DE8417575U1

DE8417575U1 - Mehrfachgriff - Befestiger

Info

Publication number: DE8417575U1
Application number: DE8417575U
Authority: DE
Original assignee: HUCK Manufacturing Co IRVINE CALIF US
Current assignee: HUCK Manufacturing Co IRVINE CALIF US
Priority date: 1983-06-09
Publication date: 1985-03-14

Description

Befestiger

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Befestiger mit einem Stift, mit einer Vielzahl von kombinierten Sperr- und Sollbruchnuten sowie einer Hülse, die kaltfließend in die Nuten einpreßbar ist, wobei eine der Nuten als Sollbruchstelle dient, an der die überschüssige Länge des Stifts etwa am Ende der Hülse abgetrennt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft souit Mehrfachgriff- Befestiger der in den US-PSn 4 208 943 und 4 342 angegebenen Art.

Wie in den angegebenen Patentschriften zu ersehen ist, weisen derartige Mehrfachgriff-Befestiger einen Stift mit kombinierten Sperr- und Sollbruchnuten sowie eine Hülse auf, die in diese Nuten kaltfließend eingedrückt werden kann. Die Nutenkontur ist dabei so gewählt, daß eine beliebige der Nuten, sofern sie sich am Ende der Hülse befindet, als Sollbruchstelle fungieren kann. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß $ bei Stiften aus Eisenwerkstoffen «Sie Schwankungen der Mate- I rialeigenschaften und/oder Verarbeitungsbedingungen zu einer i|

Unsicherheit hinsichtlich der Riß- bzw. Bruchstelle führen J

können. Ist der Werkstoff zu spröde, kann der Stift an mehre- | ren Stellen außerhalb der Hülse oder auch schon brechen, wenn ; die Hülse noch nicht vollständig auf ihn aufgepreßt worden ist. Andererseits kann der Werkstoff eine MikroStruktur aufweisen, die eine erhebliche Streckung erlaubt, bevor der Stift schließlich abreißt, so daß die Trennstelle in der (^ Hülse liegt oder sich über mehrere Nuten erstreckt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird der Mehrfachgriff-Stift etwa in seiner endgültigen Gestalt hergestellt und dann wärmebehandelt, um ihm eine gewünschte MikroStruktur zu erteilen, so daß der Riß dann regelmäßiger in einer gewählten j | Nut erfolgt.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine gewünschte MikroStruktur aus im wesentlichen aus Perlit bestehenden Kolonien mit einer entlang deren Grenzen verteilten proeutektoidischen Ferrit-Grundmasse. Der Anteil und die Dicke des proeutektoidischen Ferrits lassen sich so einstellen, daß man die erwünschte Duktilität des Stifts erhält. Es hat sich herausgestellt, daß die grobkörnigem Stahl eigene geringere Menge des proeutektoidischen Ferrits für die Stiftfunktion günstiger ist. Die Größe der Perlitkolonien (bzw. die scheinbare Größe des Austenitkorns ("apparent austenitic grain size")) ist im allgemeinen gröber als ASTM und liegt allgemein in einem Bereich von etwa ASTM 1 bis etwa ASTM 5.

Die Erfindung soll nun an speziellen Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch einen Mehrfachgriff-Befestiger mit einem Stift und einer Hülse, die zusammengesetzt in zwei Werkstücken sowie mit angesetztem Setzwerkzeug dargestellt sind;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung und zeigt den Mehrfachgriff-Befestiger nach dem Setzen

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durch das Setzwerkzeug;

Fig. 3 ist ein vergrößertes Gefügebild (Vergrößerung 10OX) einer bevorzugten Ausführungsform der Mikrostruktur und zeigt Perlitkolonien mit einer feinteiligen proeutektoidischen Ferrit-Grundmasse; und

Fig. 4 zeigt an einem Flußdiagramm die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in seiner Anwendung auf den Mehrfachgriff-Befestigerstift.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Mehrfachgriff-Befestiger 10 mit einem Stift 12, der an einem Ende einen Kopf 14 sowie einen langgestreckten Schaft 16 hat. Der Stift 12 hat einen äußeren Abschnitt 18 mit einer Vielzahl von Zugnuten 20 und ' ' einen inneren Abschnitt 23 mit kombinierten Sperr- und Sollbruchnuten 22. Die Zugnuten 20 können herkömmlich ausgeführt sein. Sowohl die Kombinationsnuten 22 als auch die Zugnuten 20 können ausgeführt sein, wie es in der genannten US-PS 4 342 529 erläutert ist; die Einzelheiten können daher zur Vereinfachung entfallen.

Der Mehrfachgriff-Stift 12 wird in fluchtende Öffnungen 24, in zwei Werkstücken 28 bzw. 30 eingesetzt, die mit dem Be-

festiger 10 aneinanderfestgelegt werden sollen. Ein rohrförmiges Element 32 in Form einer allgemein zylindrischen und mit einem Flansch versehenen Hülse wird so auf den Schaft 16 aufgesetzt, daß der Flansch am Werkstück 30 anliegt.

Ein Zieh- bzw. Setzwerkzeug 34 ist herkömmlich aufgebaut. Es weist einen Aufdrückamboß 36 auf. Eine Vielzahl von Greifbakken 18 kann an die Zugnuten 20 angesetzt und vom Andrückamboß 36 weg rückwärts bewegt werden. Beim Betätigen des Werk-' zeugs 34 bewegen die Backen 38 sich vom Amboß 36 hinweg und

; greifen in die Zugnuten 20 ein, so daß eine Zugkraft auf

den Stift 12 gegen die Hülse 32 aufgebracht wird. Während •Si die Zugwirkung des Werkzeugs 34 anhält, drückt der Amboß 36

die Hülse 32 in die Kombinationsnuten 22 ein (vergl. Fig. 2), und bei weiterer Betätigung des Werkzeugs 34 reißt cter Schaft ΐ schließlich in einer Nut 22a ab, bei der es sich wünschens-

fi ) weterweise um die äußerste Nut handelt, die als erste mit Ji dem Hülsenwerkstoff ausgefüllt wird.

Γ Wie bereits e.rwähnt, kann bei aus Eisenwerkstoffen bestehenden Mehrfachgriff-Stiften 12 die MikroStruktur ein wesentlicher Einfluß auf die Regelmäßigkeit der Rißstelle in der gewünschten Kombinationsnut 22 darstellen. Besteht die Mikrostruktur hauptsächlich aus Perlit (genauer: Perlitkolonien) mit nur schwach entwickelter oder proeutektoidischer Ferrit-

Grundmasse oder gar ohne eine solche, bewirken die Eigen-

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schäften des Stifts, daß die Rißstelle nicht eindeutig ist |

% und/oder die Hülse 32 nur teilweise in die Nuten eingepreßt If

wird. Enthält andererseits die MikroStruktur einen zu hohen §

Anteil der Ferrit-Grundmasse,wird die Duktilität zu hoch, | so daß der Stift sich in der Hülse 32 stark einschnürt und _;; dann in der Hülse und/oder über mehrere Nuten verteilt reißt. ' %

Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Ferrit an |j den Grenzen der Perlitkolonien um eine proeutektoidische j Ferrit-Grundmasse (Netzwerk) handelt, ur.d zwar im Gegensatz
zu dem Ferrit in den Perlitkolonien, die auch Cementit (Fe₃C)
enthalten.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die Mehrfachgriff-Stifte
12 zum Erreichen einer MikroStruktur behandelt, die grobkörnige Perlitkolonien in einer proeutektoidischen Ferrit-Grundmasse auf eine Weise enthält, daß der Stift 12 nicht
^ vollständig unnachgiebig ist, aber auch vor dem Riß nicht
übermäßig stark verformt werden kann. Die Fig. 3 zeigt ein
Gefügebild dieser erwünschten Struktur, ϊη der Fig. 3 sind
die grobkörnigen Perlitkolonien mit dem Buchstaben P bezeichnet; die dünnen weißen Grenzlinien F zeigen den proeutektoidischen Ferrit. Das Gefügebild der Fig. 3 stammt
aus einem Längsschnitt des inneren Abschnitts 23 (mit den
Kombinationsnuten 22) des Stifts 12 etwa beim halben Wurzelradius des Stifts (etwa in der Mitte zwischen der Wurzel und

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der Achse des Stifts 12). Der Werkstoff war AISI-1541-Stahl mit einer Härte von Rc26 und einer Korngröße von ASTM 4. Es wurde mit 3 % Nital geätzt ("3 % nital etch"); die ursprüngliche Aufnahme wurde mit 100-facher Vergrößerung hergestellt und die Fig. 3 ist 1,75-fach vergrößert.

Es wird darauf hingewiesen, daß in einer Ausführungsform der Erfindung der Mehrfachgriff-Befestiger im gesetzten Zustand mindestens die mechanischen Eigenschaften eines Grobgewindebolzens "SAE J429 Grade 2" oder eines Bolzens "ASTM A307 Grade A" aufweisen sollte.

Die MikroStruktur des fertigen Stifts 12 sollte daher vorwiegend aus grobkörnigen Perlitkolonien in einer feinteiligen Grundmasse aus proeutektoidischem Ferrit bestehen. Um dieses Gefüge zu erreichen, geht man vorteilhafterweise von einem nur minimal geseigerten Knüppel aua. Um ein Ausgangswerkstück mit einem allgemein gleichmäßigen bzw. homogenen Gefüge zu erreichen, wird der Stahl nach den üblichen Grobkornverfahrensweisen vorzugsweise stranggegossen und nachfolgend warmgewalzt. Bei dieser Verfahrensweise wird die Ausbildung eines feinteiligen Gefüges in der fertigen Stange verhindert. Beispielsweise wird der Stahl siliziumberuhiqt (zwecks Entoxidierung); entoxidiert man ihn durch Aluminiumberuhiqung, fördert das Rest-Aluminium ein feinteiliges Gefüge.

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Das Flußdiagranun der Fig. 4 zeigt die verschiedenen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Mehrfachgriff-Stifts 12. Zunächst sei jedoch auf die Lusammensetzung des Knüppelmaterials eingegangen.

Für die angegebenen Stifte werden Stähle mit mittlerem C-Anteil verwendet, beispielsweise SAE (AISI) 1541 oder SAE (AISI) 1340. Bei dem Werkstoff handelt es sich folglich vorzugsweise um einen Stahl mit mittlerem C-Anteil in folgender Zusammensetzung (jeweils Gewichtsprozente) :

Kohlenstoff etwa 0,3 bis etwa 0,6 %

Mangan etwa 0,9 bis etwa 2,0 %

Phosphor etwa 0,05 % (maximal)

Schwefel etwa 0,05 % (maximal)

Silizium etwa 0,1 bis etwa 0,6 %

Eisen Rest

Gemeinsam mit dem Eisen bildet der Kohlenstoff den harten Anteil des Werkstoffs; das Mangan trägt zur besseren Härtbarkeit bei. Der Manganbereich stellt die gewünschte Menge für die unterschiedlichen Durchmesser des Stifts - von etwa 4,75mm (3/16 in.) bis etwa 19 mm (3/4 in.) - dar. Tür größere Stiftdurchmesser wird der Mangananteil allgemein im oberen Teil des angegebenen Bereichs liegen, für kleinere Stiftdurchmesser im unteren Teil. Andere herkömmliche Legierungselemente

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lassen sich anstelle des oder gemeinsam mit dem Mangan verwenden - beispielsweise Molybdän, Chrom und Vanadium. Da Phosphor und Schwefel Verunreinigungen und unerwünscht sind, stellen die angegebenen Mengenanteile allgemein Obergrenzen dar. Silizium liegt aus der Si-Beruhigung bei der Knüppelherstellung vor und unterbindet das Kornwachstum nicht wesentlich.

., Silizium dient zur Sauerstoffbindung bei der Stahlbildung und

verursacht selbst kein Kornwachstum; jedoch unterbindet es das Kornwachstum nicht auf die gleich Weise wie andere Entoxidierungsmittel wie beispielsweise Aluminium usw.,die, wenn man sie in Lösung bleiben läßt, ein unerwünscht feinteiliges Mikrogefüge verursachen.

Wie nun im Flußdiagramm der Fig. 3 dargestellt, wird in der Gußstufe ein Knüppel vorzugsweise im Strangguß nach herkömmlichen Grobkornverfahren (beispielsweise mit Sili^iumberuhigung) hergestellt. Vorzugsweise ist der Knüppel in seiner MikroStruktur homogen; die Zeilenseigerung (d.h. die Ausbildung von Längszeilen von Perlit, Mangan, Silizium usw.) ist minimiert.

Danach wird der Knüppel zu Stangen kleineren Durchmessers warm ausgewalzt. An dieser Stelle läßt die MikroStruktur sich für den fertigen Stift optimieren. Der Anteil des proeutektoidischen Ferrits läßt sich, falls erwünscht, durch Herstellen

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eines Grogefüges reduzieren. Die MikroStruktur besteht daher vorwiegend aus grobkörnigen Perlitkolonien mit einer vorliegenden Austenitkorngröße von etwa ASTM 1 bis etwa ASTM 5, die in einer Grundmasse von proeutektoidischem Ferrit verteilt sind.

Das Entkohlen des Knüppels und der Stange läßt sich gering halten, was auch die mechanischen Eigenschaften des fertigen Stiftes verbessert. Soll die Stange geglüht werden, um das nachfolgende Anformen des Kopfes und das Walzen zu erleichtern, braucht die proeutektoidische Ferrit-Grundmasse nicht so sorgfältig eingestellt zu werden, desgleichen auch nicht die Entkohlung der Stangenoberfläche bzw. des Substrats. Auf jeden Fall lassen die gewünschten Eigenschaften sich bei der nachfolgenden Wärmebehandlung des mit dem Kopf versehenen und gewalzten Stifts erreichen. Es ist jedoch von Vorteil, wenn diese Eigenschaften bereits in der Stange teilweise vorliegen, da sie sich dann in der nachfolgenden Wärmebehandlung leichter vervollständigen lassen.

In bestimmten Fällen wird die Stange vorzugsweise geglüht, um die nachfolgende Formgebung - beispielsweise Anformen des Kopfes - zu erleichtern. Die Stange wird also im Glühschritt, wo sie auf eine Temperatur von etwa 650⁰C (1200⁰F) bis etwa 760⁰C (1400⁰F) erwärmt wird, bis zur Ausbildung des Kugelkorns

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behandelt. In einer Anwendungsform wurde die Stange etwa 28 h auf der Glühtemperatur vorgehalten. In einigen Anwendungsfällen kann es erwünscht sein, die Temperatur zeitlich zyklisch zu führen - beispielsweise zwischen etwa 749°C (1380⁰F) und etwa 693°C (1280⁰F). Die geglühte Stange wird ofengekühlt und hat eine gewünschte Rockwell-Härte von etwa Rb 85 bis etwa Rb95, um die Kopfanform- und Walzbehandlung zu erleichtern.

Im Reinigungs- und Entzunderungsschritt wird der Oxidbelag entfernt, während im Kalibrierschritt die entzunderte Stange - beispielsweise durch Ziehen - auf den gewünschten Durchmesser gebracht wird.

Danach werden Rohlinge der gewünschten Länge von der kalibrierten Stange abgeschnitten und an sie der vergrößerte Kopf 14 angeformt. In die mit dem Kopf versehenen Rohlinge werden dann die Sperr- und Sollbruchkombinationsnuten 22 sowie die Zugnuten 20 eingewalzt. Der Stift 12 hat nun im wesentlichen seine endgültige Form und Gestalt, aber infolge des Kugelkopfglühens und der Entkohlung der Oberfläche und der angrenzenden Schichten in der Stange noch nicht die gewünschte Mikrostruktur. Würde man den Stift 12 nun einfach normalglühen, um die gewünschte Mikrostruktur und Härte einzustellen, ohne das· Material an der Oberfläche wieder aufzukohlen, würde an und nahe den Oberflächen des Stifts 12 Ferrit im

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Überschuß, dagegen aber zu wenig härteres Perlit vorliegen. Der Stift wäre also an der Oberfläche weicher als zum Inneren hin. Das Mikrogefüge an und nahe der Oberfläche des Stifts ist jedoch für die Bruch- bzw. Rißkontrolle wesentlich, da, um ein zuverlässiges Rißverhalten zu erreichen, die Oberfläche der Sperrnut die beim Eindrucken der Hülse auf sie ausgeübte Kraft vollständig übertragen muß. Ist sie zu weich, gibt sie teilweise nach und kann danndie volle Last nicht mehr weitergeben. Ein Ferritüberschuß ist also an und nahe der Oberfläche des Stifts 12 unerv/ünscht.

Um dem Stift 12 an und nahe der Oberfläche die gewünschte Härte und auch die gewünschte MikroStruktur zu erteilen, wird er in einem Normalglühschritt gehärtet, in dem auch das Wiederaufkohlen stattfindet.

Nach dem herkömmlichen Entfetten werden die Stifte 12 also in einer Aufkohl-Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 870⁰C (1600°F) bis etwa 980⁰C (1800⁰F) normalisiert. In einer bestimmten Anwendung wurden die Stifte 12 etwa eineinhalb Stunden auf die Austenitisierungstemperatur vorgehalten. Dabei werden die Stifte 12 so lange auf dieser Temperatur gehalten, daß der Stahl austenitisiert und wieder aufkohlt. Um den an und nahe der Oberfläche verlorenen Kohlenstoff wieder einzubringen, wird oer Taupunkt der Ofenatmosphäre

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etwa auf-3,9°C (25°F) bis etwa 1,7⁰C (35°F) gehalten, damit an und nahe der Oberfläche ein Kohlenstoffpotential von etwa 0,4 % bis etwa 0,6 % entsteht. In einem System wurde ein Taupunkt von etwa -3,3°C (26°F) im Normalisierungsofen verwendet. Auf diese Weise zeigt dann der Bereich an und nahe der Oberfläche des Stifts 12 eine Härte mindestens gleich der des Stiftkerns. Es wird dafür gehalten, daß sich auf diese Weise die Eigenschaften des Kerns denen der Oberfläche angleichen lassen, so daß die Bruch- bzw. Rißbildung kontrolliert erfolgen kann. Während also die MikroStruktur an der Stiftoberfläche und in den angrenzenden Schichten wesentlich ist, sollte vorzugsweise die endgültige MikroStruktur zwischen der Oberfläche und dem Kern, d.h. nach sowohl Härte als auch MikroStruktur, komplementär sein. Es wird darauf verwiesen, daß an diesem Punkt die Seigerung zu Längszeilen wirkungsvoll auf einem Minimum gehalten worden ist.

Danach werden die Stifte 12 bei einer Temperatur von typischerweise etwa 38°C (100⁰F) bis etwa 204⁰C (400⁰F) in Luft oder in einer Inertgas-Atmosphäre wie beispielsweise Stickstoff gekühlt. Die Kühltemperatur und -geschwindigkeit hängen von der Härtbarkeit des Werkstoffs ab. Nachdem die Stifte 12 weit genug abgekühlt sind (auf weniger als etwa 540⁰C (1000⁰F)), lassen sie sich in einer Flüssigkeit weiter abschrecken. Die endgültige gewünschte Rockwell-Härte für die als typisch an-

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- 18 gegebenen Stifte 12 liegt im Bereich von 19Rc bis etwa 29Rc.

Der oben erwähnte Normalisierungsschritt läßt sich abhängig vom Werkstoff modifizieren, d.h. vom erwünschten Ausmaß des Wiederaufkohlens und der gewünschten endgültigen Härte.

Nach dem Normalglühen kann wahlweise angelassen werden, um die endgültige Härte des fertigen Stifts einzustellen. Typische Temperaturen hierzu liegen zwischen etwa 204⁰C (400⁰F) und etwa 538°C (1000⁰F). Die Rockwell-Härte der angelassenen Stifte bleibt im Bereich von etwa 19Rc bis etwa 29Rc.

Claims

G 84 17 575.3 HUCK MANUFC. CO. Unsere Akte: H 834 HO (Neue) Schutzansprüche

1. Mehrfachgriff-Befestiger mit einem Stift mit einer Vielzahl von Sperr- und Sollbruch-Kombinationsnuten und einer Hülse, di» kaitfließend in die Nuten einpreßbar ist, wobei eine der Nuten als Sollbruchnut dient, so daß die überschüssige Stiftlänge allgemein am Ende der Hülse abgetrennt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift ei.ua allgemein homogene MikroStruktur (Fig. 3) aufweist, die vorwiegend aus Perlitkolonien in einer Matrix aus proeutektoidischem Ferrit besteht, wobei die Austenitkorngröße der Perlitkolonien allgemein im Bereich von etwa ASTM 1 bis etwa ASTM 5 liegt.

2. Mehrfachgriff-Befestiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzichnet, daß an und nahe der Oberfläche des Befestigers eine homogene wiederaufgekohlte MikroStruktur vorliegt.