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Selbstausrichtender Patrizen- und Matrizensatz zum Lochen von Werkstücken und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeugsatz zum Einstanzen von Lochungen in blattförmiges
Material und insbesondere auf einen solchen Lochwerkzeugsatz, der vorzugsweise dazu verwendet wird, kleine Mengen, d. h. bis zu etwa 25000 gelochter Teile aus dünnem Material zu erzeugen, das aus
Flussstahlblech mit einer Dicke bis einschliesslich 3, 15 mm (1/8") bestehen kann.
Die Herstellung kleiner Mengen gelochter Teile, sogenannter Kleinserienmengen, ist bisher teuer und zeitraubend gewesen. Obwohl die Teile dadurch hergestellt werden können, dass jede Lochung in jedem Teil (jeweils eine zu einer Zeit) einzeln eingestanzt oder gebohrt wird, wird natürlich, da jeder
Teil ebenso viele Male gehandhabt werden muss, wie es Lochungen erhalten soll, eine solche Arbeitsweise mit jeder erforderlichen Lochung zunehmend teurer.
Die Erzeugung sämtlicher Lochungen mit einem Mal, beispielsweise durch Herstellung eines Werkzeugsatzes, ist insbesondere für Kleinserienmengen ebenfalls kostspielig, da die Werkzeuge ungefähr ebenso teuer herzustellen sind wie Grossserienwerkzeuge, die von Werkzeugmachern angefertigt werden. Überdies haben einstellbare Patrizenund Matrizensätze, wie sie bisher für die Kleinserienherstellung vorgeschlagen worden sind, sich als nicht völlig zufriedenstellend erwiesen, u. zw. wegen ihrer anfänglichen Kosten, ihres Verlustes an Genauigkeit während des Gebrauchs, der Kosten zur Herstellung einer Lehre, der Beschränkungen hinsichtlich der Dichte der Lochungen usw.
Ein Zweck der Erfindung besteht demgemäss darin, einen Lochwerkzeugsatz zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beim Lochen von Kleinserienmengen von Teilen behebt.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Kleinserien-Lochwerkzeugsatz zu schaffen, der wirtschaftlich hergestellt und von halbgeschultem Personal mit einem Minimum an Arbeitsvorgängen gefertigt werden kann, ohne dass Werkzeugmacher erforderlich sind.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Lochwerkzeugsatz der vorgenannten Art zu schaffen, der zuverlässig und genau arbeitet und der leicht und einfach im Betriebszustand gehalten werden kann.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, einen Lochwerkzeugsatz zu schaffen, der rasch und leicht an einer Presse befestigt werden kann, wobei wenig oder überhaupt keine Änderung der Bettund Stempelplatten der Presse erforderlich ist, und der sich von der Presse leicht entfernen lässt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Werkzeugsatzes gemäss der Erfindung, der als an der Stempelplatte einer Lochungspresse befestigt dargestellt ist. Fig. 2 ist eine Ansicht nach der Linie 2-2 der Fig. 1. Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 der Fig. 1. Fig. 4 veranschaulicht eine Stufe der Herstellung des Werkzeugsatzes. Fig. 5 ist eine Teilschnittansicht einer Patrize vor ihrer Befestigung in einer Patrizenplatte. Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Patrize gemäss Fig. 5 nach ihrer Befestigung in der Patrizenplatte. Fig. 7 ist eine Schnittansicht einer Matrize, die in einer Matrizenplatte befestigt ist.
Fig. 8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Matrize. Fig. 9 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Matrize. Fig. 10A, 10B und 10C veranschaulichen ein Verfahren, gemäss welchem eine Ausführungsform einer sich selbst verriegelnden Stanzpatrize in einem parallele Platten aufweisenden Lochwerkzeugsatz ausgerichtet und angebracht wird. Fig. 11A, 11B und 11C veranschaulichen
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ein Verfahren zum Anbringen einer andern Ausführungsform der Stanzpatrize. Fig. 12 ist ein senkrechter Teilschnitt eines parallele Platten aufweisenden Lochwerkzeugsatzes in geöffneter Lage. Fig. 13 ist ein senkrechter Teilschnitt eines andern Lochwerkzeugsatzes in geöffneter Lage. Fig. 14 ist ein ähnlicher Teilschnitt des Lochwerkzeuges gemäss Fig. 13 in geschlossener Lage. Fig. 15 veranschaulicht ein typisches Stanzen der Patrizenplatte.
Fig. 16-19 veranschaulichen das Anbringen von Führungsstiften in der Patrizenplatte. Fig. 20-24 veranschaulichen das Anbringen von Führungsbuchsen in der Matrizenplatte.
Fig. 25 ist eine Seitenansicht des zusammengebauten Werkzeugsatzes. Fig. 26 ist eine Unteransicht des Werkzeugsatzes gemäss Fig. 25.
Der in den Fig. 1-9 dargestellte, allgemein mit 10 bezeichnete Lochwerkzeugsatz weist eine Patrizenplatte 11 und eine Matrizenplatte 12 auf, die im wesentlichen gleiche Ausdehnung haben. Die beiden Platten 11 und 12 verlaufen parallel zueinander und sind aufeinander zu und voneinander weg mit Hilfe von Führungsstiften 13 bewegbar, die an der Patrizenplatte 11 befestigt sind und in Führungsbuchsen 14 arbeiten, die an der Matrizenplatte 12 befestigt sind. Die Führungsstifte 13 sind jeweils von Federn 15 umgeben, welche die beiden Platten auseinanderdrücken, während ein Halteteil, wie z. B. ein C-förmiger Ring 16, in eine in jedem Führungsstift ausgebildete kreisförmige Rille 17 eingeschnappt ist, um eine Trennung der Platten zu verhindern.
Der Werkzeugsatz 10 ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, an einer Stempelplatte 18 einer
Lochungspresse befestigt, die einen stillstehenden Stahlpolster 19 aufweist. Durch Öffnungen 21, die an sich gegenüberliegenden Ecken der Patrizenplatte 11 ausgebildet sind (Fig. 2), gehen Schrau- ben 20 hindurch, die in in der Stempelplatte 18 ausgebildete Gewindelöcher 22 (Fig. l) ein- geschraubt sind, um den Werkzeugsatz 10 für eine Bewegung mit der Stempelplatte an dieser sicher zu halten. In der Matrizenplatte 12 ausgebildete Löcher 23 (Fig. 3) nehmen die Köpfe der Schrau- ben 20 auf, wenn die Platten gegeneinander bewegt werden, und sie gestatten, den Werkzeug- satz 10 an der Stempelplatte 18 zu befestigen, ohne ihn auseinandernehmen zu müssen.
Ferner ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass der Stahlpolster 19 mit Öffnungen 24 versehen ist, welche die Enden der Führungsstifte während des Lochungsvorgangs aufnehmen.
Der Werkzeugsatz 10 umfasst eine Mehrzahl von Patrizen 25, die an der Patrizenplatte 11 befestigt sind, und eine Mehrzahl von Matrizen 26, die in der Matrizenplatte 12 befestigt sind, wobei jeweils eine Matrize für jede Patrize vorhanden ist. Dieser Werkzeugsatz ist dazu bestimmt, drei runde Löcher von ungefähr gleicher Grösse gemäss einem etwa dreieckigen Muster zu lochen. Es sei be- merkt, dass jede gewünschte Grösse von Lochungen in beliebiger Relativlage in einen Teil gestanzt wer- den können, indem einfach Patrizen und Matrizen von der erforderlichen Grösse in ihren zugehörigen Platten in der richtigen Lage befestigt werden. Ferner können zum Lochen von Teilen anderer Grösse Platten 11 und 12 verwendet werden, die eine andere Grösse als die hier beschriebene Grösse haben.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist jede der Patrizen 25 an der Patrizenplatte 11 dadurch befestigt, dass ein Teil 27 der Patrizenplatte in eine hinterschnittene Kehlung 28 der Patrize 25 verdrängt worden ist. Die Kehlung 28 liegt zwischen einem Kopf 29 und einem Schaft 30, von welchem sich die Stanzspitze 31 erstreckt. Der Durchmesser des Schaftes 30 ist etwas kleiner als derjenige des Kopfes 29, jedoch etwas grösser als derjenige der Kehlung 28. Die Patrize 25 wird wird dadurch sicher in der Patrizenplatte 11 gehalten, wobei der Kopf 29 der Patrize mit der oberen Fläche der Patrizenplatte bündig liegt.
Bei der Herstellung des Werkzeugsatzes wird anfänglich in der Patrizenplatte 11 an der Stelle, an welcher in einem Teil (nicht dargestellt) eine Lochung erzeugt werden soll, eine Öffnung 32 gebildet (Fig. 5). Die Grösse der Öffnung 32 entspricht ungefähr derjenigen des Schaftes 30 der Patrize 25, die in der Öffnung 32 angeordnet wird. Nachdem für jede in dem Teil zu erzeugende Lochung eine Öffnung 32 gebildet und in ihr eine Patrize 25 von der richtigen Grösse angeordnet ist, werden die Patrizen in die Patrizenplatte eingepresst, um das unterhalb des Kopfes 29 jeder Patrize 25 liegende Material 33 der Patrizenplatte in die Kehlung 28 zu drücken und dadurch den Halteteil 27 zu bilden. Es ist vorgesehen, sämtliche Patrizen in einem einzigen Pressvorgang in die Patrizenplatte zu drücken.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Durchführung dieses Vorgangs wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 10A, 10B und 10C, Fig. 11A, 11B und 11C und Fig. 12 beschrieben.
Nach dem Befestigen der Patrizen 25 in der Patrizenplatte 11 wird die Matrizenplatte 12 mittels der Führungsstifte 13 mit den Patrizen 25 ausgerichtet, und dann wird, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, auf der Matrizenplatte durch einen zentralen Vorsprung 34 an jeder Patrize eine Markierung erzeugt. Die Matrizenplatte 12 wird dann entfernt und in ihr eine Öffnung 35 (Fig. 7) zur Aufnahme einer Matrize 26 gebildet.
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fahren des Ausrichtens und Anordnens einer Patrize in einem Werkzeugsatz beschrieben werden. Zum
Anbringen und Festlegen der Patrize wird eine Platte vorgesehen, die als Patrizenplatte 102 bezeich- net wird. Die Patrize 110 hat einen Kopf 114, eine Kehlung 116, einen Körper 118 und eine ! Stanzspitze 120.
Eine Matrizenplatte 104 ist vorgesehen, an welcher eine Matrize 106 mit
Hilfe von Dübeln 138 und Schrauben 136 (Fig. 12) angebracht wird. Wie aus Fig. 10A ersichtlich ist, ist eine Abstützbuchse 108 vorgesehen, welche die Patrizenplatte 102 von der Matrize 106 trennt und die Patrizenplatte 102 während des Anbringens abstützt, so dass kein Material der Patri- zenplatte unter ihre untere Fläche verformt wird.
Eine Patrize 110 von der dargestellten allgemeinen Konfiguration wird mit dem richtigen
Durchmesser ihrer Stanzspitze 120 gemäss der Grösse des Loches gewählt, das erzeugt werden soll.
Die auf der Matrizenplatte 104 angeordnete Matrize 106 wird maschinell derart bearbeitet, dass ihre Öffnung 132 den gleichen Durchmesser wie die Stanzspitze 120 der Patrize 110 hat. Die Öffnung 132 der Matrize 106 wird auf die Patrizenplatte 102 übertragen und gebohrt, so dass die Bohrung 128 in der Patrizenplatte 102 (Fig. 10A) grösser als der Körper 118 der Patrize 110 ist. Dies gestattet die Selbstverriegelung der Patrize 110, um Material der Patrizenplatte 102 in die Kehlung 116 zu verformen und sich selbst vollkommen mit der Öffnung 132 in der Matri- ze 106 auszurichten.
Zwischen der Patrizenplatte 102 und der Matrize 106 ist eine Abstützbuchse 108 angeord- net. Die Patrize 110 wird dann durch die Bohrung 128 in der Patrizenplatte 102 und durch die
Abstützbuchse 108 hindurch eingeführt, so dass ihre Stanzspitze 120 in die die gleiche Abmessung besitzende Matrizenöffnung 132 eintritt.
Wie aus Fig. 10A, 10B und 10C ersichtlich ist, fliesst, wenn auf den Kopf 114 der Patrize 110 eine Kraft ausgeübt wird, Material der Patrizenplatte 102 ringsum in die Hinterschneidung 116 der Patrize 110, um dadurch die Patrize während ihres Anbringens in der Patrizenplatte mit der Ma- trize genau auszurichten. Die Selbstverriegelung der Patrize gestattet, dass eine genaue Ausrichtung und Anbringung mit einem einzigen Druckhub bewirkt werden kann, der auf den Kopf der Patrize aus- geübt wird. Die Abstützbuchse gewährleistet, dass kein Material der Patrizenplatte auf deren Unterseite verformt wird.
Es sei bemerkt, dass die Buchse 108 die Patrizenplatte 102 abstützt, wenn die Stanzspitze 120 in die Matrizenöffnung 132 eingeführt wird. Fig. 10C gibt die Lage der Patrize 110 am Ende des
Druck- oder Anbringungshubs wieder. Die Genauigkeit der Matrize wird daher auf die Patrize übertra- gen.
Danach wird die Matrizenplatte 104 von der Patrizenplatte 102 getrennt, die Abstützbuchse 108 entfernt und die Matrizenöffnung 132 durch maschinelle Bearbeitung auf das richtige Spiel vergrössert. Das Ausmass des Spiels ist grundsätzlich von der Dicke des Materials und seiner Zusammensetzung abhängig. Der Werkzeugsatz wird dann zusammengebaut, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist.
Aus dem vorstehenden geht hervor, dass eine sich selbst verriegelnde Patrize mit einem einzigen Hub einer Kraftanlegevorrichtung genau ausgerichtet und angebracht worden ist.
Fig. 11A, 11B und 11C veranschaulichen eine Abänderung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss Fig. 10, indem die Stanzspitze und der Körper der Patrize gleichen Durchmesser haben, der grösser als der Durchmesser des Kopfes ist. Die Patrize weist einen auch die Stanzspitze bildenden Körper 122, eine Unterschneidung 124 und einen Kopf 126 auf, der einen kleineren Durchmesser als der Körper 122 hat.
Das in der Patrizenplatte 102 vorgesehene Loch 130 ist, wie dies aus Fig. 11A ersichtlich ist, im Durchmesser grösser als der Kopf 126 der Patrize. Die Matrize 106 wird wieder an der Matrizenplatte 104 befestigt, jedoch wird bei dieser Ausführungsform auf die Stanzspitze der Patrize ein Druck ausgeübt, um Material der Patrizenplatte 102 in die Hinterschneidung 124 des Patrizenkörpers 122 zu drücken, wobei die Öffnung 134 in der Matrize 106 dahingehend wirkt, die Patrize auszurichten und zu führen. Fig. 11C gibt die Lage der sich selbst verriegelnden Patrize wieder, wenn sie mit der Matrize ausgerichtet und an der Patrizenplatte befestigt ist.
Sowohl beider Ausführungsform gemäss Fig. 10 als auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 11 wird das Verdrängen von Material der Patrizenplatte in die Hinterschneidung notwendigerweise nur herbeige- führt, wenn das Material der Patrizenplatte weicher als das Material der Patrize ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Patrizenmaterial aus einer Stahllegierung, während das Material der Patrizenplatte Aluminium oder Magnesium ist.
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Mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist ein parallele Platten aufweisender Lochwerk- zeugsatz geringen Gewichts zusammengebaut worden, bei welchem eine sich selbst verriegelnde Patrize mit einer Matrize in Ausrichtung gebracht und an einer Patrizenplatte durch einen einzigen Hub einer
Kraftanlegevorrichtung, wie z. B. einer Dornpresse, befestigt worden ist.
Es sei nunmehr an Hand der Fig. 13-26 das bevorzugte Verfahren zum Befestigen der Führungsstifte und Führungsbuchsen beschrieben. Der Werkzeugsatz wird nicht mit dem Stempel der Presse verbunden, da sich der Werkzeugsatz auf Grund der Wirkung der Führungsstifte selbst ausrichtet.
Der Werkzeugsatz wird dadurch hergestellt, dass zwei Platten 202 und 204 aus einem relativ weichen Material, wie Aluminium, ausgestanzt werden. Bei dem Stanzen werden Löcher 201 gebil- det, die ungefähr dort liegen, wo die Führungsstifte und Führungsbuchsen angeordnet werden sollen, wie dies aus Fig. 15,16 und 17 ersichtlich ist.
Nach Anordnen der gestanzten Patrizenplatte 202 unter einer Lehrenplatte 206 (Fig. 16) wer- den ein oder mehrere Führungsstifte 208, die jeweils mit einem Kopf 210 und einer Schulter 212 von verschiedenen Durchmessern und mit einer zwischenliegenden bogenförmigen Kehlung 214 aus- gebildet sind, in in der Lehrenplatte 206 vorgesehene Öffnungen eingeführt, um jeden Führungsstift mit dem betreffenden Loch 201 in der Patrizenplatte 202 richtig auszurichten. Durch Einpressen der Führungsstifte 208 in die Patrizenplatte 202 wird Material der Platte, wie dies in Fig. 18 und 19 gezeigt ist, verformt und fliesst in die bogenförmige Kehlung jedes Führungsstiftes 208, wodurch die Führungsstifte in der Patrizenplatte 202 genau festgelegt werden.
Die Kehlung in jedem Führungsstift kann auch eine andere als bogenförmige Gestalt haben, jedoch scheint die bogenförmige Kehlung eine sichere Abdichtung zwischen dem Stift und der Platte zu schaffen.
Die nächste Stufe besteht darin, dass die Matrizenplatte 204 auf die Führungsstifte 208 aufgesetzt wird, wie dies in Fig. 20 gezeigt ist. Durch Anordnen einer Führungsbuchse 216 auf jedem Stift 208 (Fig. 21-24) und Anlegen von Druck werden die Führungsbuchsen 216 an der Matrizenplatte 204 genau festgelegt, wenn Material der Platte sich verformt und ringsum in die Kehlung jeder Buchse fliesst. Durch Zurückziehen der Patrizenplatte 202 mit den mit ihr verbundenen Führungstiften 208 kann die Lehrenplatte 216 entfernt werden.
Wie aus Fig. 25 und 26 ersichtlich ist, können die Platten 202 und 204 getrennt und umgekehrt und Druckfedern 218 auf die Stifte 208 aufgesetzt werden, die dann in die Buchsen 216 eingeführt werden. Danach werden Schnapphalteringe 220 von Hand in an den Stiften 208 ausgebildete Nuten 222 (Fig. 21) angeordnet. Wenn es gewünscht wird, den Werkzeugsatz auseinanderzunehmen, ist weiter nichts erforderlich, als die Halteringe zu entfernen. Es ist daher ersichtlich, dass der Werkzeugsatz durch die Federn geöffnet gehalten wird, welche die Matrizenplatte 204 gegen die Schnapphalteringe 220 drücken.
Die Anordnung von zwei oder mehreren Führungsstiften und Schnapphalteringen in der oben beschriebenen Weise ermöglicht eine genaue Plattenausrichtung, und die Schnapphalteringe gestatten ein leichtes Auseinandernehmen zum Schärfen der Patrizen, zum Schleifen der Matrizen oder zu andern notwendigen Wartungszwecken.
Ein zusammengebauter Lochwerkzeugsatz ist in Fig. 13 in geöffneter Lage wiedergegeben, in welcher die Patrizenplatte 202 und die Matrizenplatte 204 voneinander getrennt und durch die Führungsstifte 208 ausgerichtet sind. Die Patrizenplatte 202 enthält Patrizen, von denen eine bei 224 dargestellt ist. Auf der Matrizenplatte 204 sind zur Aufnahme der Patrizen bestimmte Führungsbuchsen angeordnet, von denen eine bei 226 wiedergegeben ist. Ein aus elastischem Material bestehender Abstreifer 225 dient zum Abstreifen des gelochten Teils von der Patrize.
Die Matrizenplatte 204 ist auf einem aus Fiber bestehenden Montageblock 230 mit Hilfe von Befestigungsteilen 232 angeordnet. An der Unterseite des Montageblocks 230 sind mit Hilfe von Presssitzstiften 236 Abstützblöcke 234 angebracht, welche eine Unterlage für den Werkzeugsatz bilden und einen Zwischenraum schaffen, in den das von dem Werkzeugsatz ausgestanzte Material frei hineinfallen kann. Der Werkzeugsatz wird mit den an ihrem Ort befindlichen Abstützblöcken 234 mit Hilfe von durch Abstützblöcke 235 hindurchgehenden Bolzen 240 an einem Polsterblock 238 befestigt.
Der zu lochende Teil 246 wird dann in dem Werkzeugsatz angeordnet. Der Werkzeugsatz wird danach, wie dies in Fig. 14 wiedergegeben ist, mittels des Stempels der Lochungspresse zusammengepresst, wobei ein Stempelblock 242 auf die Patrizenplatte 202 gedrückt wird. Der Stempelblock 242 verhindert, dass die Patrizen herausgedrückt werden. Aus Fig. 14 ist ersichtlich, dass nach Beendigung des Lochungsvorgangs das ausgestanzte Material 244 zwischen den Abstützblöcken 234 frei herabfallen kann. Wenn der Stempel der Lochungspresse in seine obere Stellung zurückkehrt, nimmt
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