DE69311629T2

DE69311629T2 - Verfahren zur Herstellung dünner, platter Metallstücke mit multi-charakteristischen Merkmalen

Info

Publication number: DE69311629T2
Application number: DE69311629T
Authority: DE
Inventors: Louis F M Herzog
Original assignee: ARROW PRECISION ELEMENTS Inc
Current assignee: ARROW PRECISION ELEMENTS Inc
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2013-05-11
Also published as: ATE154531T1; EP0570340A1; US5244141A; CA2096273A1; ES2103458T3; EP0570340B1; DE69311629D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von kleinen, dünnen, flachen, metallischen Teilen, welche mit Bezug auf mindestens eine ihrer signifikanten Eigenschaften nicht gleichförmig sind. Das heisst, die Teile sind nicht gleichförmig in ihrer Dicke oder nichtgleichförmig in ihrem Material etc., und sie können deshalb zu Recht als "multicharakteristische" Teile bezeichnet werden. Solche Teile sind in der Vergangenheit beispielsweise in einem "Stufen"-Walzverfahren hergestellt worden, wobei ein Metallstreifen von longitudinal nicht gleichförmiger Dicke entstand. Ein daran anschliessende Bearbeitung umfasste mindestens eine Verbindungsstelle zwischen Bereichen verschiedener Diktung umfasste mindestens eine Verbindungsstelle zwischen Bereichen verschiedener Dikken. Es ist offensichtlich, dass auf diese Weise Teile mit nicht-gleichförmiger Dicke bzw. "multi-kalibrige" Teile entstanden.
Es ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung sowohl von "multi-kalibrigen" Teilen wie auch von anderen "multi-charakteristischen" Teilen vorzuschlagen, bei welchem das "Stufen"-Walzverfahren vermieden und durch einen elektronischen Bogenschweissvorgang ersetzt wird, wobei ein gewichtiger Vorteil in der Vermeidung von Metallabfall und insbesondere in der Flexibilität des Verfahrens zu sehen ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zur Erreichung des oben beschriebenen Zieles wird ein Verfahren nach Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Ein erster länglicher Metallstreifen, der sich in Längsrichtung über eine bekannte aber nicht beschränkte Länge erstreckt, wird benötigt. Im weiteren wird ein zweiter Metallstreifen benötigt, der mindestens eine Eigenschaft besitzt, welche sich von der entsprechenden Eigenschaft des ersten Metallstreifens unterscheidet. Beispielsweise können die Streifen bezüglich des Materials, aus dem sie hergestellt sind, verschieden sein, etc. Der zweite Metallstreifen erstreckt sich im wesentlichen in Längsrichtung gleich dem ersten Metall t eifen, und beide Metallstreifen werden Kante an Kante und im wesentlichen koplanar angeordnet. Die Längskanten der beide Streifen können aneinanderstossen, sich überlappen oder in einer anderen Verschweissungslage angeordnet sein. Ein elektrischer Bogenschweissvorgang wird sodann durchgeführt, um die beiden Streifen so zu verbinden, dass sie sich Seite an Seit , im wesentlichen koplanar, längs einer sich in Längsrichtung erstreckenden Schweisszone befinden. Anschliessend wird eine Serie gleicher kleiner Teile ausgestanzt, wobei sich jeder Teil relativ zum Streifen quer erstreckt, so dass man Teile erhält, von denen jeder einen ersten Bereich aufweist, der aus dem ersten Streifen stammt, und einen zweiten Bereich, der aus dem zweiten Streifen stammt.
Wie schon erwähnt, können sich die dünnen flachen metallischen Teile durch eine Vielzahl von Eigenschaften unterscheiden. Zum Beispiel kann jeder Teil einen ersten und einen zweiten Bereich aus unterschiedlichem Material enthalten. Der erste und der zweite Bereich weisen unterschiedliche Dicken auf.
In einem illustrativen Beispiel des vorliegenden erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Senkkörperplatine, ein sogenannter Sinker bzw. eine Senkkörper-Platine hergestellt, welcher ein "multi-kalibriges", dünnes, flaches, metallisches Teil umfasst und in der Strickindustrie sehr häufig verwendet wird; dieser Sinker weist einen ersten Bereich von Stahl 1095 mit einer Dicke von 0.010 Zoll (0,254 mm) auf, während ein zweiter Bereich, ebenfalls aus Stahl 10951, eine Dicke von 0.020 Zoll (0.508mm) besitzt.
Die Einschränkungen, die sich durch das "Stufen"-Walzen gemäss dem Verfahren nach dem Stand der Technik für die fertigen Teile aufdrängen, werden mit dem vorliegenden Verfahren vermieden. Während die Dickenvariation beim "Stufen"-Walzverfahren gemäss dem Stand der Technik praktisch auf eine Reduktion auf 50% begrenzt ist, begegnet man beim vorliegenden Verfahren keiner ähnlichen Einschränkung. Im weiteren lässt sich das vorliegende Verfahren vorteilhaft bei Teilen anwenden, welche erste und zweite Bereiche aus unterschiedlichen Werkstoffen aufweisen. Solche Strukturen können mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik nicht erreicht werden.

KURZEBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. list eine Seitenansicht eines Metallstreifens mit varierender Dicke nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Metallstreifen nach dem Stand der Technik, mit aus dem Streifen ausgestanzten Sinkern, wobei jeder sinker mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlicher Dicke umfasst;
Fig. 3 ist eine vergrösserte Seitenansicht des Sinkers.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf zwei Metallstreifen, welche gemäss der vorliegenden Erfindung mittels einer elektrischen Bogenschweissung zusammengeschweisst und nachher ausgestanzt wurden.
Fig. 5 ist eine vergrösserte seitliche Ansicht des Streifens gemäss Fig. 4;
Fig. 6A bis Fig. 6H sind sequentielle schematische Darstellungen einer Frontpartie eines Sinkers in Zusammenwirkung mit einer Stricknadel;
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf drei miteinander verschweisste und anschliessend in einem anderen als in Fig. 4 dargestellten Muster ausgestanzte Metallstreifen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Unter Bezugnahme auf den Stand der Technik und insbesondere auf die Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, in welcher Weise ein Streifen, wie er am besten in der Seitenansicht gemäss Fig. 1 zu erkennen ist, durch ein intermittierendes oder "Stufen"-Walzverfahren erzeugt werden kann. Verhältnismässig dicke Bereiche 10,10 des Streifens können als Darstellung der ursprünglichen Dicke betrachtet werden, während verhältnismässig dünne Bereiche 12,12 die bearbeiteten oder stufengewalzten Bereiche desselben Streifens darstellen. Wie erwähnt, kann Stufenwalzen bis zu einer maximalen Reduktion von ca. 50% durchgeführt werden, aber eine dieses Verhältnis übersteigende Reduktion ist entweder nur mit Schwierigkeiten oder überhaupt nicht zu erreichen. Wenn also die Bereiche 10,10 eine Dicke von 0.020 Zoll aufweisen, so können die Bereiche 12,12 bei der Herstellung der Teile 14,14, Fig. 3, deren Umrisse in Fig. 2 bei 14a, 14a ersichtlich sind, auf eine Dicke von etwa 0.010 Zoll reduziert sein. Die Teile 14,14 sind in der Strickindustrie als sinker bekannt und weisen Frontbereiche 12a,12a mit reduzierter Dicke sowie rückwärtige Bereiche 10a, 10a mit der Dicke des ursprünglichen Streifens auf. Ein herkömmlicher Stanzvorgang kann zur Abtren nung der Sinker 14,14 vom Streifen durchgeführt werden, wobei Positionierungslöcher 16, 16 als Hilfe zur Erreichung einer präzisen Anordnung der Schnittstelle zwischen verschiedenen Dicken jedes Sinkers verwendet werden. Es ist offensichtlich, dass beim Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik, wie er mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben ist, zusätzlich zu den Einschränkungen bezüglich der Dickenreduktion eine beträchtliche Menge an Abfallmaterial entsteht.
Das verbesserte Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung vielfältiger multi-charakteristischer Teile verwendet werden, einschliesslich der sinker für Strickmaschinen sowie von sogenannten "Transfer-Jacks" und ähnlichen Teilen. Wie schon erwähnt, können die Eigenschaften, durch welche sich einzelne Bereiche jedes der Teile voneinander unterscheiden, Unterschiede in der Dicke, im Material etc. umfassen. Das dargestellte Beispiel, welches hiermit beschrieben wird, kann als ein "mult-kalibriges" Teil bezeichnet werden, in welchem erste und zweite Bereiche jedes Teils aus demselben Material bestehen jedoch unterschiedliche Dicke aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem gemäss dem dargestellten Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Sinkers um ein konventionelles Teil, welches in Strickmaschinen des röhrentyps bzw. in Rundstrickmaschinen verwendet und in Fig. 3 mit 14 bezeichnet ist. Jeder Sinker 14 weist eine ersten bzw. vorderen Bereich 20 auf, welcher ein "arbeitender" Teil ist, sowie einen zweiten bzw. hinteren Bereich 22, welcher den angetriebenen Teil bildet. Genauer gesagt wird der zweite bzw. hintere Bereich 22 jedes Sinkers 14 in einer Röhrentyp- bzw. Rundstrickmaschine durch eine Nockenanordnung angetrieben.
Die Art und Weise, in welcher ein Sinker in einer Röhrentyp- bzw. Rundstrickmaschine mit einer Stricknadel zusammenwirkt, ist im wesentlichen in den Fig. 6A - H dargestellt. Der in den Fig. 6A - H abgebildete Strickvorgang ist als "Single Yersey"- Stricken bekannt, und hunderttausende von Nadeln und Sinkern werden weltweit für solche Vorgänge verwendet. In Fig. 6A wird die Stricknadel 24, auch nockenbetätigt, in einer Zwischenstellung ihres Aufwärtshubes gezeigt, wobei sich die Klinke 26 der Nadel in einer offenen Stellung befindet; diese Stellung ist üblicherweise als "Tuck-Stellung" bekannt. in Fig. 6b hat die Stricknadel 24 ihre Aufwärtsbewegung beendet und.eine umgekehrte bzw. abwärtsgerichtete Bewegung begonnen, wobei die Schleife des Materials 28 von der Klinke 26 frei und unter derselben angeordnet ist. Dies ist "Clearing-Stellung" bekannt. Gleichzeitig hat der Sinker eine Rückwärtsbewegung begonnen. In Fig. 6C sind die Nadel und der Sinker in einer "Garn-Zufuhr-Stellung" dargestellt, wobei ein Abschnitt des Garns 30 hinter dem Sinker-Teil 20 angeordnet ist und sich aufwärts und vorwärts erstreckt, so dass es vom Vorsprung der Nadel bei deren weiterer Abwärtsbewegung erfasst werden kann. In Fig. 6D wurde das Garn 30 von der Nadel erfasst so dass es leicht abwärts gezogen wird durch die weitere Abwärtsbewegung der Nadel während die Klinke in eine teilweise geschlossene Stellung gedreht wurde durch eine vorausgehende Schleife 28, die sich um die Nadel 24 erstreckt. Dies ist bekannt als "Klinkenschliess-Stellung". In Fig. 6E werden die Nadel und der Sinker in einer sogenannten "Casting-Stellung" dargestellt, wobei die Klinke ihre vollständig geschlossene Stellung erreicht hat, das Garn 30 nach unten gezogen worden ist und dabei ist, in die Schleife 28 eingeführt zu werden. Die Abwärtsbewegung der Nadel geht weiter in Fig. 6F, bis zu einer Stellung die als "Knockover-Stellung" bekannt ist, in welcher das Garn abwärts durch die Schleife 28 gezogen wurde, wobei in einer initialen Bewegung eine neue Schleife teilweise gebildet wird. Die noch weiterführende Abwärtsbewegung der Nadel, gekoppelt mit der gleichzeitigen Vorwärtsbewegung des Sinkers in Fig. 6G ergibt eine Ausdehnung einer Schleife 39a, welche aus dem Garn 30 bis zu annähernd seiner ganzen Länge gebildet wird, worauf die Nadel 24 und der Sinkerteil 20 beide ihre Richtung wechseln wie es in Fig. 6H dargestellt ist. Aus der Stellung gemäss 6H kehren die Nadel und der Sinker in die Stellung gemäss 6A zurück, worauf der Zyklus wiederholt wird.
Der beschriebenen Zyklus kann sich bei Rundstrickmaschinen bzw. Röhrentypstrickmaschinen in Grössenordnungen von bis zu 5000 Zyklen pro Minute wiederholen, mit der gesamten offensichtlichen Beanspruchung der Nadel und des Sinkers bei schnellen Bewegungen und insbesondere bei schnellen Richtungswechseln, welche bei jedem Zyklus vorkommen. Wie erwähnt, werden sowohl der Sinker als auch die Nadel im allgemeinen durch Nocken getrieben, und zwar von ihren hinteren Enden, und die Sinker sind zwecks gradliniger Fiihrung während des notwendigerweise genauen, sich reproduzierenden Ablaufs in Schlitzen aufgenommen. Es sei auch festgestellt, dass die vorderen Enden der Sinker und Nadeln in extrem dicht besetzter Umgebung angeordnet sein können, weshalb für den vorderen Bereich der Sinker vorzugsweise dünnstmögliches Metall verwendet wird. Das hintere Ende derselben, welches mit einem Nocken zusammenwirkt und von diesem betätigt wird, sollte natürlich wesentlich dicker und stärker sein. Deshalb uafasst eine übliche Sinker-Konstruktion einen vorderen Bereich aus Stahl 1095 mit einer Dicke von etwa 0.010 Zoll, während der hintere Bereich auch aus Stahl 1095 besteht und eine Dicke von 0.020 Zoll aufweist.
Gemäss Fig. 4 kann ein metallischer Streifen 32 als Stahl 1095 mit einer Dicke von 0.010 Zoll betrachtet werden, während ein Streifen 34 aus Stahl 1095 mit einer Dicke von 0.020 Zoll besteht. Wie ersichtlich, sind die Streifen 32 und 34 länglich und Seite an Seite nebeneinander angeordnet, wobei sich ihre inneren Längskanten berühren und die Streifen im wesentlichen koplanar angeordnet sind. Die inneren Kanten können aneinanderstossen oder sich überlappen oder in einer anderen für Bogenschweissen geeigneten gegenseiti gen Lage angeordnet sein.
Der Vorgang des elektronischen Bogenschweissens ist allgemein bekannt und ist üblicherweise anwendbar für eine Vielfalt von Stahl, einschliesslich Streifen von Stahl 1095. Eine Schweissune oder -zone 36, welche durch elektronisches Bogenschweissen herge stellt wurde, erstreckt sich in Längsrichtung und stellt eine Verbindung von hoher Qualität und grosser Stärke zwischen den Streifen 32 und 34 her, welche den Eigenschaften des Ursprungsmetalles gleich ist oder diese übertrifft. Somit kann der geschweisst Streifen zerstanzt werden, zur Erzeugung einer Serie von Sinkern, von welchen sich jeder quer über den geschweissten Streifen erstreckt, wie es in Fig. 4 durch die Ausschnitte bzw. Durchbrüche 18a, 18a dargestellt ist. Die Schweisslinie oder -zone 36 befindet sich natürlich genau an der erwünschten Stelle jedes Sinkers bzw. jedes anderen Teiles, damit die erwünschte gegenseitige Anordnung der ersten und der zweiten Bereiche zustandekommt. Positionierungslöcher wie 16 sind nicht notwendig. Wenn ein dreiteiliger Streifen, wie der in Fig. 7 dargestellte, zur Herstellung von Sinkern verwendet wird, ist es natürlich möglich, ein Paar von parallelen elektronischen Bogenschweissungen 38, 40 gleichzeitig oder nacheinander auf drei Metallstreifen 42, 44 und 46 anzuwenden, die wie dargestellt Seite an Seite nebeneinander angeordnet sind. Die Streifen 42 und 46 können eine Dicke von 10/1000 Zoll aufweisen, während der Streifen 44 eine Dicke von 20/1000 Zoll aufweisen kann.
Die Flexibilität des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde schon weiter oben erwähnt, und es wird angemerkt, dass verschiedene Materialien wie Metalle, Karbide etc. Nach diesem Verfahren miteinander verbunden werden können. Entsprechend ist dessen Fähigkeit ersichtlich&sub1; die Dicken-Beschränkungen zu überwinden, welchen man bei einem Stufen-Walzverfahren begegnet. Im weiteren wird der Materialabfall stark vermindert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung kleiner dünner metallischer Teile (14), welche einen erste Bereich (20) und einen zweiten Bereich (22) mit unterschiedlicher Dicke aufweisen, wobei das Verfahren das Stanzen eines Streifens mit zwei benachbarten Teilstreifen (10,12, 32, 34) von unterschiedlicher Dicke, und das Stanzen einer Folge von gleichen kleinen Teilen (14) aus diesem Streifen umfasst, wobei jeder Teil einen ersten Bereich (20), der aus dem ersten Teilstreifen (10, 32) und einen zweiten Bereich (22), der aus dem zweiten Teistreifen (12, 34) entstanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster länglicher Metallstreifen (32) zur Verfügung gestellt wird, der sich in Längsrichtung über eine bekannte jedoch unbestimmte Länge erstreckt, dass ein zweiter Metallstreifen (34) zur Verfügung gestellt wird, dessen Dicke sich von der Dicke des ersten Metallstreifens unterscheidet, wobei sich der zweite Metallstreifen (34) mindestens im wesentlichen in Längsrichtung soweit wie der erste Metallstreifen (32) erstreckt, dass die beiden Metallstreifen Kante-an-Kante ineinanderübergehend und in im wesentlichen koplanarer gegenseitiger Anordnung und in aneinanderstossender oder sich überlappender Anordnung positioniert werden, dass die beiden Metallstreifen (32, 34) in nebeneinanderhegender, im wesentlichen koplanarer gegenseitiger Anordnung längs einer sich in Längsrichtung erstreckenden Schweisszone (36) durch elektronisches Bogenschweissen verschweisst werden, und dass die Folge der gleichen, kleinen Teile (14) aus den miteinander verschweissten Metallstreifen (32, 34) gestanzt wird, wobei sich jedes Teil (14) quer zur Schweisszone (36) erstreckt und wobei ein erster Bereich (20) jedes Teils (14) aus dem ersten Streifen (32) und ein, seitlich an den ersten Bereich (20) anschliessender, zweiter Bereich (22) aus dem zweiten Metallstreifen (34) hergestellt ist.

2. Verfahren nach Pate ntanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Teile (14) einen ersten Bereich (20) und einen zweiten Bereich (22) aufweist, die aus demselben Material hergestellt sind.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Teile (14) einen ersten Bereich (20) und einen zweiten Bereich (22) aufweist, die aus unterschiedlichen, jedoch für elektronisches Bogenschweissen kompatiblen Materialien hergestellt sind.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei aneinander angrenzende Metallstreifen miteinander verschweisst werden mit den in der Folge daraus gestanzten Teile in abwechslender relativer Lage.

20 5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Teile (14) einen erste Bereich (20) aus Stahl 1095 und einen zweiten Bereich (22) aus Karbid aufweist.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Teile (14) einen ersten Bereich (20) und einen zweiten Bereich (22) aus Stahl 1096 aufweist, wobei die Dicke des ersten Bereichs (20) 0,010 Zoll (0,254 mm) und die Dicke des zweiten Bereichs (22) 0,020 Zoll (0,508 mm) beträgt.

7. Verfahrend nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (14) zur Verwendung in Strickmaschinen ausgebildet sind, wobei die ersten Bereiche (20) arbeitende Enden und die zweiten Bereiche (22) getriebenen Enden bilden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (14) Senkkörper-Platinen bzw. Sinker sind.