Metall Stückes mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Schervorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt perspektivisch eine Zufuhr- und Haltestation der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht längs der Linie 3-3 von Fig. 1, wobei eines der beiden Werkzeuge der Schervorrichtung dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt eine Ansicht längs der Linie 4-4 von Fig. 1, wobei das andere der beiden Werkzeuge der Schervorrichtung dargestellt ist.

Fig. 5 und 6 zeigen schemati sch die relativen Positionen der Bohrungen der Scherwerkzeuge der Vorrichtung nach Fig. 1 in ausgewählten Drehpositionen der Werkzeuge nach den Fig. 3 und 4 um eine gemeinsame Drehachse, die exzentrisch zu den Bohrungen liegt.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Abscheren von Metallteilen. Die Schervorrichtung 10 hat eine Platte 11, Lagergehäuse 12, 13, die auf der Platte montiert sind, um nicht-gezeigte Lager aufzunehmen, von denen das erste eine erste Lagerbüchse 14 mit einer ersten Bohrung 15 enthält, die sich in Längsrichtung durch die Büchse erstreckt,und das zweite Lager eine zweite Lagerbüchse 16 (Fig. 4) enthält, mit einer zweiten Bohrung.17, die sich durch die Büchse 16 erstreckt. Die Schervorrichtung 10 hat ferner Halterungen 18 und 19 mit Stützbohrungen, die sich durch die Halterungen zwischen praktisch parallelen Flächen erstrecken. Die Werkzeuge oder Halterungen 18, 19 sind drehbar und an Stirnrädern 20 und 21 angebracht, die ihrerseits in den Lagerböcken 12, 13 drehbar gelagert sind.

Die Schervorrichtung 10 ist ferner mit Lagerführungen 22 und 23 ausgerüstet, die Führungsschienen 24, 25 aufweisen, welche auf der Grundplatte 11 befestigt sind und in denen Schieber 26, 27 geführt sind. Ein Querhaupt 28 ist mit den oberen Enden der Schieber 26, 27 verbunden, das sich längs zwischen diesen erstreckt und es ist in seiner Mitte mit einem Stößel 29 verbunden. Die Schieber 26 und tragen Zahnstangen 30 und 31, die ihrerseits in die Zahnräder 20 und 21 eingreifen. Eine entgegengesetzte Drehung der Zahnräder 20 und 21, wie durch die Pfeile 32 und 33 angedeutet, entsteht, wenn

die Zahnstangen 30 und 31 durch die Schieber 26 und 27 nach unten bewegt werden, wie durch die Pfeile 34 und 35 angezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 umfaßt die Abschervorrichtung 10 weiterhin eine Zufuhrstation 36 mit einer Grundplatte 37, auf der parallele Bahnen oder Schienen 38 und 39 montiert sind. Ein Anschlag 40 ist quer zwischen den Enden der Schienen 38, 39 angeordnet und er trägt FUhrungsrollen 41, 42 für eine Metallstange 43. Die Zuführstation 36 hat ferner eine fest auf den Schienen 38, 39 montierte Plattform 44, und sie trägt eine feste Führung 45 zum Führen der Stange 43 in einer vorgegebenen Höhe und zur Verhinderung einer Querverschiebung der Stange zwischen den Schienen 38 und 39. Eine Platte 46 ist verschiebbar längs der Schienen 38, 39 zwischen der in Fig. 2 gezeigten Position, in der sie an die feste Plattform 44 angrenzt, und einer zweiten Position, in der ihre gegenüberliegende Seite an einem Kopf 47 eines mit Gewinde versehenen Anschlages 48 anschlägt. Der Anschlag 48 ist verstellbar, um den Abstand zwischen seinem Kopf und dem Anschlag 40 auf einen vorgegebenen Wert einstellen zu können. Die Platte 46 trägt eine Führung 49, die mit der Metallstange 43 lösbar in Eingriff gebracht werden kann.

Wie Fig. 3 zeigt, stützt die Halterung 18 ein Werkzeug 50 ab, das eine Bohrung 51 aufweist, die sich in Längsrichtung durch das Werkzeug zwischen praktisch parallelen Stirnflächen hindurcherstreckt und quer zur Ebene der Zeichnung verläuft. Die Halterung 19 (Fig. 4) trägt ein Werkzeug 52 mit einer Bohrung 53, die sich in Längsrichtung durch das Werkzeug zwischen praktisch parallelen Stirnflächen erstreckt, von denen die eine bei 54 gezeigt ist, während die andere nicht sichtbar ist, und die Bohrung verläuft senkrecht zur Zeichenebene. Die Bohrungen 51 und 53 haben denselben Radius, der ausreichend groß ist, um die metallische Stange 43 aufzunehmen, wenn die Bohrungen 51 und 53 axial fluchten. Die Stange 43 ist in der Höhe der Bohrungen durch die feste Plattform 44 der Zuführstation 36 gehalten, wie Fig. 2 zeigt. Eine Büchse 55 (Fig. 4) mit einer konzentrischen Bohrung ist in der Bohrung 17 des Lagerbockes 16 angeordnet, um einen

Abschnitt der Stange 43, die sich durch die Bohrung erstreckt, abzustützen. Die Werkzeuge 50 und 52 drehen sich aus der fluchtenden Position um eine Achse 56, die exzentrisch ist bezüglich der Mittellinie durch die Bohrungen 51 und 53, jedoch mit der Mittellinie durch die Bohrung der Büchse 55 zusammenfällt. Damit die Stange 43 durch die fluchtende Bohrung der Büchse 55 eingeschoben werden kann während sie in den Bohrungen 51 und 53 aufgenommen ist, ist der Radius der Bohrungen der Büchse 55 wenigstens gleich der Summe aus dem exzentrischen Abstand E und dem Radius der Bohrungen 51 und

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bohrungen 51 und 53 axial ausgerichtet zum Boden der Lagerbüchsen 14 und 16, so daß die Lagerböcke die Büchsen 14 und 16 besser abstützen können, wenn die Werkzeuge 50 und 52 aus der axial fluchtenden Position gedreht werden. Die Erfindung wird jedoch nachfolgend beschrieben mit bezug auf die fluchtende Position, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die Werkzeuge' oder Hülsen 50 und 52 und die entsprechenden Bohrungen 51 und 53 in ihnen sind drehbar um die Achse 56 zwischen der axial fluchtenden Position und Positionen, in denen die Bohrungen 51 und 53 nicht mehr fluchten. Die Art der Mißfluchtung ist die Folge der exzentrischen Gegendrehung der Bohrungen 51 und aus der axial fluchtenden Position, die durch einen ausgezogenen Kreis 57 in Fig. 5 dargestellt ist. Die Bohrung 51 dreht sich im Uhrzeigersinn (Pfeil 32 in den Fig. 1 und 3) aus der Position des Kreises 57, wobei sich ihre Mitte längs einer Bahn, die durch einen Pfeil 58 angezeigt ist, in eine Position bewegt, die durch einen gestrichelten Kreis 5Γ dargestellt ist. Die Bohrung 53 dreht sich gleichzeitig in Gegenuhrzeigerrichtung (Pfeil 33 in Fig. 1 und 4), wobei sich ihre Mitte längs einer Bahn bewegt, die durch einen Pfeil 59 dargestellt ist, und zwar in eine Position, die durch einen gestrichelten Kreis 53' dargestellt ist. In dieser Zwischenposition ist die metallische Stange 43 teilweise abgeschert. Ein Teil innerhalb der Bohrung 51 ist in eine Position bewegt worden, die durch horizontale Schraffur und ein anderer Teil innerhalb der Bohrung 53

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ist in eine Position bewegt worden, die durch vertikale Schraffur dargestellt ist. Die Stange 43 ist nicht abgeschert in den überlappenden Abschnitten der Bohrungen 51 und 53, wie durch waagerechte und vertikale Kreuzschraffur dargestellt ist.

Während sich die Bohrungen 51 und 53 gegensinnig drehen, wird der nicht abgescherte Teil der Stange 43 durch die oberen und unteren Kanten 60 und 61 der Hülsen 50 und 52, die an die entsprechenden Bohrungen 51 und 53 angrenzen, Kräften ausgesetzt, die nach links aufwärts und nach links abwärts gerichtet sind, d.h. einer Winkel scherkraft, die eine normale und eine tangentiale Komponente hat. Anders als bei linearer Abscherung, die eine vorwiegend normal gerichtete Scherkraft ausübt, wird bei der Scherung im Winkel ein Zusammendrücken oder Stauchen der Stange 43 reduziert und die Glätte und Gleichmäßigkeit der abgescherten Oberfläche verbessert, mit sauberen Kanten und einer praktisch rechteckig zur Längsachse der Stange 43 verlaufenden Scherfläche.

Nachdem sich die Mitte jeder der Bohrungen 51 und 53 um 90° längs der Bahnen gedreht hat, die durch die Pfeile 62 und 63 angezeigt sind, in Bohrungspositionen, die durch gestrichelte Kreise 51" und 53" gezeigt sind, wird eine weitere Drehung verhindert, weil das Querhaupt 28 (Fig. 1) an nicht-gezeigten verstellbaren Anschlägen anschlägt, die an den oberen Enden der Führungsschienen 24 und 25 ausgebildet sind. In dieser Endposition verbleibt ein Abschnitt (Fig. 5) der Stange 43 unabgeschert, was durch eine schräge Schraffierung angedeutet ist. Einige Metalle, wie kaltgewalzter Stahl und halbhartes Kupfer sind ausreichend spröde und verfestigen bei der Bearbeitung, daß sie längs der nicht-abgescherten Fläche brechen, ehe die Bohrungen 51 und 53 sich in die Endpositionen gedreht haben, die durch die gestrichelten Kreise 51" und 53" gegeben sind. Ein früher Bruch ist erwünscht, da eine vollständige Trennung mit weniger Arbeit erreicht wird. Andere Metalle jedoch, wie Nickellegierungen, erfordern eine vollständige Winkelabscherung, weil sie zu geschmeidig sind und nicht

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zur Verfestigung neigen und daher nicht brechen. Während halbhartes Kupfer und kaltgewalzter Stahl entsprechend nur 96% bzw. 56% Exzentrizität erfordern, weil der nicht-abgescherte Abschnitt 64 vor Erreichen der vollen 90 -Drehung bricht, erfordern Nickellegierungen eine volle 100%-Exzentritität, um eine völlige Trennung zu erreichen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Nachdem die Mitte jeder der Bohrungen 51 und 53 sich um 90° um eine Achse 65 gedreht hat, die 100% Exzentrizität aufweist, und längs der Bahnen, die durch die Pfeile 66 und 67 angezeigt sind, und zwar aus der fluchtenden Position 57 in Positionen, die durch gestrichelte Kreise 51"' und 53"' dargestellt sind, ist die Stange 43 vollständig abgeschert. Die erforderliche Exzentrizität verändert sich als direkte Funktion der Geschmeidigkeit bzw. Verformbarkeit des Metalles und als umgekehrte Funktion seiner Verfestigung bei der Bearbeitung.

Nachdem die Werkzeuge 50 und 52 durch die Halterungen 18 und 19 gedreht worden sind, um die Stange 43 abzuscheren, wie oben beschrieben wurde, werden die Halterungen 18 und 19 entgegengesetzt gedreht, bis die Bohrungen 51 und 53 in ihre ursprüngliche fluchtende Position zurückgekehrt sind, durch Umkehren der Richtung bzw. Wirkung des Stößels 29. Das Querkaupt 28 stößt gegen nicht-gezeigte verstellbare Anschläge in einem nicht-gezeigten Gehäuse an, wodurch eine weitere Bewegung des Querhauptes 28 und der Halterungen 18 und 19 verhindert wird, wenn die Bohrungen 51 und 53 in Flucht liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abscheren von metallischen Teilen umfaßt mehrere Schritte. Zuerst wird die Stange 43 (Fig. 2) von rechts nach links zwischen den Rollen 41 und 42, dann durch die Führungen 49 und 45 durch und anschließend in die Bohrung 15 der Lagerbüchse 14 eingeführt. Die Stange 43 wird dann durch die fluchtenden Bohrungen 51 und 53 der Werkzeuge 50 und 52 (Fig. 3 und 4) weiterbewegt und in die Bohrung der Büchse 55 eingeführt, die im Lagerring 16 (Fig. 4) angeordnet ist. Die Führung 49 (Fig. 2) hält die Stange 43 fest an Ort und Stelle, während die Werkzeuge 50 und 52 entgegengesetzt zueinander um

90° aus der anfangs fluchtenden Position gedreht werden, um eine relative Gegendrehung von 180° zwischen beiden zu bewirken, wie oben beschrieben wurde. Dasselbe Ausmaß an Scherwirkung kann erreicht werden, indem eine der beiden Bohrungen 51 und 53 um einen Winkel von 180° gedreht wird. Die Werkzeuge 50 und 52 werden dann in ihre ursprüngliche fluchtende Position zurückgedreht.

Nach einem Schervorgang wird die Führung 49 (Fig. 2) gelöst und der Stab 43 freigegeben. Die Platte 46 wird dann von links nach rechts bewegt, bis zum Anschlag am Kopf 47 des Anschlages 48, worauf die Führung 49 wieder in Eingriff mit der Stange 43 gebracht wird. Zuletzt wird die Platte 46 von rechts nach links bis zum Anschlag an der festen Plattform 44 bewegt, um eine vorgegebene Länge der Stange 43 in die Bohrung 15 der Lagerbuchse 14 für einen weiteren Schervorgang einzuschieben. Die vorgegebene Länge der Stange 43 wird durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Kopf 47 des Anschlages 48 und der Platte 40 bestimmt.

Claims (8)

1. A 14 487

   Champion Spark Plug Co.

   Patentansprüche

   Verfahren zum Abscheren eines Metall teil es, dadurch gekennzeichnet, daß das Metal Heil in eine gemeinsame Bohrung von zwei Werkzeugen eingesetzt wird, die fluchtende Bohrungen mit gleichem Radius haben, die sich durch sie im wesentlichen parallel zu ihren Stirnflächen erstrecken und die gemeinsame Bohrung bilden, daß wenigstens eines der Werkzeuge relativ zum andern um eine gemeinsame Achse, die exzentrisch bezüglich einer Mittellinie durch die fluchtenden Bohrungen liegt, zwischen der fluchtenden Position und einer Position gedreht wird, in welcher die Bohrungen nicht fluchten und das Metallteil abgeschert wird, und daß die Werkstücke in ihre ursprüngliche fluchtende Position zurückgedreht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Werkzeuge entgegengesetzt zueinander gedreht werden und jedes um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Metall teil während der Gegeneinanderdrehung der Werkzeuge abgestützt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß eine vorgegebene Länge des Metallteiles in die gemeinsame Bohrung eingeführt wird, nachdem die Werkzeuge in ihre ursprüngliche fluchtende Position zurückgedreht worden sind.
5. 5. Vorrichtung zum Abscheren eines Metallteiles nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Werkzeuge (50, 52) mit Bohrungen (51, 53) von gleichem Radius, die sich durch sie

   zwischen im wesentlichen parallelen Stirnflächen erstrecken, Lagern, in denen die Werkzeuge (50, 52) drehbar um eine gemeinsame Achse gelagert sind, die exzentrisch bezüglich einer Mittellinie durch die Bohrungen (51, 53) ist, daß die Werkzeuge (50, 52) drehbar sind zwischen einer Position, in der die Bohrungen (52, 53 axial fluchten, um eine gemeinsame Bohrung zur Aufnahme des Metallteiles (43) zu bilden, das sich in Längsrichung durch die Bohrungen erstreckt, und Positionen, in denen die Bohrungen (5O₅ 52) nicht fluchten, ferner durch Einrichtungen, um eine Kraft aufzubringen, um wenigstens eines der Werkzeuge (50, 52) relativ zum andern Werkzeug zu drehen, sowie Einrichtungen, um die Werkzeuge in ihre ursprüngliche fluchtende Position zurückzudrehen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die gemeinsame Bohrung durch längsverlaufende Wände gebildet ist, die parallel zur Drehachse der Werkzeuge (50, 52) und senkrecht zu deren Stirnflächen liegen.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um eine weitere Drehung der Werkzeuge (50, 52) relativ zueinander nach einer vorgegebenen Winkel drehung zu verhindern.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen, um eine vorgegebene Länge des Metallteiles (43) in die gemeinsame Bohrung einzuschieben und um das Metallteil während der einander entgegengerichteten Drehung der Werkzeuge (50, 52) abzustützen.