-
Die
Erfindung betrifft eine Presse zum Beschneiden eines Werkstücks aus
gehärtetem
Stahl in einem Werkzeug mit einem Obermesser und einem Untermesser
und ein entsprechendes Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks aus
gehärtetem
Stahl.
-
Bei
derartigen Pressen tritt das Problem des sogenannten Schnittschlags
auf, der zwecks Verminderung der Geräuschbelastung, aber auch aufgrund der
dadurch hervorgerufenen Werkzeug- und Maschinenbelastung nach Möglichkeit
gedämpft
werden soll. Der Schnittschlag wird dadurch hervorgerufen, dass
das Werkstück
beim Schneiden nur über
eine gewisse Eindringtiefe des Schneidwerkzeugs in das Werkstück einen
deutlichen Widerstand leistet. In diesem Bereich wird das Werkstück geschnitten
und eine dabei auftretende relativ große Schneidkraft wirkt auf den
Stößel ein,
was eine elastische Stauchung der gesamten Stößelkonstruktion und eine elastische
Dehnung des Pressenrahmens verursacht. Wenn das Schneidwerkzeug
eine bestimmte Eindringtiefe überwunden
hat (Scheranteil), bricht der restliche Werkstoff (Restbruchanteil).
Aufgrund des geringen Widerstands tritt eine Entspannung der elastisch
gestauchten Stößelkonstruktion
und des gedehnten Pressenrahmens ein, was den sogenannten Schnittschlag
verursacht.
-
Um
den Schnittschlag zu dämpfen,
ist es bekannt, neben dem Werkzeug am Maschinentisch oder im jeweiligen
Werkzeug Schnittschlagdämpfer anzubringen,
die hydraulisch durch Verdrängen
von Hydraulikflüssigkeit
durch eine Drossel hindurch oder mittels Federn funktionieren. In
der
DE 41 21 142 A1 ist
eine Presse mit einem Maschinentisch, einem auf und ab bewegbaren
Stößel und
einer Aufspannplatte offenbart, wobei der Stößel und die Aufspannplatte mit
Aufspanneinrichtungen zum Aufspannen des Werkzeugs versehen sind,
und mit einer Schnittschlagdämpfung,
welche mehrere in den Maschinentisch versenkt eingebaute Schnittschlagdämpfer aufweist,
die mittels längeneinstellbarer
Verstellsäulen betätigbar sind.
Dabei sind die Verstellsäulen
entsprechend der Montageposition der Schnittschlagdämpfer in
einem mobilen Mutterteil gehalten, welches in einen Arbeitsraum
der Presse hinein und aus diesem heraus bewegbar ist. Die bekannten Schnittschlagdämpfungseinrichtungen
zielen daher darauf ab, während
der Schnittbruchphase eine der plötzlichen Entspannung der Presse
entgegenwirkende Bremskraft zu erzeugen.
-
Aus
der
DE 78 09 007 U1 ist
eine hydraulische Presse bekannt, bei der die wirksame Kolbenfläche des
Gegendruckkolbens gleich oder größer der
wirksamen Kolbenfläche
des Pressenkolbens ist, und die Gegendruckeinheit mit dem hydraulischen Arbeitsdruck
des Zylinderkolbens des Pressenstößels speis- und vorspannbar
ist und dass die Gegendruck- Zylinder- Kolben- Einheit gleichachsig
neben dem Zylinder-Kolben
des Pressenstößels angeordnet
ist, wobei der Gegendruckkolben von einer Verbindungsstange am Kolben
des Pressenstößels durchsetzt
ist, die an ihrem äußeren Ende
den Anschlag aufweist, der mit dem Gegendruckkolben zusammenwirkt.
Damit soll erreicht werden, dass der Pressenstößel im Moment des eintretenden
Schnittbruchs praktisch keinen Weg mehr zurücklegen kann und die Presse
beim Anfahren des einstellbaren Anschlags stehen bleibt. Da der
Anschlag sich jedoch oben am Stößel befindet,
ist der auftretende Schnittschlag nicht sauber genug abzufangen,
insbesondere kann mit dieser Pressenkonstruktion keine unterschiedliche
Steuerung innerhalb der Presse vorgenommen werden.
-
Beim
Hartschneiden, also beim Schneiden von gehärtetem Stahl mit einer Härte von
beispielsweise 1400 MPa, insbesondere beim Schneiden von gehärteten,
relativ dünnen
hochfesten Blechen oder Bauteilen mit einer Blechdicke von beispielsweise etwa
2 mm, verschärft
sich die Schnittschlagproblematik noch dadurch, dass auf einem sehr
kurzen Weg sehr hohe Kräfte
benötigt
werden. Häufig
verläuft
der Schneidvorgang über
weniger als einem Drittel der Blechdicke. Hinzu kommt, dass möglichst wenig
Grat beim Schneiden entstehen sollte.
-
Ein üblicher
Weg zur Reduzierung der Kräfte beim
Schneiden ist daher die Anwendung des sogenannten scherenden Schnitts.
Dabei stehen Ober- und Untermesser derart schräg zueinander, dass der Schneidvorgang
wie bei einer Schere nicht an der gesamten Schneidlinie gleichzeitig,
sondern entsprechend der Höhenkontur
allmählich
erfolgt. Das Scheren hat aber die Nachteile, dass die Messer an
der zuerst angreifenden Stelle soweit in das Werkstück und in
das Gegenmesser eintauchen müssen,
bis auch die infolge des Scherenschliffs erst später wirkenden Bereiche das
Blech getrennt haben. Infolge des Eintauchens unterliegt ein wesentlich
größerer Bereich
der Mantelfläche
der Schneidelemente einem durch die starke Reibung zwischen dem
Blech und dem Werkzeugstahl bedingten Verschleiß. Zudem ergeben sich für den Schneidprozess
ungünstige
Verwerfungen und Momente, da eine Seite der Schneidelemente eine
andere Flächenform
als das zu schneidende Werkstück
hat.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte
Presse zum Beschneiden eines Werkstücks aus gehärtetem Stahl auf die Belastungen
des Hartschneidens auszulegen und ein entsprechendes Schneidverfahren
zu entwickeln.
-
Diese
Aufgabe löst
die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach ist in
einem Pressenwerkzeug mindestens ein Distanzelement vorgesehen,
dass einen festen Anschlag für
die Pressenbewegung bildet. Das Distanzelement ist innerhalb des
Werkzeugs so nah wie möglich
an einer Schnittzone eingebaut. Mit einer solchen erfindungsgemäßen Presse
kann auf den scherenden Schnitt verzichtet werden. Stattdessen verfügt die Presse über ein
Ober- und ein Untermesser, die über
ihre gesamte Länge
auf einem zu schneidenden Werkstück aufsetzen
und auch über
ihre gesamte Länge
eine entsprechende Schneidkraft aufbringen. In dem Moment, indem
das Werkstück
nicht mehr geschnitten wird, sondern bricht, setzt die Presse auf
den im Werkzeug befindlichen Distanzen auf. Dadurch wird die Pressenbewegung
gestoppt und es wird verhindert, dass die Presse über den
ihr vorgegebenen Weg hinaus aufgrund des Schnittschlags nachschwingt.
Der Anschlag an den Distanzen definiert den maximal verfahrbaren
Weg der Presse. Die herkömmlich
aus dem Stand der Technik bekannte Schnittschlagdämpfung bremst
eine Presse lediglich ab, sie kann ein leichtes Nachschwingen nicht
verhindern. Das hochfeste Werkstück
sollte jedoch in einer besonderen Ausführungsform zur Vermeidung von Graten
mit einem möglichst
geringen Spalt, vorzugsweise einem Nullspalt zwischen dem Ober-
und dem Untermesser geschnitten werden. Aufgrund der geringen Blechdicke
und der starken Kräfte
kann auch ein leichtes Nachschwingen der Presse zu einem Eintauchen
des Obermessers in das Untermesser führen und damit die Schneid werkzeuge
zerstören. Dies
lässt sich
mit den erfindungsgemäß im Werkzeug
vorgesehenen festen Distanzen verhindern. Die Presse in sich ist
Biegungen ausgesetzt. Insbesondere bei großen Pressentischen ist es daher
wichtig, dass die Distanzen so nah wie möglich an der Schnittstelle
liegen, damit der Schnittschlag dort abgefangen werden kann, wo
er auftritt. Andernfalls wird der Schnittschlag zwar im Bereich
der Distanzen abgefangen, die Presse biegt sich jedoch in anderen Bereichen
aufgrund der Schwingungen durch und Schäden entstehen. Anders als bei
herkömmlichen Schnittschlagdämpfern sind
die festen Distanzen in der Lage, die Pressenbewegung vollständig abzufangen.
Zusätzlich
kann in eine feste Distanz noch eine Schnittschlagdämpfung integriert
sein. Diese Schnittschlagdämpfung
bremst dann den Pressenweg, bevor er durch das Aufsetzen auf der
Distanz beendet wird.
-
Zudem
können
in einem Mehrstufenwerkzeug in einer Presse mit einer einheitlichen
Pressenbewegung mehrere Werkzeuge mit mehreren Schnittstellen und
jeweils eigenen Distanzelementen vorgesehen sein, die zeitlich versetzt
arbeiten. Dadurch kann der absolute Wert der Schneidkraft und damit
auch der absolute Wert des Schnittschlags und der Geräuschemission
reduziert werden.
-
Nachfolgend
ist die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben.
-
1 zeigt
den grundsätzlichen
Aufbau der erfindungsgemäßen Presse 1 mit
Distanzelementen 12
-
2a,
b und c zeigen den Ablauf beim Schließvorgang der Presse 1
-
3a,
b und c zeigen den Ablauf beim Schließvorgang der Presse 1 mit
einem bestimmten Krafterzeuger 10
-
4a,
b und c zeigen den Ablauf beim Schließvorgang der Presse 1 mit
einer in den Distanzelementen 13 integrierten Schnittschlagdämpfung
-
5a,
b und c zeigen den Ablauf beim Schließvorgang der Presse 1 mit
drei zeitlich versetzt zufahrenden Schnittzonen 17, 18 und 19.
-
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Presse 1 in
einem Ausschnitt dargestellt. Ein Pressenstößel 2 wird über eine
nicht näher
dargestellte Antriebseinheit angetrieben. Zwischen dem Pressenstößel 2 und einem
Pressentisch 3 befinden sich ein Ober- und ein Unterwerkzeug 4 und 5.
Das Oberwerkzeug 5 ist mit einem Obermesser 7 und
einem Niederhalter 8 ausgestattet, wobei der Niederhalter 8 über einen
Krafterzeuger 10 mit Kraft beaufschlagbar ist. Im Unterwerkzeug 4 ist
ein Untermesser 6 angebracht. Neben dem Untermesser 6 befindet
sich ein mit Kraft beaufschlagbarer Gegenhalter 9. Dazu
ist der Gegenhalter 9 mit einem Krafterzeuger 10 verbunden.
Ein Werkstück 11 liegt
auf dem Untermesser 6 und dem Gegenhalter 9 auf.
Die erfindungsgemäße Presse 1 verfügt über vier
feste Distanzelemente 12, die eine Schließbewegung
der Presse 1 anhalten können.
-
Die 2a bis
c zeigen den Ablauf beim Schließen
der Presse 1. Das Werkstück 11 ruht im geöffneten
Zustand der Presse 1 auf dem Untermesser 6 und
dem Gegenhalter 9. Beim Zufahren des Pressenstößels 2 in
Richtung Pressentisch 3 eilt der Niederhalter 8 dem
Obermesser 7 ein Stück
voraus (2a) und setzt zunächst auf
dem Werkstück 11 auf,
um das Werkstück 11 im
Werkzeug 4, 5 zu fixieren. Beim Auftreffen des
Obermessers 7 auf dem Werkstück 11 muss die volle
Schneidkraft über
die gesamte Länge
der Messer 6 und 7 aufgebracht werden. Die Art
der Krafterzeugung kann dabei über
verschiedene Krafterzeuger 10 realisiert werden, wie beispielsweise
Tellerfedern, Gasdruckfedern oder geregelte Hydraulikzylinder. Dargestellt
sind in den 2 geregelte Hydraulikzylinder.
Die Distanzen 12 sind noch geöffnet (2b).
-
In 2c bricht
das Werkstück 11 entlang des
verbliebenen Schneidwegs. Die Distanzen 12 haben aufeinander
aufgesetzt. Die Presse 1 entspannt sich aufgrund des nicht
mehr vorhandenen Schneidwiderstands. Da die Distanzen 12 jedoch
unmittelbar in Nähe
der Schnittzone innerhalb des Werkzeugs 4, 5 liegen,
kann die Presse nicht in Schneidrichtung schwingen. Ein Berühren der
Messer 6 und 7 an der Schnittstelle ist ausgeschlossen. Die
Messer 6, 7 können
daher mit einem möglichst geringen
Schnittspalt, vorzugsweise einem Nullspalt zueinander eingestellt
werden. Dies führt
zu einem verfeinerten Schnittbild mit reduzierter Gratbildung am
Werkstück 11.
Außerdem
minimiert die erfindungsgemäße Anordnung 1 insgesamt
den Verschleiß,
die Geräuschentwicklung
und den Schnittschlag.
-
Die 3a bis
c zeigen die erfindungsgemäße Presse 1 während des
Schließvorgangs
mit einem alternativen Krafterzeuger 100, in diesem Fall
einer Feder.
-
Die 4a bis
c zeigen eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Presse 1 während der
Schließbewegung.
Anstelle fester Distanzelemente 12 ist in das Distanzelement 13 eine
zusätzliche
Schnittschlagdämpfung
eingebaut. Ein Anschlagelement 14 ist in ein weiteres Anschlagelement 15 über einen
bestimmten Weg verfahrbar. Dabei verdrängt das Anschlagelement 14 beispielsweise
eine in dem Anschlagselement 15 befindliche Flüssigkeit
in einen Fluidbehälter
mit Druckausgleich 16. Während der Schließbewegung
der Presse 1 setzt das obere Werkzeug 5 auf dem
Anschlagelement 14 flächig
auf. Das Anschlagelement 14 wird während des Schneidvorgangs in
Richtung Anschlagelement 15 gedrückt und verdrängt dabei
die in dem Anschlagelement 15 befindliche Flüssigkeit. (4b)
Dadurch wird die Schließbewegung
der Presse 1 während
des Bruchs des Werkstücks 11 zunächst gebremst,
um anschließend
durch ein Aufsetzen des Anschlagelements 14 auf dem Anschlagelement 15 auf
Null reduziert zu werden. Wichtig ist auch hier, dass die Pressenbewegung
anders als bei einer herkömmlichen
Schnittschlagdämpfung
nah an der Schnittzone nicht nur gebremst, sondern gestoppt wird.
-
Die 5 zeigen eine weitere Variante der Erfindung,
die insbesondere bei mehrstufigen Werkzeugen oder großen Pressentischen
zum Tragen kommt. Auf einem Pressentisch 3 sind mehrere Werkzeuge 17, 18, 19 angebracht,
die getrennt steuerbar und mit Kraft beaufschlagbar sind. Alle Werkzeuge 17, 18 und 19 werden
von einem einheitlichen Pressenstößel 2 in Richtung
Pressentisch 3 bewegt. Jedes Werkzeug 17, 18 und 19 beinhaltet
eine Schnittzone, wobei innerhalb jedes Werkzeugs Distanzelemente 120, 121, 122 vorgesehen
sind. Die Steuerung der Werkzeuge 17, 18 und 19 kann
zum Beispiel über
mechanische Elemente wie Schieber oder Kurven realisiert werden.
In den 5a bis c ist das mittlere Werkzeug 18 durch
weitere Hydraulikzylinder 20 so steuerbar, dass es zeitlich
vor den Werkzeugen 17 und 19 zum Schneiden kommt.
Dementsprechend setzt das mittlere Werkzeug 18 auch als erstes
auf den ihm zugeordneten Distanzelementen 121 auf. Die
Schneidkraft wird dabei über
die Hydraulikzylinder 20 aufgebracht. Im Anschluss an den Schnitt
im Werkzeug 18 schneiden die Werkzeuge 17 und 19,
wobei ein Nachschwingen der Presse 1 über ein Aufsetzen der Werkzeuge 17 und 19 auf
den Distanzelementen 120 und 122 verhindert wird.
Der restliche Pressenweg wird im Bereich des mittleren Werkzeugs 18 über die
Hydraulikzylinder 20 verfahren, indem sich die Ventile 21 an
den Hydraulikzylindern 20 öffnen und eine weitere Verdrän gung des Fluids
erlauben. Auf diese Weise wird der absolute Wert der Schneidkraft
und damit auch des Schnittschlags und der Geräuschentwicklung reduziert.
Die Schneidarbeit wird bei geringerer Kraft auf einen längeren Weg
verteilt. Da zum Beispiel mechanische Pressen ihre Nennkraft bereits
zum Beispiel 12,5 mm vor dem unteren Totpunkt erreichen können, kann
auf diese Weise das Arbeitsvermögen
der Presse 1 besser genutzt werden.
-
- 1
- Presse
- 2
- Pressenstößel
- 3
- Pressentisch
- 4
- Unterwerkzeug
- 5
- Oberwerkzeug
- 6
- Untermesser
- 7
- Obermesser
- 8
- Niederhalter
- 9
- Gegenhalter
- 10
- Krafterzeuger
- 11
- Werkstück
- 12
- Distanzelement
- 13
- Distanzelement
- 14
- Anschlagelement
- 15
- Anschlagelement
- 16
- Fluidbehälter mit
Druckausgleich
- 17
- Schnittzone
- 18
- Schnittzone
- 19
- Schnittzone
- 20
- Hydraulikzylinder
- 21
- Ventil
- 100
- Krafterzeuger
- 120
- Distanzelement
- 121
- Distanzelement
- 122
- Distanzelement