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Verfahren und Stanzmaschine zum Feinstanzen
Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein Verfahren zum Feinstanzen, d. h. zur Erzeugung von Schnittflächen mit geringer Oberflächenrauhigkeit bei der Formung durch Stanzen. Das Verfahren gestattet insbesondere mit vergleichsweise einfachen Mitteln den besonderen Kraftverlauf am Werkzeug zu erzielen, der Voraussetzung für den Arbeitsgang des Feinstanzens oder des Press-Schr1ittesist. DasVer- fahren hat für die Herstellung von Maschinenelementen wie Zahnrädern, Klinken und andern Teilen, deren Scnnittflächen getriebemässige, wie abwälzende, übertragende, fuhrende Aufgaben ausüben, besondere Bedeutung.
Die neueren Feinstanz- oder Pressschnittverfahren beruhen darauf, dass im Werkstoff, der ausgestanzt wird, sehr hohe Druckspannungen erzeugt werden und der Werkstoff während des Stanzvorgar. ges starr eingespannt wird. Im Bereich der Schneidzone sollen lokal Fliessbedingungen erreicht werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der Werkstoff sehr kräftig eingespannt, häufig noch unter Einprägung von Formschlusskerben. Dieser Einspannzustand soll dann während des Schneidvorganges möglichst unverändert aufrecht erhalten werden. Der Schneidvorgang selbst erfolgt am zwischen Stempel und Gegenhalter eingespannten Teil durch Herausschieben aus der ursprünglichen, durch die äussere Einspannung festgelegten Werkstoffebene.
Das Verhältnis zwischen der Stanzgeschwindigkeit und den Einspannkräften ist für die Fliessbedingungen von grosser Bedeutung. Zu dessen Beherrschung sind einige Vorschläge bekannt geworden.
So wurde insbesondere für die Durchführung solcher Feinstanzarbeiten auf schweren hydraulischen Pressen die getrennte Anspeisung der Zylinder für die Werkstoff-Einspannung und für die stanzenden Elemente durch regelbare Hydraulikpumpen vorgeschlagen. Für geringere Ansprüche werden Ringfedern für den Niederhalter oder pneumatische Kissen für den Gegenhalter vorgeschlagen.
Alle diese Vorschläge haben jedoch nicht völlig befriedigt, da sie entweder einen grossen Aufwand an Steuermitteln verlangten oder nicht in der Lage waren, den Einspanndruck während des Schnittes im gewünschten Sinne zu steuern. Bei der Einspannvorrichtung mit Federn ist der Einspanndruck abhängig vom Hub des Stempels, nimmt also mit dem Hub des Stanzwerkzeugs zu und erreicht sein Maximum in der tiefsten Stösselstellung. Dadurch wird der verbleibende Werkstoff auf den Stempel aufgequetscht, insbesondere dann, weml derEinspanndruck schon beim Beginn des Schnittes die notwendigen, hohen Werte erreichte. Bei der Anspeisung des Niederhalters durch eine getrennte Pumpe sind auch getrennte hydraulische Elemente erforderlich, was wegen der grossen Kräfte und Ansprüche an die Führungsgenauigkeit einen erheblichen technischen Mehraufwand erfordert.
Eine Wirkungsverbindung mit der durch die Verformungsge- schwindigkeit des Werkstoffs unter gegebenem Druck entstehenden Schnittgeschwindigkeit lässt sich nur durch komplizierte Steuerungsglieder erzielen. Zugleich soll der Aufbau der Einrichtung den Anforderungen an Einfachheit entsprechen, die ein rasch verlaufender technologischer Vorgang an die beteiligten Elemente stellt.
Vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile des erwähnten Feinstanzverfahrens hinsichtlich des technischen Aufwandes und der Anpassung des Niederhaltedruckes an den Schnittvorgang zu beseitigen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Feinstanzen mit Hilfe einer Stanzmaschine mit einem mindestens aus einem Niederhalter und einem Stempel und einem beweglichen Gegenhalter bestehenden Stanzwerkzeug besteht darin, dass der vom Niederhalter auf das Werkstück und der vom Stempel auf den Ge-
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genhalter ausgeübte Druck während des Stanzvorganges mit Hilfe mindestens eines hydraulischen Druck- kissens durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Stempels gesteuert wird.
Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Stanzmaschine zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass zwischen den den Stempel antreibenden Teilen und dem Niederhalter sowie zwischen dem Gegenhalter und dem Maschinenständer je mindestens ein hydraulisches Drnckkissen und ein mit diesem kommunizierender Abströmregler angeordnet, ist.
Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt ist.
Im Ständer 1 einer Stanzmaschine ist ein Kolben 10 angeordnet, der sich im Zylinder 9 hydraulisch bewegen lässt. Dem Zylinder 9 wird über die Leitung 2 aus der Pumpe 3 Drucköl zugeführt. Das Drucköl befindet sich in einem Vorratsbehälter 4. Der Motor 5 ist umsteuerbar und gestattet entweder Öl in den Zylinder 9 zu fördern oder aus dem Zylinder heraus zu pumpen. Die Federn 6 und 7 dienen ebenfalls der Rückstellung des Kolbens 10 in seine oberste Lage.
Im Kolben 10 befindet sich ein weiterer Zylinderraum 16. Ein im Querschnitt ringförmiger Kolben 14 ist in diesem Zylinder frei längsbeweglich angeordnet. Seine tiefste Stellung wird durch einen Anschlag 32 am Kolben 10 bestimmt. Der Kolben 16 besitzt einen zentralen Kern 15, der den Ringkolben 14 durchsetzt und als Stempe1halter dient. An der unteren Stirnseite des Kolbens 14 ist eine Platte 11 angebracht, die als Niederhalter dient. Im Stempelhalter 15 ist der Stempel 12 eingesetzt. Niederhalter 11 und Stempel 12 bilden den oberen Teil des Stanzwe. rkzeugs. In der mit dem Ständer 1 fest verbundenen Matrize 33 befindet sich ein Gegenhalter 30 mit einem Kolben 29, der sich im Zylinder 28 längsbewegen kann.
Der ringförmige Hohlraum 16 ist mit einem hydraulischen Druckmedium 13, beispielsweise Öl angefüllt und durch die Leitung 17 mit einem Drosselventil, bestehend aus der Feder 18 und dem Ventilkörper 19 sowie der Drosselleitung 20 verbunden. Die Rückseite dieses Ventils ist über die Leitung 21 mit einem hydropneumatischen Speicher 23 verbunden, der über den Stutzen 22 mit Öl gespeist wird. Dieser Speicher 23 steht unter pneumatischer Vorspannung.
Vom Speicher 23 führt anderseits eine Leitung 34 zu einem durch eine Drosselleitung 26 überbrückten Rückschlagventil, bestehend aus dem Ventilkörper 25 und einer Feder 24, und von dort weiter zum Zylinder 28 des Gegenhalters 30.
Der Arbeitsvorgang ist nun folgender : Der Kolben 10 beginnt sich zu senken, wenn die Pumpe 3 Öl in den Zylinder 9 fördert. Es senkt sich gleichzeitig der eingebaute Ringkolben 14, bis dessen Niederhalterplatte 11 am Werkstück 31 ansteht.
Fördert nun die Pumpe 3 weiter, so kann derKolben 14 nicht mehr folgen und beginnt aus dem Zylin - derraum 16 Öl zu verdrängen. Das Öl kann über die Leitung 17 abfliessen, baut aber an der Drosselleitung 20 einen Druck auf, der von der Ausflussgeschwindigkeit abhängig ist. Die Ausflussgeschwindigkeit wiederum entsprichtderSenkgeschwindigkeitdesKolbens 10, mithin dergeschwindigkeit, mit der sich der Stempel 12 dem Werkstück nähert und dieses durchdringt. Der Druck wirkt auf die Ringfläche des Kolbens 14 zurück und bedingt denAnpressdruck des Niederhalters 11 am Werkstück 31. Auch dieser Anpressdruck ist in jedem Augenblick eine Funktion der Senkgeschwindigkeit des Kolbens 10 bzw. des Stempels 12.
Im Verlauf der Senkbewegung beginnt der Stempel 12 in den Werkstoff 31 einzudringen und den Druck des Gegenhalters zu überwinden, der sich ebenfalls dadurch aufbaut, dass das hydraulische Medium im Zylinder 28 seinerseits nur über die Drosselleitung 26 abströmen kann. Der Werkstoff wird durchtrennt, wobei die innere Druckvorspannung des Werkstoffs, sowohl zwischen Niederhalter 11 und Matrize 33 sowie zwischen Stempel 12 und Gegenhalter 30 stets von der Senkgeschwindigkeit des Stempels abhängig sind.
Mit dem Aufhören der Senkbewegung am unteren Ende des Hubs sinkt der Druck auf den Wert des Gegendruckes im Speicher 23 ab.
Durch den Ringraum IS, den Kolben 14 und den Speicher 23 ist also ein hydraulisches Druckkissen gebildet.
Nun wird die Förderrichtung der Pumpe 3 umgekehrt, der Kolben 10 steigt, der Speicherdruck strömt über das Rückschlagventil 18 in den Zylinder 16 zurück und der Niederhalter 11 streift unter dem Einfluss des sich senkenden Ringkolben 14 den Werkstoffrest vom Stempel 12 ab. Durch die Leitung 34 dringt das Medium aus dem Speicher 23 in den Zylinder 28, der Kolben 29 steigt, mit ihm der Gegenhalter 30, der ausgestanzte Teil wird aus der Matrize 33 gehoben.
Die Anordnung des Stempelkolbens 15 und des Niederhalterkolbens 14 innerhalb des Hauptkolbens 10 könnte auch umgekehrt sein, so dass der Niederhalterdruck zentral aufgebaut wird.
Versuche zeigten, dass bei der beschriebenen Steuerung des Niederhalterdrucks und des Gegenhalter-
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drucks in Funktion der Geschwindigkeit des Stempelabsenkens besonders günstige Stanzbedingungen ent- stehen. Die Geschwindigkeit der Stempelsenkung ist ja nicht rein maschinenseitig bedingt, vielmehr in grossem Mass vom Verformungswiderstand des Werkstoffs selbst abhängig. Jede auftretende Verzögerung führt aber zu einer Verminderung des Einspanndruckes, genau wie jede auftretende Beschleunigung, etwa infolge eines beginnendenAnrisses im Werkstoff, die Druckvorspannung vergrössert. Damit wird die plasti- sche Verformbarkeit des Werkstoffs erhöht und die Rissgefahr ist gebannt.
Es lassen sich auch bei grossen Werk- stoffstärken, beispielsweise bei Stahlblech von 20 mm Dicke Teile herstellen, die eine Oberfläche an den
Schnittflächen aufweisen, die etwa einer durch Fräsen erzeugten ebenbürtig ist.
Im Gegensatz zu den Pressschnittverfahren, bei denen der Niederhalterdruck und der Gegenhalter- druck, durch Federn gesteuert, mit dem Hub ständig steigt, vermeidet aber die erfindungsgemässe Steu- erung das Aufquetschen des Werkstoffs auf den Stempel, wie es zwangsläufig eintritt, wenn der Nieder- halterdruck mit dem Stempelweg zunimmt. Durch das beschriebene Verfahren verlängert sich die Lebens- dauer der Werkzeuge beträchtlich, die bei den bisherigen Pressschnitt-Verfahren sehr bescheiden war. Von
Bedeutung ist ferner, dass Unterschiede in der Blechstärke beim beschriebenen Verfahren keinen Einfluss auf den Einspanndruck haben, da dieser bei konstanter Senkgeschwindigkeit unabhängig vom Ort des Auf- setzens des Niederhalters auf den Werkstoff ist.
Die Anpassung der Einspanndrücke erfolgt beim beschriebenen Verfahren nahezu augenblicklich, d. h. abhängig von der Laufgeschwindigkeit der Druckwelle die beispielsweise beim Beschleunigen an der Drosselstelle 20 entsteht. Bei Mehrpumpensteuerungen kann schon aus Gründen der Trägheit der Steuerelemente eine derart rasche Anpassung nicht stattfinden. Das Verfahren gestattet daher auch gegenüber den komplizierten Lösungen mit Mshrpumpensteuerung wesentlich grössere Hubzahlen pro Zeiteinheit.
Unter bestimmten technischen Bedingungen ist es nicht erwünscht, den gesamten für den Ausschnitt notwendigen Pressendruck über den Niederhalter 11 auf das Werkstück wirken zu lassen. Für diese Fälle kann zwischen dem Ringkolben 14 und dem Ständer 1 ein zusätzliches Druckkissen eingeschaltet sein, das seinerseits über eine Drosselstelle mit dem hydraulischen System verbunden ist. Abhängig von der Sinkgeschwindigkeit des Ringkolbens 14 wird dann ein Teil des Niederhaltdruckes mittels dieses zusätzlichen Druckkissen, d. h. also vom hydraulischen System aufgenommen.
Bei Verwendung eines Pressenantriebes, dessen Einströmmengen nicht genügend genau geregelt werden können (z. B. bei pneumatischem Antrieb des Hauptkolbens 10), ist es weiterhin notwendig, auch die Sinkgeschwindigkeit des Kolbens 10 durch ein Druckkissen zu steuern, welches ebenfalls mit dem hydraulischen Netz kommuniziert.
Eine Ausführung der Stanzmaschine mit solchen zusätzlichen Druckkissen zeigt die Fig. 2.
Der Niederhalterkolben 14 ist zusätzlich durch eine Anzahl Säulen 36 abgestützt, die am unteren Ende Kolben 3'7 tragen, welche in Zylindern 38 im Maschinenständer 1 geführt sind. Die Zylinder 38 sind durch Leitungen 39 untereinander verbunden und über einen Abströmregler in Form einer Drosselstelle 40 an die Leitung 21 des hydraulischen Netzes angeschlossen.
Anderseits ist der den Stempel 15 tragende Hauptkolben 10 durch eine Anzahl Säulen 41 abgestützt, die als Kolben in je einem hydraulischenZylindei42 imMaschinenständer l geführt sind. Die Zylinder 42 sind durch Leitungen 43 untereinander verbunden und über einen Abströmregler in Form einer einfachen Drosselstelle 44 an die Leitung 21 des hydraulischen Netzes angeschlossen. Die Zylinder 38 und 42 bilden hydraulische Druckkissen und sind miteinander über die zugeordneten Abströmregler 40 und 44 durch die Leitung 21 verbunden.
Durch diese Ausbildung wird vermieden, dass der gesamte für den Anschnitt des Werkstoffs notwendige Pressendruck vollständig auf den Niederhalter 11 wirkt. Zudem wird damit auch der Regler 19 entlastet und der Ringkolben 14 selbst zusätzlich gestützt.
PATEN TAN SPRÜCHE
1. Verfahren zum Feinstanzen mit Hilfe einer Stanzmaschine mit einem mindestens aus einem Niederhalter und einem Stempel mit einem beweglichen Gegenhalter bestehenden Stanzwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Niederhalter auf das Werkstück und der vom Stempel auf den Gegenhalter ausgeübte Druck während des Stanzvorganges mitHilfe mindestens eines hydraulischen Druckkissens durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Stempels gesteuert wird.