CH702984B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Abscheren von Stangenmaterial. - Google Patents

Abstract

Zum Abscheren eines Endabschnitts (R E ) von einem Stangenmaterial (R) mittels eines gegen ein fest stehendes Festmesser (10) quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials beweglichen Abschnittmessers (30) wird der abzuscherende Endabschnitt (R E ) während des Schervorgangs stirnseitig in Anlage mit einem Längsanschlag (50) gebracht und über den Längsanschlag (50) mit einer Druckkraft in Längsrichtung des Stangenmaterials (R) beaufschlagt. Durch die durch die Druckbeaufschlagung bewirkte Überlagerung eines Druckzustands in den abzuscherenden Endabschnitt während des Abschervorgangs wird die Abschnittqualität insbesondere bei metallischem Stangenmaterial deutlich verbessert.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheren eines Endabschnitts von einem Stangenmaterial gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 8.

[0002] Abscherverfahren und entsprechende Vorrichtungen der gattungsgemässen Art sind allgemein bekannt und werden zum Beispiel bei der Erzeugung von Formteilen aus metallischen Werkstoffen eingesetzt. Bei solchen Verfahren wird üblicherweise ein metallisches Stangenmaterial zwischen ein örtlich fixiertes Festmesser und ein relativ zu diesem bewegliches Abschnittmesser eingeführt, wobei ein abzuscherender Endabschnitt des Stangenmaterials in Längsrichtung über die durch das Festmesser und das Abschnittmesser definierte Scherebene hinausragt. Das Abschnittmesser wird dann quer zum Stangenmaterial gegen das Festmesser geführt und dabei der Endabschnitt vom Stangenmaterial abgeschert.

[0003] Abhängig von verschiedenen Verfahrensparametern und insbesondere auch vom Werkstoff des Stangenmaterials können bei den bisher bekannten Abscherverfahren unerwünschte Rissbildungen und sonstige Artefakte auftreten. Insbesondere ist dies bei metallischen Werkstoffen der Fall. Die sogenannte Abschnittqualität ist daher in vielen Fällen nicht genügend oder zumindest verbesserungsfähig.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art hinsichtlich der Abschnittqualität zu verbessern. Konkreter sollen Rissbildungen und sonstige Artefakte vermieden werden. Ausserdem sollen auch an den Abtrennstellen des (metallischen) Stangenmaterials und des abgescherten Endabschnitts keine Grate oder sonstigen störenden Verformungen entstehen.

[0005] Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung gelöst, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 bzw. unabhängigen Anspruch 8 definiert sind. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.

[0006] Unter «Stangenmaterial» wird im vorliegenden Zusammenhang jede Materialform mit ausgeprägter Längserstreckung und beliebigem, über die Längserstreckung konstantem Querschnitt verstanden. Insbesondere fallen metallische Stäbe, Stangen und Drähte jeglicher Abmessungen unter diese Definition. Kreisrunde Querschnitte sind die Regel, die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die Bezeichnung «stangenförmig» ist analog zu verstehen. Unter «Endabschnitt» wird sowohl ein unbearbeiteter als auch ein bearbeiteter, zum Beispiel umgeformter Abschnitt am Ende des Stangenmaterials verstanden.

[0007] Das Wesen der Erfindung besteht in Folgendem: Bei einem Verfahren zum Abscheren eines Endabschnitts von einem Stangenmaterial mittels eines gegen ein Festmesser quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials beweglichen Abschnittmessers wird der abzuscherende Endabschnitt während des Schervorgangs stirnseitig in Anlage mit einem Längsanschlag gebracht und über den Längsanschlag mit einer Druckkraft in Längsrichtung des Stangenmaterials beaufschlagt.

[0008] Durch die so durch die Druckbeaufschlagung bewirkte Überlagerung eines Druckzustands in den abzuscherenden Endabschnitt während des Abschervorgangs wird die Abschnittqualität insbesondere bei metallischem Stangenmaterial deutlich verbessert.

[0009] Die Druckkraft wird vorzugsweise so gewählt, dass die durch sie bewirkte Druckspannung im Endabschnitt die beim Schervorgang auftretenden Scher- und Zugspannungen kompensiert.

[0010] Für die praktische Implementierung des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Beaufschlagung des Endabschnitts mit der Druckkraft kurz nach dem Eingreifen des Abschnittmessers in das Stangenmaterial beginnt und kurz vor oder unmittelbar bei der vollständigen Abscherung des Endabschnitts endet. Speziell vorteilhaft ist es dabei, wenn die Beaufschlagung des Endabschnitts mit der Druckkraft nach 0,2–20%, vorzugsweise 0,2–10%, noch bevorzugter 0,5–5%, des Scherwegs beginnt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Beaufschlagung des Endabschnitts mit der Druckkraft nach 85–100%), vorzugsweise 90–100%), des Scherwegs endet. Unter Scherweg ist dabei die Wegstrecke des Abschnittmessers vom Kontakt mit dem Stangenmaterial bis zur vollständigen Abscherung des Endabschnitts zu verstehen. Der Scherweg entspricht der Querschnittsdimension des Stangenmaterials in Richtung der Scherbewegung.

[0011] Die Beaufschlagung des Endabschnitts mit der Druckkraft erst nach dem Eingreifen des Abschnittmessers in das Stangenmaterial hat den Vorteil, dass zu diesem Zeitpunkt bereits auch das Festmesser in das Stangenmaterial eingreift und dieses dadurch in Längsrichtung abstützt, so dass sich das Stangenmaterial durch die in seinen Endabschnitt eingeleitete Druckkraft nicht in Längsrichtung (zurück-)verschieben kann.

[0012] Vorteilhafterweise wird das Stangenmaterial zusätzlich noch mittels einer separaten Klemmvorrichtung gegen Verschiebung in Längsrichtung gesichert.

[0013] Die den Endabschnitt des Stangenmaterials beaufschlagende Druckkraft wird vorzugsweise zeitlich bzw. in Abhängigkeit vom Scherweg des beweglichen Abschnittmessers so geregelt, dass sie anfangs möglichst steil bis zu einem Maximum ansteigt und danach leicht abfällt, bis sie dann am Schluss prozentual möglichst schnell ganz abgebaut wird. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn das Maximum der Druckkraft möglichst nahe beim, aber vor dem Maximum der auftretenden Scherkraft liegt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Druckkraft so geregelt wird, dass die durch sie in der Scherebene bewirkte Flächenpressung über den grössten Teil des Schervorgangs angenähert konstant bleibt. Dabei entspricht die Flächenpressung der Druckkraft dividiert durch die Scherfläche (noch zu scherende Querschnittsfläche des Stangenmaterials). Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Druckkraft so hoch gewählt wird, dass die Flächenpressung mindestens etwa die Hälfte der Fliessspannung beträgt. Letztere hängt bekanntlich von Werkstoff, Temperatur, Formänderungsgeschwindigkeit, Umformungsgrad etc. ab. Die Fliessspannung kann beispielsweise bei der Warmumformung im Bereich von 50–100 MPa liegen oder auch höhere Werte von z.B. 500 MPa erreichen, insbesondere bei der Kaltumformung.

[0014] Bevorzugterweise erfolgen der Aufbau und am Schluss der prozentual schnelle Abbau der Druckkraft sehr rasch, und zwar möglichst binnen 0–4 ms, vorzugsweise 1–2 ms. Die Beaufschlagung mit der Druckkraft setzt vorzugsweise noch in der Phase der plastischen Verformung des Stangenmaterials ein und bevor die Scherkraft ihren maximalen Wert erreicht hat.

[0015] Die Druckkraft wird vorteilhafterweise durch auf den Längsanschlag einwirkende Hydraulikmittel erzeugt. Gemäss einer bevorzugten, insbesondere für Stangenmaterial kleinerer Querschnittsabmessungen geeigneten Variante der Hydraulikmittel wird die Druckkraft durch eine auf den Längsanschlag einwirkende hydraulische Stosswelle erzeugt.

[0016] Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst ein fest stehendes Festmesser und ein quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials gegen das Festmesser beweglich angetriebenes Abschnittmesser, einen Längsanschlag für einen abzuscherenden Endabschnitt des Stangenmaterials und Druckbeaufschlagungsmittel, um den Endabschnitt während des Schervorgangs über den Längsanschlag mit einer Druckkraft in Längsrichtung des Stangenmaterials zu beaufschlagen.

[0017] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind die Druckbeaufschlagungsmittel dazu ausgebildet, den Endabschnitt während eines begrenzten Zeitfensters mit der Druckkraft zu beaufschlagen, welches Zeitfenster im Bereich von 0,2–20%, vorzugsweise 0,2–10%, noch bevorzugter 0,5–5%, des vom beweglichen Abschnittmesser ab Kontakt mit dem Stangenmaterial zurückgelegten Scherwegs beginnt und im Bereich von 85–100%), vorzugsweise 90–100%, des Scherwegs endet.

[0018] Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Druckbeaufschlagungsmittel Hydraulikmittel und weisen vorzugsweise Mittel zur Erzeugung einer hydraulischen, auf den Längsanschlag einwirkenden Stosswelle auf.

[0019] Bei einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist die erfindungsgemässe Vorrichtung eine Klemmvorrichtung zur zusätzlichen Sicherung des Stangenmaterials gegen Verschiebung in Längsrichtung auf.

[0020] Im Folgenden werden das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen: <tb>Fig. 1 -<sep>einen Längsschnitt durch die wesentlichsten Teile eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Vorrichtung, <tb>Fig. 2 -<sep>die Vorrichtungsteile der Fig. 1in einer Perspektivansicht, <tb>Fig. 3 -<sep>eine vergrösserte Detaildarstellung eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1 während des Schervorgangs, <tb>Fig. 4–6 -<sep>je eine Schnittdarstellung analog Fig. 3, jedoch mit verschiedenen Detailvarianten, <tb>Fig. 7–11 -<sep>Schnittansichten diverser Einzelteile der Vorrichtung, <tb>Fig. 12 -<sep>ein Schema einer ersten Variante einer Hydraulikanordnung, <tb>Fig. 13–14 -<sep>zwei Skizzen einer zweiten Variante einer Hydraulikanordnung, <tb>Fig. 15-<sep>ein Druck-Zeit-Diagramm und <tb>Fig. 16–17-<sep>zwei Diagramme zur Erläuterung des Verlaufs verfahrenstypischer Grössen.

[0021] Für die nachstehende Beschreibung gilt die folgende Festlegung: Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen angegeben, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungsteil nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden oder nachfolgenden Beschreibungsteilen verwiesen. Umgekehrt sind zur Vermeidung zeichnerischer Überladung für das unmittelbare Verständnis weniger relevante Bezugszeichen nicht in allen Figuren eingetragen. Hierzu wird auf die jeweils übrigen Figuren verwiesen.

[0022] Die in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen umfassen im Wesentlichen ein örtlich fixiertes Festmesser 10, eine Klemmvorrichtung 20, ein beweglich angetriebenes Abschnittmesser 30 und einen Längsanschlag 50. Das Festmesser 10 ist im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet, ebenso die Klemmvorrichtung 20. Das Festmesser 10 und die Klemmvorrichtung 20 bilden zwischen sich einen Kanal, durch welchen ein metallisches Stangenmaterial R in Längsrichtung A so weit ein- und durchgeführt wird, bis das vordere Ende des Stangenmaterials R mit seiner Stirnseite in Anlage mit dem Längsanschlag 50 kommt.

[0023] Das Festmesser 10 und das bewegliche Abschnittmesser 30 sind in Längsrichtung geringfügig versetzt angeordnet und legen zwischen sich eine Scherebene S fest. Die Scherebene S steht normalerweise senkrecht auf die Längsrichtung A des Stangenmaterials R. Das über das Festmesser 10 bzw. die Scherebene S hinausragende, bis zum Längsanschlag 50 reichende Stück des Stangenmaterials R bildet einen Endabschnitt RE, der durch die Vorrichtung vom Rest des Stangenmaterials R abgeschert wird.

[0024] Das bewegliche Abschnittmesser 30 ist durch an sich bekannte, in der Zeichnung durch einen Pfeil 35 symbolisierte Antriebsmittel angetrieben. Die Scherbewegung verläuft in Richtung auf das Festmesser 10 zu. Der dabei zurückgelegte eigentliche Scherweg ist definiert als die Wegstrecke des Abschnittmessers 30 zwischen dem Eingriff desselben in das Stangenmaterial R und der vollständigen Abscherung des Endabschnitts REvom Stangenmaterial R, entspricht also im Wesentlichen der Querabmessung des Stangenmaterials R in Bewegungsrichtung des Abschnittmessers 30.

[0025] Für die Einführung bzw. den Vorschub des Stangenmaterials R sind an sich bekannte, in der Zeichnung nur durch einen Pfeil 1 symbolisierte Vorschubmittel vorgesehen, welche beispielsweise eine am Umfang des Stangenmaterials R angreifende, öffen- und schliessbare Einzugsanordnung umfassen, die in Längsrichtung hin- und hergehend beweglich antreibbar ist.

[0026] Mittels der Klemmvorrichtung 20 kann das Stangenmaterial R während des Schervorgangs in Längsrichtung festgehalten werden. Die Klemmvorrichtung 20 ist dazu gegen das Stangenmaterial R pressbar. Die dafür erforderlichen, an sich bekannten Antriebsmittel sind in der Zeichnung durch einen Pfeil 25 symbolisiert.

[0027] Die Fig. 7, 8 und 8azeigen das bewegliche Abschnittmesser 30 und das Festmesser 10 in grösserem Detail.

[0028] Das bewegliche Abschnittmesser 30 umfasst einen Grundkörper 31, an dessen im Wesentlichen halbzylindrischen Innenseite eine Schneidauflage 32 aus einem besonders harten bzw. gehärteten Werkstoff angebracht ist. Die im Wesentlichen halbkreisförmige, dem Festmesser zugewandte Kante der Schneidauflage 32 bildet eine Scherlippe 32a.

[0029] In analoger Weise umfasst das Festmesser einen Grundkörper 11, an dessen im Wesentlichen halbzylindrischen Innenseite eine Schneidauflage 12 aus einem besonders harten bzw. gehärteten Werkstoff angebracht ist. Die im Wesentlichen halbkreisförmige, dem beweglichen Abschnittmesser zugewandte Kante der Schneidauflage 12 bildet eine Scherlippe 12a. Die Fig. 8a zeigt dies in einem vergrösserten Detailausschnitt.

[0030] Die Klemmvorrichtung 20 besteht gemäss Fig. 9 aus einer im Wesentlichen halbzylindrischen Klemmbacke 21 mit einem konisch ausgebildeten Innenabschnitt 21a, der das Einführen des Stangenmaterials R erleichtert.

[0031] Wie die Fig. 4 zeigt, kann anstelle der Kombination von offenem Festmesser 10 und Klemmvorrichtung 20 auch ein geschlossenes Festmesser 10 ́ vorgesehen sein. Wie die Detaildarstellung der Fig. 11 zeigt, umfasst das geschlossene Festmesser 10 ́ einen Grundkörper 11 ́, an dessen im Wesentlichen zylindrischen Innenseite eine Schneidauflage 12 ́ aus einem besonders harten bzw. gehärteten Werkstoff angebracht ist. Die im Wesentlichen kreisförmige, dem beweglichen Abschnittmesser zugewandte Kante der Schneidauflage 12 ́ bildet eine Scherlippe 12b.

[0032] Wie das Festmesser 10 ́ kann auch das bewegliche Abschnittmesser als geschlossenes Rundmesser ausgebildet sein. Die Fig. 10 zeigt einen Axialschnitt durch ein geschlossenes Abschnittmesser 30 ́. Dieses umfasst einen im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper 31 ́, an dessen im Wesentlichen zylindrischen Innenseite eine Schneidauflage 32 ́ aus einem besonders harten bzw. gehärteten Werkstoff angebracht ist. Die im Wesentlichen kreisförmige, dem Festmesser zugewandte Kante der Schneidauflage 32 ́ bildet eine Scherlippe 32b.

[0033] Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung analog den Fig. 3 bzw. 4, jedoch jeweils mit einem geschlossenen Abschnittmesser 30 ́.

[0034] Wie die Fig. 1 weiter zeigt, hat der Längsanschlag 50 einen ambossartig verbreiterten Anschlagkopf 51 und einen Anschlagschaft 52, der sich parallel zur Längsrichtung des Stangenmaterials R erstreckt. Das Stangenmaterial R bzw. dessen Endabschnitt REsind während des Abschervorgangs stirnseitig in Anlage mit der Vorder- bzw. Stirnfläche 51a des Anschlagkopfs 51. Die Vorder- bzw. Stirnfläche 51a verläuft senkrecht oder vorzugsweise unter einem Winkel von 90°–88° geneigt zur Längsrichtung (Achse) des Stangenmaterials R.

[0035] Der Anschlagschaft 52 ist mit einer koaxialen Kolbenstange 61 verschraubt und damit in Längsrichtung kinematisch gekoppelt. Die Kolbenstange 61 ist wiederum mit einem Anschlagkolben 62 kinematisch verbunden, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet. Der Anschlagkolben 62 und seine Kolbenstange 61 sind in einer Kolbenkammer 63 eines fest stehend angeordneten Kolbengehäuses 60 (geringfügig) axial beweglich gelagert, wobei die axiale Bewegbarkeit durch eine die Kolbenstange 61 umschliessende Distanzhülse 64 begrenzt ist. Der maximale Hub des Anschlagkolbens 62 und damit auch des Längsanschlags 50 beträgt etwa 1 mm. Er ist am besten aus Fig. 12 erkennbar und dort mit h bezeichnet. In die Kolbenkammer 63 münden in axialer bzw. Längsrichtung vor und hinter dem Kolben 62 Anschlussleitungen 65 und 66 für ein Hydraulikmedium. Über die Anschlussleitung 65 kann der Anschlagkolben 62 und damit indirekt auch der Längsanschlag 50 in Richtung auf den Endabschnitt REdes Stangenmaterials R hin mit Druck beaufschlagt werden, über die Anschlussleitung 66 in der Gegenrichtung.

[0036] Es versteht sich, dass die Druckbeaufschlagung des Längsanschlags 50 alternativ auch pneumatisch oder durch mechanische Mittel erfolgen kann.

[0037] Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun anhand der Fig. 3 im Detail erläutert. Die Ausführungsbeispiele der Fig. 4, 5 und 6 funktionieren entsprechend.

[0038] Zu Beginn eines Verfahrenszyklus wird das Stangenmaterial R in Längsrichtung A zwischen dem Festmesser 10 und dem in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsposition befindlichen beweglichen Abschnittmesser 30 so weit vorgeschoben, bis sein vorlaufendes Ende mit dessen Stirnfläche auf die Stirnfläche 51a des Anschlagkopfs 51 des Längsanschlags 50 aufsteht, das Stangenmaterial R sich also mit seinem abzuscherenden Endabschnitt RE in Anlage mit dem Längsanschlag 50 befindet.

[0039] Im nächsten Verfahrensschritt wird das Stangenmaterial R mittels der Klemmvorrichtung 20 gegen das Festmesser 10 gepresst und dadurch gegen Verschiebung in Längsrichtung festgehalten (Fig. 3). Bei den in den Fig. 4 und 6 gezeigten Varianten der erfindungsgemässen Vorrichtung entfällt dieser Schritt.

[0040] Anschliessend beginnt der Schervorgang. Dazu wird das bewegliche Abschnittmesser 30 quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials R in Richtung auf das Festmesser 10 bewegt. Sobald das bewegliche Abschnittmesser 30 mit dem Stangenmaterial R in Eingriff kommt, wird dieses gegen das Festmesser 10 gepresst, so dass auch das Festmesser 10 mit seiner Scherlippe 12a in Eingriff mit dem Stangenmaterial R kommt.

[0041] Unmittelbar darauf oder mit einer kleinen zeitlichen Verzögerung wird der Längsanschlag 50 über den Anschlagkolben 62 gegen den Endabschnitt RE des Stangenmaterials R gepresst, so dass der Endabschnitt RE in seiner Längsrichtung mit einer Druckkraft FD beaufschlagt wird. Die Scherlippe 12a des Festmessers 10 ist zu diesem Zeitpunkt bereits in Eingriff mit dem Stangenmaterial R und stützt dieses ab, so dass es sich unter der Druckkraft FDnicht zurückverschieben kann. Unterstützt wird diese Abstützung in Längsrichtung, sofern vorhanden, noch durch die Klemmvorrichtung 20.

[0042] Durch die auf den Endabschnitt RE des Stangenmaterials R einwirkende Druckkraft FD wird im Endabschnitt RE ein Druckspannungszustand erzeugt, der sich den Scher- und Zugspannungen überlagert und Rissbildungen und andere unerwünschte Artefakte verhindert.

[0043] Das bewegliche Abschnittmesser 30 wird nun bei angelegter Druckkraft FD weiter quer zum Stangenmaterial R bewegt, bis der Endabschnitt RE vollständig abgeschert ist. Knapp vorher oder spätestens am Ende des Scherwegs (wenn der Endabschnitt RE vollständig abgeschert ist) wird die Beaufschlagung des Endabschnitts RE mit der Druckkraft FD beendet.

[0044] Nun wird der abgescherte Endabschnitt RE entnommen und das bewegliche Abschnittmesser 30 und der Längsanschlag 50 sowie gegebenenfalls die Klemmvorrichtung 20 werden in ihre respektiven Ausgangspositionen zurückbewegt. Hierauf kann ein neuer Verfahrenszyklus beginnen.

[0045] Die den Endabschnitt RE des Stangenmaterials R beaufschlagende Druckkraft FD ist mit Vorteil nicht während des gesamten Scherwegs konstant, sondern hat vorzugsweise ungefähr einen Verlauf, wie er in den Fig. 16 und 17in Abhängigkeit des auf der Abszissenachse aufgetragenen Scherwegs x (Einheit mm) bzw. der auf der Abszissenachse aufgetragenen Scherzeit t (Einheit s) jeweils durch die Kurve fd dargestellt ist. Die Druckkraft FDsteigt anfangs relativ steil an und fällt dann nach Erreichen ihres Maximalwerts wieder etwas flacher ab. Am Schluss erfolgt der Abbau auf prozentualer Basis sehr schnell. Die absoluten Werte der Druckkraft FD sind vorzugsweise so gewählt, dass die im Endabschnitt auftretenden Scher- und Zugspannungen kompensiert werden. Wichtig ist auch, dass die Druckkraft so gewählt wird, dass die durch sie erzeugte Flächenpressung mindestens die Hälfte der Fliessspannung beträgt. Dies kann empirisch ermittelt werden. In den Fig. 16 und 17 sind deshalb für die Druckkraft FDkeine Zahlenwerte angegeben. Praktische Werte der Druckkraft liegen beispielsweise im Bereich von 1–100 kN.

[0046] Die dem beweglichen Abschnittmesser 30 entgegenwirkende Scherkraft hat einen ähnlichen Verlauf, der in den Fig. 16 und 17jeweils durch die Kurve fs dargestellt ist. Wichtig ist es, dass die Maxima der beiden Kurven möglichst nahe beieinander auftreten, wobei aber die Druckkraft FDihr Maximum erreicht hat, bevor die Scherkraft am höchsten ist. Beim in den Fig. 16und 17illustrierten Beispiel beträgt die maximale Scherkraft rund 54 kN (rechte Ordinatenachse, Einheit kN).

[0047] Wie die Fig. 16 und 17 weiter jeweils anhand der Kurve sf illustrieren, nimmt die Scherfläche mit fortschreitender Scherbewegung des Abschnittmessers 30 kontinuierlich (bis auf null) ab (linke Ordinatenachse, Einheit mm<2>). Vorzugsweise wird die den Endabschnitt REdes Stangenmaterials R beaufschlagende Druckkraft FDzeitlich so geregelt, dass die durch sie bewirkte Flächenpressung in der Scherebene über den grössten Teil des Scherwegs ungefähr konstant (beispielsweise im Bereich von 50 MPa) ist. Wichtig ist auch, dass die Druckkraft so gewählt wird, dass die durch sie erzeugte Flächenpressung mindestens die Hälfte der Fliessspannung beträgt. In den Fig. 16 und 17ist beispielsweise ein typischer Verlauf der Flächenpressung jeweils durch die Kurve fp dargestellt (rechte Ordinatenachse, Einheit MPa).

[0048] Die Beaufschlagung des Endabschnitts RE des Stangenmaterials R mit der (zeitlich geregelten) Druckkraft FDbeginnt, wie schon erwähnt, sobald die Scherlippe des Festmessers 10 ausreichend in Eingriff mit dem Stangenmaterial R gekommen ist, um dieses gegen Verschiebung abzustützen, und zwar noch vor dem Auftreten der maximalen Scherkraft. In der Praxis ist dies nach etwa 0,2–20% des Scherwegs, vorzugsweise nach etwa 0,2–10%) und noch bevorzugter nach etwa 0,5–5% des Scherwegs. Der Druckaufbau muss relativ rasch und noch während der Phase der plastischen Verformung des Stangenmaterials R stattfinden. Die Beaufschlagung mit der Druckkraft FD wird idealerweise beendet, wenn die Abscherung vollständig erfolgt ist. Aus praktischen Gründen erfolgt sie allerdings schon etwas früher, etwa ab 85%, vorzugsweise etwa ab 90%, des Scherwegs. Um die Bildung von Graten zu verhindern, ist es dabei wichtig, dass die auf den Endabschnitt wirkende Druckkraft am Schluss prozentual sehr schnell abgebaut wird. Der Druckaufbau und der prozentual schnelle Druckabbau am Schluss sollen vorteilhafterweise je innerhalb einer Zeitspanne von 0–4 ms, vorzugsweise 1–2 ms, erfolgen.

[0049] Die Druckbeaufschlagung des Längsanschlags 50 indirekt über den Anschlagkolben 62 im Kolbengehäuse 60 kann vorzugsweise durch eine Hydraulikanordnung implementiert sein. Eine erste Variante einer solchen Hydraulikanordnung ist schematisch in Fig. 12 dargestellt.

[0050] Die Hydraulikanordnung umfasst einen ersten Hydraulikdruckspeicher 71, einen zweiten Hydraulikdruckspeicher 72, einen Hydrauliktank 73, zwei steuerbare Ventile 74 und 75 und ein kontinuierlich regelbares Servoventil 76. Zur Betätigung der Ventile 74 und 75 und Regelung des Servoventils 76 ist eine Steuerung 77 vorgesehen. Der erste Hydraulikdruckspeicher 71 ist über das Servoventil 76 mit der Anschlussleitung 65 im Kolbengehäuse 60 kommunizierend verbunden. Der zweite Hydraulikdruckspeicher 72 ist über das Ventil 75 mit der Anschlussleitung 66 im Kolbengehäuse verbunden. Der Hydrauliktank 73 ist über das Ventil 74 mit der Anschlussleitung 65 kommunizierend verbunden. Die entsprechenden, Hydraulikmedium führenden Leitungen sind in der Fig. 12nicht bezeichnet.

[0051] Die Funktionsweise der Hydraulikanordnung ist wie folgt: Durch geregeltes Öffnen des Servoventils 76 strömt unter Druck stehendes Hydraulikmedium aus dem Hydraulikdruckspeicher 71 in das Kolbengehäuse 60 und beaufschlagt den Anschlagkolben 62, wobei sich dieser etwas bewegt. Der maximale Hub h ist jedoch durch die Distanzhülse 64 begrenzt. Der kontrollierte zeitliche Druckaufbau im Kolbengehäuse erfolgt durch entsprechende Regelung des Servoventils 76 über die Steuerung 77 in zeitlicher Zuordnung zur Bewegung des Abschnittmessers 30. Die Steuerung 77 ist praktischerweise Teil der Gesamtsteuerung der Abschervorrichtung.

[0052] Zum Abbau des Drucks wird das Servoventil geschlossen und das Ventil 74 zum Hydrauliktank 73 geöffnet.

[0053] Zur Zurückstellung des Anschlagkolbens 62 wird das Ventil 75 geöffnet, so dass Hydraulikmedium aus dem zweiten Hydraulikdruckspeicher 72 in das Kolbengehäuse 60 fliessen und den Kolben von der anderen Seite beaufschlagen kann. Anstelle des zweiten Hydraulikdruckspeichers 72 und des zugehörigen Ventils 75 kann zur Rückstellung des Anschlagkolbens 62 auch ein passend angeordnetes Federpaket oder dergleichen vorgesehen sein. Eventuell kann die Rückstellung des Anschlagkolbens 62 auch durch die Vorschubbewegung des Stangenmaterials R realisiert werden.

[0054] Die vorstehend beschriebene Variante der Hydraulikanordnung ist geeignet für relativ lange Scherwege bzw. grosse Querschnittsabmessungen des abzuscherenden Stangenmaterials im Bereich von typisch 30–50 ms bzw. 20–100 mm.

[0055] Für die praktische Realisierung dieser Variante der Hydraulikanordnung müssen einige Randbedingungen beachtet werden.

[0056] Das Volumen des Hydraulikmediums in der Kolbenkammer 63 muss möglichst klein gehalten werden, um den Druck so schnell wie möglich aufbauen zu können.

[0057] Das Servoventil 76 muss möglichst nahe am Kolbengehäuse 60 angeordnet sein.

[0058] Der Hydraulikdruckspeicher 71 muss so ausgelegt sein, dass er den plötzlich eintretenden Volumenstrom beim Druckaufbau abdecken kann. Der Druck im Hydraulikdruckspeicher bestimmt die Höhe der Drucküberlagerung im Scherprozess. Eine Prozessregelung im Sinne einer konstanten Drucküberlagerung über den Scherweg ist wegen der sehr kurzen Prozesszeiten nur schwer realisierbar, wäre aber erstrebenswert. Eine Regelung des Servoventils 76 basierend auf physikalischen Grössen (sich über den Anschlaghub ändernde hydraulische Kapazität) ist jedoch realistisch.

[0059] Die Anschlussleitung zum Hydrauliktank 73 muss so ausgelegt sein, dass sie einen möglichst schnellen Druckabbau (0–4 ms, vorzugsweise 1–2 ms) gewährleistet.

[0060] Das sehr enge Zeitfenster der Drucküberlagerung während des Schervorgangs kann sowohl seine Länge als auch seine Position auf der Zeitachse während des Betriebs ändern (abhängig von der Öltemperatur, Ventiltemperatur, Verschleiss der Steuerkanten über einen längeren Zeitraum usw.). Daher soll der Druckverlauf, insbesondere das Fenster des Druckaufbaus und des Druckabbaus, kontinuierlich von der Steuerung 77 überwacht und erforderlichenfalls vorzugsweise automatisch korrigiert werden.

[0061] In den Fig. 13–15 ist schematisch eine zweite Variante der Hydraulikanordnung dargestellt, welche speziell geeignet ist für sehr kurze Abscherzeiten bzw. relativ kleine Querschnittsabmessungen des abzuscherenden Stangenmaterials im Bereich von typischerweise <10 ms bzw. <20 mm.

[0062] Im jeweils rechten Teil der Fig. 13und 14ist schematisch ein Anschlagkolben 67 dargestellt, der analog dem in den Fig. 1und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel kinematisch mit dem Längsanschlag 50 gekoppelt ist. Der Anschlagkolben 67 ist in einer Hauptleitung 81 gleitend gelagert und wird von einem Federpaket 68 in einer (in der Zeichnung linken) Ausgangsstellung gehalten (Fig. 13). Bei (in der Zeichnung linksseitiger) Druckbeaufschlagung kann sich der Anschlagkolben 67 entgegen der Federkraft des Federpakets 68 um einen beschränkten Hub (in der Zeichnung nach rechts) bewegen (Fig. 14).

[0063] Das andere Ende der Hauptleitung 81 ist durch einen in der Hauptleitung gleitend angeordneten Stosskolben 82 abgeschlossen. Die Hauptleitung 81 ist über eine Zuleitung 83 kommunizierend mit einem Hydraulikdruckspeicher 84 verbunden und vollständig mit Hydraulikmedium gefüllt. Der Hydraulikdruckspeicher 84 steht unter einem Druck p0 von z.B. 5 bar, so dass auch der Druck in der Hauptleitung 81 einen Grundwert p0 aufweist. Die Rückstellkraft des Federpakets 68 ist so bemessen, dass sie dem Druck p0 widersteht, der Anschlagkolben 67 also in seiner Ausgangsstellung bleibt. Der Stosskolben 82 und der Anschlagkolben 67 stehen über eine Hydraulikmediumsäule in Kontakt.

[0064] Dem Stosskolben 82 axial vorgeordnet und an ihm anliegend ist eine drehbar angetriebene Nockenscheibe 85 angeordnet, deren Radius sich über ihren Umfang von einem Minimalwert r0zu einem Maximalwert r1 ändert. In der in der Fig. 13 dargestellter Ausgangssituation befindet sich die Nockenscheibe 85 in einer Drehstellung, bei der der Stosskolben 82 den Minimalabstand r0 von der Drehachse der Nockenscheibe 85 aufweist.

[0065] Durch Verdrehung der Nockenscheibe 85 in die in Fig. 14 dargestellte Drehposition wird der Stosskolben 82 um die Radiendifferenz r1–r0der Nockenscheibe 85 aus seiner in Fig. 13 gezeigten Ruhelage in die Hauptleitung 81 hineingedrückt. Dadurch wird in der Hauptleitung 81 eine (Druck-)Stosswelle erzeugt, welche sich in der Hauptleitung 81 mit Schallgeschwindigkeit ausbreitet und den Anschlagkolben 67 beaufschlagt. Dieser überträgt den auf ihn ausgeübten Druck auf den Längsanschlag 50, der damit den abzuscherenden Endabschnitt des Stangenmaterials beaufschlagt. Der Verlauf und die Grösse (Amplitude) der so erzeugten Druckwelle hängt von der Drehgeschwindigkeit ω, dem Radienverlauf und der Radiendifferenz r1–r0der Nockenscheibe 85 ab. Die Nockenscheibe 85 ist vorzugsweise so geformt, dass ihr Radius über den grössten Teil ihres Umfangs konstant ist, so dass sich der Stosskolben also nur während eines Bruchteils einer vollständigen Umdrehung der Nockenscheibe bewegt.

[0066] In der Fig. 15 ist ein typischer Verlauf einer solchen Stosswelle in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt. Der den Anschlagkolben 67 beaufschlagende Druck p in der Hauptleitung 81 steigt vom genannten Anfangswert p0 rasch auf einen Maximalwert p1(z.B. in der Grössenordnung 100 bar) an und sinkt dann wieder ebenso rasch auf den Anfangswert p0 zurück.

[0067] Der Aufbau bzw. Abbau der den Endabschnitt des Stangenmaterials beaufschlagenden Druckkraft erfolgt also unter Ausnutzung bzw. Berücksichtigung der Kompressibilität des Hydraulikmediums mittels einer sich in der Hauptleitung 81 mit Schallgeschwindigkeit ausbreitenden Stosswelle.

[0068] Die Distanz L1 zwischen dem Stosskolben 82 und dem Anschlagkolben 67, also die Länge der Hydraulikmediumsäule zwischen den beiden Kolben 82 und 67, muss in einem bestimmten Verhältnis zur Wellenlänge der erzeugten Stosswelle stehen, damit Resonanzeffekte und Drucküberlagerungen vermieden werden, welche ein Platzen der Hauptleitung hervorrufen könnten. Solche Resonanzeffekte können z.B. auch durch in der Zeichnung nicht dargestellte Wellendämpfvorrichtungen in der Hauptleitung vermieden werden.

[0069] Der Durchmesser der Zuleitung 83 zum/vom Hydraulikdruckspeicher 84 ist im Vergleich zum Durchmesser der Hauptleitung 81 sehr klein und ihre Länge L2 darf ein bestimmtes kritisches Mass nicht unterschreiten. Dieses Mass ist ebenfalls abhängig von der Wellenlänge der Stosswelle. Die Bemessung der Zuleitung ist dem Fachmann bekannt und bedarf deshalb keiner näheren Erläuterung.

[0070] Der Zweck des Behälters ist, die Hauptleitung mit einem konstanten Druck (z.B. 5 bar) zu versorgen. Zum Vergleich: die Stosswelle hat einen viel höheren Druck (z.B. 100 bar). Der konstante Druck darf den Längsanschlag 50 aus seiner vom Federpaket 68 gehaltenen Position nicht bewegen. Erst durch die Wirkung der Stosswelle wird dieser eine definierte Kraft auf den abzuscherenden Endabschnitt des Stangenmaterials ausüben.

[0071] Die in den Fig. 13–15 dargestellte zweite Variante der Hydraulikanordnung bzw. Methode zur Erzeugung der den Längsanschlag beaufschlagenden Druckkraft mittels einer hydraulischen Stosswelle hat verschiedene Vorteile.

[0072] Eine plötzliche Bewegung des Längsanschlags bewirkt im Unterschied zur ersten Variante keinen Druckabfall.

[0073] Die in der Stosswelle enthaltene Energie wird mit Schallgeschwindigkeit durch die Hauptleitung ohne Verluste bis zum Anschlagkolben transportiert. Die Verluste infolge der Reibung sind aufgrund der relativ kurzen Leitungslängen sehr gering und können vernachlässigt werden.

[0074] Eine Ankopplung an das Hydrauliksystem der Gesamtvorrichtung ist nicht notwendig, das System kann autark arbeiten.

[0075] Der Zeitpunkt des Druckaufbaus und des Druckabbaus können über mechanische Komponenten, insbesondere kurvengesteuert, festgelegt werden. Dieser Zeitpunkt ist unabhängig von der Zyklusgeschwindigkeit (Drehzahl) der Gesamtvorrichtung, was einen sehr wichtigen Faktor darstellt.

[0076] Elektrische oder hydraulische/pneumatische Steuerungen sind nicht erforderlich.

[0077] Zu den vorbeschriebenen Vorrichtungen und Verfahren sind weitere Variationen realisierbar.

[0078] Das erfindungsgemässe Abscherverfahren und die entsprechende erfindungsgemässe Vorrichtung sind im Zusammenhang mit Umformprozessen über den gesamten Temperaturbereich von Warmumformung über Umformen mit abgesenkter Temperatur bis hin zum Kaltumformen einsetzbar.

Claims (10)

1. Verfahren zum Abscheren eines Endabschnitts (RE) von einem Stangenmaterial (R) mittels eines gegen ein Festmesser (10; 10 ́) quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials beweglichen Abschnittmessers (30; 30 ́), wobei der abzuscherende Endabschnitt (RE) während des Schervorgangs stirnseitig in Anlage mit einem Längsanschlag (50) gebracht und über den Längsanschlag (50) mit einer Druckkraft (FD) in Längsrichtung des Stangenmaterials (R) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Endabschnitts (RE) mit der Druckkraft (FD) kurz nach dem Eingreifen des Abschnittmessers (30; 30 ́) in das Stangenmaterial (R) beginnt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Endabschnitts (RE) mit der Druckkraft (FD) kurz vor oder unmittelbar mit der vollständigen Abscherung des Endabschnitts (RE) endet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Endabschnitts (RE) mit der Druckkraft (FD) nach 0,2–20%, vorzugsweise 0,2–10%, noch bevorzugter 0,5–5%, des Scherwegs beginnt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Endabschnitts (RE) mit der Druckkraft (FD) nach 85–100%, vorzugsweise 90–100%, des Scherwegs endet.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft (FD) innerhalb einer Zeitspanne von 0–4 ms, vorzugsweise 1–2 ms, aufgebaut wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Endabschnitt (RE) beaufschlagende Druckkraft (FD) durch auf den Längsanschlag (50) einwirkende Hydraulikmittel (60–66, 71–77; 67, 68, 81–85) erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Endabschnitt (RE) beaufschlagende Druckkraft (FD) durch eine auf den Längsanschlag (50) einwirkende hydraulische Stosswelle erzeugt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Abscheren eines Endabschnitts (RE) von einem Stangenmaterial (R) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Festmesser (10; 10 ́), einem quer zur Längsrichtung des Stangenmaterials (R) gegen das Festmesser (10; 10 ́) beweglich angetriebenen Abschnittmesser (30; 30 ́), einem Längsanschlag (50) für den abzuscherenden Endabschnitt (RE) des Stangenmaterials (R) und Druckbeaufschlagungsmitteln (60–66, 71–77; 67, 68, 81–85), um den Endabschnitt (RE) während des Schervorgangs über den Längsanschlag (50) mit einer Druckkraft (FD) in Längsrichtung des Stangenmaterials (R) zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungsmittel (60–66, 71–77; 67, 68, 81–85) dazu ausgebildet sind, den Endabschnitt (RE) während eines begrenzten Zeitfensters mit der Druckkraft (FD) zu beaufschlagen, welches Zeitfenster im Bereich von 0,2–20% des vom beweglichen Abschnittmesser (30; 30 ́) ab Kontakt mit dem Stangenmaterial (R) zurückgelegten Scherwegs beginnt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitfenster im Bereich von 85–100%, vorzugsweise 90–100%, des vom beweglichen Abschnittmesser (30; 30 ́) ab Kontakt mit dem Stangenmaterial (R) zurückgelegten Scherwegs endet und vorzugsweise im Bereich von 0,2–10%, noch bevorzugter 0,5–5%, des Scherwegs beginnt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungsmittel Hydraulikmittel (60–66, 71–77; 67, 68, 81–85) sind und vorzugsweise Mittel (67, 68, 81–85) zur Erzeugung einer hydraulischen, auf den Längsanschlag (50) einwirkenden Stosswelle aufweisen.