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Herstellung von Schrauben, Nieten anderen bolzenförmigen Werkstücken
mit Kopf auf kaltem Wege. Das Anstauchen von Köpfen von großem Rauminhalt, d. h.
von Köpfen, zu deren Bildung die umzuformende Bolzenlänge ein Vielfaches des Bolzendurchmessers
beträgt, an Schrauben, Nieten o. dgl. erfolgt meist auf warmem Wege. Die danach
hergestellten Werkstücke besitzen zwar die erforderliche Festigkeit, dagegen sind
sie sehr kostspielig, da das Warmpreßverfahren infolge der notwendigen Anwärmung
der Bolzen und des Einzeleinlegens jedes Werkstückes in die Presse überaus umständlich
und zeitraubend und daher wenig leistungsfähig ist. 'Jan ist deshalb in den letzten
Jahren dazu übergegangen, das Anstauchen großer Köpfe mittels sogenannter Doppeldruckpressen
auf kaltem Wege in der Weise zu bewirken, daß der zum Kopf umzuformende Werkstoff
zunächst einer Vorstauchung unterworfen und dann in einem zweiten, vorn ersten zeitlich
getrennten Arbeitsgang fertiggepreßt wird. Bei einem dieser bekannten Doppeldruckverfahren
wird zum Zwecke der Verhinderung einer Verbiegung des Werkstabes das umzuformende
Stabende bis auf ein dem Schaftteil benachbartes Stück zunächst von einer
Büchse
umschlossen und dann im ersten Arbeitsgang unter allmählicher Freilegung des umschlossenen
Stückes durch einen auf seine Endfläche ausgeübten Druck zu einem rohen Kopf von
größerer Höhe als der vollendete Kopf gestaucht, wobei die Stauchung an dem dem
Schaftteil benachbarten Stück beginnt. Dieser rohe Kopf wird hierauf im zweiten
Arbeitsgang durch einen auf den vollen Kopfquerschnitt ausgeübten Druck fertiggepreßt.
Das Doppeldruckverfahren ermöglicht zwar eine größere zahlenmäßige Leistung, dagegen
besitzen die danach hergestellten Werkstücke eine wesentlich geringere Festigkeit
als die auf warmem Wege erzeugten. Um die erforderlichen Festigkeitseigenschaften
wenigstens teilweise herzustellen, müssen die kaltgepreßten Werkstücke nachträglich
ausgeglüht werden, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wieder herunterdrückt.
Geschieht das Ausglühen nicht, so springen die Köpfe schon bei einem verhältnismäßig
leichten Schlag vom Schaft ab. Die geringere Festigkeit ist wahrscheinlich darauf
zurückzuführen, daß bei der in zwei durch den Austausch des Vorpreßstempels gegen
den Fertigstempel zeitlich voneinander getrennten Arbeitsvorgängen erfolgenden Umformung
des Werkstoffes in diesem Gefügeveränderungen und Spannungen entstehen. :Neben der
geringen Festigkeit der danach hergestellten Werkstücke besitzt das bekannte Doppeldruck-Kaltpreßverfahren
noch den Mangel, daß die Werkzeuge sehr heiß werden und sich schnell abnutzen, weshalb
man die Maschinen immer nur mit einer geringen Drehzahl laufen läßt.
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Die Erfindung bezieht- sich auf ein @'er fahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Schrauben, Nieten und anderen bolzenförmigen Werkstücken mit
einem Kopf auf kaltem Wege, wobei ähnlich wie beim oben erwähnten Doppeldruckverfahren
das zum Kopf umzuformende Ende des mit seinem Schaftteil festgehaltenen Werkstückes
bis auf ein dem Schaftteil benachbartes Stück zunächst von einer Büchse umschlossen,
dann in einer ersten Arbeitsstufe unter allmählicher Freilegung des umschlossenen
Stückes durch einen auf seine Endfläche ausgeübten Druck, an dem dem Schaftteil
benachbarten Stück beginnend, zu einem rohen Kopf von größerer Höhe als der vollendete
Kopf gestaucht wird, worauf schließlich in einer zweiten Arbeitsstufe dieser rohe
Kopf durch einen auf den vollen Kopfquerschnitt ausgeübten Druck fertiggepreßt wird.
Gemäß der Erfindung sind dabei die Mängel des bekannten Doppeldruckverfahrens dadurch
beseitigt, daß die beiden bisher in zwei zeitlich getrennten Arbeitsgängen ausgeführten
Stufen des Vorstauchens des zum Kopf umzuformenden Stabendes und des Fertigpressens
des beim Vorstauchen gebildeten rohen Kopfes unmittelbar aufeinanderfolgend in einem
einzigen fortlaufenden Druck, d. h. bei einem Arbeitsgang, geschehen. Die ganze
Umformung des Werkstoffes zum Kopf erfolgt also in einer überaus kurzen Zeit, nämlich
etwa während einer Achtelumdrehung der den Preßschlitten bewegenden Kurbel. Die
nach dem neuen Verfahren hergestellten Schrauben u. dgl. besitzen, wie die in großem
Umfange ausgeführten Versuche gezeigt haben, die gleiche Festigkeit wie die warmgepreßten
Schrauben. Dabei ist ein Ausglühen nicht einmal mehr erforderlich. Die hohe Festigkeit
der nach dem neuen Verfahren hergestellten Werkstücke ist wahrscheinlich darauf
zurückzuführen, daß bei der in einem einzigen fortlaufenden Druck und mit höchster
Schnelligkeit erfolgenden Umformung des Werkstoffes in diesem schädliche Gefügeveränderungen
und Spannungen nicht entstehen, der Werkstoff vielmehr dadurch, daß Vorstauchung
und Fertigpressung ohne Zwischenschaltung einer Pause in einem und demselben Zuge
geschehen, besser »fließt«. Neben der höheren Festigkeit der Werkstücke und der
Ersparnis des zeitraubenden und kostspieligen Ausglühens besitzt das neue Verfahren
gegenüber dem bekannten Doppeldruckverfahren noch den Vorteil einer wesentlich größeren
Mengenleistung, und zwar beträgt die letztere dadurch, daß im Gegensatz zur Doppeldruckpresse
bei jedem Preßhub bzw. jeder Kurbelumdrehung ein Werkstück fertiggestellt wird,
das Doppelte der Leistung -des bekannten Verfahrens, bei dem für die Fertigstellung
eines Werkstückes zwei Preßhübe bzw. zwei Kurbelumdrehungen erforderlich sind. Schließlich
ist auch die zur Ausführung des neuen Verfahrens erforderliche Presse einfacher,
da die besondere Steuerwelle und die von dieser bewegte Vorrichtung zum gegenseitigen
Austausch von Vor- und Fertigstempel wegfallen.
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Bei der Ausführung des neuen Verfahrens zeigt sich endlich die überraschende
Erscheinung, daß die Werkzeuge, d. h. Gesenk _uni Stempel, trotz der von ihnen geleisteten,
außergewöhnlich großen Umformungsarbeit fast kalt bleiben. Das liegt offenbar daran,
daß die bei der Umformung im Innern des Werkstoffes auftretende Wärme während des
Stauchvorgangs gar nicht bis zur Oberfläche dringen kann, was auch leicht daran
erkennbar ist, daß man die Werkstücke unmittelbar nach ihrem Austritt aus der Maschine
noch mit der Hand anfassen kann. Dadurch, daß die Werkzeuge kalt bleiben, ist es
aber möglich, die Drehzahl der Maschine wesentlich zu erhöhen. Damit ist nicht allein
eine weitere
Steigerung der Mengenleistung verbunden, sondern es
wird zugleich die Güte der Werkstücke verbessert, denn es hat sich gezeigt, daß
die Festigkeitseigenschaften der nach dein neuen Verfahren hergestellten Schrauben
um so günstiger sind, je schneller die U mforrnung des Werkstoffes am Kopf stattfindet.
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Es sei hier bemerkt, daß bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden
ist, große Köpfe an Bolzen in einem einzigen Druck herzustellen, indem ein Teil
des zum Kopf umzuformenden Stabendes, nämlich ein dein Schaftteil benachbartes Stück,
zunächst von der Bobr ung eines rückläufig verschiebbaren Gesenks umschlossen und
dann während der Stauchun'- dadurch allmählich freigelegt wird, daß der Stauchstempel,
nachdem er durch Anlage am Gesenk die Kopfform vollständig abgeschlossen hat, das
Gesenk zurückschiebt. Dabei wird in der Weise verfahren, daß in dem Augenblick,
wo der ganze 1@%erkstoff freigelegt ist, auch der Stauchsteinpel am Ende seines
Arbeitshubes angekommen, also die Formgebung des Kopfes vollendet ist. Dieses Verfahren
umfaßt also nur eine einzige Arbeitsstufe, in welcher der allmählich freigelegte
und dabei gestauchte Werkstoff unmittelbar die Form des fertigen Kopfes annehmen
soll. Dabei ist aber ein restloses Ausfüllen der Kopfform nur bei verhältnismäßig
weichem Werkstoff möglich. Ferner besteht dadurch, daß die allmähliche Freilegung
des Werkstoffes bis zur Vollen-Jung des Kopfes andauert, der Mangel, daß der während
des letzten Teiles der Stauchung aus der Gesenkbohrung noch austretende Stabteil
in den bereits in der Kopfform ausgebreiteten Werkstoff vom Schaftende her hineingedrückt
wird, was einen ungünstigen Verlauf der Walzfasern des Werkstoffes im angestauchten
Kopf zur Folge hat. Und zwar kehren die Fasern nach anfänglicher seitlicher Ausbiegung
wieder in die Längsrich-`ung zurück, so daß an der am meisten beanspruchten Stelle,
nämlich am Übergang vom Schaft in den Kopf, die seitlich vorspringenden Teile des
letzteren überhaupt keine unmittelbare Faserverbindung mit dem Schaft haben. Aus
diesen beiden Gründen ergibt dieses Verfahren bei Verarbeitung von kaltem Eisen
einerseits keine voll ausgepreßten Köpfe, anderseits besitzen die Köpfe keine genügende
Festigkeit. Brauchbare Bolzenköpfe lassen sich vielmehr nur bei Verwendung von warmem
und dadurch weich gemachtem und in sich verschweißendem Eisen erzielen.
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Demgegenüber unterscheidet sich das neue Verfahren grundsätzlich dadurch,
daß ungeachtet der Anwendung nur eines einzigen fortlaufenden Druckes die Herstellung
der Kipfe in zwei Stufen geschieht, indem das umzuformende Stabende unter allmählicher
Freilegung seines umschlossenen und geführten Teiles zunächst zu einem rohen Kopf
von ,gr;*)ßerer Höhe als der gewünschte Bolzenkopf gestaucht wird, und erst nachdem
so der gesamte Werkstoff freigelegt und ausgebreitet ist, die Fertigpressung des
rohen Kopfes geschieht. Dadurch ist aber erreicht, daß auch bei Verarbeitung von
kaltem Eisen die Kopfform restlos ausgefüllt wird und somit vollständig ausgepreßte
Köpfe gewonnen werden. Ein weiterer Unterschied liegt darin, daß beim neuen Verfahren
infolge Umschließung des äußeren Stabendes die Stauchung an einem dem Bolzenschaft
benachbarten Stabteil beginnt, also vom Schaft her kein Werkstoff in die Kopfform
nachgeschoben wird. Dadurch erhalten die Walzfasern des Werkstoffes im angestauchten
Kopf einen wesentlich günstigeren Verlauf, indem sie einfach nach außen gekröpft
werden. Die Walzfasern verlaufen also im Kopf hauptsächlich quer zum Schaft, wobei
sie sich unmittelbar an der Übergangsstelle vom Schaft in den Kopf seitlich ausbreiten.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausführung
des neuen Verfahrens geeigneten Vorrichtung in vier senkrechten Längsschnitten.
Dabei zeigen Abb. i die Stellung der Vorrichtung bei Beginn des Preßhubes, Abb.
2 und 3 zwei Zwischenstellungen und Abb. d. die Stellung am Ende des Preßhubes.
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a ist die in der festen Gestellwand angeordnete Gesenkform, h der
Kopf des hin und her gehenden Preßschlittens c. Im Schlittenkopf b ist mittels
der Schraube d eine Büchse f auswechselbar gehalten, in welcher eine zweite
Büchse g verschiebbar geführt ist. Letztere steht unter Wirkung einer Feder lc,
die bestrebt ist, die Büchse g in die in Abb. i gezeichnete Lage vorzudrücken, welche
Bewegung durch das als Anschlag dienende innere Ende der Schraube d begrenzt wird.
Die Büchse g enthält eine achsiale Bohrung i von gleichem Durchmesser wie der zu
verarbeitende Werkstab. In der Bohrung führt sich ein Vorpreßstempel oder Druckstift
k, welcher sich mit seinem rückwärtigen Ende gegen einen stärkeren Balzen in stützt,
der seinerseits mit seinem erbreiterten Rücken iz an einem verstellbaren Keil o
des Preßschlittens c anliegt.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende: Durch die Gesenkform
a wird in bekannter Weise der Werkstab p -so weit vorgeschoben,
wie
es der zum Kopf umzuformenden Werkstoffmenge entspricht. Dann bewegt sich der Preßschlitten
c nach links gegen das Werkstück, wobei zunächst die Büchse g über den aus der Gesenkform
vorstehenden Teil des Werkstabes gestreift wird. Der Vorschub der Büchse g wird
durch Anschlag an die feste Gesenkform begrenzt (Abb. z). Bei der weiteren Vorbewegung
des Schlittens c .wird durch den Druckstift oder Vorpreßstempel k der umzuformende
Werkstoff aus der Büchse g heraus in die Gesenkform a gedrückt, wobei die Büchse
g durch den Druck des seitlich ausgestauchten Werkstoffes entgegen der Wirkung der
Feder h, deren Spannung entsprechend bemessen ist, etwa bis in die aus Abb. 3 ersichtliche
Stellung zurückgedrängt. In dieser Stellung schließt das vordere Ende des Druckstifts
k mit der vorderen Stirnfläche der Büchse g ab, während der rückwärtige Hals gl
der Büchse an der Schulter m' des Druckbolzens zra anliegt. Damit ist der gesamte
von der Büchse umschlossen gewesene Werkstoff freigelegt, und es ist durch die stattgefundene
Stauchung ein roher Kopf von größerer Höhe als der gewünschte Bolzenkopf gebildet.
Bei dem nun noch stattfindenden restlichen Vorschub des Preßschlittens werden Druckstift
k und Büchse g gemeinsam kraftschlüssig gegen das Gesenk vorgeschoben, wobei sie
dadurch, daß die Büchse g an ihrer vorderen Stirnfläche der Stirnfläche des herzustellenden
Bolzenkopfes entsprechend gestaltet ist, zusammen einen Fertigstempel bilden. Durch
den-gemeinsamen kraftschlüssigen Vorschub von Druckstift k und Büchse g wird der
zuvor gebildete rohe Kopf, welcher den gesamten umzuformenden Werkstoff enthält,
in der Kopfform a1 vollständig ausgebreitet und so zum fertigen Kopf gepreßt (Abb.
q.). Nach dem Pressen des Kopfes geht der Schlitten c mit den Stempeln zurück, worauf
in bekannter Weise der Werkstab um die Schaftlänge des gewünschten Bolzens vorgeschoben
und abgeschnitten wird. Alsdann wiederholt sich das beschriebene Spiel.
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Wie ersichtlich, zerfällt das Verfahren in zwei Arbeitstufen, und
zwar wird in der ersten Stufe unter allmählicher Freilegung des von der Büchse umschlossenen
Stabteiles das umzuformende Stabende vorgestaucht, worauf in der zweiten Stufe der
bei der Vorstauchung gebildete rohe Kopf auf einmal fertiggepreßt wird. Diese beiden
Arbeitsstufen werden aber; wie ebenfalls ersichtlich, nicht wie beim bekannten Doppeldruckverfahren
in zwei seitlich getrennten Arbeitsgängen, sondern unmittelbar aufeinanderfolgend
in einem Arbeitsgang, d. h. in einem einzigen fortlaufenden Druck bzw. in einem
Zuge ausgeführt, wobei nur die Größe der Druckfläche wechselt, ohne daß eine Unterbrechung
in der Ausübung des Preßdrucks eintritt.