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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kopfbolzen u. dgl. mit
Innenvielkant Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kopfbolzen
u. dgl. mit einem Innenvielkant im Kopf auf kaltem Weg. Das Verfahren eignet sich
in gleicher Weise auch zur Herstellung von Innenvielkanten in ähnlichen Gegenständen,
wie z. B. Muttern und Überwurfmuttern. Bei solchen Verfahren wird aus dem glatten
Rohling zunächst ein Vorwerkstück mit unbearbeitetem Kopfteil geformt und der Kopfteil
im weiteren Verfahren angestaucht und unter Eingrenzung mit .dem Innenvielkant versehen.
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Die Herstellung derart fassonierter Sacklöcher auf kaltem Weg ist
nicht einfach. Bei Bolzen z. B. wird der Kopf unter der Kaltbearbeitung nämlich
gewöhnlich gehärtet. Die zur Verformung erforderlichen Preßdrücke werden dann sehr
hoch, was einen starken Werkzeugverschleiß zur Folge hat. Die Werkzeuge sind der
hohen Beanspruchung dann meist nicht mehr gewachsen und brechen bei ungenauer Zentrierung
infolge der dann auftretenden Querkräfte.
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Ein weiterer Grund, warum die bekannten Verfahren nicht befriedigen,
ist der Fluß des Werkstoffs beim Lochen längs der Wand des Eingrenzungswerkzeugs,
z. B. der Eingrenzungsmuffe. Der Werkstoff fließt erfahrungsgemäß entgegen der Vorschubrichtung
des
Lochwerkzeugs. Dabei staut sich der Werkstoff in der Eingrenzungsmuffe und klemmt
das Lochwerkzeug im Kopfteil fest. Der Rohling wird dann beim Rücklauf des Lochstempels
entweder vorzeitig aus der Matrize herausgezogen oder, falls man ihn daran hindert,
der Lochstempel gebrochen. Wenn es nicht zum Bruch des Lochstempels kommt, dann
wird der Lochstempel zumindest infolge der großen Reibungskräfte gegenüber dem Rohling
rasch abgenutzt und die Leistungsfähigkeit der Maschine dadurch stark beeinträchtigt.
Eine dritte Schwierigkeit war bisher die beim Lochen auftretende Überdehnung des
Kopfteils unter der Sprengwirkung des Lochstempels. Diese unangenehme Erscheinung
trat vor allem dann auf, wenn man das Eingrenzungswerkzeug wegließ, um das Festspannen
des Kopfteils im Werkzeug und das Festfressen des Lochstempels im Kopf zu verhindern.
Der Rohling bekommt dann Risse und ist mangels mechanischer Festigkeit nur beschränkt
verwendbar.
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Das Verfahren nach der Erfindung vermeidet alle diese Schwierigkeiten
dadurch, daß der Kopf des Rohlings in einer Matrize an der Stirnseite mit einem
kurzen Abschnitt mit dem Enddurchmesser und einem sieh nach hinten zu im Durchmesser
verjüngenden längeren Abschnitt angestaucht wird und beim Lochen der Werlestoff
in den zwischen der Verjüngung und Eingrenzung sich erweiternden Raum verdrängt
wird. Nach Anfertigung des Sacklochs wird der Kopf aus der Eingrenzung freigegeben
und zugleich, vorzugsweise zylindrisch, egalisiert. Dieses Verfahren hat den Vorteil,
daß der Werkstoff während des Locheis unbehindert im Eingrenzungswerkzeug entgegen
der Lochrichtung fließen kann und nicht überdehnt wird. Eingrenzungswerkzeug und
Lochstempel werden nur noch normal beansprucht und vom Kopf nicht verspannt. Die
Reibung zwischen dem Lochstempel und dem Rohling ist verhältnismäßig .gering und
gestattet zahlreiche Arbeitshübe mit dem gleichen Lochwerkzeug und eine entsprechend
lange Betriebsbereitschaft und ein schnelles Arbeiten der Lochmaschine.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach der Erfindung
besteht nach der weiteren Erfindung zunächst in an sich bekannter Weise aus einem
hin und her laufenden Preßstöße4, in dem das Lochwerkzeug, nämlich ein Lochstempel,
und ein Eingrenzungswerkzeug, nämlich eine Eingrenzungsmuffe, für den zu verformenden
Rohling oder dessen Kopf relativ zueinander in bestimmter Zeit und Reihenfolge gesteuert
sind. Das Neue an dieser Vorrichtung ist durch eine Matrize zur Aufnahme des Schaftteils
des angestauchten Werkstücks und eine Eingrenzungsmuffe für den Bolzenkopf gekennzeichnet,
die den Kopf an seinem Vorderabschnitt mit ihrer Bohrung eng umschließt und vom
Kopf abstreifhar ist, während der Lochstempel noch im Sackloch vierbleibt. Zur Aufnahme
des angeistauchten Werkstücks halt die Matrize eine flache Ausnehmung mit einender
Bohrung der E.ingrenzungsmuffe entsprechenden und sich gegen den Grund hin schwach
vergrößernden Weite. Die den Bolzenkopf einsgrenzende Muffenbohrung weitet sich
von der Stirnseite der Muffe ebenfalls. schwach nach hinten zu. Diese Form erleichtert
den Fluß des Werkstoffs während des Loehens und das anschließende Egalisieren.
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Verfahren und Vorrichtung werden an Hand der Zeichnungen noch näher
erläutert. Dabei zeigen Fig. i bis 6 allgemein die Vorbereitung des Rohlings vom
Zuschnitt aufs einem Rundstangenmaterial bis zum Beginn der Fassonierarbeüt, FJg.
7 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung mit den einzelnen Werkzeugen in einer
Stellung kurz vor dem Lochen des Rohlings, Fg. 8 und 8 a vergrößerte Ansichten des
Lochstempelendes, Fig. g und io ein Beispiel für die Matrize, in der ein Teil des
Bolzemköpfasgeformt wird, Fig. i i den Lochsternpel bieji Beginn des Eindrin,gens,in
den Rohling, Fig. 12, den bereits so weit in den Rohling vorgedrungenen Lochsteanpel,
daß die Seitenwand des Rohlings gerade an der Innenwand der Eingrenzungsmuffe angreift
und damit den Fluß des Werkstoffs, Fig. 13 den Rohling nach Abschluß der
Lochfastsonierung und Fig. 1q. einen vergrößerten Schnitt durch Fig. 13
zur
Darstellung des Werksitoffflusses während der Bearbeitung.
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Die Fig. i bis 6 bedürfen keiner besonderen Erläuterung; sie behandeln
nur bekannte Vorgänge und Vorrichtungen, erleichtern aber das Verständnis der wekeren
Ausführungen.
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Nach Fig. 7 iis@t am hin und her laufenden Preßstößell Heine Tnagmuffe
2o für das Werkzeug vorgesiehen. Die Tragmuffe 2,o hat eine Bohrung 2:i, in der
eine Gleitmuffe S mit Einbauhülse 22 sitzt. Die Einbauhülse22 ist dazu an der Stelle23
über die Tragmuffei2;o am PnCßstößel verkeilt. Ein Flansch 2z4 am hinteren Ende
der Gleitmuffe S verhindert das spätere Herausziehen der Gleitmuffe nach dein Zusammenbau.
In der Gleitmuffe S sind ein Lochstempel P und eine Abstreifmufbe 32 untergebracht
und durch eine Steckbuchse 2-5 zurückgehalten, die in der Öffnung 2 i der Tragmuffe
2o des Preßstößels H eingebaut ist. Die Steckbuchse 25 hat eine Führung 26, über
die die Muffe S 'mit der Öffnung 27 gleiten kann. Am Kopf 3,o des, Lochstempels
P sind zwei Koilbe#nk lötze %2$ und 29 angeordnet, wobei die Abistreifmufbe 32 längs
des Lochstempels P durch die Bohrungen in der Gleitmuffe S eingesetzt ist. Der faisisonierte
Teil 33 des Lochstempels, P ist des näheren in Fig. B und 8 a gezeigt.
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Die Gleitmuffe S hat eine Maulöffnung 33, deren Durchmesser dem des
Kopfteils der fertigen. Kopfschraube genau entspricht. Da andererseits die A bstPeifmuffe
3,2 in der Maulöffnung 33 gleitet, hat diese ebenfalls den gleichen Durchmesser.
Das Ende 32" der Abstreifmuffe 32 ist so angeordnet, daß es am Kopf des Rohlings
angreift und dort durch einer besondere -Vorrichtung zurückgehalten wird.
Der
rückwärtige Teil der Abstreifmuffe 32 hat einen Flansch 34, :gegen den mehrere Stifte
35 anliegen. Diese Stifte gehen durch Öffnungen 36, die in dein Kolbenklötzen
28 und a9 ausgespart sind. Die Stifte sind am Tauchkolben 37 befestigt oder
mit ihm zusammen aus einem !Stück geformt. Eine Verlängerung 3:8 des Tauchkolbens
37 hat ein abgabven-fl gerundetes äch eq:o angreift, Ende 39, die an am dem Hebel
eine C ausgebildet Steuerkur ist.
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Der Hebel C ist im Drehzapfen 41 am Preßstößel gelagert. Der Preßstößel
ist bei .4,2 zwecks Aufnahme des Gelenkhebels. C geschlitzt; außerdem ist ein Keiiistück
W vorgesehen, das die Steckbuchse z5 in der richtigen Lage hält. Ein axialer und
von vorn an der Steckbuchse 25 angreifender Bolzen sichert in Verbindung mit dem
Keilstück W die notwendige Einstellung. Die andere Keilfläche 43 greift an der,
hinteren Wandung 44 des Preßstößelschlitzes an.
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Der in der Beschreibung wiederholt vorkommende Ausdruck Kaltverformung
ist im üblichen technischen Sinne zu verstehen. Es handelt sich dabei um eine Bearbeitung.unte!rhalb
der Rekristallisierungstemperatur dies Werkstoffs, Die bei der Kaltverformung auftretenden
Temperaturen dürfen biss zu 26o° ansteigen, ohne daß Sinterbildung, Festfressen
des Werkstoffs an den Werkzeugen oder Schrumpferscheinungen, auftreten. Bei .diesen
Temperaturen lassen sich die Werkzeugteile noch leicht vom Rohling abstreifen bzw.
umgekehrt.
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Die Fig. 8 und 8a bringen eine vergrößerte Ansicht des Lochstempels
P für Sechskantfassungen. Versuche haben ergeben, daß der Auslauf des Sechskantteils
3:.i mit einem leicht verstärkten Sechskantflansch 31a die Zurücknahme dies Lochstempels
erleichtert. Ein konisches Ende 3,b erleichtert das Eindringen des Lochstempels
in den Rohling. Die Loch.stempelform läßt sich für andere Lochfassungen natürlich
beliebig ändern.
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Der Rohling O, nach Fig. 6, dessen Kopfteil bis. jetzt nur außen verformt
wurde, wird nun durch die überführungsvorrichtung vor der Matrize D3 in Lage gemäß
Fig. 7 .gebracht. Sobald der Preßstößel H vorrückt, greift das Lochstempelende am
Rohlingskopf an und treibt den Schaft 7 in die entsprechende Öffnung der Matrize
D3.
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In der Stellung von Fig. 7 hat der Lochstempel gerade das Eintreiben
des Rohlings. 03 in die Matrize D, beendet, ist jedoch noch nicht in den R.ohlingslcopf
eingedrungen. Die Gleitmuffe S hat sich gleichfalls; nach vorn bewegt und umschließt
mit ihrer M,au@löffnung3.3 den Rohlingskopf. Infolge der konischen Form des Kopfes
entsteht ein Toleranzraum V. Zum Vordrücken der Gleitmuffie@. S in die Stellung
von Fing. 7 ist hinter dem Flansch 24 der Gleitmuffe S ein Lufteinlaß A vorgesehen,
durch den jeweils im richtigen Zeitpunkt Drucklufteingelassen wird. Die den Rohlings'kopf
berührende Abstreifmuffe 32 verschwenkt den mit einer Kurvenleiste zusammenwirkenden
Gelenkhebel C gegenüber dem vorrückenden Preßstößel über die Stifte 35 und dein
Tauchkolben 37 nach links. Die Fig.9 und io zeigen eine Änderung insofern, als hier
ein Teil des Bolzenkopfes in der Matrize, die bei 7o dazu eine Höhlung hat, geformt
wird. Die, Höhlung 7.o ist jedoch bei dieser Bauart nicht so tief, daß sie den Fassonteil
des Bolzenkapfes ,ganz umgibt. Wenn bei dieser Bauart die Gleitmuffe S zurückgeht,
kann sich das freie Kopfende ebenfalls etwas ausdehnen und erlaubt daher eine leichte
Entfernung des Lochstempels. Bei dieser Änderung zeigt sich eine günstige zusätzliche
Eigenschaft, weil der beim Lochfasuonieren gegen den Rohlingskopf ausgeübte Druck
das Metall gegen die @Vandungen der Vertiefung 70 ausdehnt; die Matrize D4 sucht
daher ,auch bei zurückgezogener Gleitmuffe S den Rohling fest einzuspannen. Bei
dieser Ausführung könnte man auch auf die Abstrei,fmuffe und deren Steuerung vollständig
verzichten. Die Vertiefung 7o kann nach Fig. i:o auch konisch sein, was die Eins:pannwirkung
noch erhöht. Ventilationskanäle 71 und 72 in der Matrize erleichtern den
glatten Materialfluß von der konischen Kopfform der Fig. 6 zur zylindrischen Kopfform
der Fig.9. Solche Ventilationskanäle 71, 72 sind bei der ersten Ausführung
überflüsei:g, weil die Gase hier aus dem Raum zwischen der Gleitmuffe S und der
Matrize entweichen können. Ist dagegen die Matrize! selbst ausgehöhlt, dann sind
Ventilationskanäle sehr nützlich. Die Ventilationskanäle 71 sind so klein, daß nur
ganz wenig Metall in sie abfließt; sie können jedoch auch so vorgesehen sein, daß
der- Kopf dadurch leicht kerbverzahnt atisfälilt.
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Die eingangs beschriebene A.bstreifvorrichtung braucht für die verschiedenen
Tauchkolben, stellungen jeweils einen gewissen Spielraum oder ein bestimmtes Toleranzfeld,
damit die Maschine nicht beschädigt wird. Wenn z. B. die Kurvensteuerung ungenau
eingestellt oder der Rohlingskopf zu lang .isst, bestünde ,sonst Gefahr, daß die
Abstreifmuffe 32 gegen den Rohling gezwängt und entweder die Abstreifmuffe oder
der Rohling beschädigt wird.
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Die Fig. i i bis 14 zeigen eine weitere Änderung für den Werkzeugeinbau
im Zusammenhang mit Fig. 7. Die Eingrenzungsgleitmuffe S, hat hier eine konischeBohrung93a,
die denRohlingskopf umgibt. Fig. i i zeigt .diese Teile kurz vor dem Lochfassonierien.
Man sieht dabei den freien Toleranzraum zwischen dem Rohli.ngskopf und der Gleitmuffe
St. Sobald der Lochstempel P1 vorrückt, um nach Fig. 12 in den, Rohlingskopf einzudringen,
fließt das Material zuerst radial nach außen und füllt den konischen Toleranzraum
T zwischen dem Rohling und der Gleitmuffe so lange auf, bis das Metall an der Gleitmuffenwand
angreift. Bei weiterem Vorschub des, Lochstempels P1 erfolgt ein Fließpresisen des
Metalls in .einer zum Loch.stempelvorschub gegenläufigen Richtung. Wäre nun die
Gleitmuffe S, zylindrisch ausgehöhlt, dann würde das Metall beim Auspressen über
die Wandungen von Matrize und Lochstempel schleifen. Durch die konische Ausbildung
der Gleitmuff enwand setzt sich beim Beginn der Stran.gpressung das Metall (das
in der Zeichnung
nach .links fließt) fortlaufend von selbst von
der Gleitmuffen-,vand ab, da der Durchmesset der dem Materialfluß zugekehrten Maulöffnung
kontinuierlich zunliimmt.
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In Fig. 14 ist dieser Vorgang vergrößert veränschaulicht. Zn dieser
schematischen Ansicht sind die durch den Materialfluß erfolgenden Metallbesetzungen
im Rohlingskopf gemäß Fig. 12 und 13,
d. h. zu Beginn und nach Abschluß des
Fassoniervorganges, einander überlagert.. Man sieht dabei, daß für irgendeine angenommene
Stelle des Rohlingskopfes, wie z. B. Punkt Y, die Materialteilchen im wesentlichen
wie beim Fließpressen axial verschoben, werden. Dies, deutet die Linie x-x an. Dabei
setzt sich bei dem unmittelbar auf die in Fig. 12 gezeigte Stellung des Lochstempels
folgenden weiteren Vordringen jeder Materialpunkt, der vorher die Wandung der Glieitmuffe
berührte, sozusagen von selbst davon ab oder drückt oder schleift zumindest nicht
nennenswert daran. Trotzdem wirkt die Muffenwand scharf eingrenzend, wenn das Material
radial zu stark fließen sollte. Aber auch dann setzt sich das eingegrenzte Metall
bei weiterem Fließpressen von selbst von der Gleitmuffe ab.
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Die Konusform der Gleitmuffe ist der besseren Übersicht ;halber etwas
übertrieben und in Wirklichkeit natürlich wesentlich ischwächer, so daß der fassonierbe
Rohling von der zylindrischen Form nur wenig abweicht. Wenn die Gleitmuffe S1 zurückgezogen
und vom Rohling abgestreift wird, dann wirkt die Gleitmuffe als Matrize und zieht
den Kopf des Rohlings in die zylindrische Form, die dann dem kleinsten Durchmesser
an der Maulöffnung der, Gleitmuffe entsprichst.
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Die Benutzung der Erfindung ist natürlich nicht an die -in Fig. 7
gezeigte Anordnung der einzelnen Werkzeuge gebunden. Die Werkzeuge lassen sich auch
anders anordnen und können trotzdem entsprechend dem Verfahren, nach der Erfindung
arbeiten. Mit dem neuen Verfahren kann man nicht nur, Kopfbolzen, sondern auch Mutbern,
z. B. Überwurfmuttern mi(t einem f@assonierten- Sackloch, versehen. Das Verfahren
nach der Erfindung ist also vielseitig verwendbar.