DE69535730T2

DE69535730T2 - Schmiedeverfahren

Info

Publication number: DE69535730T2
Application number: DE69535730T
Authority: DE
Inventors: Paul A Stone; Rickey J Thomas; Stephen R Crosby; Ronald R Biederman; Charles P Gure; Timothy T Mckenzie; Richard A Adams
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1995-12-18
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2015-12-19
Also published as: JP3315988B2; JP2002086245A; DE69535323T2; DE69535323D1; NZ300765A; JPH10511896A; CN1056793C; EP1502675A3; ATE387974T1; ATE346704T1; NZ334160A; ES2301141T3; EP0800430A4; EP1736256A3; HUT76966A; AU4601196A; EP1502675B1; DE69535730D1; JP3955746B2; WO1996020803A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmiedeverfahren zum Formen von Metallteilen, beispielsweise von Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen.
Werkzeugeinsätze vom Spitzbohrertyp, hierin nachfolgend als "Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze" bezeichnet, werden im Allgemeinen verwendet, um Löcher durch Holz oder andere Materialien zu bohren oder zu schneiden. Ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz wird normalerweise zum Bohren von Löchern mit einem relativ großen Durchmesser verwendet, aus denen eine große Menge Holz oder anderes Material entfernt werden muss. So werden zum Beispiel beim Bau eines Hauses Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze oft verwendet, um eine Reihe von ausgerichteten Löchern durch benachbarte Streben zu bohren, durch die sich eine Leitung oder Verkabelung erstrecken wird.
Wie in 1 dargestellt, weist ein herkömmlicher Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 1 einen länglichen Schaft 2 auf, der eine Längsachse 3 definiert. Ein Blattbereich 4 ist mit einem vorderen Ende des Schaftes verbunden, und das hintere, dem vorderen Ende gegenüberliegende Ende des Schafts wird während der Bohrarbeitsgänge von einer Bohrmaschine aufgenommen und gehalten. Der Blattbereich ist im Allgemeinen eben und bildet, wie in 2 dargestellt, eine Mittellinie 5 in der Ebene des Blattbereiches und erstreckt sich durch die Längsachse. Der Blattbereich weist ferner ein Paar von Seitensegmenten 4 auf, die sich quer in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Verwiesen wird zum Beispiel auf das US-Patent Nr. 2 782 824 von Robinson und erteilt am 26. Februar 1957; das US-Patent Nr. 4 682 917 von Williams, III, erteilt am 28. Juli 1987; das US-Patent Nr. 4 950 111 von Thomas, erteilt am 21. August 1990; das US-Patent Nr. 5 061 127 von Thomas, erteilt am 29. Oktober 1991; das US-Patent Nr. 5 286 143 von Schimke, erteilt am 15. Februar 1994, und das Britische Patent Nr. 2 130 935 A , veröffentlicht am 13. Juni 1984. Ein herkömmlicher Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz weist weiterhin einen im Allgemeinen dreieckigen Dorn 7 auf, der mit einem vorderen Ende des Blattbereichs verbunden ist und sich axial davon erstreckt, um so in einer Ebene mit diesem angeordnet zu sein. Wie Fachleuten bekannt ist, dient der Dorn dazu, den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz während des Bohrvorganges zu führen und zu zentrieren.
Der Dorn 7 sowie jedes Seitensegment 6 weist allgemein eine Schneidkante 8 zum Entfernen von Holz oder anderem Material auf, wenn der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 2 in einer vorbestimmten Drehrichtung während der Bohrvorgänge gedreht wird. Insbesondere erstrecken sich die Dornschneidkanten entlang den einander gegenüberliegenden Seiten der Basis des Dorns am vorderen Ende des Blattbereiches bis zu dem vordersten Bereich des Dorns, d. h. bis zur Dornspitze. Weiterhin ist die Schneidkante jedes Seitensegmentes an dem vorderen Ende des Blattbereiches gebildet, so dass die Schneidkante des Seitensegments mit dem Werkstück eingreift, wenn der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz in der vorbestimmten Drehrichtung gedreht wird.
Bei Betrieb bohren die Schneidkanten des Dorns 7 zu Anfang eine Vorbohrung in das Werkstück. Danach greifen die Schneidkanten der Seitensegmente 6 ein und entfernen Material aus dem Werkstück, um ein Loch mit einem vorbestimmten Durchmesser zu bohren. Da der Dorn 7 eines herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 2 normalerweise in einer Ebene mit den im Allgemeinen flachen Seitenseg menten liegt, wie es in 2 dargestellt ist, grenzt jede Schneidkante des im Allgemeinen dreieckigen Dorns an die Schneidkante des benachbarten Seitensegmentes an. Somit wird ein Paar durchgehender Schneidkanten 8 gebildet, von denen jede eine Schneidkante des dreieckigen Dorns und eine Schneidkante des benachbarten Seitensegments aufweist. Verwiesen wird zum Beispiel auf das US-Patent Nr. 2 782 624 von Robinson; das US-Patent Nr. 4 682 917 von Williams, III; das US-Patent Nr. 5 221 166 von Bothum, erteilt am 22. Juni 1993; das US-Patent Nr. 5 286 143 von Schimke und auf das US-Patent Nr. 5 291 806 von Bothum, erteilt am 8. März 1994.
Der Späneauswurf, der während der Bohrarbeitsgänge erzeugt wird, ist wegen der Ausrichtung der Schneidkanten und der Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes im Allgemeinen radial entlang der Schneidfläche und in Richtung auf den äußeren Umfang des gebildeten Loches gerichtet.
Der Späneauswurf wird jedoch in der Nähe der Ecke, die durch den Schnitt einer Dornschneidkante und der Schneidkante eines benachbarten Seitensegments gebildet wird, nicht vollständig entfernt. Statt dessen sammeln sich in der durch die Schneidkanten des Dorns und des Seitensegments gebildeten Ecke Späne an, da die Späne durch die sich schneidenden Schneidkanten nicht von der Ecke weg geleitet werden. Wegen des Ansammelns von Späneauswurf schneidet die in der Nähe der Ecke durch die Schneidkanten des Dorns und des Seitensegmentes gebildete Schneidkante nicht gleich in das Werksstück und entfernt das Material daraus. Statt dessen muss zusätzliche Energie aufgewendet oder ein zusätzliches Drehmoment ausgeübt werden, um den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz zu drehen und ein Loch durch das Werkstück zu bohren, wenn sich Späneauswurf in der Ecke zwischen den Schneidkanten des Dorns und des Seitensegments angesammelt hat.
Ein weiteres Problem, das durch die radiale Auswärtsbewegung des Späneauswurfes entlang den Flächen der Schneidkanten des Seitensegments verursacht wird, ist, dass der Späneauswurf in die Umfangswand des gebildeten Loches gedrückt wird und somit zwischen der Umfangswand und der äußeren Kante des sich drehenden Blattbereiches haften bleibt. Das Anhaften erhöht den Energiebedarf des Bohrers weiter.
Die primäre Ursache dieser Probleme ist, wie in 2 dargestellt, dass die Schneidkanten 8 jedes Seitensegmentes 6 nicht mit der Mittellinie 5 ausgerichtet sind, die durch die Längsachse 3 verläuft. Statt dessen ist jede Schneidkante vor der Mittellinie in der vorbestimmten Drehrichtung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 1 positioniert. Da die Schneidkanten vor der Mittellinie positioniert sind, wird der Späneauswurf nicht rein in Umfangsrichtung von den Schneidkanten weg geleitet. Statt dessen übt die Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes auch eine radiale Kraftkomponente auf den Späneauswurf aus, die ihn gegen die Umfangswand drückt.
Während der Bohrarbeitsgänge können herkömmliche Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze auch das Werkstück, in das das Loch gebohrt wird, aufsplittern. Insbesondere können herkömmliche Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze das Werkstück sowohl an den Eintritts- als auch an den Austrittspunkten aufsplittern und ein Loch erzeugen, das relativ raue Seitenwände aufweist und dadurch die Qualität und die Sauberkeit des sich ergebenden Loches verringern. In vielen Fällen sind saubere Löcher mit einer relativ hohen Qualität erwünschter als Löcher mit rauen und aufgesplitterten Seitenwänden. So kann zum Beispiel eine Verkabelung leichter durch saubere Löcher mit glatten Seitenwänden gezogen werden, da Löcher mit rauen und aufgesplitterten Seitenwänden den Reibungswiderstand der durch sie gezogenen Kabel erhöhen und, in einigen Fällen, die Isolierung, die das durch die Löcher gezogene Kabel umgibt, zerschneiden oder in anderer Weise beschädigen können.
Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze werden normalerweise durch ein Warmschmiedeverfahren geformt. Gemäß diesem Verfahren wird eine Rolle eines Drahtmaterials mit einem vorgegebenen Durchmesser in Segmente geschnitten, von denen jedes etwa die Länge eines einzelnen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aufweist. Jedes Segment wird dann gestaucht, um einen Materialbereich mit einem vergrößerten Durchmesser an dem ersten Ende des Segmentes zu bilden, d. h. einen Materialwulst, der an dem ersten Ende einen vergrößerten Durchmesser über eine kürzere Länge aufweist. Danach wird das Segment erhitzt und durch Zusammendrücken des erhitzten Wulstes des Materials zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Gesenke geschmiedet. Normalerweise ist das Paar einander gegenüberliegender Gesenke in einer geradlinigen Weise geschlossen, so dass der erhitzte Wulst des Materials Druckkräften ausgesetzt ist, die das Material in die durch die Gesenke vorbestimmte Form drücken. Das geschmiedete Teil kann dann entgratet und fertigbearbeitet werden, um Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze wie die vorher beschriebenen herzustellen. Weiterhin kann eine Identifizierungskennzeichnung während der Bearbeitung auf den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz gestanzt werden. Durch das anfängliche Schneiden des Drahtmaterials müssen jedoch die Teile einzeln gehandhabt und durch das Warmschmiedeverfahren verarbeitet werden. So muss zum Beispiel jedes einzelne Teil während jedes Verfahrensschrittes in geeigneter Weise ausgerichtet werden, um zu sicherzustellen, dass die dadurch gebildeten Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze innerhalb der Toleranz liegen.
Unabhängig von dem Verfahren, nach dem er geformt wird, wird die Leistungsfähigkeit eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes normalerweise durch mehrere Parameter gemessen. Ein solcher Parameter ist die Qualität des Loches, das durch einen Spitzbohrer-Werkzeug einsatz erzeugt wird, definiert durch die Sauberkeit des Loches, die sowohl die Sauberkeit der Eintritts- und Ausgangspunkte als auch die relative Glätte der Seitenwände des sich ergebenden Loches einschließt. Weiterhin wird ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz durch die Drehzahl, mit der er ein Loch mit einem vorbestimmten Durchmesser schneidet, sowie durch die Leistung oder das Drehmoment, die erforderlich sind, um das Loch mit dem vorbestimmten Durchmesser zu bohren, bewertet. Schließlich ist die Langlebigkeit oder Lebensdauer des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz selbst, normalerweise gemessen nach Einsatz- oder Wartungsstunden, ein Parameter. Es ist daher erwünscht, langlebige Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze zu entwickeln, die schnell Löcher mit hoher Qualität bohren, während sie eine minimale Leistung oder ein minimales Drehmoment erfordern.
Die US 4 996 863 beschreibt ein Verfahren zum Schmieden gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In Anbetracht des vorhergehenden Hintergrundes ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen mehrerer Metallteile, beispielsweise von Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen, zur Verfügung zu stellen, die die erforderliche Handhabung und Verarbeitung der einzelnen Teile wesentlich verringern.
Diese Aufgabe wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, durch ein Verfahren, das die Merkmale von Anspruch 1 umfasst, berücksichtigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke nach ihrem Einführen in einen durch ein Gesenkgehäuse gebildeten Hohlraum, beispielsweise durch einen Stempel, radial umschlossen. Das Gesenkgehäuse, in das die Schmiedegesenke eingeführt werden, umgibt während des Schmiedear beitsgangs umfangsmäßig das Paar von Schmiedegesenken und verstärkt diese. Die Schmiedegesenke, normalerweise ein Paar von Schmiedegesenken, bewegen sich daher in einer vorbestimmten Richtung radial nach innen, die schräg zu den jeweiligen Berührungsebenen verläuft, die durch die einander gegenüberliegenden Berührungsflächen gebildet werden. Die jeweiligen Berührungsflächen üben somit sowohl axiale als auch radiale Kräfte wenigstens auf Bereiche des Werkstücks aus, um das Teil mit vorbestimmter Form in dem Hohlraum zu erzeugen, der zwischen dem Paar einander gegenüberliegender Schmiedegesenke gebildet wird. Wegen der Form der Berührungsflächen und der sich daraus ergebenden Ausrichtung der axialen und radialen Kräfte werden günstig ausgerichtete Beanspruchungen in dem Werkstück erzeugt, die das wirksame Ausbilden des Teils mit vorbestimmter Form erleichtern.
Um die vorbestimmte Ausrichtung der Schmiedegesenke aufrechtzuerhalten, weist die Schmiedevorrichtung vorzugsweise ein Seitengesenk auf, das benachbart zu jeder der einander gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführung bilden die Schmiedegesenke und das Paar Seitengesenke eine konische Gesenkanordnung, die durch den inneren konischen, durch das Gesenkgehäuse gebildeten Hohlraum aufgenommen wird. Die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke bilden weiterhin Eingangs- und Ausgangsöffnungen, durch die sich das durchgehende Metallmaterial zum Schmieden mehrerer Teile erstreckt.
Das Schmiedeverfahren verwendet somit gleichzeitig axiale und radiale Kräfte zum Verformen eines Werkstücks. Daher können dünne Teile mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung leicht geschmiedet werden. Ferner ist die Energie, die zum Schmieden von Teilen mit einer vorbestimmten Größe und einer vorbestimmten Form erforderlich ist, im Vergleich zu herkömmlichen Druckschmiedeverfahren geringer, in denen durch Drehen der Schmiedegesenke in dem Gehäuse Kräfte auf gewünschte Positionen in dem Werkstück ausgeübt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht eines herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes von vorn.
2 ist eine Endansicht eines herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 1 während eines Bohrvorgangs.
3 ist eine Draufsicht des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes von vorn.
4 ist eine Draufsicht eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes von der Seite.
5 ist eine Endansicht des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 3 gesehen entlang der Linie 5-5 aus 3, die entlang der Mittellängsachse verläuft und die Ausrichtung der vorderen Schneidkanten der Seitensegmente entlang einer Mittellinie dar, die durch die Mittellängsachse verläuft, darstellt.
5A ist eine teilweise Seitenansicht eines Bereichs eines Seitensegments des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 5 entlang der Linie 5A-5A aus 5 und stellt den Hakenwinkel dar.
6 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Bereichs des Dorns des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 3 entlang der Linie 6-6 aus 3 und stellt die Schneidkante des Dorns dar.
7 ist eine perspektivische Teilansicht eines Seitensegments eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes und stellt den abgeschrägten Eckbereich dar.
7A ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Bereichs des Seitensegments des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes entlang der Linie 7A-7A aus 7 und stellt den Abschrägungsfreiwinkel dar, der durch den abgeschrägten Eckbereich gebildet wird.
8 ist eine stark vergrößerte Teildraufsicht des Blattbereichs eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes von vorn.
9 ist eine Querschnittsendansicht des Blattbereichs des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 8 entlang der Linie 9-9 aus 8 während eines Bohrvorgangs und zeigt seinen deutlich Z-förmigen Querschnitt.
10 ist eine seitliche Querschnittsansicht entlang der Linie 10-10 aus 9 eines Bereichs eines Seitensegments des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes während Bohrvorgängen, um die sich ergebende Späneabfuhr zu erläutern.
11 ist eine Draufsicht einer Ausführung eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes von vorn, in der der längliche Schaft und der Blattbereich durch ein Gewinde ineinandergreifen.
12 ist eine seitliche Querschnittsansicht der Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 11 entlang der Linie 12-12 aus 11 und stellt die Gewindeverbindung des länglichen Schafts mit dem Blattbereich dar.
13 ist eine Querschnitts-Endansicht der Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 11 entlang der Linie 13-13 aus 11 und zeigt die Drehung des Blattbereichs.
14 ist eine seitliche Teilquerschnittsansicht eines Bereichs eines Seitensegments des Blattbereichs der Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 11 entlang der Linie 14-14 aus 13 und zeigt einen Schneidblatteinsatz.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer selbstzuführenden Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes, die einen mit Gewinde versehenen Dorn aufweist.
16 ist eine Explosionsansicht von Bauteilen der selbstzuführenden Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes aus 15.
17 ist ein Blockdiagramm eines Warmschmiedeprozesses zum Herstellen von Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen.
18 ist ein erläuterndes Blockdiagramm eines Beispiels des Schmiedeprozesses der vorliegenden Erfindung zum Herstellen mehrerer Teile, beispielsweise von Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen der vorliegenden Erfindung, aus einem durchgehenden Metallmaterial.
19 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung der Gesenkanordnung zum Ausüben von Druckkräften während eines Schmiedearbeitsgangs.
20 ist eine schematische Darstellung der Gesenkanordnung und eines zugehörigen Gesenkgehäuses zum Ausüben von sowohl axialen als auch radialen Kräften, die während eines Schmiedearbeitsgangs wiederum Druck-, Zug- und Scherbeanspruchungen in dem Werkstück erzeugen.
21 ist eine schematische Darstellung einer Endansicht einer Gesenkanordnung und eines zugehörigen Gesenkgehäuses zum Ausüben von sowohl Druck- als auch Scherkräften während eines Schmiedearbeitsgangs.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend vollständiger unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Die Erfindung kann jedoch in vielen anderen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin angeführten Ausführungen beschränkt angesehen werden, sondern die vorliegende Ausführung ist so beschrieben, dass die vorliegende Offenbarung eingehend und vollständig ist und den Schutzumfang der Erfindung an Fachleute vermittelt. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, weist ein Werkzeugeinsatz vom Spitzbohrertyp der vorliegenden Erfindung, hierin nachfolgend als "Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz" bezeichnet, einen länglichen Schaft 12 auf, der eine Mittellängsachse 14 durch ihn definiert. Der hintere Bereich 16 des Schaftes ist dazu angepasst, in einer Bohrmaschine (nicht dargestellt) aufgenommen und gehalten zu werden. So weist zum Beispiel der längliche Schaft typischerweise einen zylindrischen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich 16 auf, der im Querschnitt sechseckig ist, damit er sicher von dem Futter einer Bohrmaschine (nicht dargestellt) aufgenommen und gehalten wird.
Der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 weist weiterhin einen Blattbereich 18 auf, der mit einem vorderen Ende des länglichen Schaftes 12 verbunden und in der dargestellten Ausführung einstückig mit dem Schaft 12 gebildet ist. Der Blattbereich weist ein Paar von im Allgemeinen flachen Seitensegmenten 20 auf, die sich seitlich in entgegengesetzten Richtungen von der Mittellängsachse 14 erstrecken. Wie in 5 dargestellt, bilden die Seitensegmente vorzugsweise jeweilige Querebenen 22, die parallel zueinander und zu der Mittellängsachse verlaufen. Gemäß dieser Ausführung weist der Blattbereich weiterhin ein im Wesentlichen ebenes Mittelsegment 24 auf, das entlang der Mittellängsachse angeordnet ist und eine Mittelebene 26 bildet. Insbesondere weist das Mittelsegment einander gegenüberliegenden Seiten 28, die parallel zur Mittellängsachse verlaufen, ein hinteres Ende, das mit dem vorderen Ende des Schaftes verbunden ist, und ein gegenüberliegendes vorderes Ende auf. Gemäß dieser Ausführung ist das Paar von Seitensegmenten entlang den jeweiligen Seiten des Mittelsegments mit dem Mittelsegment verbunden. Insbesondere ist das Paar von Seitensegmenten mit den jeweiligen Seiten des Mittelsegments so verbunden, dass durch die jeweiligen Seitensegmente 20 gebildete Querebenen 22 die Mittelebene 26, die durch das Mittelsegment 24 definiert ist, unter einem Schrägwinkel 29 schneiden.
Der Blattbereich 18 weist ferner einen Dorn 30 auf, der mit dem vorderen Ende des Blattbereichs verbunden ist und sich axial von diesem erstreckt, um den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 während der Bohrarbeitsgänge zu zentrieren und zu führen. Wie am besten in den 3 und 8 dargestellt ist, weist der Dorn dieser Ausführung im Allgemeinen eine dreieckige Form auf und erstreckt sich zu einer Dornspitze auf der Mittellängsachse 14. Der Dorn weist weiterhin ein. Paar von Dornschneidkanten 32 auf, die in 6 im Querschnitt dargestellt sind und sich entlang den einander gegenüberliegenden Seiten des Dorns zwischen der Dornspitze und einer Dornbasis am vorderen Ende des Blattbereichs erstrecken. Die Dornschneidkanten sind angeordnet, um zu Anfang während der Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes in der vorbestimmten Drehrichtung, wie sie durch die entgegen dem Uhrzeigersinn gerichteten Pfeile in 5 angezeigt ist, das Werkstück zu berühren.
Jedes Seitensegment 20 weist weiterhin eine jeweilige vordere Schneidkante 34 auf. Jede vordere Schneidkante ist entlang der führenden Kante des vorderen Endes des jeweiligen Seitensegmentes gebildet, um zu Anfang das Material zu berühren und zu entfernen, wenn sich der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 während der Bohrarbeitsgänge in der vorbestimmten Drehrichtung dreht. Wie durch die Pfeile in 5 dargestellt ist, ist der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz dazu angepasst, sich entgegen dem Uhrzeigersinn, gesehen von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende entlang der Mittellängsachse, zu drehen.
Die jeweiligen vorderen Schneidkanten 34 der Seitensegmente 20 sind vorzugsweise zueinander entlang einer Mittellinie 36 ausgerichtet, die durch die zentrale Mittellängsachse 14 des länglichen Schafts 12 verläuft, wie in 5 dargestellt. Dadurch dass sie entlang der Mittellinie ausgerichtet sind, die durch die zentrale Mittellängsachse des länglichen Schafts verläuft, entfernen die vorderen Schneidkanten das Material während der Bohrarbeitsgänge effektiver als herkömmliche Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze, bei denen die vorderen Schneidkanten der jeweiligen Seitensegmente nicht zueinander ausgerichtet sind, sondern sich vor einer Mittellinie erstrecken, die durch die Mittellängsachse 14 verläuft. Siehe zum Beispiel 2.
Genauer ausgedrückt, wird die dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 der vorliegenden Erfindung während der Bohrarbeitsgänge zugeführte Energie oder das zugeführte Drehmoment über die ausgerichteten vorderen Schneidkanten 34 effektiver auf das Werkstück übertragen. Für eine gegebene Abmessung eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes wird die dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz der vorliegenden Erfindung zugeführte Energie effektiver auf das Werkstück übertragen, weil der Momentenhebelarm des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes kürzer ist als der Momentenhebelarm eines herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, wobei das zumindest teilweise dem deutlich Z-förmigen Querschnitt des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes der vorliegenden Erfindung zuzuschreiben ist. Weiterhin wird die dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz der vorliegenden Erfindung zugeführte Energie effektiver auf das Werkstück übertragen, weil die Gesamtlänge der Dornschneidkanten 32 und der vorderen Schneidkanten des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes der vorliegenden Erfindung eines gegebenen Durchmessers kleiner ist als die Gesamtlänge der Dornschneidkanten und der vorderen Schneidkanten eines herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes mit gleichem Durchmesser. Wegen der effektiveren Energieübertragung dreht sich der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz der vorliegenden Erfindung schneller, um Löcher mit relativ hoher Qualität zu erzeugen.
Die Ausrichtung der vorderen Schneidkanten der Seitensegmente 20 entlang einer durch die Mittellängsachse 14 verlaufenden Mittellinie 36 verbessert weiterhin die Leistung des Spitzbohrer-Werkzeug-einsatzes durch das Leiten der entfernten Späne senkrecht von der Schneidkante und nach oben, wie es in den 9 und 10 dargestellt ist, und nicht radial nach außen. Dadurch dass der Späneauswurf in die angeführte Richtung und nicht wie bei den herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen radial nach außen gerichtet ist, behindert der Späneauswurf nicht die nachfolgende Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes durch sein Haften zwischen dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz und den Seitenwänden des dadurch gebildeten Loches. Somit wird die Lebensdauer des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes durch Verringerung des Verschleißes an dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz erhöht, und der Wirkungsgrad, mit dem der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz ein Loch vorbestimmter Größe bohrt, wird verbessert.
Wie am besten in den 8 und 9 dargestellt ist, erstreckt sich jede Dornschneidkante 32 vorzugsweise von einem am weitesten innen liegenden Bereich der vorderen Schneidkante 34 des benachbarten Seitensegments 20 radial nach außen. Somit ist jede Dornschneidkante radial von der vorderen Schneidkante des benachbar ten Seitensegments getrennt. Weiterhin bildet der Dorn 30 vorzugsweise eine Dornebene, die schräg zu den jeweiligen durch die Seitensegmente gebildeten Querebenen verläuft, so dass jede Dornschneidkante vorzugsweise auch winkelmäßig gegenüber der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments in der vorbestimmten Drehrichtung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10, gesehen entlang der Mittellängsachse 14, versetzt ist. Insbesondere ist jede Dornschneidkante winkelmäßig hinter der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments in der vorbestimmten Drehrichtung angeordnet. Somit ist auch jede Dornschneidkante winkelmäßig von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments getrennt. Weiterhin erstreckt sich zumindest ein Bereich jeder Dornschneidkante 32 axial von der vorderen Schneidkante 34 des benachbarten Seitensegments in Längsrichtung nach hinten, so dass jede Dornschneidkante auch in axialer Richtung von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments getrennt ist.
Wegen der Trennung jeder Dornschneidkante 32 von der vorderen Schneidkante 34 des benachbarten Seitensegments 20 entfernt der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 das Material während der Bohrarbeitsgänge effektiver. Insbesondere wird das Material durch entweder eine Dornschneidkante oder durch eine vordere Schneidkante eines Seitensegments entfernt und im Allgemeinen durch die jeweilige Schneidkante von der Schneidfläche nach hinten geleitet. Wegen der Trennung der Dornschneidkante von der vorderen Schneidkante des benachbarten Seitensegments sammelt sich wenig, wenn überhaupt, Späneauswurf dazwischen an, wie vorher im Zusammenhang mit herkömmlichen Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen beschrieben. Statt dessen wird der Späneauswurf im Allgemeinen von der Schneidfläche nach hinten geleitet, so dass der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit sowohl der Dornschneidkante als auch mit der benachbarten vorderen Schneidkante in das Werkstück weiterschnei den kann, wodurch die Effektivität des Bohrarbeitsgangs weiter erhöht wird.
Jedes Seitensegment 20 kann weiterhin einen jeweiligen abgeschrägten Eckbereich 35 aufweisen. Wie in den 3 und 8 dargestellt, weist jeder abgeschrägte Eckbereich eine abgeschrägte Kante auf, die sich sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen von der jeweiligen vorderen Schneidkante 34 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die vordere Schneidkante jedes Seitensegments normalerweise von einem inneren Bereich seitlich nach außen zu einem äußeren Bereich. Somit erstreckt sich die abgeschrägte Kante jedes abgeschrägten Eckbereiches von der jeweiligen vorderen Schneidkante vorzugsweise sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen.
Durch das Erstrecken von der jeweiligen vorderen Schneidkante 34 sowohl axial nach hinten als auch seitlich nach außen können die abgeschrägten Eckbereiche 35 wiederholt die Umfangswand des sich ergebenden Loches schneiden, da der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 der vorliegenden Erfindung drehend durch das Werkstück vorgeschoben wird. Daher kann der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz effektiv Löcher hoher Qualität mit glatten Umfangswänden und relativ sauberen Eingangs- und Ausgangspunkten herstellen.
Wie am besten in den 3 und 8 dargestellt, ist ein Abschrägungswinkel 37 zwischen der abgeschrägten Kante jedes jeweiligen abgeschrägten Eckbereiches 35 und einer Linie parallel zu der Mittellängsachse 14 gebildet. Der Abschrägungswinkel beträgt normalerweise zwischen etwa 30° und etwa 60° und, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, etwa 45°. Wie in 8 dargestellt, weist jeder abgeschrägte Bereich weiterhin eine vorbestimmte Breite 39 auf, die entlang einer Linie, die kolinear mit der jeweiligen vorderen Schneidkante 34 verläuft und sich zwischen der jeweiligen abgeschrägten Kante und einer Linie parallel zu der Mittellängsachse erstreckt, gemessen wird.
Die vorbestimmte Breite der abgeschrägten Eckbereiche 35 verändert sich normalerweise direkt mit der Größe des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10, so dass größere Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze abgeschrägte Eckbereiche mit größeren Breiten und kleinere Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze abgeschrägte Eckbereiche mit kleineren Breiten aufweisen. So können zum Beispiel für einen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit einem Durchmesser zwischen 38 mm (1,5 Inch) und 22 mm (0,875 Inch) die abgeschrägten Eckbereiche eine Breite von etwa 2,3 mm (0,090 Inch) aufweisen. Weiterhin können für einen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit einem Durchmesser zwischen 21 mm (0,8125 Inch) und 19 mm (0,75 Inch) die abgeschrägten Eckbereiche eine Breite von etwa 1,8 mm (0,070 Inch) aufweisen. Gleichermaßen können für einen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit einem Durchmesser zwischen 17 mm (0,6875 Inch) und 16 mm (0,625 Inch) die abgeschrägten Bereiche eine Breite von etwa 1,5 mm (0,060 Inch) aufweisen. Weiterhin kann ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit einem Durchmesser zwischen 14 mm (0,5625 Inch) und 13 mm (0,5 Inch) abgeschrägte Eckbereiche mit einer Breite von etwa 1,3 mm (0,050 Inch) aufweisen, während ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz mit einem Durchmesser von etwa 11 mm (0,4375 Inch) und 10 mm (0,375 Inch) abgeschrägte Eckbereich mit einer Breite von etwa 0,7 mm (0,025 Inch) haben kann. Die abgeschrägten Bereiche von Spitzbohrer-Werkzeugeinsätzen können jedoch jede Zahl von Breiten aufweisen.
Wie in 5A dargestellt, bildet weiterhin ein vorderer Bereich jedes Seitensegments vorzugsweise eine Schneidebene 38. Die Schneidebene schneidet die durch das jeweilige Seitensegment 20 gebildete Querebene 22, um einen Hakenwinkel 40 dazwischen zu bilden. Vorzugsweise beträgt der Hakenwinkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und bevorzugter etwa 15°. Die vorderen Schneidkanten 34 der dargestellten Ausführung sind winkelmäßig vor den Querebenen der jeweiligen Seitensegmente in der vorbestimmten Drehrichtung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10, gesehen entlang der Mittellängsachse 14, angeordnet. Wie in den 9 und 10 dargestellt, werden durch die vordere Schneidkante von dem Werkstück entfernte Späne durch die weitere Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes und teilweise durch den zwischen der Schneidebene und der Querebene gebildeten Hakenwinkel nach oben oder nach hinten entlang des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes und von der Schneidfläche weg geleitet.
Weiterhin kann jedes Seitensegment 20 des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10 auch ein vorderes Ende mit einer vorderen Endfläche 42 aufweisen, die sich zwischen der jeweiligen vorderen Schneidkante 34 und einer hinteren Kante 44 erstreckt. In einer Ausführung bildet jede vordere Endfläche eine jeweilige vordere Endebene, die eine Ebene 48 senkrecht zu der Mittellängsachse 14 schneidet, um einen Schneidlippenfreiwinkel 50 dazwischen zu bilden. Vorzugsweise beträgt der Schneidlippenfreiwinkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und bevorzugter etwa 15°. Vorteilhafterweise neigt sich die vordere Endfläche von der vorderen Schneidkante zu der hinteren Kante nach hinten, so dass während der Bohrarbeitsgänge nur die vordere Schneidkante die Schneidfläche berührt. Somit werden der Widerstand oder andere Reibungskräfte, die zwischen dem sich drehenden Werkzeugeinsatz und dem Werkstück erzeugt werden, verringert, und der Wirkungsgrad, mit dem der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz bohrt, wird weiter verbessert.
Insbesondere weist in der in 6 dargestellten Ausführung jede vordere Endfläche erste und zweite vordere Endebenen 46a bzw. 46b auf, die eine Ebene 48 senkrecht zu der Mittellängsachse 14 schneiden, um erste und zweite Schneidlippenfreiwinkel 50a bzw. 50b dazwischen zu bilden. Wie dargestellt, ist der zweite Schneidlippenfreiwinkel normalerweise größer als der erste Schneidlippenfreiwinkel, um den Widerstand oder andere Reibungskräfte, die zwischen dem sich drehenden Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz und dem Werkstück erzeugt werden, weiter zu verringern. So beträgt zum Beispiel in einer Ausführung der erste und der zweite Schneidlippenfreiwinkel etwa 5° bzw. 8°. Die ersten und zweiten Schneidlippenfreiwinkel können jedoch verändert werden.
Wie in den 7 und 7a dargestellt ist, weist der abgeschrägte Eckbereich 35 jedes Seitensegments 20 eine abgeschrägte Fläche auf, die sich zwischen der jeweiligen abgeschrägten Kante und einer hinteren Kante erstreckt. Jede abgeschrägte Fläche bildet eine Abschrägungsebene, die eine Ebene senkrecht zu der durch das jeweilige Seitensegment gebildeten Querebene 22 schneidet, um dadurch einen Abschrägungsfreiwinkel 41 zu bilden. Vorteilhafterweise neigt sich die abgeschrägte Fläche von der abgeschrägten Kante zu der hinteren Kante radial nach innen, um einen Abschrägungsfreiwinkel zwischen etwa 10° und etwa 20° und in einer bevorzugten Ausführung von etwa 12° zu bilden.
Weiterhin weist jedes Seitensegment 20 der dargestellten Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10 eine erste Seite, die mit dem mittleren Segment 24 entlang einer Seite 28 davon verbunden ist, und eine gegenüberliegende zweite Seite 52 auf, die eine zweite oder äußere Fläche bildet. Die zweite oder äußere Seitenfläche erstreckt sich zwischen den jeweiligen vorderen und hinteren Kanten, und folgt, wie in 5 dargestellt, vorzugsweise dem Kreisbogen in dem seitlichen Querschnitt, um den Widerstand oder andere Reibungskräfte, die durch die Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes in dem Loch erzeugt werden, weiter zu verringern. Alternativ kann die Seitenfläche radial nach innen von der vorderen Kante zu der hinteren Kante spitz zulaufen, so dass nur die vordere Kante der Seitenfläche des Seitensegments die Seitenwände des Loches berührt, um dadurch das Klemmen des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes weiter zu verringern.
Die zweiten Seiten 52 des jeweiligen Seitensegments 20 sind ebenfalls axial von dem vorderen Ende zu dem hinteren Ende des Blattbereiches 18 spitz zulaufend. Somit wird, wie in 3 dargestellt, ein Seitenflächenkegelwinkel 53, der normalerweise etwa die Hälfte von 1° oder 1/2° beträgt, zwischen der Seitenflächen-ebene und einer Linie parallel zu der Mittellängsachse 14 gebildet. Durch das spitze Zulaufen der zweiten Seiten der Seitensegmente nach innen berühren vorzugsweise die Seitenflächen nur das Werkstück nahe der Schneidfläche, so dass Widerstand oder andere Reibungskräfte noch weiter verringert werden.
Der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 der vorliegenden Erfindung kann integral aus einem einzigen Metallstück hergestellt sein, wie in den 3 und 4 dargestellt. Alternativ kann der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz aus der Kombination verschiedener Komponenten geformt werden. Wie in den 11 und 12 dargestellt, können zum Beispiel der längliche Schaft 12 und der Blattbereich 18 getrennt geformt und danach verbunden werden, um den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz zu bilden.
Insbesondere kann der Blattbereich 18 einen inneren Hohlraum 54 aufweisen, der sich an einem hinteren Ende, mit dem der längliche Schaft 12 verbunden ist, öffnet. Somit kann der längliche Schaft 12 ein sich nach vorn erstreckendes Element 56 aufweisen, das dazu angepasst ist, in den durch den Blattbereich gebildeten Hohlraum aufgenommen zu werden.
Der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 dieser Ausführung kann weiterhin Mittel zum Verriegeln des sich nach vorn erstreckenden Elements des Schafts in dem inneren Hohlraum des Blattbereichs aufweisen. So können zum Beispiel die Verriegelungsmittel komplementäre Gewindebereiche aufweisen, die in dem inneren Hohlraum des Blattbereichs und entlang dem sich nach vorn erstreckenden Element des Schafts gebildet sind, so dass der Schaft und der Blattbereich durch eine Schraubverbindung verbunden sein können. Wie Fachleuten bekannt ist, ist die Schraubverbindung vorzugsweise selbst-festziehend, so dass eine Drehung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes in der vorbestimmten Drehrichtung die Schraubverbindung zwischen dem Schaft und dem Blattbereich weiter festzieht. Der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz kann auch andere Verriegelungsmittel aufweisen. So können zum Beispiel der Blattbereich und der Schaft in Presspassung oder durch Hartlöten verbunden sein, um eine sichere Verbindung zwischen ihnen zu sicherzustellen. Weiterhin kann der Schaft einen inneren Hohlraum und der Blattbereich ein entsprechendes, sich nach hinten erstreckendes Mittel zum Verriegeln der Teile aufweisen.
Wie in den 13 und 14 dargestellt, kann jedes Seitensegment 20 einer Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10 einen Schneidblatteinsatz 58 aufweisen. Jeder Schneidblatteinsatz umfasst normalerweise ein relativ hartes Material, beispielsweise Karbid, und ist entlang dem vorderen Ende eines jeweiligen Seitensegments befestigt, um eine jeweilige vordere Schneidkante 34 und, in einigen Ausführungen, die jeweilige abgeschrägte Kante 35 zu bilden. Weiterhin können die durch die jeweiligen Schneidblatteinsätze der vorliegenden Ausführung gebildeten vorderen Schneidkanten entlang der Mittellinie 36 ausgerichtet sein, die durch die Mittellängsachse 14 des länglichen Schafts 12 verläuft, wie es vorher beschrieben wurde.
Obwohl ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 aus mehreren Stücken bestehen und weiterhin Schneidblatteinsätze 58 aufweisen kann, wie in den 11 bis 14 dargestellt, kann ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz der vorliegenden Erfindung aus mehreren Stücken bestehen, ohne Schneidblatteinsätze aufzuweisen. Gleichermaßen kann ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz als eine einstückige Einheit hergestellt sein, aber trotzdem Schneidblatteinsätze 58 aufweisen. Alternativ können die vorderen Schneidkanten 34, und, in einigen Fällen, die abgeschrägten Kanten 35 eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes der vorliegenden Erfindung durch das Auftragen einer Schicht eines relativ harten Materials, beispielsweise Diamant, auf ein Substrat, nämlich auf die führende Kante des vorderen Endes jedes Seitensegments, gebildet werden. Das relativ harte Material ist vorzugsweise fester als die darunterliegenden Seitensegmente.
Wie in 15 dargestellt, kann der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz auch selbstzuführend sein, um den Eintritt in und das Vorschieben des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes durch ein Werkstück zu erleichtern. Gemäß der vorliegenden Ausführung weist der Blattbereich 18' des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10' einen mit Gewinde versehenen Dorn 30' auf, der mit dem vorderen Ende des Blattbereiches verbunden ist und sich axial von diesem erstreckt. Wie dargestellt, weist der Blattbereich der selbstzuführenden Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes weiterhin ein Paar von im Allgemeinen ebenen Seitensegmenten 20' auf, die sich von der Mittellängsachse 14' des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes seitlich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. In der dargestellten Ausführung weisen die Seitensegmente jeweilige abgeschrägte Eckbereiche 35' und jeweilige vordere Schneidkanten 34' auf, die zueinander entlang einer Mittellinie 36' ausgerichtet sind, die durch die Mittellängsachse verläuft. Somit zählen zu den Merkmalen, die die selbstzuführende Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes mit den anderen vorher beschriebenen Ausführungen gemeinsam hat, der Z-förmige Querschnitt des Blattbereiches, wie am besten in den 5, 13 und 15 dargestellt, und die abgeschrägten Eckbereiche der Seitensegmente, wie am besten in den 3, 8 und 15 zu erkennen ist. Somit bietet die selbstzuführende Ausführung des in 15 dargestellten Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes ebenfalls die zahlreichen, vorher ausführlich beschriebenen Verbesserungen der Bohreffektivität.
Die selbstzuführende Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10' kann gemäß jedem Fachleuten bekannten Verfahren, beispielsweise Warmschmieden, hergestellt werden. Alternativ kann die selbstzuführende Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes gemäß dem nachfolgend beschriebenen Schmiedeverfahren geformt werden. Wie in 16 dargestellt, ist jedoch ein anderes Verfahren des Formens der selbstzuführenden Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes das Verbinden mehrerer Stücke, um den Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz aus 15 zu bilden. Insbesondere ist der mit Gewinde versehene Dorn 30' an einem ersten Ende eines länglichen Schaftes 12' durch irgendeine herkömmliche Technologie ausgebildet. Der Rest des Blattbereichs, einschließlich der sich entgegengesetzt erstreckenden Seitensegmente 20', ist als ein getrenntes Stück gebildet, das eine innere Gewindebohrung aufweist, die sich axial durch sie erstreckt. Der Rest des Blattbereichs ist an dem länglichen Schaft befestigt und steht im Gewindeeingriff mit dem mit Gewinde versehenen Dorn. Danach kann eine rohrförmige Hülse 57' darüber angeordnet und mit dem länglichen Schaftrundgesenkgeschmiedet werden, um den Blattbereich sicher an dem Schaft zu befestigen und um die in 15 dargestellte selbstzuführende Ausführung des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes zu bilden.
Der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 und seine einzelnen Stücke können durch ein Warm-Schmiedeverfahren ausgebildet werden, wie es schematisch in 17 dargestellt ist. Wie dargestellt, wird eine durchgehende Länge des Metallmaterials 59, beispielsweise Draht, anfangs in mehrere Stücke geschnitten, wobei jedes Stück letztendlich einen Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz bildet. Danach werden die einzelnen Teile gestaucht, um einen Wulst des Materials an einem ersten Ende des Teils 62 zu bilden. Jedes gestauchte Teil wird dann nacheinander erwärmt und geschmiedet, wie es durch die Blöcke 64 bzw. 66 dargestellt ist. Für ein Werkstück aus einer Stahllegierung z. B. wird jedes gestauchte Teil auf eine Temperatur zwischen 649°C und 1205°C (1200°F und 2200°F) erwärmt. Danach kann ein Paar einander gegenüberliegender Gesenke 68 um das erwärmte Teil geschlossen werden. Die einander gegenüberliegenden Gesenke bilden einen Hohlraum mit vorbestimmter Form, der wiederum die sich ergebende Form des geschmiedeten Teils bildet. Nach dem Schmieden können die einander gegenüberliegenden Gesenke geöffnet und die überstehenden Grate von dem geschmiedeten Teil abgegratet werden, wie es in Block 70 dargestellt ist. Danach kann vor der Wärmebehandlung, der Fertigbearbeitung und dem Verpacken des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes ein Identifizierungskennzeichen, beispielsweise die Breite des Blattbereichs, in das Teil gestanzt werden, wie es durch die Blöcke 72, 74, 76 bzw. 78 dargestellt ist.
Alternativ kann der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 durch ein Schmiedeverfahren geformt werden, wie es in 18 dargestellt ist. Wenn auch nachfolgend als Kaltschmiedeverfahren beschrieben, kann das Werkstück vor dem Schmiedeschritt erwärmt werden, so dass das Schmiedeverfahren ein Warm- oder Heiß-Schmiedeverfahren ist. Die Temperaturbereiche, in denen jedes der verschiedenen Materialien, aus denen das Werkstück geformt werden kann, aufgeheizt werden muss, um kalt-, warm- oder heißgeschmiedet zu werden, hängt unter anderem von der Festigkeit und den inneren Eigenschaften des jeweiligen Materials ab, und sie sind Fachleuten bekannt. So haben zum Beispiel Werkstücke aus Stahllegierungen normalerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur und 149°C (300°F) während Kaltschmiedevorgängen, eine Temperatur zwischen 93°C und 760°C (200°F und 1400°F) während Warmschmiedevorgängen und eine Temperatur zwischen 649°C und 1205°C (1200°F und 2200°F) während Heißschmiedevorgängen. Weiterhin ist das Schmiedeverfahren der vorliegenden Erfindung, das einen Heißschmiedeschritt für ein Werksstück aufweist, besonders effektiv zum Schmieden von Werkstücken, die aus einem Material mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt bestehen, beispielsweise Aluminium, Messing, Zink und Kupfer.
Weiterhin kann, wenn auch in Verbindung mit der Herstellung mehrerer Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze beschrieben, das in 18 dargestellte Kaltschmiedeverfahren eine große Vielfalt von Teilen herstellen, einschließlich und ohne Beschränkung Schraubendreher-Werkzeugeinsätze und Fräser-Werkzeugeinsätze, und es ist für das Herstellen anderer Metallteile, beispielsweise einer Ankerwelle, geeignet.
Wie in 18 dargestellt, werden mehrere Teile, beispielsweise der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz, aus einer durchgehenden Länge des Metallmaterials 80, beispielsweise eines Drahtausgangsmaterials, geschmiedet. Normalerweise ist das Metallmaterial eine Stahllegierung. Das Metallmaterial kann jedoch jedes Fachleuten bekannte, schmiedbare Material sein. So kann zum Beispiel das Metallmaterial Kupfer, Aluminium, Titan, Zink, Messing sein, oder es kann sich um Legierungen davon handeln.
Unabhängig von dem Material wird das durchgehende Metallmaterial zu Anfang gerichtet, indem es durch eine Reihe ausgerichteter Walzen geleitet wird, wie in Block 82 dargestellt. Das gerichtete Metallmaterial wird dann, beispielsweise durch ein Schaltmittel, schrittweise vorgerückt, wie in Block 84 dargestellt. Das Schaltmittel rückt das durchgehende Metallmaterial schrittweise in Längsrichtung um eine vorbestimmte lineare Strecke in Stromabwärtsrichtung vor. Wie in Block 86 dargestellt, wird ein führender Bereich des durchgehenden Metallmaterials, normalerweise durch eine Klemme, beispielsweise durch ein Paar einander gegenüberliegender Klemmgesenke, nach jedem schrittweisen Vorrücken des Metallmaterials geklemmt, so dass der führende Bereich an einer festen Stelle gehalten wird.
Jedes Mal wenn das Metallmaterial 80 geklemmt und an einer festen Stelle gehalten wird, wird ein stromaufwärts von dem geklemmten führenden Bereich des durchgehenden Metallmaterials liegender Bereich geschmiedet. Wie schematisch in dem Block 88 dargestellt und nachfolgend im Zusammenhang mit den 19 bis 21 ausführlicher erläutert, ist das Schmiedemittel normalerweise eine Schmiedevorrichtung mit mehreren Gesenken 90, die radial um das durchgehende Metallmaterial geschlossen sind. Die mehreren geschlossenen Gesenke bilden einen Hohlraum mit vorbestimmter Form, der wiederum die sich ergebende Form des geschmiedeten Bereichs des Metallmaterials festlegt. Weiterhin bilden die mehreren geschlossenen Gesenke Eingangs- und Ausgangsöffnungen, durch die sich das durchgehende Metallmaterial während des Schmiedeschritts erstreckt.
Wie in Block 85 dargestellt, kann das Metallmaterial 80 vor dem Schmiedeschritt erwärmt werden, um die Schmiedbarkeit des Metallmaterials zu verbessern. So kann zum Beispiel eine Induktionsspule stromaufwärts von den mehreren Gesenken 90 um das durchgehende Metallmaterial angeordnet sein. Alternativ können die Gesenke Heizelemente aufweisen, um während des Schmiedeschritts das Metallmaterial in den Gesenken, beispielsweise durch Induktionserwärmung, zu erwärmen. Wie vorher beschrieben, schließt das Verfahren der vorliegenden Erfindung jedoch weiterhin das Kaltschmieden ein, bei dem das Metallmaterial im Allgemeinen nicht erwärmt wird, oder, für ein Stahllegierungsmaterial, zum Beispiel eine Temperatur von zwischen Raumtemperatur und 149°C (300°F) aufweist.
Während des Schmiedeschritts 88 wird das durchgehende Metallmaterial 80 in Längsrichtung größer. Diese Vergrößerung in Längsrichtung wird durch eine Ausgleichsvorrichtung ausgeglichen, die eine längsgerichtete Bewegung des Bereichs des durchgehenden Metallmaterials, der sich stromaufwärts von der festen Stelle befindet, in Stromaufwärtsrichtung ermöglicht. In einer Ausführung sind die mehreren Schmiedegesenke 90 an einem in Längsrichtung bewegbaren Schlitten 92 befestigt. Somit bewirkt die Vergrößerung des durchgehenden Metallmaterials in Längsrichtung zwischen dem geschmiedeten Bereich, um den die mehreren Gesenke radial geschlossen sind, und dem führenden Bereich, der geklemmt ist, die Bewegung des Schlittens in Längsrichtung stromaufwärts. Somit bleiben die mehreren Gesenke während jedes Schmiedeschritts um den gleichen Bereich des Metallmaterials geschlossen, während eine Bewegung des durchgehenden Metallmaterials in Längsrichtung stromaufwärts, und, in einigen Ausführungen, eine entsprechende Drehung der Rolle, auf dem das zugeführte Metallmaterial angebracht ist, ermöglicht wird, um die Vergrößerung des Metallmaterials in Längsrichtung auszugleichen. Wie in 18 dargestellt, kann der Schlitten in Längsrichtung vorgespannt sein, beispielsweise durch eine Feder oder eine andere Vorspanneinrichtung 94, um eine übermäßige Bewegung des Schlittens in Stromaufwärtsrichtung zu verhindern und den Schlitten nach jedem Schmiedeschritt in seine Ausgangsstellung zurückzuführen.
Nach dem Schmieden eines Bereichs des Metallmaterials 80 werden die mehreren Gesenke 90 radial geöffnet, und der Führungsbereich des Metallmaterials wird von den Klemmgesenken bei 86 freigegeben, so dass das durchgehende Metallmaterial durch das Schaltmittel 84 schrittweise vorgerückt werden kann. Danach werden die Klemm- und Schmiedeschritte vorzugsweise wiederholt, um ein anderes Teil aus dem durchgehenden Material zu schmieden. Wie in Block 86 dargestellt, stanzen die Klemmgesenke vorzugsweise auch eine Identifizierungskennzeichnung in ein zuvor geschmiedetes Teil. Weiterhin kann ein zuvor geschmiedetes Teil auf die vorbestimmte Form des Teils durch Entfernen von Graten oder von überschüssigem Material, das während des Schmiedens erzeugt wird, bearbeitet werden, wie es in Block 87 dargestellt ist, wobei das Metallmaterial geklemmt wird und ein anderes Teil geschmiedet wird.
Wie in Block 96 dargestellt, wird das Teil erst nach den Schmiede- und Stanzschritten von dem Bereich des durchgehenden Metallmaterials 80, der sich über den geklemmten Führungsbereich des Metallmaterials hinaus erstreckt, beispielsweise durch Abtrennmittel, abgetrennt. Nach dem Abtrennen können die einzelnen Teile wärmebehandelt, fertigbearbeitet und verpackt werden, wie es in den Blöcken 98, 100 bzw. 102 dargestellt ist.
Durch das Bearbeiten mehrerer, noch mit dem durchgehenden Metallmaterial verbundener Teile wird der Handhabungsumfang der einzelnen Teile wesentlich verringert. Weiterhin kann die Ausrichtung der Gesenke 90 der Schmiedemittel in Bezug auf das Metallmaterial genauer beibehalten werden, um Teile mit hoher Qualität herzustellen, die scharf ausgeprägte Merkmale aufweisen, wie zum Beispiel die oben beschriebene radiale, winkelmäßige und längsrichtungsmäßige Trennung der Dornschneidkante 32 von der vorderen Schneidkante 34 der jeweiligen Seitensegmente 20 des Blattbereichs 18 des Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes 10. Weiterhin können durch Verändern des Ausmaßes des durch das Schaltmittel ausgeführten Vorrückens in Längsrichtung Teile verschiedener Länge aus dem gleichen durchgehenden Metallmaterial hergestellt werden, beispielsweise Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze mit einem länglichen Schaft veränderlicher Länge.
Wie in den 19 bis 21 dargestellt, kann ein Teil mit vorbestimmter Form gemäß dem Schmiedeverfahren der vorliegenden Erfindung aus einem Werkstück 120 geschmiedet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung können mehrere Teile, beispielsweise Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze, aus einem durchgehenden Metallmaterial geschmiedet werden, wie vorher beschrieben, oder es können alternativ ein einzelnes Teil oder mehrere einzelne Teile geschmiedet werden. Das Schmiedeverfahren der vorliegenden Erfindung kann auch eine große Vielfalt anderer Teile herstellen, beispielsweise Schraubendreher-Werkzeugeinsätze und Fräser-Werkzeugeinsätze, und es kann angenommen werden, dass sie auch für die Herstellung anderer Metallteile, beispielsweise von Ankerwellen und der abgeschrägten Eckbereiche der Seitensegmente, wie am besten in den 3, 8 und 15 dargestellt, geeignet sind.
Weiterhin werden, wenn auch der Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz 10 so geschmiedet werden könnte, dass er einen Blattbereich 18 mit seitlich einander gegenüberliegenden Seitensegmenten 20 aufweist, die jeweilige abgeschrägte Eckbereiche 35 haben, die Seitensegmente des Spitzbohrer-Werkzeugein-satzes der vorliegenden Erfindung nach dem Schmiedeprozess normalerweise geschliffen, beispielsweise durch ein herkömmliches Schleifverfahren, um die jeweiligen abgeschrägten Eckbereiche zu bilden. Daher können die abgeschrägten Eckbereiche, die in Bezug auf eine Linie parallel zu der Mittellängsachse 14 einen vorbestimmten Abschrägungswinkel 37 bilden, präzise in die jeweiligen Seitensegmente geschliffen werden.
Wie in 19 dargestellt, weist die Schmiedevorrichtung 110' einander gegenüberliegende Schmiedegesenke 112, normalerweise ein Paar von einander gegenüberliegenden Schmiedegesenken, auf, die zwischen sich einen Hohlraum 114 bilden. Der Hohlraum bildet wiederum die sich ergebende Form des Teils, das gemäß dem Schmiedeverfahren und der Schmiedevorrichtung geformt wird. Genauer ausgedrückt kann zumindest ein und vorzugsweise jedes Schmiedegesenk eine Berührungsfläche 116 mit geringfügig ausgeprägter Z-Form haben, die einen Bereich des Hohlraumes bildet. Gemäß einer Ausführung weisen die gegenüberliegenden Schmiedegesenke zwei einander gegenüberliegende Sätze von Schmiedegesenken auf, wobei jeder Satz davon zumindest ein Schmiedegesenk mit einer Berührungsfläche mit geringfügig ausgeprägter Z-Form aufweist.
Wie vorher im Zusammenhang mit dem Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz beschrieben, weist der Z-förmige Hohlraum einen mittleren Bereich 134 auf, der eine mittlere Ebene 136 und einander gegenüberliegende Seitenbereiche 138 bildet, die sich von den einander gegenüberliegenden Seiten des mittleren Bereiches erstrecken. Die einander gegenüberliegenden Seitenbereiche bilden jeweilige Querebenen 140, die schräg zu der mittleren Ebene verlaufen. Die jeweiligen Berührungsflächen berühren und formen das Werkstück 120 in die vorbestimmte Form des sich ergebenden Teils. Jede jeweilige Berührungsfläche 116 weist vorzugsweise auch zumindest einen Bereich auf, der relativ eben ist und eine Berührungsebene 118 bildet und parallel zu dem relativ ebenen Bereich des anderen Gesenks verläuft.
Die Schmiedevorrichtung 110 weist weiterhin Mittel zum radialen Schließen der einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke auf. Wie nachfolgend in Bezug auf die 20 und 21 beschrieben, weisen die Mittel zum radialen Schließen der Schmiedegesenke ein Gehäuse 130 auf. Insbesondere bewegen sich die Schmiedegesenke 112 bei relativer Bewegung zwischen dem Gesenkgehäuse und dem Paar einander gegenüberliegender Schmiedegesenke, wie in 20 dargestellt und nachfolgend ausführlich beschrieben, in einer vorbestimmten Richtung radial nach innen, wie durch die Pfeile in 19 angezeigt.
Eine Berührungsebene 118 des Schmiedegesenks 112 kann durch verschiedene Bereiche der jeweiligen Berührungsfläche 116 gebildet werden. So verlaufen zum Beispiel, wie in 19 dargestellt, die mittleren Bereiche 117 der jeweiligen Berührungsflächen schräg zu der vorbestimmten Richtung, in der die Schmiedegesenke schließen und jeweilige Berührungsebenen bilden. Somit üben die Berührungsebenen sowohl axiale als auch radiale Kräfte 142 bzw. 144 auf das Werkstück aus, die während des Verformungsvorgangs wiederum zu Druck-, Zug- und Scherspannungen in dem Werk stück führen. Die sich ergebenden Druck- und Scherkraftkomponenten verformen daher das Werkstück 120 nach außen in die durch die Schmiedegesenke gebildete Form.
Genauer ausgedrückt, wird ein Winkel 122 zwischen den jeweiligen Berührungsebenen 118 und einer Bezugsebene 124 senkrecht zur vorbestimmten Richtung, in der sich die Schmiedegesenke 112 bewegen, wie in 19 dargestellt, gebildet. In einer bevorzugten Ausführung beträgt der Winkel zwischen etwa 5° und etwa 15° und in einem spezifischen Beispiel etwa 10°. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck "Druckkraft" die Kräfte in der vorbestimmten Richtung, in der sich die Schmiedegesenke bewegen, und der Ausdruck "Scherkraft" umfasst die Querkräfte, die dazu neigen, das Werkstück 120 radial nach außen zu verformen. Somit erhöht bzw. verringert sich für eine vorgegebene Größe der Energiezuführung die Größe der auf das Werkstück ausgeübten Scherkraft und Druckkraft, wenn der zwischen einer jeweiligen Berührungsebene und der Bezugsebene gebildete Winkel größer wird. Gleichermaßen verringert bzw. vergrößert sich für eine vorgegebene Größe der Energiezuführung die Größe der auf das Werkstück ausgeübten Scherkraft und Druckkraft, wenn der zwischen einer jeweiligen Berührungsebene und der Bezugsebene gebildete Winkel kleiner wird.
Zumindest die Teile des Werkstücks 120, die der Scherkraft und somit einer Scherspannung ausgesetzt sind, werden leichter verformt, da die Scherspannung der gebräuchlichsten Werkstücke, d. h. der meisten Metallmaterialien, kleiner ist als die Druck-spannung des gleichen Materials. Normalerweise beträgt die Scherspannung von Metallmaterialien etwa 60% der Druckspannung des gleichen Materials. So werden zum Beispiel während des Ausbildens eines Spitzbohrer-Werkzeugeinsatzes gemäß dem vorliegenden Verfahren beide Seitensegmente vorzugsweise relativ hohen Scherspannungen zum Erzeugen der maximalen Querverschiebungsform eines Werkstücks oder eines Drahtes mit kleinstem Ausgangsdurchmesser ausgesetzt.
Somit ist wesentlich weniger zugeführte Energie erforderlich, um ein Werkstück 120 mit Scherkräften zu verformen, als wenn die Verformung mit Druckkräften erfolgt. Weiterhin erlaubt es das Ausüben von Scherkräften, die leichter ein Werkstück radial nach außen verformen, das Verhältnis der Dicke eines Teils zu der Breite oder zu dem Durchmesser eines Teils zu verringern, so dass dünne Teile mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise ein Spitzbohrer-Werkzeugeinsatz, gemäß der vorliegenden Erfindung leichter geschmiedet werden können.
Das Ausüben einer Scherkraft zum Verformen des Werkstücks 120 erhöht jedoch wesentlich die Kräfte, denen die Schmiedegesenke und das Gehäuse während des Schmiedevorgangs standhalten müssen, und es wurde daher in herkömmlichen Schmiedevorgängen vermieden, in denen die Schmiedegesenke geradlinig geschlossen werden, um Druckkräfte auf das Werkstück auszuüben. Um diesen erhöhten Kräften zu widerstehen, umfassen die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke 112 in einer bevorzugten Ausführung Schnellstahl und bevorzugter CPM^® REX^TM Schnellstahl oder einen äquivalenten Schnellstahl, der von der Colt Industries Crucible Specialty Metals Division, Syracus, New York, vertrieben wird und ausführlicher in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Crucible Data Sheet by Colt Industries Crucible Specialty Metals Division" (Datenblatt Tiegelstähle der Spezialmetallabteilung der Colt Industries) beschrieben und mit der Dokumentennummer D88 308-5M-776 bezeichnet ist.
Weiterhin ist die Zeit, die erforderlich ist, um ein Werkstück 120 mit Scherkräften zu verformen, im Allgemeinen größer als die zum Verformen eines ähnlichen Werkstücks mit Druckkräften benötigte entsprechende Zeit. Daher ist für Teile mit einem relativ kleinen Durchmesser, beispielsweise für Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze mit einem Durchmesser von etwa 9,5 mm (3/8 Inch) oder weniger, bei denen die Verformung des Werkstücks mit Scherkraft keine bedeutsamen Menge zugeführter Energie einspart, der Winkel 122, der zwischen den jeweiligen Berührungsebenen 118 und der Bezugsebene 124 gebildet wird, verringert oder entfällt, so dass erhöhte Druckkräfte auf das Werkstück ausgeübt werden und der Verformungsprozess schneller vor sich geht. Bei diesen Ausführungen können jedoch Scherkräfte, obwohl in geringerer Größe, noch durch die Berührungsflächen ausgeübt werden, die schräge Querbereiche aufweisen, wie es durch den Z-förmigen Hohlraum aus 19 gezeigt ist. Für Teile mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise für Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze mit einem Durchmesser von etwa 11 mm (7/16 Inch) oder mehr, bei denen die Verformung des Werkstücks mit Scherkraft eine bedeutsame Menge zugeführter Energie einspart, sind die jeweiligen Berührungsebenen vorzugsweise unter einem Winkel, beispielsweise 10°, in Bezug auf die Bezugsebene angeordnet.
Die Mittel zum Schließen der einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke weisen Mittel zum Aufrechterhalten einer vorbestimmten Ausrichtung der einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke 112 während des Schmiedevorgangs auf. Wie in den 19 und 21 dargestellt, weisen die Mittel zum Aufrechterhalten einer Ausrichtung der einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke vorzugsweise ein Paar einander gegenüberliegender Seitengesenke 126 auf. Die einander gegenüberliegenden Seitengesenke sind benachbart zu den einander gegenüberliegenden Seitenflächen 128 angeordnet, die durch die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke gebildet sind. Wie schematisch in 21 dargestellt, bilden die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar der Seitengesenke eine Gesenkanordnung, die eine im Allgemeinen konische Form aufweist.
Wie weiterhin schematisch in den 20 und 21 dargestellt, weisen die Mittel zum Schließen der einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke vorzugsweise ein Gesenkgehäuse 130 mit Endplatten 146 auf, die einen konischen Hohlraum darin bilden. Der durch das Gesenkgehäuse gebildete innere konische Hohlraum ist dazu angepasst, die komplementär geformte konische Gesenkanordnung aufzunehmen, so dass das Gesenkgehäuse die Gesenkanordnung umfangsmäßig umschließt. Somit werden durch axiales Einführen der Gesenkanordnung in das Gesenkgehäuse, beispielsweise mit einer Gesenkpresse oder mit einem konischen Stempel (nicht dargestellt), die einander gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar von Seitengesenken radial um das Werkstück geschlossen. Die Festigkeit der Gesenkanordnung und die sich daraus ergebende Fähigkeit, Kräften zu widerstehen, die während der Verformung des Werkstücks mit Axial- und Druckkräften 142 und 144 erzeugt werden und die wiederum Druck-, Zug- und Scherspannungen erzeugen, wird durch die radiale Richtung, in der die Gesenkanordnung geschlossen wird und durch die umgebende Verbindung des Gesenkgehäuses zu der Gesenkanordnung weiter erhöht.
Das Gesenkgehäuse 130 umfasst vorzugsweise ebenfalls ein relativ festes Material, wie zum Beispiel Schnellstahl und bevorzugter CPM^® REX^TM Schnellstahl. Ferner hat, wenn sich auch der Druck oder die Kraft, die erforderlich sind, um die Gesenkanordnung in das Gesenkgehäuse einzuführen, in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen, die die Art des Materials, aus dem das Werkstück geformt ist, und die Größe und Form des sich ergebenden Teils einschließen, verändern, eine Hydraulikpresse, beispielsweise eine 500-Tonnen-Presse, Spitzbohrer-Werkzeugeinsätze aus Kohlenstoffstahl 1050 hergestellt.
Weiterhin kann eine Ausführung der Gesenkanordnung dieses Aspekts auch Eingangs- und Ausgangsöffnungen 132 bilden, wie in 20 dargestellt, durch die sich ein durchgehendes Metallmaterial erstrecken kann, so dass mehrere Teile geformt werden können, wie vorher beschrieben. Das Schmiedeverfahren der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch verwendet werden, um einzelne Teile zu formen, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind die bevorzugten Ausführungen der Erfindung dargestellt worden, und, obgleich spezifische Bezeichnungen eingesetzt werden, werden die Bezeichnungen nur in einer allgemeinen und beschreibenden Bedeutung und nicht zum Zweck der Einschränkung des Schutzumfanges der Erfindung verwendet, wie er in den folgenden Ansprüchen festgelegt wird.

Claims

Verfahren zum Schmieden eines Teils mit einer vorbestimmten Form aus einem Werkstück (59, 80), das die folgenden Schritte umfasst: radiales Schließen gegenüberliegender Schmiedegesenke (112), so dass sich die Schmiedegesenke radial nach innen in einer vorbestimmten Richtung bewegen, um das Werkstück zu berühren, wobei die gegenüberliegenden Schmiedegesenke einen Hohlraum (114) mit der vorbestimmten Form des sich ergebenden Teils (120) dazwischen bilden, wobei das Schmiedegesenk eine Berührungsfläche (116) umfasst, die einen Bereich des Hohlraums zum Berühren und Formen des Werkstücks in die vorbestimmte Form des sich ergebenden Teils bildet, wobei jede entsprechende Berührungsfläche wenigstens einen vergleichsweise ebenen Bereich umfasst, der eine Berührungsebene (118) bildet und der einem vergleichsweise flachen Bereich des anderen Gesenks gegenüberliegt und parallel dazu ist; Anwenden axialer und radialer Kräfte auf das Werkstück durch die sich radial schließenden Schmiedegesenke, so dass das Werkstück sich nach außen in die vorbestimmte Form verformt, die durch die gegenüberliegenden Schmiedegesenke gebildet wird, und strukturelles Verstärken der gegenüberliegenden Schmiedegesenke mit einem Gesenkgehäuse (130), das die gegenüberliegenden Schmiedegesenke während des Schmiedeprozesses aufnimmt und entlang des Umfangs umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Richtung geneigt in Bezug auf die entsprechenden Berührungsebenen ist, die durch die gegenüberliegenden Berührungsflächen gebildet werden, so dass die entsprechenden Berührungsflächen sowohl axiale als auch radiale Kräfte wenigstens auf Bereiche des Werk stücks ausüben, um Druck- und Scherkräfte in dem Werkstück zu erzeugen, und dass das Verfahren ein strukturelles Verstärken der gegenüberliegenden Schmiedegesenke während des Anwendens der Druck- und Scherkräfte umfasst.
Verfahren zum Schmieden eines Teils mit einer vorbestimmten Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des radialen Schließens der gegenüberliegenden Schmiedegesenke einen Schritt des Beibehaltens einer vorbestimmten Ausrichtung der gegenüberliegenden Schmiedegesenke umfasst, während die Schmiedegesenke radial geschlossen werden.
Verfahren zum Schmieden eines Teils mit einer vorbestimmten Form nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beibehaltens der vorbestimmten Ausrichtung der gegenüberliegenden Schmiedegesenke die folgenden Schritte umfasst: Anordnen eines Seitengesenks (126) benachbart zu jeder der gegenüberliegenden Seitenflächen (128), die durch die gegenüberliegenden Schmiedegesenke gebildet werden, so dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar von Seitengesenken eine konische Gesenkanordnung bilden, Anordnen der Gesenkanordnung in dem Gesenkgehäuse, das eine konische Öffnung darin zur Aufnahme der komplementär geformten konischen Gesenkanordnung aufweist, und Einsetzen der Gesenkanordnung in das Gesenkgehäuse, so dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar der Seitengesenke radial geschlossen wird, während die vorbestimmte Ausrichtung der Schmiedegesenke beibehalten wird.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Mitteln zum Beibehalten einer vorbe stimmten Ausrichtung der gegenüberliegenden Schmiedegesenke, während die Schmiedegesenke radial geschlossen werden.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke gegenüberliegende Seitenflächen bilden, und wobei die Mittel zum Beibehalten der vorbestimmten Ausrichtung der Schmiedegesenke ein Paar Seitengesenke (126) umfassen, von denen eines benachbart zu jeder Seitenfläche ist, die durch gegenüberliegende Schmiedegesenke gebildet wird.
Schmiedeverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar Seitengesenke eine konische Gesenkanordnung bilden, und dass die innere Öffnung, die durch das Schmiedegehäuse gebildet wird, konisch zur Aufnahme der komplementär geformten konischen Gesenkanordnung ist, so dass durch Einsetzen der Gesenkanordnung in das Gesenkgehäuse die gegenüberliegenden Schmiedegesenke und das Paar Seitengesenke radial geschlossen werden.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsebene von jeder der entsprechenden Schmiedegesenke und eine Bezugsebene (124) senkrecht zu der vorbestimmten Bewegungsrichtung der gegenüberliegenden Schmiedegesenke einen Winkel (122) zwischen etwa 5° und etwa 1° dazwischen bilden.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke Eintritts- und Austrittsöffnungen aufweisen, durch die sich ein zusammenhängendes Metallmaterial (59, 80) erstreckt, so dass eine Vielzahl von Teilen mit der vorbestimmten Form geschmiedet werden kann.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Schmiedegesenke aus M4 Hochgeschwindigkeitsstahl gebildet sind.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenkgehäuse aus M4 Hochgeschwindigkeitsstahl gebildet ist.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Schmieden eines Teils mit einem Durchmesser von wenigstens 11 cm (7/16 Inch), wobei ein Winkel von etwa 10° zwischen entsprechenden Berührungsebenen und einer Ebene senkrecht zu der vorbestimmten Richtung gebildet ist, in der sich die gegenüberliegenden Schmiedegesenke radial nach innen bewegen.
Schmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Schmieden eines Teils mit einem Durchmesser von weniger als 11 cm (7/16 Inch), wobei jede entsprechende Berührungsebene parallel zu einer Ebene senkrecht zu der vorbestimmten Richtung ist, in der sich die gegenüberliegenden Schmiedegesenke radial nach innen bewegen.