NO120378B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til smiing av st ålgj ens tander med formet hode.

Foreliggende oppfinnelse angår en

fremgangsmåte til smiing av stålgjenstander med bestemt form med stenger eller tråd som utgangsmateriale. Smiingen kan f. eks. foregå med vanlige stukemaskiner eller annet utstyr for kaldsmiing av f. eks. skruer, bolter, nagler, stifter og liknende.

Hittil har man ved vanlige metoder til

kaldsmiing av skruer og andre gjenstander med hoder støtt på en rekke ulemper, særlig ved smiing av skruer av legerte stål og stål med middels eller høyt kullstoffinnhold. Materialet i slike gjenstander revner eller brekker lett under arbeidsoperasjo-nene som former hodet, og når det benyttes stål av den nevnte art som vanligvis kan kaldsmis har man foreslått å forsyne skruer med hode i løpet av en rekke på hverandre følgende arbeidstrinn med minst en mellomliggende utglødning. Dette betyr at emnet kaldsmis delvis i et antall trinn i en maskin og deretter utglødes, hvoretter koldsmiingen avsluttes i en neste maskin. Denne koldsmiing kan ofte kreve fire eller fem slag, det vil si at hver enkelt gjenstand legger beslag på lang arbeidstid i maskinen, og det er unødvendig å fremheve at dette antall arbeidsoperasjoner er kostbart og tidskrevende og nødvendiggjør betydelig arbeidskraft og meget utstyr. Selv om de rette betingelser er tilstede vil vrakprosen-ten allikevel være høy særlig med de ståltyper som er vanskelig å bearbeide og som idag blir stadig mer og mer utbredt. Med de kjente metoder er videre antallet av forskjellige ståltyper som kan kaldsmis med godt resultat meget begrenset. I tillegg til at de kjente fremgangsmåter krever to stu-

kemaskiner for hver operasjon såvel som adskilte senker og utglødningsutstyr kreves det også betydelig manuell arbeidskraft, ikke bare for å få arbeidsstykkene fra den første maskin til utglødningsstedet og deretter til den annen maskin men også for tilpasning av de to stukemaskiner for det bestemte arbeid som skal utføres. Den kjente fremgangsmåte krever vanligvis et minimum av fire senker . og tilsvarende slagstempel, noe som ofte fører til urimelige omkostninger for mindre ordres på spesial-skruer.

Det er blitt utført forsøk for å over-vinne disse vanskeligheter ved å bruke forholdsvis langsomme og kostbare stukemaskiner som arbeider etter den såkalt? «progressive» metode, der skruen forsynes med hode i fire eller fem gradvis på hverandre følgende trinn for å unngå at materialet revner eller brekker. Til tross for at progressive stukemaskiner byr på en fordel sammenliknet med de ovenfor nevnte metoder, medfører disse maskiner anskaffel-sesomkostninger, omkostninger ved tilpasning av et riktig antall senker og ofte tilsvarende slagstempler og allikevel er antallet av de metalltyper som kan smies fort-satt megét begrenset, fremstillingshastig-heten er lav og nøyaktigheten og kvaliteten av produktet later noe tilbake å ønske samtidig med at beskadigelse og vrak er vanlig.

Begge de ovenfor nevnte fremgangsmåter fører til betydelig og kostbar slitasje på verktøyene slik at avskrivningstiden for disse må være kort, og hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte til smiing av stålgjenstander med formet hode der produksjonen kan gå hurtig, uten sprekkdannelser eller revner i det ferdige i produkt og med lang leve-; tid for verktøyene.

I henhold til oppfinnelsen er dette opp-nådd ved at det emné som skal smis til den nevnte stålgjenstand underkastes en første oppvarmning til en temperatur på mellom 66 og 235°C, hvoretter emnet smis under overvåkning av temperaturen på dette, hvilken temperatur ikke tillates å stige over 343°.

Ved en slik fremstilling oppnår man nettopp å oppheve de ovennevnte ulemper samtidig som man oppnår en betydelig for-dél, nemlig at de smidde gjenstander ikke behøver underkastes noen særlig bearbeiding etter smiingen fordi produktene kan fremstilles med meget stor nøyaktighet.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte til smiing av stålgjenstander med formet hode, av tråd eller stangmateriale ved bruk av senker som former hodet, og den er i det vesentlige kjennetegnet ved at den-omfatter en første oppvarming, av et stålemne til en temperatur på mellom 66°C og 235°C med påfølgende smiing av det oppvarmede, stålemne, samtidig med at temperaturen for emnet ikke tillates å stige over 343°C. .Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen består i at stålemnet smøres før oppvarmingen, og dessuten kan smiingen foretas ved aksial sammentrykning av materialet f. eks. ved at enden av emnestykket under smioperasjonen i lengderetningen tvinges inn i en senke med et parti som er mindre enn emnet, idet hodepartiet samtidig utvides.

Smiingen kan med.f or del foregå ved en reduksjon av emnets tykkelse i en ende samtidig med en delvis forming av et hode i den annen ende. f ør temperaturen er blitt utjevnet i hele emnet.

Andre trekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse hvis første del omfatter en beskrivelse av en stukemaskin méd oppvarmingsapparat som ikke utgjør noen del av oppfinnelsen, men som er nødvendig for forståelsen av oppfinnelsen og som kan betraktes som et' eksempel på midler til oppfinnelsens ut-førelse.

Fig. 1 viser skjematisk en del av en stukemaskin sett ovenfra, der oppvarmings-apparatet er på plass,

fig. 2 viser i forstørret målestokk en del av stukemaskinen og oppvarmnings-apparatet sett fra siden,

fig. 3 viser et ytterligere forstørret

lengdesnitt gjennom oppvarmningsappara-tet og en del av stukemaskinens ramme,

fig. 4 viser et snitt etter linjen 4-4 på fig. 3,

fig. 5 viser skjematisk illustrerende og tilnærmede temperaturer ståltråden eller

■stångmaterialet oppvarmes til før kald-smioperasj onene i henhold til foreliggende oppfinnelse slik temperaturene brukes for forholdsvis lange arbeidsstykker, idet temperaturene langs stangen eller trådmaterialet er antydet på den kurve som danner den nedre del av denne figur,

fig. 6 viser sett fra siden et typisk stålemne skåret av en stang ferdig til kaldsmioperasjonene i henhold til oppfinnelsen,

fig. 7 viser sett fra siden samme emne ved slutten av den første kaldsmioperasjon, idet deler er fjernet fra senken og slagstemplet som former det mellomliggende emne samtidig med at en del av det delvist smidde emne også er vist i snitt,

fig. 8 viser på samme måte som fig. 7 samme emne i senken med det annet slagstempel og ved slutten av det annet og siste trinn ved kaldsmiingen,

fig. 9 viser sett .fra siden et annet metallstykke som skal formes til et smidd emne med samme diameter som metallstykket,

fig. 10 viser samme metallstykke ved slutten av den første kaldsmioperasjon, sammen med fjernede deler av senken og slagstemplet som kaldsmir metallstykket, idet-en del av hodet av det delvis formede emne er fjernet og vist i snitt,

fig. 11 viser samme emne ved slutten av det annet og siste trinn av kaldsmiingen idet de omsluttende senker og slagstemplet er vist i snitt, og

fig. 12—17 viser metallstykkene og emnene i fig. 6—11 sett fra enden.

På tegningen er det i fig. 1—4 på en skjematisk måte vist en typisk stukemaskin

ved hjelp av hvilken fremgangsmåten i

henhold til oppfinnelsen utføres. I den føl-gende detaljerte beskrivelse vil apparatet bli beskrevet i detalj sammen med visse trekk ved dets drift, og fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse vil deretter bli beskrevet under henvisning til dette apparat, senlv om fremgangsmåten selvfølgelig kan utføres ved hjelp av mange andre og helt forskjellige former for apparater.

Fig. 1 viser noe skjematisk en modifi-sert vanlig toslag stukemaskin av den al-minnelige type som er vist i U. S. Patent nr. 2:236.733 og som omfatter en ramme 10 i form av en stor blokk eller et støpestykke, et par matevalser 14,12 montert på en stan-der 16 for mating av en tråd 18 antydet stiplet gjennom en passasje 20 i rammen 10 fra en hensiktsmessig tilførselsinnretning, (ikke vist). Ståltråden 18 mates rykkvis frem gjennom passasjen 20 i rammen 10 til den kombinerte kniv og overføringsmeka-nisme som er skjematisk antydet ved 22 der individuelle metallstykker eller arbeidsstykker deles av fra den forreste ende av tråden og føres videre på tvers til en hensiktsmessig formesenke (ikke vist) i rammen 10. Etter overføring av de oppdelte metallstykker ved hjelp av kutte- og over-føringsmekanismen 22 bearbeides metallstykket etterhvert av slagstemplet 24 og sokkelstemplet 26 som begge er montert på stukemaskinens sleide 28. Stukemaskiner av denne type er velkjente for fag-folk og vil forme et hode med forsenkning i et emne eller metallstykke på en kontinuerlig hurtig måte. Siden konstruksjons-detaljene av stukemaskinen ikke utgjør noen del av foreliggende oppfinnelse er for enkelthets og korthets skyld konstruksjo-nene utelatt, idet maskinen kan omfatte den oppbygning som er beskrevet i U.S patent nr. 2.236.733. Stukemaskinen kan være av en hvilken som helst av de kommersielt tilgjengelige modeller for smiing og fremstilling av hoder på metallgjenstander som settskruer, hodeskruer, skruer med forsenkning i hodet, skruer med sekskantede hoder, nagler, bolter, treskruer og liknende.

Mellom matevalsene 12,14 og rammen 10 er det plasert en oppvarmingsmekanisme som er montert for innstilling i lengderetningen og som i den viste utførelses-form er generelt antydet ved 30. Den viste oppvarmingsmekanisme 30 omfatter en blokk 32 fortrinnsvis utformet av materiale med gode varmeledende egenskaper, som f. eks. kopper, messing eller aluminium, med en lomme 34 for innføring av en spole 36 fortrinnsvis utformet, av kopperrør. Spolen 36 holdes i lommen 34 ved hjelp av en umetallisk isolator 38, som kan ha form av en firkantet pute som er festet i blokken 32 og en liknende pute 40 festet til en avtag-bar plate 42 som holdes i sammensatt stil-ling på blokken 32 ved hjelp av bolter 44.

Ledningene 46,48 for spolen 36 strekker seg langs og er festet til utsiden av et par ledere 50,52 og er ved de ytre ender tilslut-tet en kilde for kjølevæske, som f.eks. vann (ikke vist). Kjølevæsken tilføres gjennom rørene 46,48 og føres også til passasjen som generelt antydet ved 54 i blokken 32 ved hjelp av grenrør 56,58 som danner overfø-ringer fra rørene 46,48 ved henholdsvis 60 og 62.

Samleskinnene 50,52 er montert på og forbundet med en høyfrekvent strømkilde antydet generelt ved 64 som en transfor-mator. Den høyfrekvente strømkilde kan være en hvilken som helst hensiktsmessig vanlig omformer eller generator. Oppfinne-ren fortrekker å gjøre bruk av en høyfre-kvenskilde med variabel utgang som. er i stand til å avgi en vekselstrøm i området ved 400 kilocykler og en utgangskapasitet på 10 til 50 eller flere kilowatt.

Den utmatede tråd 18 føres inn i spolen 36 gjennom boringen 67 i blokken 32. En annen boring 73 ved den motsatte ende av blokken 32 understøtter tråden etter at denne har passert gjennom spolen 36 for derved å sikre at tråden vil bli tilstrekkelig understøttet og styrt gjennom sentrum av spolen 36 uten å berøre spolen og for å sikre en jevn og lokal oppvarmende virkning. Etter at tråden 18 har passert gjennom boringen 73 føres den inn i en innsats 72 som er plasert i passasjen 20. Innsatsen 72 er et langstrakt rør av et materiale méd lav varmeledende evne, som f. eks. polert rustfritt stål og er med jevne mellomrom forsynt med periferiene rygger 76 for ned-settelse av kontaktflatene mot rammen 10 og for derved å nedsette overføring av varme fra tråden 18 til rammen 10.

Stillingen av varmeenheten 30 er jus-terbar i lengderetningen i forhold til rammen 10 slik at avstanden fra kniven 22 til coilen 36 er et multiplum av lengden av de emner som skal avskjæres, for derved å sikre at det lokale område av tråden som til enhver tid skal varmes opp vil utgjøre en bestemt del av det ferdige emne etter at kniven 22 har foretatt avskjæringen. Lengden av varmeenheten kan også varie-res for forskjellige emner ved å fjerne spp-len og erstatte denne med en annen spoie 36 sammen med de tilhørende deler, slik at et lengere eller et kortere parti av emnet kan oppvarmes. Det skal påpekes at tråden 18 mates rykkvis av matevalsene 12, 14 i-overensstemmelse med hastigheten for avskjæringen og overføringen av emnene ved hjelp av knivmekanismen 22.

Ved drift av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjøres stukemaskinen fortrinnsvis med den største fart maskinen er beregnet for. Selv om tråden mates rykkvis kan oppvarmingsspolen 36 energiseres kontinuerlig til tross for at det er tilråde-lig å gjøre bruk av midler for automatisk de-energisering av spolen 36 når som helst maskinen stoppes. I henhold til oppfinnelsen innstilles utgangsytelsen for høyfre-kvenskilden 64 slik, under hensyntagen til størrelsen og matehastigheten for tråden, at den utmatede tråd etter hvert som den passerer gjennom spolen 36 oppvarmes jevnt eller lokalt til en forholdsvis moderat temperatur som beskrevet i detalj i det følgende. Bruk av høyfrekvent elektrisk oppvarming sikrer at materialet kan oppvarmes på en tilstrekkelig hurtig måte selv ved store matehastigheter for tråden og med store trådstørrelser, og oppvarmingen finner hovedsakelig sted jevnt fordelt over hele trådens tverrsnitt.

Mens temperaturområdene er kritiske med hensyn til bearbeiding av jernholdig metall, er disse temperaturer ikke tilstrekkelig skadelige til å påvirke belegget ;oå tråden som normalt påføres for å forbedre trådens matning. Den nøyaktige sammen-setning av slike belegg kan variere innen vide grenser, og slike belegg er ofte av en organisk natur og omfatter ofte et varme-følsomt materiale som f. eks. aluminium-stearat eller liknende eller kan være mo-lybdensulfid suspendert i olje. Temperaturen i stålstykket i stukemaskinen kommer aldri opp mot noen kritisk grense for det stål tråden 18 er la^ét^y/^slik åt ikke vil bli noen store strukturelle 'foran-dringer i stålet. ©sé*réMltére^de''rgjehstan-der méd hoder-:Vil, éélv^nårl%e'-iagés åv"Te<*->geffe stål eller stål med høyt kullstoffinnhold som er vanskelig å bearbeide, bli funnet å være overveiende fri for brudd og sprekkdannelser og kvaliteten og utseende av de resulterende skruer, bolter, nagler stifter og liknende er i alminnelighet over-legent sammenliknet med det som tidligere ble ansett for å være mulig.

En ytterligere fordel ved anordningen er at overføring av varme til stukemaskinen og til tilførselen og matevalsene i det vesentlige er unngått. Selv om det vil være tilbøyelighet til overføring av noe varme bakover gjennom tråden 18 utliknes dette ved den hurtige mating av tråden forover, slik at det frembringes en jevnt oppvarmet tråd eller hvis oppvarmingen er lokal, kan de oppvarmede partier bearbeides eller smies før varmen har jevnet seg ut over lengden av det materiale som mates. Overføring av varme til rammen 10 og derfra til senkene er i det vesentlige for-hindret ved den isolerte plasering av varmeenheten 30 og det lille kontaktareal mellom rammen og det materiale som mates til maskinen.

Som et resultat av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er det

mulig å forme gjenstander med hoder som

f. eks. skruer, bolter, nagler, stifter og liknende skåret av stangmateriale av legert 2 stål og stål med middels og høyt kullstoffinnhold, noe som tidligere ikke kunne smis fullstendig i kald tilstand i to-slags stukemaskiner.

Med «legerte stål» menes her stål som er tilsatt karakteriserende mengder av legeringskomponenter, som f. eks. nikkel-stål, kromstål, molybdenstål, rustfritt stål og liknende. Med «stål med middels og høyt kullstoffinnhold» menes stål som har et kullstoffinnhold på minst 0,3 pst. kullstoff og omfattende stål med et kullstoffinnhold på rundt regnet 0,6 pst. og stål som nærmer seg verktøystålklassen. Det er også mulig å kaldsmi store trådstørrelser, slik at et stort antall størrelser av skrue-emner, til og med opp til atskillige tom-mer i diameter, kan fremstilles som gjenstander med hoder, laget av legerte stål og stål med middels og høyt kullstoffinnhold. Mulighetene for fremstilling av bil-lige deler laget av legerte stål og stål med middels og høyt kullstoffinnhold åpner et helt nytt felt der kaldsmidde deler kan benyttes i installasjoner der vanlige kaldsmidde deler med lav strekkfasthet har ' iéSH' uhénsiktsnfessige og deler<med større styrke har vært for kostb'åre.

■ '•'''♦Fréfffgångsmåten i henhold til oppfinnelsen tillater ikke bare bruk av et større antall forskjellige ståltyper, men i tillegg er produksjonskapasiteten vanligvis minst 50 pst. større enn kapasiteten av tidligere

kjente apparater, og nøyaktigheten og kvaliteten er helt overlegen. Samtidig senkes omkostningene fordi hele kaldsmiopera-sjonen vanligvis kan oppnås ved bruk av bare en senke i stedet for et antall senker, og oppsetningstiden og tiden for demon-tasje blir mindre. Dette er særlig viktige faktorer ved fremstilling av mindre ordres på spesialdeler der tidligere omkostningene til anskaffelse av senker ville overskride betydelig totalsummen for de gjenværende omkostninger.

Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse krever nøyaktig tempe-raturkontroll for emnene når de kaldsmies og uten unntakelse kreves det at emnet skal være oppvarmet før noen bearbeiding finner sted, og videre kreves at arbeidet skal utføres med en slik hastighet, med hensyn til mengden av det materiale som skal deformeres i en viss tid og med hensyn til bortledningshastigheten for varmen fra arbeidsstykket, at arbeidsstykket på den bearbeidede del får en temperatur som ikke overstiger 345° C og fortrinnsvis ikks overstiger 315° C. Temperaturen på det stempel som slår fordypningen i hodet ved operasjoner som former fordypningen ved kaldsmiing er også av viktighet, og beste resultater særlig med hensyn til stemplet" levetid er funnet når stemplet brukes ved temperatur i nærheten av 315° C, dvs. fra 260° C til 345° C, og denne oppvarming av stemplet fremkommer ved det arbeid stemplet utfører.

De nøyaktige temperaturer materialet eller emnene oppvarmes til og temperaturene de har når de føres fra avskjæringsmekanismen til stukemaskinens del for fremstilling av hodet eller for kaldsmiing avhenger av et antall forskjellige faktorer som f. eks. arten av det stål som bearbeides, graden for stålets bearbeiding eller kaldsmiing i en, to eller flere arbeidstrinn, hastigheten kaldsmiingen av stålet utføres med og i en mindre grad formen av hodet eller de formede deler som skal fremstilles på emnet.

De spesielle eksempler som angis ne-denfor er illustrerende for spesielle anven-delser av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, men i videste mening skal fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen utføres fullstendig ved kaldsmiing eller ved arbeidsoperasjoner som forsyner gjen-standen med hode, uten at en temperatur på 345° C overskrides som middeltempera-tur for den bearbeidede del av arbeidsstykket og temperaturen skal fortrinnsvis helst ligge i området mellom 260° C og 315° C, som den endelige temperatur i hodedelen på arbeidsstykket. I noen tilfelle kan temperaturen være så lav som 235° C, selv om stemplets levetid er tydelig bedre når den temperatur hodet holder ligger i området mellom 260° C og 315° C.

For å oppnå denne temperatur blir den varme som tilføres materialet nøyaktig kontrollert og innstilt i overensstemmelse med størrelsen av den kaldsmiing som metallet skal utsettes for, hastigheten arbeidet utføres med, antall arbeidsoperasjoner, og den varme som tapes til maskinen under de arbeidsoperasjoner som former hodet.

Grunnen til at stemplets levetid økes har foreløpig ikke fått noen tilfredsstil-lende forklaring, men slike store økninger i stemplets levetid kan lett observeres under virkelig drift som er blitt utført der resultatet har vært en endelig temperatur i hodet på 235° C til 345° C og fortrinnsvis fra 260° til 315° C.

Drift ved disse sluttemperaturer set-

ter stukemaskinen i stand til å fremstille

større størrelser av gjenstander med hoder enn det på annen måte er mulig på en bestemt maskin og de gjenstander som pro-duseres på denne måte er mer nøyaktig i størrelse og stukemaskinen går roligere enn det ellers ville ha vært tilfelle.

For å oppnå disse sluttemperaturer med arbeidsstykker av vanlig størrelse og der en normal mengde bearbeidelse av metallet skal utføres på hodedelen av emnet oppvarmes på forhånd hodepartiet eller hele emnet til en begynnelsesetemperatur, f. eks. ved høyfrekvensoppvarming til minst 66° C og mer vanlig til minst 93° C, idet bearbeidingen av metallet under arbeidsoperasjonen for forming av hodet hever cemperaturen slik at denne blir liggende i området mellom 235° C og 345° C eller mer ønskelig mellom 260° C og 315° C.

I de tilfelle da formingen av hodet eller kaldsmieoperasjonen skal utføres i et enkelt arbeidstrinn, vil begynnelsestempe-raturen i arbeidsstykket ligge mellom 121° C og 205° C, og bearbeidingen av metallet vil øke temperaturen slik at denne vil ligge i området mellom 235° C og 345° C, og fortrinnsvis mellom 260° C og 315° C. Da formingen av hodet omfatter operasjoner i to trinn, innbefattende en første operasjon (fig. 7) og en siste operasjon som former fordypningen (fig. 8) varmes arbeidsstykket på forhånd til omtrent 66° C eller 93° C, og tilstrekkelig slik at ved av-slutningen av den første operasjon vil mid-deltemperaturen i hodet ligge i området mellom 121° C og 235° C, og fortrinnsvis i området 163° C til 205° C, og denne første operasjon følges øyeblikkelig av operasjo-nen for frembringelse av fordypningen, hvorved det oppstår en endelig middeltem-peratur i hodet på 235° C til 345° C og fortrinnsvis 260° C til 315° C.

Hvis det gjøres bruk av mer enn to kaldsmieoperasjoner og hodedelen av arbeidsstykket skal formes ved hjelp av tre eller flere trinn, oppvarmes arbeidsstykket først til en temperatur på minst 66° C og fortrinnsvis 93° C, og i det siste bearbeidel-sestrinn som vanligvis innbefatter en punche-operasjon utføres kaldsmiingen ved en temperatur på over 235° C eller mindre ønskelig 215° C og temperaturen som nås ved hodedelen ved slutten av arbeidsoperasjonen overstiger ikke 315° C eller mindre ønskelig 345° C.

I det siste trinn ved en kaldsmioperasjon som omfatter to eller eller flere trinn, der den endelige form på hodet bestemmes, har utførelse av arbeidet når dette frem-bringer en sluttemperatur på 235° C til 345° C eller 260° til 315° C, den ytterligere fordel at operasjonene kan utføres med mindre tilbaketrykk i stukemaskinen, en faktor som sannsynligvis tar del i å gi verktøyet lenger levetid og roligere drift i dette temperaturområde.

I henhold til den foretrukne fremgangsmåte for utførelse av prosessen i henhold til oppfinnelsen for kaldsmiing av stålstykker eller emner av stål som har en viss formbarhet ved forholdsvis lave temperaturer, kan stålstykkene eller em-nen smis uten at de oppvarmes til temperaturer vel over 500° C (i motsetning til de prosesser som gjør det nødvendig å varme opp metallemnet eller stykket til temperaturer som omtrent svarer til rødglødning eller de prosesser som nødvendiggjør at metallemnet må normaliseres, utglødes eller utsettes for ytterligere varmebehand-ling under eller like etter kaldsmieoperasjonen for å korrugere for den struktur som dannes ved bearbeiding av metall-emnene under kaldsmieoperasjonen).

Emnet eller stykket av ståltråd eller stangmateriale har vanligvis en diameter som tilnærmet svarer til hoveddiameteren av den ferdige gjenstand som skal fabri-keres og som kan være så liten som 2,5 mm eller mindre, eller alternativt være så stor som 2—3 cm eller mer i diameter, avhengig av kapasiteten av stukemaskinen der de avskårne stykker eller emner skal formes ved høyt trykk i eh rekke arbeidsoperasjoner. Mens fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan anvendes generelt for et stort antall ståltyper som er tilstrekkelig formbare til å kunne kaldsmies i ett eller flere arbeidstrinn, kan fremgangsmåten med større effektivitet anvendes ved kaldsmiing' av jernholdige metaller i to eller tre trinn, særlig av legerte stål omfattende rustfrie stål og verk-tøystål som eller ikke kan kaldsmies på noen praktisk brukbar måte.

Ved utførelse av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse blir stålstykker eller emner med den ønskede diameter oppvarmet og kuttet av fra det til-førte materiale og blir rykkvis matet fra tilførselsanordningen til stukemaskinen. Oppvarmingen foretas fortrinnsvis i en overordentlig kort tidsperiode og bare kort før kuttingen og den arbeidsoperasjon som former hodet, slik at i nesten hvert tilfelle blir materialet oppvarmet i en periode på mindre enn 1 og alltid mindre enn 2 eller

3 sekunder, idet tider som overstiger 1

sekund bare er nødvendig ved bearbeiding av forholdsvis tykt materiale, som stangmateriale med diameter større enn 19 mm. Oppvarmingen kan utføres nær ved av-skjæringsstedet og når tråden eller stangmaterialet ikke.blir oppvarmet til en jevn temperatur kan oppvarmingsinnretningen innstilles slik at avskjæringspunktet på tråden eller stangmaterialet er forholdsvis kaldt sammenliknet med den varmeste del av materialet, for derved å sikre en skar-pere eller renere avskjæring enn tilfelle ville være hvis metallmaterialet var varmere ved avskjæringspunktet.

I henhold til oppfinnelsen blir således stålmaterialet varmet ved et punkt og mates derfra rykkvis til en avskjæringsposi-sjon og deretter til et punkt der formingen utføres og dette punkt ligger nær ved opp-varmingspunktet. På denne måte kan tråden eller stangmaterialet varmes lokalt til en moderat temperatur, idet de oppvarmede partier kan velges ut, kan skjæres av mens avskjæringspunktene fremdeles er forholdsvis kjølige og kan deretter mates til det sted der hodet formes, mens hodet fremdeles er lokalt oppvarmet til en høyere temperatur enn resten av det innmatede materiale. Fortrinnsvis bør ikke mer enn et par materiallengder ligge mellom avskjæ-ringsposisjonen og formestedet, slik at når aparatet drives med en hastighet på fra 60 til 250 fler enheter pr. minutt, avhengig av størrelsen av de gjenstander som skal fremstilles, vil det ikke gå mer enn noen få sekunder, og noen ganger mindre enn 1 sekund, mellom oppvarmingsoperasj onen og den første formeoperasjon eller kaldsmiing. På denne måte kan metallstykkene eller emnene oppvarmes slik at bestemte deler av emnet gjøres mer plastisk enn i den nor-male kaldsmieoperasjon, mens forholdsvis lange metallstykker eller emner kan bibe-holde bestemte deler hovedsakelig på den omgivende temperatur, slik at intet av stålets trykkfasthet tapes før kaldsmieoperasjonen for derved å gjøre det mulig at metallstykket eller emnet kan føres inn i og formes av en reduksjonssenke på samme tid og på samme sted som metallstykket eller emnet bearbeides i den arbeidsoperasjon som former hodet.

Forholdsvis korte metallstykker og de som ikke skal reduseres vesentlig i diameter, såvel som de der hodet ikke skal være unor-malt stort, kan oppvarmes omtrent jevnt, og dette utføres fortrinnsvis ved oppvarming av en lengdeenhet av tråden eller stangmaterialet etter hvert som dette mates rykkvis, idet oppvarmingen i det vesentlige-er jevn over hele lengden av det metallstykke eller emne som skal skjæres av materialet.

Tegningens fig. 5 viser typiske ujevne temperaturer som kan benyttes på en lengde innmatet materiale som skal skjæres til forholdsvis lange metallstykker eller emner før kaldsmioperasjonene. Som vist er de høyeste temperaturer i lengderetningen av metallstykket eller emnet angitt i forhold til en stang eller tråd som tilslutt skal skjæres opp for å danne et emne eller metallstykke som er 19 mm x 190 mm, hvis ene ende skal reduseres i diameter over en betydelig del av sin lengde, og hvis annen ende skal formes til et bestemt nøyaktig formet hode, der arealet av hodet er omtrent det dobbelte av arealet av det materiale delen lages av som vist på fig. 6—8.

Som det fremgår av fig. 5 blir stang-lengden 18 som rykkvis mates fremover lokalt oppvarmet ved hjelp av høyfre-kvensspolen 36 og spolen 36 er forholdsvis kort i forhold til lengden av stangen mellom punktene 90, der den skal skjæres av ved hjelp av avskjæringsmekanismen 22.

I den nedre del av fig. 5 er det vist typiske temperaturer langs den rykkvis fremmatede materialdel etter at den er blitt lokalt oppvarmet. Disse temperaturer vil variere innen vide grenser avhengig av ståltypen eller arten av annet metall som mates og som benyttes i prosessen, men typiske verdier er angitt for et forholdsvis bløtt stål som f. eks. SAE 1320 såvel som for et mer varmebestandig legert stål som f. eks. SAE 6150.

Når stålet forlater oppvarmingsstedet

.er det blitt lokalt oppvarmet til en temperatur som nærmer seg 122° C til 205° C for legerte stål, eller .omtrent 66° C til 205° C for bløtstål. Hoveddelen av materialet er imidlertid ikke blitt vesentlig oppvarmet bortsett fra ved ledning langs materialet og ved tidspunktet for avskjæringen høyst 1 til .3 sekunder senere, kan den varmeste del.av stangen variere-fra 66°C til 205° C, .mens avskjæringspunktet vil være betydelig koldere og de mellomliggende deler av stangen i det vesentlige vil ha deres opprinnelige omgivende temperatur. Etter hvert som stang- eller .trådmaterialet skjæres av ved hjelp av avskjæringsinnretnin-gen blir disse ender noe oppvarmet ved skjærevirkningen og delene av stangen •nær ved de avskårne ender blir mer plastisk -Og letter derved smioperasjonen som følger umiddelbart deretter.

Når således forholdsvis lange arbeids-

stykker skal kaldsmies, og særlig der hver ende skal reduseres betydelig i diameter over en vesentlig del av sin lengde, blir de avskårne metalldeler eller emner oppvarmet ved sine ender, mens den mellomliggende del av metallstykket eller emnet forblir i det vesentlige uoppvarmet. Enden av metallstykket eller emnet som skal reduseres i diameter blir bare svakt oppvarmet ved den varme som tilføres på varmestedet, hvortil kommer den mindre varmemengde som oppstår ved avskjæringen av materialet, mens den annen ende av emneenheten er blitt oppvarmet i en kort avstand fra enden slik at denne ende blir oppvarmet i en grad som er tilstrekkelig til å mulig-gjøre forming av enden ved to eller flere hurtig påfølgende smislag som smir stålet til dets endelige-ønskede form, uten at temperaturen stiger over 345° C og fortrinnsvis ikke over 315° C.

Når stålstykket eller emnet bearbeides ved de temperaturer som er angitt på fig.

5 på tegningen for å danne den ferdige

gjenstand ved hjelp av dé trinn som er vist på fig. 6—8, har det lange emne 18' en temperatur på omtrent 66° C eller 93° C til 205° C ved den forreste ende som skal formes til det forstørrede hode. Den annen ende av emnet har en temperatur på omtrent 52° C til 149° C over et kort stykke, og denne temperatur faller hurtig til omkring 38° C langs lengden av det avskårne materiale for derved å frembringe en noe plastisk ende i nær tilslutning til en kald lengde av stangen som ikke har mistet noe vesentlig av sin trykkfasthet. Den varmere ende av metallstykket eller emnet utgjør en del som kan deformeres med en gang når emnet eller stykket skyves inn i reduk-sjonssenken og denne operasjon frembrin-ger tilstrekkelig ytterligere varme til å bringe overflaten av materialet til å flyte tilstrekkelig tir at materialet kan anta den ønskelige endelige form.

I henhold til den foretrukne utførelses-måte for prosessen ved foreliggende oppfinnelse som vist ved kaldsmiing av et forholdsvis langt stålskrueemne, vist i fig. 6,

og der delen med hodet er større enn det er

mulig å utføre hodedelen ved bruk av vanlig kaldsmiingsteknikk, er hodet formet ved utvidelse av materialet til 4,5 til 5 ganger diameteren av tråden og til og med større hoder kan fremstilles ved prosessen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Den temperatur det avskårne emne varmes opp til vil i betydelig grad avhenge av den arbeidsoperasjon som utføres for forming av hodet og av sammensetningen

av det stål emnet er laget av. Med kullstoff -

stål og lavlegerte stål i små størrelser opp til 6,35 mm eller 9,5 mm i diameter trenger emnet bare oppvarmes lokalt til tempera-

turer som strekker seg fra 93° C til 121° C,

mens større størrelser kan kreve tempera-

turer så høye som 177° C. Noen typer le-

gerte stål, rustfrie stål og verktøystål kan trenge temperaturer så høye som 177°C til 205° C.

Brukes det et legert stål som f. eks.

4037 for forming av skrueemnet som vist i fig. 6, oppvarmes den avskårne lengde av ståltråd 18' lokalt nær dets ende til en temperatur på omkring 149° C, idet noe av varmen overføres ved ledning fra den neste emnelengde som er oppvarmet før kuttingen, slik at den annen ende av emnet derved varmes svakt til en temperatur på omkring 93° C. Hastigheten av arbeidets utførelse og det korte tidsrom mellom oppvarming, avskjæring og kaldsmieoperasjo-

nene er så kort at temperaturen langs lengden av trådmaterialet ikke får tid til å

jevne seg ut, da det bare er noen få trinn mellom oppvarmingsstedet og smiingen og avskjæringen og matningen av emnene ut-

føres vanligvis med en hastighet på flere operasjoner pr. sekund. Den sentrale del av emnet forblir således hovedsakelig på

sin opprinnelige temperatur inntil kaldsmiingen utføres.

Fig. 7 viser et snitt gjennom det oppvarmede emne etter den første smiopera-

sjon er blitt utført på emnet eller stykket.

Ved dette første operasjonstrinn blir den

venstre ende av emnet 18' som er svakt varm og har en temperatur på 93° C tryk-

ket inn den hovedsakelige rørformede del av smiesenken 90 og tvinges inn i den sma-

lere sylindriske del 92 av senken, inntil enden av emnet kommer i anlegg mot stopp- og utstøtningsdelen 94 som fyller en-

den av senkedelen 92. Under denne delen av arbeidsoperasjonen blir den varme ende av emnet redusert nøyaktig til den ønskede størrelse og arbeidet ved kaldsmiingen fø-

rer til at enden og den reduserte del blir oppvarmet til en temperatur som ikke overstiger 345° C og fortrinnsvis er under 285° C til 315° C, slik at endelen 96 av emnet 18' derved nøyaktig tilpasses i stør-

relse i overensstemmelse med størrelsen og formen av senkedelen 92. Etter hvert som utpresningssenken og stemplet 24 fortset-

ter å bevege seg mot stoppdelen 94 vil den annen ende av emnet bli presset ut og danne hodet 98 i overensstemmelse med formen på senken 24 og åpningen 100 i denne, og samtidig med denne bearbeidelse

av stålet, vil hodedelen bli ytterligere opp-

varmet over den opprinnelige temperatur på 121°C, men under temperaturen på 345°C

og fortrinnsvis under 285°C til 315°C.

I praksis kan størrelsen og formen av

enden 98 med hodet på emnet 18' variere innen vide grenser og diameteren av hodet kan til og med være så meget som 2 til 2,5

gang den opprinnelige diameter av emnet.

Etter avslutning av utpresningsopera-

sjonen som er vist på fig. 7 utsettes det del-

vist smidde emne for den neste snuopera-

sjon i samme senke og av en neste senke og stempel. Emnet befinner seg fremdeles i den sylindriske senke 92 og er holdt på

plass av stoppdelen 94 samt blir mens det fremdeles er varmt, utsatt for den kraftige kaldsmiingsbearbeiding av sokkelsenken og stemplet 26 som former den ønskede for-dypning i enden av det utpressede hode 98

og tvinger stålet i det utpressede hode 98

i det vesentlige til nøyaktig samme form som den utvidede åpning 100 i senken 92, materialet i åpningen 100 oppvarmes ytter-

ligere, men uten at maksimumstempera-

turen på 345° overstiges, og denne tempera-

tur skal fortrinnsvis ikke være over 285°C

til 315°C.

Utstøtningsinnretningen 104 støter der-

etter det ferdige emne 108 ut fra senken og emnet avkjøles deretter, hvoretter det kan viderebehandles f. eks. gjenges, overflate-behandles eller varmebehandles etter ønske.

Når emnene ikke skal reduseres i dia-

meter, og særlig når emnene er forholdsvis korte, kan emnene som er skåret av stang-

eller trådmateriale oppvarmes over hele sin lengde. Som vist i fig. 9 er stålemnet 110 oppvarmet til en temperatur på minst 93 °C

og fortrinnsvis ikke over 235°C hvoretter emnet overføres til kaldsmisenkene 112, 114

for å presse ut hodeenden av emnet for dan-

nelse av det utpressede hode 116, hvoretter det utpressede emne ytterligere smis av stemplet 120 for derved å avslutte kaldsmi-operasj onene som omfatter utpresning av hulrommet og avsluttende smiing av hode-

delen mellom senkedelene 112 og 120. Arbei-

det med smiing i disse to trinn fører i alminnelighet til denne temperaturøkning i stålet fra 38°C til 66°C, men denne temperaturøkning er slik kontrollert at temperaturen aldri overstiger 345 °C og fortrinnsvis holdes under 285—315°C.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til smiing av stålgjenstander med formet hode, av tråd eller stangmateriale ved bruk av senker som former hodet, karakterisert ved at den

omfatter en første oppvarming av et stålemne til en temperatur på mellom 66°C og 235°C med påfølgende smiing av det oppvarmede stålemne, samtidig med at temperaturen for emnet ikke tillates å stige over 343°C.

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at stålemnet smøres før oppvarmingen.

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1 eller 2, karakterisert ved at smiingen foretas ved aksial sammentrykning av materialet.

4. Fremgangsmåte som angitt i påstand 3, karakterisert ved at enden av emnestykket under smioperasjonen tvin- ges i lengderetningen inn i en senke med et parti som er mindre enn emnet, idet hodepartiet samtidig utvides.

5. Fremgangsmåte som angitt i de fore-gående påstander, karakterisert ved at den omfatter samtidig reduksjon av emnets tykkelse i en ende og delvis formning av et hode i den annen ende før temperaturen er blitt utjevnet i hele emnet.

6. Fremgangsmåte som angitt i de fore-gående påstander, karakterisert ved at emnet bare varmes opp ved en ende og over en lengde som er kortere enn den fremmatede lengde av emnet.