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Verfahren zum Herstellen von mit einem Kopf versehenen Werkstücken
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von mit einem Kopf versehenen Werkstücken zu schaffen, welches die Erzielung vorteilhafterer und wirksamerer Ergebnisse, als dies bisher möglich war, gestattet und insbesondere die Möglichkeit bietet, Werkstücke zu erzeugen, die nach den bisherigen Verfahren nicht auf vergleichbar einfache Weise gefertigt werden konnten.
Bekanntlich ist die Werkstoffmenge, die in einem Stauchvorgang einwandfrei aufgestaucht werden kann, an sehr enge Grenzen gebunden. Es war bisher üblich, bei der Herstellung von mit einem Kopf versehenen Werkstücken von Draht-oder Stangenmaterial von verhältnismässig kleinem Durchmesser auszugehen und das eine Ende des abgetrennten Rohlings auf den gewünschten Kopfdurchmesser aufzustauchen. Wegen der hiebei zu beachtenden Grenzen der zu stauchenden Materialmenge war das Enderzeug - nis an bestimmte Formen gebunden, so dass insbesondere die Herstellung von Köpfen an derartigen Werkstücken, die mehr als das 20fache des Schaftvolumens betragen, bisher nicht möglich war.
Es ist zwar ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit erhöhter Festigkeit durch Kaltumformung bekannt, welches vorsieht, dass ein Teil des Werkstücks nacheinander gestaucht und verlängert wird, um eine mehrmalige Festigkeitserhöhung ohne nachfolgende thermische Vergütung zu erzielen.
Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass hiebei ein Werkstückteil, der zuvor durch Stauchen eine erhöhte Festigkeit angenommen hat, anschliessend nochmals fliessgepresst wird, ein Vorgang, der auf Grund der erhöhten Materialfestigkeit insbesondere für die Herstellung von Massenartikeln unwirtschaftlich ist. Bei dem bekannten Verfahren ist es auch überflüssig, eine Werkstoffverfestigung durch vorheriges Stauchen, die dann durch Fliesspressen wieder rückgängig gemacht wird, zu erzielen, weil die bei einmaliger Verformung eintretende Werkstoffverfestigung für die meisten in Frage kommenden Zwekke vollständig ausreicht und bei vorgängigem Stauchen durch das Fliesspressen eine stärkere Reduktion des Querschnitts erforderlich wird, als sie ohne Vergrösserung des ursprünglichen Durchmessers notwendig wäre.
Es sind ferner Vorrichtungen zum Fliesspressen bekanntgeworden, bei denen eine Matrize mit einer konkav gewölbten Einzugsfläche verwendet wird. Diese bekannten Vorrichtungen dienen jedoch ausschliesslich zur Herstellung von Schraubenbolzen mit Köpfen von rechteckigem Querschnitt durch Strangpressen, wobei keinerlei Stauchung des Werkstückkopfes vorgesehen ist, die nach dem vorherigen Fliesspressen des Schaftteils erfolgt.
Es ist schliesslich noch ein Verfahren zum Strangpressen bekannt, welches eine Matrize mit einer konkaven Einzugsfläche verwendet.
Demgegenüber wird durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Herstellen von mit einem Kopf versehenen Werkstücken vorgeschlagen, welches sich dadurch kennzeichnet, dass vorerst von einem auf Länge abgetrennten Rohling ein dem Schaft am fertigen Werkstück entsprechender Teil durch Kaltfliesspressen in einer Matrize reduziert wird, deren weiter dem Rohlingsdurchmesser entsprechender Teil mit einer konkaven Fläche in die Fliesspressöffnung übergeht und anschliessend der bisher unbearbeitete Teil des Rohlings in einer zweiten Matrize zu einem Kopf von der endgültigen Form fertigbearbeitet wird. Hiebei kann der vorerst nicht durch Kaltfliesspressen reduzierte Teil auf einfache und wirtschaftliche Weise in die gewünschte Form gebracht werden, ohne dass beim Anstauchen des Werkstücks die hiefür zulässigen Grenzen überschritten werden.
Es hat sich auch gezeigt, dass eine mit einem konkaven Bodenteil
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mässen Verfahren herstellbare Befestigungsteile gelten kann. In den Fig. 2-7 sind die einzelnen Fertigungsstufen des in Fig. 1 gezeigten Werkstücks dargestellt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht das Werkstück 10 aus einem zylindrischen Kopfteil 12 mit einem Flansch 14, dessen Durchmesser grösser als der des Kopfes ist. Vom gegenüberliegenden Ende des Kopfes 12 geht ein im Durchmesser dünnerer Schaft 16 aus. Das Werkstück 10 ist ein bei der Herstellung von Elektromagneten verwendeter Teil und bildet ein Beispiel für solche Stücke, die bisher normalerweise auf Schraubenherstellungsmaschinen gefertigt wurden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird zunächst ein zylindrisch geformter Rohling 17, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, von vorgegebener Länge von Stangen-oder Drahtmaterial (nicht gezeigt) von vorgegebenem Durchmesser abgetrennt. Vorzugsweise wird das Volumen des abgetrennten Rohlings im wesentlichen so bemessen, dass es im Volumen dem herzustellenden Werkstück entspricht, obwohl es in bestimmten Fällen auch notwendig oder erwünscht sein kann, dass der Rohling ein grösseres
Volumen als das fertige Werkstück aufweist. Es ist jedoch einer der Vorzüge des erfindungsgemässen Ver- fahrens, dass in zahlreichen und wahrscheinlich den meisten Fällen ohne Überschuss an Rohmaterial gear- beitet werden kann. Nachdem der Rohling 17 abgetrennt worden ist, wird er in eine Fliesspressmatrize 18 eingelegt, wie sie im einzelnen in Fig. 5 gezeigt ist.
Ein Teil des Rohlings 17 wird zur Bildung des Schafts 16 fliessgepresst, während ein im wesentlichen unbearbeiteter Kopfteil 19, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, erhalten bleibt.
In den Fig. 5-7 und 12. 14 sind lediglich die Matrizeneinsätze gezeigt, die üblicherweise in die Matrizenblöcke eingesetzt werden. Der Einfachheit halber werden im folgenden jedoch die Einsätze als Matrizen bezeichnet.
Nach Fig. 5 besteht die Fliesspressmatrize 18, welche erfindungsgemäss verwendet wird, aus einem Block, in welchem ein im wesentlichen gerader oder zylindrischer Hohlraum ausgebildet ist und der durch die Wandung 20 umschlossen ist. Der Durchmesser Dl ist so gewählt, dass der Rohling 17 in den Hohlraum hineinpasst, während die Länge des zylindrischen Teils mit der Seitenwandung 20 etwas grösser als die des Rohlings 17 ist. Das in Pressrichtung vorn liegende Ende des Hohlraums verengt sich über eine konkav gekrümmte Fläche 21, die ihrerseits an der Fliesspressöffnung 22 endet. Der Durchmesser Dl der Fliesspressöffnung entspricht im wesentlichen demjenigen des Schafts 16.
Der an die Öffnung 22 anschlie- ssende zylindrische Teil ist verhältnismässig kurz und öffnet sich zu einem Aufnahmehohlraum 24, der im Durchmesser etwas grösser als die Fliesspressöffnung bemessen ist und durch den der fliessgepressteSchaft16 während des Pressvorganges frei hindurchgehen kann.
Der genaue Krümmungsradius der Fläche 21, der mit R bezeichnet ist, ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, sondern kann erheblich variieren. Im allgemeinen ist jedoch ein grosser Radius vorzuziehen, insbesondere dann, wenn mit spröden Legierungsmetallen gearbeitet wird oder wenn die Form des fertigen Werkstücks keinen scharfen Übergang zwischen Kopf und Schaft erfordert. Ohne dass hiedurch eine Einschränkung gegeben wird, hat sich gezeigt, dass vorteilhafterweise ein Krümmungsradius R gewählt wird, der nicht grösser als der Unterschied zwischen dem Durchmesser D des zylindrischen Abschnitts 20 und dem Durchmesser D, des die Öffnung 22 bildenden Abschnitts ist.
Unter bestimmten Umständen, beispielsweise wenn weichere Metalle verarbeitet werden oder auch aus andern Gründen kann es wünschenswert sein, einen möglichst kleinen Krümmungsradius für den gekrümmten Wandungsteil 21 zu wählen. Ver- suche haben ergeben, dass es nicht ratsam ist, den Krümmungsradius wesentlich kleiner als die halbe Dif- Di-Dx
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wohl er in bestimmten Fällen auch kleiner sein kann. Es ist wesentlich, dass die gekrümmte Fläche 21 tangential in den zylindrischen Wandungsteil 20 übergeht.
Um einen Teil des Rohlings 17 durch die Öffnung 22 zu pressen und den Schaft 16 herzustellen, wird vom Ende her mit Hilfe eines Stempels 28 Druck auf den Rohling ausgeübt. Die gekrümmte Oberfläche 21 der Fliesspressmatrize 18 zwingt die vorn und aussen liegenden Teile des Rohlings, zunächst nach innen zur Längsachse des Rohlings hin auf einer sanft konvexen Kurve zu fliessen und dann unter plötzlicher Richtungsänderung parallel zur Achse des Rohlings weiter vor zu wandern. Die Seitenfläche des Rohlings, die innerhalb des durch eine gerade Wandung begrenzten Teils 20 liegt, wird hiebei natürlich durch die Matrize an irgendwelcher grösserer seitlicher Verformung während des Fliesspressvorgangs gehindert.
Das Fliesspressen wird beendet, wenn für die Bildung des Schafts ausreichend Metall durch die Öffnung 22 hindurchgedrückt worden ist und der Kopfteil 19 ein Volumen hat, wie es dem Kopf des fertigen Werkstücks entspricht. Der halb bearbeitete Rohling 30 wird sodann aus der Fliesspressmatrize 18 dadurch entfernt, dass der Stempel 28 zurückgezogen und der Rohling 30 mit Hilfe eines Auswerferdorns 29 aus der Matrize ausgestossen wird. Der halb fertige Rohling wird sodann zur weiteren Bearbeitung der nächsten
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35 Tonnen war erforderlich. Eine ähnliche Querschnittsverminderung. wurde mit einerMatrizemitkoni- schem Übergang versucht. Das Fliesspressen begann jedoch erst bei Anwendung von einem Druck von
90 Tonnen, durch den jedoch der Druckstempel ausfiel.
Zusätzlich zu der erheblichen Verminderung des aufzubringenden Druckes, durch den sich das erfin- dungsgemässe Verfahren auszeichnet, wird die Lebensdauer der Fliesspressmatrize wesentlich verlängert.
Bei mit konischem Übergang ausgestatteten Fliesspressmatrizen nahm die Standdauer progressiv und ausser- ordentlich schnell ab, wenn die Querschnittsverminderungen über 40-50su0 lagen. Es ist : anzunehmen, dass die Verkürzung der Lebensdauer auf Verschleiss des konusförmigen Übergangs im Bereich. der ersten Berüh- rung mit dem Rohling beruht, wodurch sich ein zunehmender Reibungswiderstand entwickelt, der der
Bewegung des Metalls entgegenwirkt und schliesslich zur baldigen Unbrauchbarkeit der Matrize führt.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren jedoch haben Matrizen, mit denen Querschnittsverringerungen im Bereich von 70 und 80axe vorgenommen werden, eine zufriedenstellend lange Standdauer bewiesen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird die Herstellung von Sechskantschrauben 68 beschrieben, wie sie in den Fig. 8-14 dargestellt sind. Wie zunächst der Fig. 11 zu entnehmen ist, bestehen derartige
Werkstücke nach dem Fliesspressen und dem Stauchen des Kopfes aus einem langgestreckten Schaft 70 und einem sechskantigen Kopf 72, der schaftseitig eine vergrösserte Grundfläche oder eine Scheibe 74 bildet, die einstückig mit dem Kopf ist. Als erster Herstellungsvorgang wird zunächst ein zylindrischer
Rohling 76, wie in Fig. 8 gezeigt ist, von vorbestimmter Länge von entsprechendem Rohmaterial (nicht gezeigt) abgetrennt, welches im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat, wie der Kreis, auf dem die
Kanten zwischen den Flächen 72 am Kopf des fertigen Werkstücks liegen.
Das Volumen des Rohlings 76 entspricht vorzugsweise im wesentlichen dem Volumen des herzustellenden Bolzens. Der Rohling 76 wird zunächst in eine Fliesspressmatrize 78 eingelegt, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Diese Matrize weist einen Hohlraum auf, der durch eine gerade Seitenwandung 80 begrenzt ist und einen Durchmesser D hat. Der Durchmesser des Matrizenteils 80 ist so bemessen, dass der Rohling 76 gerade hineinpasst. Die Länge des Teils 80 der Matrize ist vorzugsweise etwas grösser als die des Rohlings 76. Am in Druckrichtung vorderen Ende des Hohlraums ist eine konkav gekrümmte Leitfläche 82 ausgebildet, die an einer kreisförmigen Fliesspressöffnung 84 endet. Der Durchmesser der Öffnung 84 ist mit D bezeichnet, und entspricht im wesentlichen dem Durchmesser des Schafts 70.
Die Fliesspressmatrize gleicht der in Fig. 5 gezeigten Matrize in ihren wesentlichen Teilen und braucht daher nicht weiter erläutert zu werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird ein längsgerichteter Druck mit Hilfe eines Stempels 92 auf den Rohling 76 ausgeübt, der sich hiedurch zu einer vorgegebenen Endstellung im Inneren des Hohlraums bewegt, in der er die Gestalt des halbbearbeiteten Rohlings 94, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, angenommen hat. Dieser teilbearbeitete Rohling besteht aus einem langgestreckten Schaftteil 70, der dem Schaft 70 des fertigen Bolzens entspricht, sowie aus einem im wesentlichen unbearbeiteten Kopfteil 96, dessen Volumen im wesentlichen demjenigen des Kopfes 76 und der Scheibe 74 des fertigen Werkstücks gleich ist.
Nach dem Fliesspressen des Schaftes 70 wird das halbfertige Werkstück 94 aus der Matrize 78 auf geeigr. ete Weise, beispielsweise durch einen Auswerferdorn 98, entfernt. Sodann wird der Schaft 70 in eine Haltematrize 100 (Fig. 13) eingeführt, deren Öffnung 102 den Schaft 70 fest umgreift. Auf den Kopfteil 96 wird sodann eine Fliesspressmatrize 104 zur Einwirkung gebracht, deren Hohlraum aus einem zylindrischen Eingangsteil 106 mit etwas grösserem Durchmesser als dem Durchmesser des Kopfteils 96 besteht und hinter der konvergierende Flächenteile 107 angeordnet sind, die zu einer sechseckigen Öffnung 108 führen, welche von sechs Abflachungen 110 umgeben ist. Die Öffnung hat daher einen Querschnitt, der im wesentlichen dem Querschnitt des sechseckigen Kopfes 72 entspricht.
Die Öffnung 108 ist verhältnismässig kurz bemessen, so dass sich der Hohlraum 114 wieder erweitert, um hiedurch ein Fressen des durch die Öffnung fliessgepressten Teils des Kopfes zu verhindern. Die Fliesspressmatrize 104 wird über den Kopfteil 96 gedrückt, so dass der Kopf durch die Öffnung 108 in die bei 116 in Fig. 10 dargestellte Form fliessgepresst wird.
Der Kopfteil 116 wird danach in seine endgültige Gestalt 72 gebracht, indem er mit einer Stauchmatrize 120, wie sie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt ist, geschlagen wird. In der Matrize ist ein Hohlraum 122, der der gewünschten Form des fertigen Kopfes entspricht. Das innen liegende Ende 124 des Hohlraums 122 tritt mit dem Ende des Kopfteils 116 in Berührung und sorgt somit dafür, dass Metall des Kopfteils 116 in Richtung der Matrize 100 verdrängt wird, um auf diese Weise den Teil des Werkstücks, der gegenüber der Ausnehmung 126 liegt, in diese Ausnehmung zu verdrängen. Nachdem der Kopf 72 und die Scheibe 74 auf diese Weise fertiggestellt sind, wird die Matrize 72 zurückgezogen und der fertige Bolzen mit Hilfe eines Auswerferdorns 98 oder anderer geeigneter Mittel ausgestossen.
Der Bolzen
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kann dann, falls es gewünscht wird, weiterbearbeitet werden.
Die gleichen Vorteile, die bei der Herstellung des Werkstücks 10 erzielt werden und zuvor aufge- führt sind, liegen auch bei der Herstellung des Bolzens 68 nach dem erfindungsgemässen Verfahren vor.
Das heisst, dass der Bolzen mit geringeren Kosten und schneller nach dem erfindungsgemässen Verfahren als nach den andern bekannten Verfahren hergestellt werden kann.
Ein weiterer Vorteil bei der Herstellung des Bolzens 68 ergibt sich daraus, dass bei der erheblichen
Querschnittsverminderung des Rohlings 76 zur Bildung des Schaftes 70 die Dehnfestigkeit des Schaf- tes ausserordentlich zunimmt.
So wurden beispielsweise Proben aus AISI 1038 Stahl mit einer durchschnittlichen Dehnfestigkeit von etwa 5,969 t/cm2 mit Hilfe von Fliesspressen um etwa 70% in ihrem Querschnitt vermindert. Die durch- schnittliche Dehnfestigkeit des fliessgepressten Stahls hat sich um annähernd 60% bzw. auf 9, 6074 tl cm2 erhöht. Die Zunahme der Dehnfestigkeit des Bolzenschafts, wie sie bei Anwendung des erfindungsgemä- ssen Verfahrens eintritt, ist von grossem Vorteil, weil Bolzen des beschriebenen Typs häufig für Zwecke benutzt werden, bei denen sie einer erheblichen Axialbelastung standzuhalten haben. Wenn derartige Bol- zen auf der Drehbank gefertigt werden, ist es häufig notwendig, besonders teures Rohmaterial zu ver- wenden oder die Werkstücke nachträglich warm zu behandeln.
Bisweilen müssen auch beide Wege gleich- zeitig beschritten werden, damit das fertige Erzeugnis die gewünschte Festigkeit aufweist. Da fernerhin bei dem erfindungsgemässen Verfahren der Kopfteil 94 im wesentlichen bei der zuerst erfolgenden Fliess- pressung unbearbeitet bleibt, treten keine Schwierigkeiten bei der nachfolgenden Herstellung des Sechs- kants und beim Stauchen der Scheibe 72 auf. Es ist daherkeinerlei Zwischenglühen erforderlich. Selbstverständlich ist die grosse Zunahme der Festigkeit, die bei der Kaltbearbeitung des Schaftteils nach dem erfindungsgemässen Verfahren erzielt wird auch bei der Herstellung von vielen andern Gegenständen von grossem Nutzen.
Es muss schliesslich noch darauf hingewiesen werden, dass die Bolzen 68 oder andere ähnliche Gegenstände, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt worden sind, einen Faserverlauf haben, der auf jeden Fall wesentlich vorteilhafter ist, als derjenige, der bei der Fertigung gleicher Gegenstände nach andern Verfahren auftritt.
Obwohl die Erfindung vorstehend'nur im Zusammenhang mit zwei verschiedenen Werkstücken beschrieben worden ist, ist sie selbstverständlich nicht allein hierauf beschränkt, sondern kann bei der Fertigung zahlreicher Werkstücke Verwendung finden. Desgleichen können die im einzelnen beschriebenen Vorrichtungen auf vielfältige Weise abgewandelt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von mit einem Kopf versehenen Werkstücken, dadurchgekennzeichnet, dass vorerst von einem auf Länge abgetrennten Rohling ein dem Schaft am fertigen Werkstück entsprechender Teil durch Kaltfliesspressen in einer Matrize reduziert wird, deren weiter dem Rohlingsdurchmesser entsprechender Teil mit einer konkaven Fläche in die Fliesspressöffnung übergeht und anschliessend der bisher unbearbeitete Teil des Rohlings in einer zweiten Matrize zu einem Kopf von der endgültigen Form fertig bearbeitet wird.
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Process for the production of workpieces provided with a head
The purpose of the present invention is to create a method for producing workpieces provided with a head, which allows the achievement of more advantageous and more effective results than was previously possible, and in particular offers the possibility of producing workpieces which, according to the previous methods could not be manufactured in a comparably simple way.
It is known that the amount of material that can be properly upset in one upsetting process is bound to very narrow limits. It has hitherto been customary in the production of workpieces provided with a head from wire or rod material with a relatively small diameter and to upset one end of the severed blank to the desired head diameter. Because of the limits on the amount of material to be compressed, the end product was tied to certain shapes, so that it was previously not possible to manufacture heads on such workpieces that were more than 20 times the shaft volume.
A method is known for the production of molded bodies with increased strength by cold forming, which provides that part of the workpiece is compressed and lengthened one after the other in order to achieve a repeated increase in strength without subsequent thermal treatment.
This known method, however, has the disadvantage that a workpiece part that has previously assumed increased strength due to upsetting is then extruded again, a process which is uneconomical due to the increased material strength, especially for the production of mass-produced articles. With the known method it is also superfluous to achieve a material hardening by previous upsetting, which is then reversed again by extrusion, because the material hardening that occurs with a single deformation is completely sufficient for most of the purposes in question and with prior upsetting by the extrusion a greater reduction in the cross section is required than would be necessary without increasing the original diameter.
There are also devices for extrusion are known in which a die with a concavely curved feed surface is used. However, these known devices are used exclusively for the production of screw bolts with heads of rectangular cross-section by extrusion, with no compression of the workpiece head being provided, which takes place after the previous extrusion of the shaft part.
Finally, a method for extrusion is known which uses a die with a concave intake surface.
In contrast, the invention proposes an improved method for producing workpieces provided with a head, which is characterized in that initially a part corresponding to the shaft on the finished workpiece is reduced by cold extrusion in a die from a blank cut off to length The part corresponding to the blank diameter merges with a concave surface into the extrusion opening and then the previously unprocessed part of the blank is finished in a second die to form a head of the final shape. In this case, the part that is not initially reduced by cold extrusion can be brought into the desired shape in a simple and economical manner, without the permissible limits being exceeded when the workpiece is upset.
It has also been shown that one with a concave bottom portion
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must be the process of manufacturable fasteners. The individual production stages of the workpiece shown in FIG. 1 are shown in FIGS. As can be seen from the drawing, the workpiece 10 consists of a cylindrical head part 12 with a flange 14, the diameter of which is greater than that of the head. A shaft 16 with a thinner diameter extends from the opposite end of the head 12. The workpiece 10 is a part used in the manufacture of electromagnets and forms an example of such pieces which heretofore have normally been manufactured on screw-making machines.
According to the method according to the invention, a cylindrically shaped blank 17, as shown in FIG. 2, of a predetermined length is cut off from rod or wire material (not shown) of a predetermined diameter. The volume of the severed blank is preferably dimensioned so that it corresponds in volume to the workpiece to be produced, although in certain cases it may also be necessary or desirable for the blank to be a larger one
Has volume than the finished workpiece. However, it is one of the advantages of the process according to the invention that in numerous and probably most cases it is possible to work without an excess of raw material. After the blank 17 has been cut off, it is placed in an extrusion die 18, as shown in detail in FIG.
A part of the blank 17 is extruded to form the shaft 16, while an essentially unmachined head part 19, as shown in FIG. 3, is retained.
In Figs. 5-7 and 12-14, only the die inserts are shown which are usually inserted into the die blocks. For the sake of simplicity, however, the inserts are referred to below as matrices.
According to FIG. 5, the extrusion die 18 which is used according to the invention consists of a block in which an essentially straight or cylindrical cavity is formed and which is enclosed by the wall 20. The diameter D 1 is chosen so that the blank 17 fits into the cavity, while the length of the cylindrical part with the side wall 20 is somewhat greater than that of the blank 17. The end of the cavity which is at the front in the pressing direction narrows over a concavely curved surface 21 which in turn ends at the extrusion opening 22. The diameter Dl of the extrusion opening corresponds essentially to that of the shaft 16.
The cylindrical part adjoining the opening 22 is relatively short and opens into a receiving cavity 24 which is somewhat larger in diameter than the extruded opening and through which the extruded shaft 16 can freely pass during the pressing process.
The exact radius of curvature of the surface 21, which is denoted by R, is not of decisive importance, but can vary considerably. In general, however, a large radius is preferable, especially when working with brittle alloy metals or when the shape of the finished workpiece does not require a sharp transition between the head and the shank. Without imposing any restriction, it has been shown that advantageously a radius of curvature R is chosen which is not greater than the difference between the diameter D of the cylindrical section 20 and the diameter D of the section forming the opening 22.
Under certain circumstances, for example when softer metals are processed or for other reasons, it may be desirable to select the smallest possible radius of curvature for the curved wall part 21. Tests have shown that it is not advisable to make the radius of curvature much smaller than half the Dif-Di-Dx
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it can be smaller in certain cases. It is essential that the curved surface 21 merges tangentially into the cylindrical wall part 20.
In order to press part of the blank 17 through the opening 22 and produce the shaft 16, pressure is exerted on the blank from the end with the aid of a punch 28. The curved surface 21 of the extrusion die 18 forces the front and outer parts of the blank to initially flow inwards towards the longitudinal axis of the blank on a gently convex curve and then to move forward parallel to the axis of the blank with a sudden change in direction. The side surface of the blank, which lies within the part 20 delimited by a straight wall, is of course prevented by the die from any major lateral deformation during the extrusion process.
The extrusion is terminated when sufficient metal has been pressed through the opening 22 for the formation of the shaft and the head part 19 has a volume that corresponds to the head of the finished workpiece. The semi-machined blank 30 is then removed from the extrusion die 18 in that the punch 28 is withdrawn and the blank 30 is ejected from the die with the aid of an ejector mandrel 29. The half-finished blank is then used for further processing of the next
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35 tons was required. A similar reduction in area. an attempt was made with a matrix with a conical transition. However, extrusion did not begin until a pressure of
90 tons, which caused the pressure stamp to fail.
In addition to the considerable reduction in the pressure to be applied, which is characterized by the method according to the invention, the service life of the extrusion die is significantly extended.
In the case of extrusion dies equipped with a conical transition, the service life decreased progressively and extremely quickly when the cross-section reductions were above 40-50su0. It is to be assumed that the shortening of the service life is due to wear and tear of the conical transition in the area. the first contact with the blank, as a result of which an increasing frictional resistance develops
Movement of the metal counteracts and ultimately leads to the early unusability of the die.
According to the method according to the invention, however, matrices with which cross-section reductions in the range of 70 and 80 axe are made have demonstrated a satisfactorily long service life.
To further explain the invention, the manufacture of hexagon bolts 68 will be described as shown in FIGS. 8-14. As can be seen first from FIG. 11, there are such
Workpieces after extrusion and upsetting of the head from an elongated shaft 70 and a hexagonal head 72, which on the shaft side forms an enlarged base area or a disk 74 which is integral with the head. The first manufacturing process is a cylindrical
Blank 76, as shown in Fig. 8, is severed by a predetermined length from corresponding raw material (not shown) which has substantially the same diameter as the circle on which the
Edges lie between the surfaces 72 on the head of the finished workpiece.
The volume of the blank 76 preferably corresponds essentially to the volume of the bolt to be produced. The blank 76 is first placed in an extrusion die 78, as shown in FIG. This die has a cavity which is delimited by a straight side wall 80 and has a diameter D. The diameter of the die part 80 is dimensioned such that the blank 76 just fits into it. The length of the part 80 of the die is preferably somewhat greater than that of the blank 76. A concavely curved guide surface 82 is formed at the front end of the cavity in the pressure direction and ends at a circular extrusion opening 84. The diameter of the opening 84 is denoted by D and corresponds essentially to the diameter of the shaft 70.
The extrusion die resembles the die shown in FIG. 5 in its essential parts and therefore does not need to be explained further.
As previously described, a longitudinal pressure is exerted on the blank 76 with the aid of a punch 92, which thereby moves to a predetermined end position inside the cavity in which it takes the shape of the semi-machined blank 94, as shown in FIG is accepted. This partially machined blank consists of an elongated shank part 70 which corresponds to the shank 70 of the finished bolt and an essentially unmachined head part 96, the volume of which is essentially the same as that of the head 76 and the disc 74 of the finished workpiece.
After the shank 70 has been extruded, the semi-finished workpiece 94 is removed from the die 78 and then appropriately removed. ete way, for example by an ejector pin 98, removed. The shaft 70 is then inserted into a holding die 100 (FIG. 13), the opening 102 of which firmly engages around the shaft 70. An extrusion die 104 is then brought into action on the head part 96, the cavity of which consists of a cylindrical inlet part 106 with a diameter slightly larger than the diameter of the head part 96 and behind which the converging surface parts 107 are arranged, which lead to a hexagonal opening 108, which from six flats 110 is surrounded. The opening therefore has a cross section which essentially corresponds to the cross section of the hexagonal head 72.
The opening 108 is relatively short so that the cavity 114 expands again in order to prevent the part of the head extruded through the opening from being eaten away. The extrusion die 104 is pressed over the head part 96 so that the head is extruded through the opening 108 into the shape shown at 116 in FIG. 10.
The head part 116 is then brought into its final shape 72 by striking it with an upsetting die 120, as is shown, for example, in FIG. There is a cavity 122 in the die which corresponds to the desired shape of the finished head. The inner end 124 of the cavity 122 comes into contact with the end of the head part 116 and thus ensures that metal of the head part 116 is displaced in the direction of the die 100, in order in this way to the part of the workpiece that lies opposite the recess 126 to displace into this recess. After the head 72 and washer 74 have been completed in this way, the die 72 is withdrawn and the completed bolt is ejected using an ejector mandrel 98 or other suitable means.
The bolt
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can then be processed further if required.
The same advantages that are achieved in the manufacture of the workpiece 10 and are listed above are also present in the manufacture of the bolt 68 by the method according to the invention.
This means that the bolt can be produced at lower costs and faster by the method according to the invention than by the other known methods.
Another advantage in the manufacture of the bolt 68 results from the fact that in the considerable
Reduction of the cross section of the blank 76 to form the shaft 70, the tensile strength of the shaft increases extraordinarily.
For example, samples made of AISI 1038 steel with an average tensile strength of about 5.969 t / cm2 were reduced in their cross-section by about 70% with the aid of extrusion. The average tensile strength of the extruded steel has increased by almost 60% or to 9, 6074 tl cm2. The increase in the tensile strength of the bolt shank, as occurs when the method according to the invention is used, is of great advantage because bolts of the type described are often used for purposes in which they have to withstand a considerable axial load. If bolts of this type are manufactured on the lathe, it is often necessary to use particularly expensive raw material or to warmly treat the workpieces afterwards.
Sometimes both paths have to be taken at the same time so that the finished product has the desired strength. Since, furthermore, in the method according to the invention, the head part 94 remains essentially unmachined during the first extrusion, no difficulties arise in the subsequent production of the hexagon and in the upsetting of the disk 72. No intermediate annealing is therefore required. Of course, the great increase in strength that is achieved when the shaft part is cold worked according to the method according to the invention is also of great use in the manufacture of many other objects.
Finally, it must be pointed out that the bolts 68 or other similar objects that have been produced by the method according to the invention have a fiber course that is in any case significantly more advantageous than that which is used in the production of the same objects according to other methods occurs.
Although the invention has only been described above in connection with two different workpieces, it is of course not limited to this alone, but can be used in the production of numerous workpieces. Likewise, the devices described in detail can be modified in many ways.
PATENT CLAIMS:
1. A method for producing workpieces provided with a head, characterized in that initially from a blank cut to length a part corresponding to the shaft on the finished workpiece is reduced by cold extrusion in a die, the part of which further corresponds to the blank diameter with a concave surface in the Extrusion opening passes and then the previously unmachined part of the blank is finished in a second die to a head of the final shape.