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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bolzen mit angestauchtem
Kopf, insbesondere Schraubenbolzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
von Bolzen mit angestauchtem Kopf, wie Schraubenbolzen, auf kaltem Wege sowie eine
Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit Kopf und Schaft versehene
Gegenstände, insbesondere Schraubenbolzen, auf kaltem Wege ohne jeden Abfall hergestellt
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß
von einem .dein herzustellenden Schraubenkopf profilgleichen, im Querschnitt jedoch
kleineren Profilstab ein Rohling abschert wird. Dieser Rohling wird allseitig, .bis
auf die Öffnung einer am Ende einer konischen Verengung vorgesehenen Fließkante,
durch einen Stempel und eine Matrize eingeschlossen, durch Pressen vermittels des
Stempels mit einem Konus versehen und zu einem Rohpreßling geformt, wonach der Schaft
durch Auspresssen aus einer sich zu einer Fließkante verengenden folgenden Matrize
gebildet wird.
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Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß die Querschnittszunahme durch Stauchen .des Rohlings bis zum Kopfendquerschnitt
annähernd gleich ist der Querschnittsabnahme durch Fließpressen des Schaftes aus
dem Vorpreßling.
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Die neuartige Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahrens nach der Erfindung
ist im wesentlichen durch mit Stempeln zusammen arbeitende Preßmatrizen gekennzei,friet,
die am Ende koniseher Verengungen Fließkanten aufweisen. Ein, weiteres
Kennzeichen.
der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Bohrungen der ersten Preßmatrizen
entsprechend dem Kopfprofil der zu erzeugenden Schraubenbolzen profiliert sind,
wobei der dem Kopf der Schraube profilgleiche Querschnitt der folgenden Preßmatrize
größer als :derjenige der vorhergehenden ist.
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Beim ersten Stauchen des Rohlings wird-nach einem Kennzeichen der
Erfindung am Vorpreßling in Fortsetzung seines Kegelstumpfes ein kurzer, gewölbter
zylindrischer Ansatz durch Fließpressen geformt, der die spätere Kuppe des Schraubenschaftes
bildet und im Querschnitt kleiner als der Schraubenschaft ist.
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In einer zweiten Matrize mit einer dem Profil des zu erzeugenden Bolzenkopfes
profilgleichen Öffnung größeren Querschnittes als der gestauchte Vorpreßling wird
mittels einer am Ende einer konischen Verengung dieser Öffnung vorgesehenen Fließkante
der Bolzenschaft durch Fließpressen geformt, wobei die profilierte Öffnung eine
solche Tiefe aufweist, daß der dem zu erzeugenden Bolzen volumengleicheVorpreßling
in seiner ganzen Länge nach Eintreten des Preßstempels eingeschlossen ist. In einer
dritten, mit einem Preßstempel zusammenwirkenden Preßmatrize mit runder Bohrung
zur Aufnahme des fließgepreßten Schaftes kann ein abschnittsweises Reduzieren des
Schaftes durch mindestens eine weitere Reduzierkante zugleich bei der Endformung
des Kopfes vorgenommen werden.. In diesem dritten Werkzeug ist der Pre-ßstempel
als Formstempel mit einer dem Endprofil des zu erzeugenden Schraubenkopfes profil-
und querschnittsgleichen, innen facettierten Ausnehmung ausgebildet und besitzt
einen zum Ausstoßen des fertigen Schraubenbolzens axial verschiebbaren Auswerferbolzen,
der während des Fertigstauchens und Kalibrierens des Kopfes im Formstempel, für
die Teilnahme an :der Kopfformung blockierbar ist.
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Im folgenden werden an Hand der Zeichnung das Verfahren und die Vorrichtung
beispielsweise erläutert. In der Zeichnung stellt dar Fig. i einen Schnitt durch
eine Abschervorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den abgescherten Rohling, Fig.
3 einen Schnitt durch eine erste Preßmatrize, Fig. q. eine Draufsicht auf einen
in der Matrize mit Kegelstumpf und Kuppe versehenen Vorpreßling, Fig.5 einen Schnitt
durch eine zweite Matrize zum Fließpressen des Schaftes, Fig. 6 eine Draufsicht
auf einen in der Matrize nach Anspruch 3 hergestellten Zwischenpreßling, Fig. 7
einen Schnitt durch eine letzte Matrize zur Weiterformung des Schaftes und einen
Formstempel zum Fertigpressen des Kopfes, Fig. 8 eine Draufsicht auf die in der
Vorrichtung hergestellte Schraube (ohne Gewinde).
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Schraubenbolzen
läuft in der Vorrichtung folgendermaßen ab: Von einer Stange i, die dem gewünschten,
in dem gewählten Beispiel sechskantigen Schraubenkopf profilgleich, im Querschnitt
jedoch kleiner als der Kopfquerschnitt der herzustellenden Schraube ist, wird zunächst
ein Rohlinge abgeschert, dessen Volumen demjenigen der fertigen .Schraube gleich
ist (Fig. i).
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Dieser Rohling wird in eine erste Preßmatrize 3 (Fi.g. 3) gefördert.
Die dem fertigen Schraubenkopf profilgleiche, im Querschnitt jedoch kleinere Öffnung
der Matrize 3 ist mindestens so tief, dalß sie den dem zu erzeugendeil Bolzen volumengleichen
Abschnitt in ganzer Länge einschließt, sobald der Preßstem#pel in besagte. Öffnung
eingetreten ist. Diese Matrize und der Preßstempel2o schließen den Rohling allseitig
ab bis auf eine am Ende einer konischen Verengung vorgesehene Bohrung, welche eine
Fließkante bildet. Durch Druck auf den Preßstem#pel 2o wird dem Rohling 2 nach der
Fig. i einerends ein Kegelstumpf angepreßt und -dabei der Querschnitt durch Stauchen
ein wenig vergrößert, so daß der Vorpreßling 2' entsteht, der in den Fig. 3 und
4. erkennbar ist. Der Preßstempel2o geht nach dem Bilden des Kegelstumpfes um ein
geringes weiter vor, bis durch die erwähnte Fließkante Material von rundem Querschnitt
in die für den Auswerferstift 6 vorgesehene Bohrung austritt. Diese Bohrung ist
im Querschnitt kleiner als der in der nächsten Matrize 9 (Fi'g. 3) fließzupressende
runde Schaft. Das Austreten des Materials durch die Fließkante in die Bohrung 7
erfolgt erfahrungsgemäß mit konvexer Wölbung, welche der Kuppe am Schaftende die
gewünschte Form gibt. Um die konvexe Wölbung beim Auswerfen nicht zu beschädigen,
ist der Auswerferstift 6 nach Fig. 3 mit einer konkaven Aushöhlung 7 versehen. Diese
kurze zylindrische Kuppe kleineren Querschnittes als der Schraubenschaft ii dient
in bekannter Weise zur Verbesserung des Gewindeauslaufes beirrt Walzen des Gewindes
auf die in der beschriebenen Vorrichtung gefertigten Schraubenbolzen. Anschließend
wird der Vorpreßling 2@ (Fig. 3) nach Ausstoßen mittels des Auswerfers 6 selbsttätig,
z. B. durch eine Zange 8, in eine nächste Matrize 9 (Fig. 5) gefördert, die mit
einer am Ende einer konischenVerengung vorgesehenen Fließkante io versehen ist.
Die Matrize 9 und der Preßstempel 22, schließen wieder den in der Matrize 3 geformten
Vorpreßling 2 nach dem selbsttätigen Fördern in die Matrize 9 allseitig bis auf
die Öffnung an der Fließkante io (Fig. 5) ein.
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Es sei noch erwähnt, d'aß die dem Schraubenkopf profilgleiche, aber
noch kleinere Öffnung der Matrize 9 eine solche Tiefe aufweist, daß der -dem zu
erzeugenden Bolzen volumengleiche Vorpreßling 2 (Fig. 3) in ganzer Länge bei Eindringen
des Preßstempels 2@2 in besagter Öffnung eingeschlossen ist.
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UnterPreßwirkung des Stempels.2@2 erfolgt hier das Fließpressen des
Schaftes ii, der an der Fließkante io den gewünschten Durchmesser erhält. Das Fließpressen
des Schaftes aus einem geschlossenen Werkzeug, .d. h. einer Matrize, die den Vorpreßli.ng
2 gemäß Fig. 5 allseitig einschließt, läßtgrößere
Quersohnittsabnähmen
zu, als sie beim Reduzieren vor offenen Matrizen erreichbar sind. Bekanntlich ist
das Maß der Querschnittsabnahme durch Reduzieren begrenzt durch Anstauchen oder
Ausknicken des zu reduzierenden Abschnittes vor der offenen Matrize. Dieses Maß
kann 30N0 nicht übersteigen, weil sonst ein Anstauchen oder Ausknicken vor
der Matrize eintritt. Der nicht zum Schaft i i ausgepreßte Teil des Vorpreßlings
2 nach der Fig. 3 wird wieder im Ouerschnitt durch Stauchen vergrößert, wobei dOas
Volumen des Profilstückes 2 einschließlich des Kegelstumpfes 4 (Fig. 5) .dem Volumen
des zu bildenden Schraubenkopfes entspricht. Aus dieser zweiten Matrize 9 wird der
Zwischenpreßling nach beendigtem Fließpressen des Schaftes i i durch den Auswerferstift
23 ausgeworfen und sodann mittels der Zange 12 einem dritten Preßwerkzeug (Fig.
7) zugeführt, das aus einer Matrize 13 und einem zugehörigen Formstempel 14 besteht.
Letzterer besitzt eine dem Endprofil des: zu erzeugenden Schraubenkopfes profil-und
querschnittsgleiche, innen facettierte Ausnehmung, um den Kopf vor der Stirnfläche
der Matrize 13 kalibriert und abfallfrei unter nochmaliger Querschnittsvergrößerung
in seine endgültige Gestalt zu pressen. Dabei kann in bekannter Weise der Schaft
ii durch eine Reduzierkänte 16 oder auch durch .mehrere Re.duzierkanten gepreißt
werden, um ihn auf kleineren Durchmesser zu bringen, beispielsweise auf denjenigen
Durchmesser, der zum nachherigen Walzen des Schraubengewindes benötigt wird.
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Bei anderen Bolzenarten können durch entsprechend ausgebildete Arbeitskanten
im letzten oder in zwischengeschalteten Werkzeugen auch längs gerippte oder unrunde
Schaftteile erzielt werden. Da bekanntlich ein Stauchvorgang bei geringerem Druck
vor sich .geht als ein Fließpreßvorgang, noch dazu, wenn die Querschnittszunahrne
beim Stauchen kleiner ist als die O_uerschnittsabnahme beim Fließpressen, können
der Stauchvorgang der Matrize 3 nach Fig. 3 und der Weiterstauch- und Fließpreßvorgang
der Matrize 9 nach Fig. 5 auch in einem Werkzeug in unmittelbarer Aufeinanderfolge
vorgenommen werden. In diesem Fall muß auf die Ausbildung der Kuppe 5 am Schraubenschaft
verzichtet werden. Der Rohling 2 nach Fig. i muß in diesem Fall direkt in die Matrize
9 der Fig. 5 eingebracht werden. Der Druck des Stempels 22 bewirkt .alsdann zunächst
das Aufstauchen des Rohlings auf den Querschnitt der profilierten Bohrung der Matrize
9 und Ausbildung des Konus 4 nach Fig. 5, wonach bei weiterem Vordringen der Schaft
i i ohne Kuppe durch Fließpressen über die Kante io entsteht.
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Die Fig. i zeigt zusätzlich die Mittel zum Abscheren des Rohlings
2 von einer Profilstange i. Diese Profilstange i wird in eine Führung 17, die als
feststehendes Messer dient, eingeführt. Ein anliegendes, quer dazu bewegliches Messer
1$ schert durch eine Bewegung in Pfeilrichtung den Rohling auf eine einstellbare
Länge ab. Ein nur im Schnitt dargestellter federnder Hebel i9 hält den abgeschnittenen
Rohling 2 zum Weitertransport in die erste Preßmatrize 3 (Fig. 3) fest. Die Öffnungen
der Preßmatrizen 3 und 9 und des Formstempels 14 sind dem Profil des Ausgangswerkstoffes
gleich, ihr Querschnitt ist jedoch stufenweise größer als der Querschnitt des Ausgangswerkstoffes
oder des vorhergehenden Werkzeuges.
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Diese stufenweise Zunahme der Querschnitte vom Ausgangs.werkstoffquerschnitt
Fo über den Vorpreßlingsquerschnitt F,, bis zum fertigen Schraubenkopfquerschnitt
Fk wird vorteilhaft so bemessen, daß die Summe der prozentualen Querschnittsvergrößerung
annähernd gleich der einmaligen Querschnittsabnahme vom -Vorpreßlingsquerschnitt
F" auf den Schaftquerschnitt F, ist, wie sie durch das Fließpressen des Schaftes
i i in der Matrize g (Fig. 5) vorgenommen wird.
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Es ist also
annähernd gleich
Wenn gleiche Querschnittsänderungen.angewendet werden, erreichen Kopf und. Schaft
des fertigen Bolzens gleiche erhöhte Festigkeit. Solche Bolzen haben keine schädlichen
Spannungen zwischen Kopf und Schaft und brauchen daher keine thermische Behandlung.
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Das letzte Preß.,verkzeug nach Fig.7 besteht aus einer Matrize 13
und einem Preßstempel 14, welcher eine genau dem Schraubenkopf 15 entsprechende
facettierte Ausnehmung und einen Auswerferbol:zen 24 besitzt, dessen Stirnfläche
zum Formen der Oberseite des Schraubenkopfes dient. Zu diesem Zweck ist der Bolzen
24 während des Preßvorganges mit dem Stempel 14 blockierbar. Erst nachher kann der
Bolzen eine axiale Bewegung zum Ausstoßen des Kopfes aus dem Formstempel ausführen.
Im gezeigten Beispiel ist die ,Matrize 13 noch mit einer Reduzierkante 16 versehen,
durch welche ein Teil des Schaftes i i nochmals auf einen kleineren Durchmesser
verringert wird. Ein Auswerferstift 2.5 dient notfalls zum Ausstoßen des Werkstückes
aus der Matrize 13.
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Die einzelnen Werkzeuge können auf einer Geraden oder auf einem Teil
eines Kreises angeordnet sein. Die Zangen sind jeweils um den Abstand zweier benachbarter
Matrizen verschiebbar an Halteelementen befestigt und stehen über in der Zeichnung
nicht dargestellte Mechanismen mit einem Antrieb sowohl für die hin und her gehende
Schiebebewegung als auch für das Öffnen und Schließen der Zangen in Wirkungsverbindung,
wobei diese Bewegungen in Abhängigkeit von den Bewegungen der Pressenstempel gesteuert
werden.