Verfahren zum Herstellen von Nähmaschinennadeln
Zum Zweck der Herstellung von Nähmaschinennadeln ist es allgemein bekannt, dass das beste Verfahren zur Erzeugung von Rillen am Nadelschaft darin besteht, die Rillen durch Pressen mittels Pressblöcken zu erzeugen, anstatt eine Anzahl umständlicher Arbeitsgänge unter Verwendung eines Fräs- oder Schneidwerkzeugs auszuführen. Die Herstellung einer Rille mit Hilfe einer Presse ist jedoch schwierig, wenn der Nadelschaft einen runden Querschnitt hat. Man hat deshalb versucht, den Teil des Nadelkörpers, an dem die Rille angebracht wird, abzuflachen und die Rille durch Pressen am abgeflachten Teil zu erzeugen, worauf die Rundform des Querschnitts der fertigen Nadel durch eine Warmformung hergestellt wird. Jedoch hat dieses bekannte Pressverfahren, das bisher als das beste Verfahren zur Herstellung der Nadeln angesehen wurde, einen Nachteil.
Dieser besteht darin, dass bei dem Arbeitsgang, in dem mit Hilfe eines oberen und eines unteren Pressblokkes, deren jeder eine im Querschnitt halbkreisförmige Vertiefung aufweist, der Querschnitt des Rohlings verformt wird, ein Teil desselben aus dem Spalt zwischen den Blöcken herausgequetscht wird, bevor diese geschlossen sind. Dadurch entsteht an der Aussenfläche des Schaftes ein Grat, so dass die Blöcke nicht zum vollen Kontakt miteinander kommen können. Danach sollten die Blöcke unter Berücksichtigung der Gratbildung dimensioniert werden; auch ist es erforderlich, den Grat zu entfernen, z. B. durch Schleifen oder Fräsen.
Somit ergeben sich bei dem beschriebenen bekannten Verfahren erhebliche Schwierigkeiten, die beinahe den beim Fräsverfahren auftretenden entsprechen. Insbesondere wird die Gratbildung dann besonders auffällig, wenn ein Teil des Nadelkörpers abgeflacht ist, um die Bildung der Rille zu erleichtern. Weiter werden dann die Erhebungen zu beiden Seiten der Rille zu knapp, und der Teil des Nadelkörpers, der in Kontakt mit den Pressformen kommt, wird uneben, so dass die Qualität der Nadel verschlechtert wird und es schwierig wird, die Nadel exakt rund zu machen.
Dadurch wird zusätzlich eine Neigung zu Verformungen während der Wärmebehandlung erzeugt, wodurch die Endbehandlung bis zum fertigen Produkt erschwert wird. Weiter erfordert das bekannte Verfahren eine grössere Zahl von Arbeitsgängen und mehr Arbeitszeit von Tagen zur Herstellung der fertigen Nadel, so dass die Produktion unwirtschaftlich wird und die Arbeitskosten erhöht werden, so dass auch der Stückpreis hoch wird.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das die Nachteile des bekannten Verfahrens nicht aufweist und bei dem die Zahl der Arbeitsgänge verringert werden kann, so dass die Produktivität im Vergleich zu dem bekannten Verfahren, welches bis zum fertigen Produkt Tage erfordert und unwirtschaftlich ist, gesteigert werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:
Herstellen eines Nadelrohlings mit einem Nadelkolben und einem Nadelschaft mit vorbestimmten Werten der Querschnittsflächen, welche Werte unter Berücksichtigung der Querschnittsverringerung des Nadelkörpers bei der folgenden Bearbeitung gewählt werden; Anformen eines länglichen Querschnittes am Nadelkolben und am Nadelschaft, wobei die lange Achse dieses Querschnittes in Richtung des folgenden Formpressens liegt; Einführen des Nadelkörpers in Pressblöcke derart, dass die lange Achse des länglichen Querschnittes mit der Richtung des Pressens übereinstimmt, wobei jeder der Blöcke einen Ansatz zum Herstellen einer Rille am Nadelschaft aufweist; und Formpressen des Nadelschaftes und des Nadelkolbens zwischen den Pressblöcken.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nadelschaft des Rohlings mit Hilfe einer Umlaufpresse hergestellt wird; dass am Nadelschaft durch Pressen eine Bezugsfläche zwecks Festlegung der Richtung einer axialen Ebene des Nadelkörpers beim folgenden Formpressen angeformt wird; dass der längliche Querschnitt mit seitlicher Fläche am Nadelkolben durch seitliches Anwalzen erzeugt wird, derart, dass die Grössen der Querschnittsflächen praktisch mit denen der entsprechenden Querschnittsflächen der fertigen Nadel übereinstimmen; und Formpressen des Nadelkörpers mit Hilfe von Pressblöcken, die rillenbildende Ansätze aufweisen, wobei der Pressdruck in Richtung der Bezugsfläche und senkrecht zur seitlichen Fläche wirkt.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, exakt runde Nadelschäfte dadurch herzustellen, dass in besonderer Weise die Verformung des Nadelkörpers beim Pressvorgang ausgenutzt wird, so dass man besonders gleichförmige und hochwertige Nadeln mit wirtschaftlichen Mitteln erhält. Weiter können bei diesem Verfahren die Herstellung der Pressformen vereinfacht und die Bearbeitungskosten gesenkt werden, wodurch die Gesamtkosten der Fertigung und der Stückpreis niedrig gehalten werden können. Vor allem eignet sich das Verfahren für die Fertigung von Nadeln auf industrieller Ba skis.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird dieses kontinuierlich geführt und umfasst folgende Schritte: kontinuierliches Zuführen eines Drahtes;
Walzen des Endes des Drahtes zu einem Rohling mit einem Nadelschaft und einem Nadelkolben vorbestimmter Querschnittsflächen;
Pressen eines Teils des Rohlings zum länglichen Querschnitt;
kontinuierliches Einführen des mit dem Draht zusammenhängenden, vorgeformten Nadelkörpers zwischen zwei Pressblöcke, wobei die lange Achse des länglichen Querschnitts mit der Pressrichtung übereinstimmt;
Schliessen der Pressblöcke unter Druck derart, dass die Längsrillen am Nadelschaft entstehen, wobei die Vorschubrichtung beim Einführen des Nadelkörpers in der Richtung der Nadelachse oder in dazu unterschiedlicher Richtung verläuft;
Stanzen des Nadelauges in der Rille nach Entfernen des Nadelkörpers aus den Pressblöcken und
Abtrennen des Nadelkörpers vom Draht.
Dieses kontinuierliche Verfahren ist in besonderem Masse vorteilhaft und beseitigt die Unwirtschaftlichkeit des bekannten Verfahrens.
Allgemein ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung von Nähmaschinennadeln vollständiger Rundheit durch neuartige Ausnutzung der Deformation des Nadelkörpers beim Pressen und die Herstellung besonders hochwertiger und gleichmässiger Produkte. Das Verfahren eignet sich besonders für Massenfertigung, da das unwirtschaftliche Schleifen und Polieren wegfällt. Da die Fertigung durch spanlose Verformung und ohne Verwendung von Fräs- oder Schneidwerkzeugen erfolgt, wird der Marktwert der Produkte gesteigert und werden die Herstellungskosten gesenkt.
Ausserdem kann das Verfahren automatisiert werden, wobei alle Arbeitsgänge in höchstem Masse aufeinander abgestimmt und rational gestaltet werden können, indem ein langer Stahldraht in regulärer Folge zugeführt und vorgeschoben wird, so dass ein stabiler Betrieb und gleichbleibende Qualität der Produkte gewährleistet sind. Weiter werden bezüglich der Fertigungsvorrichtungen eine bequeme Anordnung und Herstellung der erforderlichen Einrichtung ermöglicht; weiter ist es möglich, die Einstellung der Vorrichtungen eines jeden Arbeitsganges in einfacher Weise vorzunehmen und den Betrieb bei vollautomatischer Arbeitsweise fernzusteuern.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Nadelrohling in Ansicht von der Seite und auf die Nadelspitze,
Fig. 2 zwei um 900 versetzte Seitenansichten eines Nadelkörpers mit einem abgeflachten Teil und einer Bezugsfläche,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Nadelkörpers nach dem Vorformen,
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 3 in vergrössertem Massstab,
Fig. 5 eine Seitenansicht des unteren Teils des in Fig. 3 dargestellten Nadelkörpers in vergrössertem Massstab,
Fig. 6 zwei um 900 zueinander versetzte Seitenansichten eines Nadelkörpers nach dem Formpressen in einem gegenüber Fig. 1-3 vergrösserten Massstab,
Fig. 7 drei Querschnitte längs der Linien B-B, C-C bzw.
D-D in Fig. 6 in vergrössertem Massstab und
Fig. 8 bis 11 vier Querschnitte durch die Pressform mit eingelegtem Rohling längs der Linie C-C in Fig. 6 in verschiedenen aufeinanderfolgenden Phasen des Pressvorganges.
Ein Nadelrohling aus dickem Stahldraht wird mit Hilfe einer Umlaufpresse bearbeitet, so dass ein Nadelkolben 5 und ein im Durchmesser reduzierter Schaft 2 entstehen. Dann wird am Schaft 2 durch Pressen ein platter Teil mit einer Bezugsfläche 3 hergestellt, um eine bestimmte radiale Richtung (in einer zur Nadelachse senkrechten Ebene) festzulegen. Danach werden die gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 5 durch Pressen oder Walzen derart vorgeformt, so dass ein Teil mit flachrundem Querschnitt, siehe Fig. 4, entsteht, dessen Querschnittsfläche dieselbe Grösse hat wie derjenige des fertigen Nadelkolbens. Vorteilhaft liegen die angewalzten Flächen 4 des flach-runden Teils rechtwinklig zur Bezugsfläche 3.
Der flach-runde Teil hat zwei Rundteile 6, die in einem weiteren Arbeitsgang in ein Paar Pressblöcke in der Weise eingelegt werden, dass der eine in den oberen Pressblock und der andere in den unteren Pressblock zu liegen kommt. Dann werden durch Formpressen gleichzeitig ein ebener Teil 7 am Kolben 5 sowie eine lange Rille 8 und eine rückwärtige Rille 9 am Nadelschaft geformt, wie dies in Fig. 6 und 7 dargestellt ist und anhand der Fig. 8-11 noch näher erläutert werden soll.
Es ist wichtig, dass beim Formpressen mittels der Pressblöcke der Pressdruck in Richtung parallel zu der Bezugsfläche 3 und rechtwinklig zu den angewalzten Flächen 4 erfolgt. Nach dem Formpressen wird der Nadelkörper mit dem Nadelöhr versehen und dann anderen Bearbeitungsgängen einschliesslich Schneiden bzw. Fräsen und Polieren unterzogen, die zur Herstellung der fertigen Nadel erforderlich sind.
Hinsichtlich der Abmessungen des Nadelrohlings und dessen Bearbeitung sollte folgendes beachtet werden: Die Grösse der Querschnittsfläche des Schaftes 2 (Fig. 1) des Rohlings ist im wesentlichen durch die Grösse der Querschnittsfläche der fertigen Nadel (Fig. 7) in der Längsmitte der langen Rille 8 bestimmt. Die Querschnittsfläche an der Stelle des Nadelauges soll etwas kleiner gemacht werden als die Querschnittsfläche des Rohlings an der langen Rille. Die Metallmenge und -verteilung des Kolbens 5 (Fig. 1) des Rohlings sollen so gewählt werden, dass sich Teile des Kolbens beim Pressen seitlich nach aussen wölben können. Es ist weiter vorteilhaft, dass in der Phase des Formpressens die nach aussen gewölbten Teile 6 des Nadelkolbens 5 die für die fertige Nadel erforderliche Form erhalten.
Im vorliegenden Falle soll die Querschnittsfläche gemäss Fig. 4 gleich der Querschnittsfläche des Kolbens der fertigen Nadel sein, und die Querschnittsfläche des Nadelschaftes des Rohlings sollte in entsprechender Weise bestimmt werden.
Es sei bemerkt, dass die genannten Abmessungen der Querschnittsflächen des Rohlings unter Berücksichtigung der beim Formpressen eintretenden Längsdehnung gewählt werden sollten, die von der Art und Qualität des verwendeten Metalls abhängt. Beispielsweise soll die Längsdehnung in Richtung der Achse beim Vorformen durch seitliches Anwalzen am Kolben im Bereich von 1,5 bis 3,0 %, vorzugsweise auf 2,2 % eingestellt werden (für Stahl mit 0,9 bis 1,1 % Kohlenstoff), wenn man beim Formen der Rille 8 ein günstiges Fliessverhalten des Materials erhalten will.
Deshalb kann der Durchmesser des Kolbens des Nadelrohlings durch Berechnung der Querschnittsfläche bestimmt werden, wobei man zur Querschnittsfläche der fertigen Nadel für die Längsdehnung einen Betrag von 1,5 bis 3%, vorzugsweise 2,2%, addiert, und aus dem so erhaltenen Wert den Durchmesser des Rohlings berechnet.
Was den Durchmesser des Drahtes betrifft, der für die Herstellung des Rohlings verwendet wird, so ist es zweckmässig, dass er so gewählt wird, dass die Querschnittsfläche des Rohlings (Fig. 1) bei Beendigung des Umlaufpressens etwas grösser ist als die Querschnittsfläche des Kolbens der fertigen Nadel, und zwar im Hinblick auf die Abnahme des Querschnittes beim Vorformen durch seitliches Anwalzen. So kann die Querschnittsfläche des Drahtes das 1,01- bis 1,lfache, beispielsweise das 1,022fache der Querschnittsfläche des Kolbens der fertigen Nadel betragen. Die Querschnittsfläche des Schaftes sollte ebenfalls mit Übermass gewählt werden, doch kann das Übermass auch unterhalb der angegebenen Werte liegen.
Jedenfalls sind diese Richtlinien zu beachten, wenn man den optimalen Wert der Querschnittsfläche unter Berücksichtigung der zu addierenden Längsdehnung erhalten will.
Es wird nunmehr anhand der Fig. 6 bis 11 das Formpressen erläutert. In Fig. 8-11 sind die gegenüberliegenden Wände 15 der Rille 8 (Fig. 6 und 7) und eine Rippe 14 zum Formen dieser Rille dargestellt. Das Auge 16 der Nadel ist im rechten Teil der Fig. 6 zu erkennen.
Da das Stück des Nadelkörpers (Fig. 6), welches über das Ende der langen Rille hinausragt, weggeschnitten wird, kann man einen Klotz zum Halten des Nadelkörpers beim Formpressen vorsehen.
Da der Teil des Nadelrohlings am Auge 16 einem ungewöhnlich hohen Pressdruck unterworfen wird, ist es vorteilhaft, ein Paar seitlicher Ansätze 17 am Augenteil anzuformen, um die Bearbeitung zu erleichtern. Diese Ansätze tragen aber nicht nur dazu bei, die Bearbeitung zu erleichtern, sondern ergeben den weiteren Vorteil, dass die lange Rille 8 und die rückwärtige Rille 9 nicht tiefer als erforderlich gemacht werden müssen; ferner können die Ansätze zur Festlegung der Stellung des Nadelkörpers für das Lochen des Nadelauges verwertet werden. Die Ansätze 17 können beim Lochen des Nadelauges weggestanzt oder durch Schleifen oder andere Arbeitsgänge entfernt werden; die sich um das Auge herum erstreckende Oberfläche wird anschliessend poliert.
Wenn die Rohlinge in kontinuierlichem Verfahren aus einem Draht hergestellt werden, dann kann man mit gleichbleibender oder mit wechselnder Nadelrichtung arbeiten. Eine kontinuierliche automatische Produktion kann mit rundem oder deformiertem Drahtquerschnitt erfolgen. Es ist vorteilhaft, die Querschnittsfläche des Kolbens und des Schaftes des Nadelrohlings und den Durchmesser des Drahtes 10 so zu wählen, dass damit eine gewisse Längsdehnung berücksichtigt ist. Im Falle von runden Drähten ist die Formung der Kanten des flachen Teils 7 leicht unvollständig. Deshalb ist es vorteilhaft, diese Kanten durch seitliches Walzen nachzuformen, wodurch das seitliche Anwalzen auch auf diesen Teil ausgedehnt wird, um die vorgeschriebenen Masse der Nadeln einzuhalten.