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Verfahren zur Herstellung von außen mindestens einfach abgestuften,
hülsenartigen Metallhohlkörpern, insbesondere Zündkerzengehäusen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von außen mindestens einfach abgestuften, hülsenartigen
Metallhohlkörpern mit profiliertem, z. B. sechskantigem Außenflansch am weiteren
Ende, insbesondere von Zündkerzengehäusen.
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Massenartikel, die an ihrem Außenumfang abgesetzt sind, wie es beispielsweise
bei Zündkerzengehäusen der Fall ist, werden bisher hauptsächlich durch spanabhebende
Bearbeitung hergestellt in manchen Fällen, in denen nur geringe Verformungsarbeit
zu leisten ist, wohl auch im Gesenk geschmiedet. Besonders dann, wenn die Länge
des zu fertigenden Werkstückes erheblich größer ist als sein größter Durchmesser,
ist die spanablhebende Bearbeitung aus Profilwerkstoffen vornehmlich mittels Drehautomaten
die bevorzugte. So werden z. B. Zündkerzengehäuse meist auf Mehrspindel-Drehautomaten
spanabhebend aus Sechskant-Profilstangen gedreht, wobei die fertigen Gehäuse mit
Bördelrand zum Eirnwalzen des Isolators und mit Gewinde zum Einschrauben der Zündkerzen
versehen werden. Der bei der Zerspanung entstehende Materialabfall übersteigt das
Gewicht ,des Zündkerzengehäuses um aoo bis 3oo °/o je nach der Form des Gehäuses.
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Angesichts eines solchen Werkstoffverlustes liegt es nahe, weniger
verlustreiche Formgebungsverfahren anzuwenden, doch führten die bekannten spanlosen
Verfahren nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Die gewöhnlichen Preßverfahren eignen
sich, ähnlich wie die Schmiedeverfahren, nicht für die Ausbildung von außen abgesetzten
Gegenständen größerer Länge und sind ebenso wie Gießverfahren
an
bestimmte Werkstoffe gebunden, - die nicht allen Ansprüchen genügen, wie sie an
hochbeanspruchte Teile gestellt werden.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, hülsenförmige Körper mit einem
Absatz am Außenumfang auf dem Wege des Kaltfließpressens herzustellen. -Hierbei
wird der von der Stange abgeschnittene, nicht profilierte Rohling zunächst im Wege
des Gegenfließpressens zu einem Napf geformt, der nach Durchlochen seines Bodens
in zwei entgegengesetzten Richtungen kaltfließgepreßt, im weiteren Verfahren kombiniert
fließgepreßt -und streckgezogen wird und zum Schluß einen schmalen Rundprofilflansch
erhält. Dieses Verfahren ist verhältnismäßig umständlich. Es ergibt auchkeinen Profilflansch.
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Bekannt ist ferner die Herstellung abgesetzter, hülsenförmiger, mit
Schlüsselflächen versehener Werkstücke, wie Rohrfittings, aus rohrförmigen Rohlingen
in der Wärme, wobei die Rohlinge in einem einzigen Preßwerkzeug gepreßt und fließgepreßt
werden. Abgesehen von der Erhitzung des Rohlings, die in den meisten Fällen unerwünscht
ist, und abgesehen von der hohen Werkzeugbeanspruchung liefert dieses bekannte Verfahren
grathaltige Werkstücke, die besonders geputzt werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird ein einfacherer Weg beschritten, um zu maßhaltigen
Werkstücken bei geringstmöglichem Abfall zu gelangen. Die Erfindung besteht darin,
daß aus einem mit demFlansch im Profil übereinstimmenden Stababschnitt oder sonstigen
Schnittstück ein gerichtetes Vorwerkstück mit Profilflansch gepreßt und , dieses
durch Fließpressen in Richtung des Stempeldruckes zu einem gehöhlten Zwischenwerkstück
gestaltet wird, wobei der Werkstoff als Fortsatz aus der Zone innerhalb eines ringförmigen
Randes abfließt, der sich als äußere Abstufung des Hohlkörpers bildet, worauf durch
Fließpressen von der Abstufung aus entgegen der vorigen Richtung ein die Endlänge
aufweisender Hohlpreßteil geformt wird, der durch Nachpressen seine Genauform bis
auf eine etvaige spanabhebende Schlußbearbeitumig erhält.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt das Fließpressen
des Fortsatzes stufenweise, wobei der die Abstufung bildende ringförmige Rand kege-liig
verläuft und später eben gepreßt wird. Bei einer abgewandelten Durchführungsweise
des Verfahrens wird das Vorwerkstück vor dem ersten Fließpressen in Richtung der
Stempelbewegung von beiden Seiten her hohl gepreßt und anschließend gelocht.
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Zwecks Verhinderung der Gratbildung bei der spanabhebenden Schlußbearbeitung
kann der fließgepreßte Fortsatz, vorzugsweise beim weiteren Fließpressen, am Ende
angefast werden.
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Zur weiteren Vermeidung der Gratbildung kann der angefaste Fortsatz
beim Kalibrieren eine flache, zylindrische Einpressung erhalten.
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Auch andere, sonst nur durch spanabhebende Bearbeitung erzielbare
Formen können gleich beim Pressen ausgebildet werden. So kann beispielsweise am
flanschseitigen Stirnende des Zwischenwerkstückes eine Ausnehmung für den späteren
Bördelkragen eines Zündkerzenisolators eingepreßt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele, und zwar
in beiden Fällen .die Herstellung von Zündkerzengehäusen. -Die Erfindung ist aber
nicht auf deren Herstellung beschränkt, sondern kann auch der Herstellung anderer
mit mindestens einem Absatz am Außenumfang versehener hohler Werkstücke dienen,
die einen profilierten Außenflansch am weiteren Ende haben.
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Fig. i bis 8 zeigen jeweils im schematischen Längsschnitt durch die
Matrizen mit Ansicht der zugehörigen Stempel und Grundriß der durch diese Werkzeuge
geformten Vor- und Zwischenwerkstücke den Herstellungsgang eines Zündkerzengehäuses,
und Fig. 9 bis 16. veranschaulichen in gleicher Darstellungsweise ein abgewandeltes
Verfahren.
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Bei der Herstellung kann man: gemäß Erfindung von einem beliebig vorgeformten
Rohling, z. B. auch von einem aus Blech gestanzten ausgehen, der in seinem Profil
dem .größten Profil des Endwerkstückes im wesentlichen gleich ist. Als Ausgangswerkstoff
kann man aber auch unscharf gezogenen Profildraht in Ringen oder Stangen wählen.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen dient als Ausgangswerkstoff ein Profildraht,
dessen Querschnitt dem zum Anziehen der Zündkerze notwendigen und gebräuchlichen
Sechskant profilgleich ist.
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Eine mehrstufige Quertransportpresse ist zum Abscheren und zur Bearbeitung
der ersten vier Verformungsgänge eingesetzt. An diese schließt sich vorzugsweise
eine Zwischenglühung der umgeformten Stadien dicht unterhalb AC i an, worauf in
einer Zweistufenpresse die letzten beiden Umformoperationen durchgeführt werden.
Je nach der Qualität des Ausgangswerkstoffes kann die Zahl der angeführten sechs
Arbeitsgänge verringert oder vermehrt werden.
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Die Zwischenglühung beim Kaltpressen braucht nicht notwendigerweise
nach dem vierten Arbeitsgang zu erfolgen, sie kann je nach Qualität des Ausgangswerkstoffes
und nach Aufteilung der Umformung auch zwischen anderen Arbeitsgängen vorgenommen
werden. Da die Zwischenglühung gestattet, unabhängig von der Qualität des Ausgangswerkstoffes
und der Güte des gewünschten Endproduktes- zu arbeiten, wird sie zweckmäßigerweise
da angewendet, wo hohe Umformungsgrade auftreten.
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Wie Fig. i zeigt, wird der Sechskant-Ausgangswerkstoff i in der Messerbüchse
q. gehalten, während der sechseckige Abschnitt 2 mittels des beweglichen Messers
3 volumengleich dem in Fig. 7 dargestellten Zündkerzengehäuse abgeschert wird. Nach
Weitertransport zur ersten Preßstufe (Fig. 2) wird der Rohling 2 durch den Stempel
io in die Matrize 7 eingestoßen und durch Fließpressen zur Stadie 6 umgeformt. Hierbei
werden die durch den Scherschnitt verformten Stirnflächen des Rohlings 2 gerichtet
und ein gleichmäßig hoher Sechskantkragen
mit einseitiger Facette
gebildet. Der Auswerfer 8 stößt die Stadie aus.
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Nach Weitertransport wird die Stadie 6 in der Matrize 12 der folgenden
Preßstufe (Fig. 3) von dem Stempel 15 zur Stadie i i umgeformt und anschließend
vom Auswerfer 13 ausgestoßen. In der Matrize 17 der dritten Preßstufe (Fig. 4) wird
dann die Stadie i i von dem eindringenden Preßstempel 2o durch Fließpressen zur
Sta:die 16 umgeformt, wobei das Fließpressen in der Richtung der Bewegung des Stempels
zo vor sich geht. Wollte man bei dieser Zwischenverformung den dünnen ringförmigen
Gehäusemantel auf die ganze Länge auszupressen versuchen, so würden infolge der
inneren Werkstoffreibung und der Reibung zwischen Stempel und Werkstück an den mit
A -B bezeichneten Stellen der Stadie 16 Einschnürungen oder innere Werkstoffabtrennungen
auftreten, die eine weitere Verformung der Stadie 16 in Richtung der Stempelbewegung
des Stempels 2o nicht zulassen.
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Um das zu vermeiden, wird das abgesetzte Stück des Zwischenwerkstückes
erfindungsgemäß nur bis zur zulässigen Beanspruchung des Werkstoffes durch Fließpressen
in Richtung der Stempelbewegung gelängt, und dann die Fließpreßrichtung umgekehrt,
indem die Stadie 16 in die Matrize 22 des nächsten Folgewerkzeuges (Fig. 5) eingebracht
und dort entgegen der Bewegung des Stempels 25 zur Stadie 21 durch Fließpressen
umgeformt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß der in dieser vierten Preßoperation
sich formende dünne Ringmantel des Zwischenwerkstückes in bezug auf die Werkstoffeigenschaften
gesund bleibt und Einschnürungserscheinungen oder innere Abtrennungen sicher vermieden
werden.
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Die Matrize 22 ist weiterhin an der Austrittsstelle des Auswerfers
23 so ausgebildet, daß der massive zylindrische Teil der Stadie 16 bei der Umformung
der Stadie 21 sparlos gespitzt wird, so daß das später anzubringende Gewinde gratlos
bleibt. Durch den jetzt dünneren Auswerfer 2@3 wird die Stadie 21 schließlich ausgestoßen.
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Wegen des durch das Fließpressen verursachten hohen Umformungsgrades
wird zweckmäßigerweise anschließend ein Zwischenglühen der Stadien zum Spannungsausgleich
im Formstück und zur Dehnungserholung des Werkstoffes bei einer Glühtemperatur dicht
unterhalb AC i mit anschließender Beizung und Oberflächenbehandlung vorgenommen.
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Die beiden letzten Preßvorgänge nach dem Zwischenglühen gemäß Fig.6
und Fig.7 können auf einer automatischen Zweistufenpresse durchgeführt werden. Da
es häufig erwünscht ist, Zündkerzengehäuse mit einem eng tolerierten gewalzten Gewinde
herzustellen, ist bei der bisher beschriebenen Formgebung der Gehäusefuß massiv
ausgeführt.
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Bei der ersten Preßoperation des Nachpressens (Fig. 6) wird die in
die Matrize 27 eingesetzte Stadie 21 vom Stempel 30 !so zur nächsten Stadie 26 umgeformt,
daß .der am Außenumfang befindliche Absatz a fast rechtwinklig zur Achse der Stadie
verläuft. Der Auswerfer 28 stößt die Stadie 26 nach Ende des Preßvorganges aus.
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In der zweiten Preßoperation des Nachpressens (Fig. 7) wird die Stadie
26 von dem Stempel 35 in der Matrize 32 auf das. gewünschte Fertigmaß kalibriert.
Die beim Formen der Stadie 26 ,gemäß Fig.6 begonnene Verschärfung des an ihrem Außenumfang
befindlichen Absatzes a wird in der 32 (Fig. 7) vollendet, damit die hier später
einzulegende Zündkerzendichtung eine gute Auflagefläche findet. Zum Schluß des Prägevorganges
wird am Auswerferende der Stadie 31 eine flache zylindrische Ausnehmung b vom Durchmesser
der späteren Gehäusebohrung eingepreßt. Das Einpressen geschieht durch einen entsprechenden
zylindrischen Ansatz des Auswerfers 33.. Die Ausnehmung b der Stadie 31 soll bewirken,
daß beim Bohren des Gehäuses nach dem Rollen des Gewindes am Gehäusefuß keine Gratbildung
auftritt. Zweckmäßigerweise wird daher der Gewindefuß in Richtung auf die große
fließgepreßte Höhlung gebohrt. Nach Beendigung der Formgebung und Kalibrierung der
Stadie 31 durch die Matrize 32, .den Stempel 35 und den Auswerferstift 33 wird das
sparlos fließgepreßte Gehäuse vom Auswerfer 33 ausgestoßen.
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In bekannter Weise schließt sich auf einer automatischen Gewindewalze
das Walzen des Befestigungsgewindes an, worauf abschließend auf einem Drehautomaten
der Gewindesockel unter Verrn'eidung einer Gratbildung hohlgebohrt wird. Auf dem
Drehautomaten kann gleichzeitig der äußere Rand des Anzugssechskantes spanabhebend
fortgenommen werden, so daß nur der Bördelrand zum Einbördeln des Isolators stehenblei.bt.
Es entsteht so das fertige Zündkerzengehäuse 36 nach Fig. $.
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Bei der in Fig. 9 bis 16 dargestellten Abwandlung des Verfahrens läßt
sich der durch Zerspanung entstehende Werkstoffabfall noch weiter vermindern durch
spanlos-es Vorlochen des Werkstückes. Nach diesem Verfahren wird beim Abscheren
(Fig. 9) und beim ersten Preßvorgang (Fi.g. io) analog vorgegangen wie bei den entsprechenden
Arbeitsgängen nach Fig. i und 2.
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Der Abschnitt 39 (Fig. 9) wird lediglich um soviel im Volumen größer,
als das fertig fließgepreßte Gehäuse (Fig. 15) abgeschert wie das Volumen der Abfallplatine
der dritten Operation (Fig. 12) beträgt.
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Für die zweite Preßoperation (Fig. i i) sind dagegen der Stempel 53
und der Auswerfer 5o anders als der Stempel 15 und .der Auswerfer 13 in Fig. 3 ausgebildet.
Durch das Eindringen der Hohlkegelspitze des Stempels 53 und des in der Auswerferhülse
51 der Matrize 49 geführten Stempels 5o in die Stadie43 verbleibt nach Umformung
der St.a-die 43 zur Stadie 48 in der letzteren eine dünne Platine als Steg. Die
Stärke der Abfallplatine ist abhängig von der Berührung der beiden beim Pressen
sich bildenden Werkstoffdruckkegel. Sie ist weiter abhängig von der elastischen
Auffederung der Presse, die bei zu enger Einstellung im Leerlauf dieses Werkzeuges
die Stempel 53 und 5o aufeinanderprallen
ließe. Die Aus-,verferhülse
51 stößt nach beendeter Umformung die Stadie 48 aus. Nach Weitertransport der Stadie
48 zur Matrize 55 der nächsten Stufe (Fig. 1a) stanzt der Lochstempel 58 die Platine
aus und prägt die Innenform nach.
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In der vierten Operation (Fig. 13) wird die Stadie 54 von dem eindringenden
Preßstempel 63 durch Fließpressen zur Sta-die 59 umgeformt, wobei das Fließpressen
in der Richtung der Stempelbewegung vor sich geht. Würde man auch in diesem Fall
bei der Umformung der Stadie 54 zur Stadie 59 in der Matrize 6o den dünnen, ringförmigen
Gehäusemantel auf die gewollte Länge- fertig auazupressen versuchen, so würden infolge
der inneren Werkstoffreibung und der Reibung zwischen Stempel 63 und dem
Werkstück an den mit A-B bezeichneten Stellen der Stadie 59 wiederum Einschnürungen
oder Werkstoffabtrennungen auftTeten, die eine weitere Verformung in Richtung der
Stempelbewegung des Stempels 63 nicht zuließen. Deshalb wird das Zwischenwerkstück
59 auch in diesem Fall erfindungsgemäß nur bis zur zulässigen Beanspruchung durch
Fließpressen gelängt.
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Da die Umformung bei dem gewählten Ausführungsbeispiel auf einer vierstufigen
Quertransportpresse und einer zweistufigen Presse aufgebaut ist, schließt sich zweckmäßigerweise
nach Durchlauf durch die vierstufige Presse das Zwischenglühen dicht unterhalb AC
i der Stadien 59 (Fig. 13)
hier an.
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Dann wird die geglühte Stadie 59 der Matrize 64 des ersten Nachpreßwerkzeuges
(Fig. 14) zugeführt und die Fließpreßrichtung im Sinne der Erfindung umgekehrt.
Die Stadie 59 fließt nach Auftreffen der Spritzkante c des Preßstempels 68 entgegen
der Stempelbewegung zur Stadie 64 aus. Auf diese Weise wird wieder erreicht, daß
der in dieser ersten Nachpreßoperation sich formende, dünne Ringmantel des Zwischenwerkstückes
in Bezug auf die Werkstoffeigenschaften gesund bleibt und Einschnürungserscheinungen
oder innere Abtrennungen sicher vermieden werden. Die Matrize 65 ist auch wieder
so- ausgebildet, daß der abgesetzte Teil des Zwischenwerkstückes zum gratfreien
Anschneiden des Gewindes sparlos gespitzt wird. Der Auswerfer 66 hat zweckmäßigerweise
eine Anbohrung als Luftpolster und stößt nach Beendigung der Umformung die .Stadie
64 aus.
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In der zweiten Nachpreßoperation (Fig. 15) wird die Stadie 64 in der
Matrize 70 von dem Stempel 73 auf das gewünschte Fertigmaß kalibriert. Die
Kaltumformungen der Stadien 59 in 64 und der Stadien 64 in 69 in den beiden Nachpreßoperationen
bewirken eine günstige Festigkeitssteigerung für das nachfolgende spanende Gewindeschneiden,
die Montage und für den Gebrauch der Zündkerze überhaupt. In der zweiten Nachpreßoperation
(Fig. 15) wird die Absatzkante d am Außenumfang der Stadie 64 rechtwinklig zur Achse
der Stadie 69 ausgeformt, damit die hier später einzulegende Zündkerzendichtung
eine gute, saubere Auflagefläche findet. Die Auswerferhülse 71 stößt das
fertig fließgepreßte Werkstück 69 aus. In bekannter Weise wird.- dann der äußere
Rand des Anzugssechskantes auf einem Drehautomaten abgestochen, so daß nur der Bördelrand
zum Einbördeln des Isolators ste'henbleibt. Gleichzeitig mit dem Abstechen kann
auf dem Drehautomaten das Gewinde in die Zündkerze eingeschnitten werden.
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Bei allen Werkzeugen verlaufen die Fließpreßkanten nicht rechtwinklig,
sondern spitzwinklig zu den Matrizenachsen, um durch allseitiges Ausfüllen der Matrizen
bei den einzelnen Fließpreßvorgängen gleiche Volumina der Zwischenstadien und dadurch
Einhaltung :der Werkstücktoleranzen zu erreichen.
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Ein durch Fließpressen geformtes Werkstück der beschriebenen Art ist
in bezug auf den Faserverlauf des Werkstoffs gleichartigen von der Stange gedrehten
Werkstücken überlegen; die Beständigkeit gegen Alterung läßt isich dadurch erhöhen,
daß ein urgeschwefeltes Material für die Fließpreßerzeugung eingesetzt werden kann,
während man sonst für die spanende Herstellung auf geschwefelten Automatenstahl
angewiesen ist. Bekanntlich neigen aber gezogene, geschwefelte Automatenstähle in
erhöhtem Maße zur Rißbildung und erfordern eine scharfe Überwachung zur Abwendung
dieses Übelstandes.
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Durch die Kaltumformung in den beiden letzten Preßoperationen nach
der Zwischenglühung wird eine über die Festigkeit des Ausgangsmaterials hinausgehende
Kaltverfestigung erreicht, .die insbesondere sich bei Zündkerzengehäusen für die
spanende Gewindeerzeugung und für die Montage und den Gebrauch -der Zündkerze als
besonders günstig erweist.