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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, insbesondere ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden oder Stanzen von Metall. Ebenso betrifft die Erfindung eine Schneidvorrichtung, die mit einem solchen Schneidwerkzeug ausgestattet ist.
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In Vorrichtungen zum Scherscheiden oder Stanzen von Metall werden in bekannter Weise Schneidwerkzeuge eingesetzt. Solche Schneidwerkzeuge können in einer Schneidvorrichtung relativ zu einer Schneidmatrize beweglich angeordnet sein, um das Schneiden oder Stanzen von Bauteilen zu ermöglichen. Hierzu weisen derartige Schneidwerkzeuge an ihrer der Schneidmatrize zugeordneten Seite wenigstens eine Schneidkante auf. Bei Schneidwerkzeugen, die entlang ihrer Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sind, verläuft die Schneidkante typischerweise kreisförmig entlang einer Außenfläche des Werkzeugs. Ebenso kann die Schneidkante rechteckig um einen quaderförmigen Abschnitt des Schneidwerkzeugs verlaufen. Gleichermaßen kann die Schneidkante abschnittsweise gekrümmt und abschnittsweise gerade verlaufen.
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Beim Einsatz von Schneidvorrichtungen mit derartigen Schneidwerkzeugen wird ein zu schneidendes Werkstück üblicherweise über einer Schneidmatrize angeordnet. Anschließend wird eine Bewegung des Schneidwerkzeugs in Richtung des Werkstücks erzeugt. Dabei kommt das Schneidwerkzeug über seine Schneidkante auf dem Werkstück zur Anlage und durch weitere Bewegung des Schneidwerkzeugs wird schließlich der gewünschte Schnitt des Werkstücks bewirkt. Hierbei wird ein definierter Abschnitt des Werkstücks von diesem abgetrennt. Je nach Anwendung handelt es sich bei dem abgetrennten Abschnitt um ein Abfallstück, einem sogenannten Butzen, oder um ein gewünschtes Schnittteil.
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Aufgrund von steigenden Festigkeiten von zu schneidenden Werkstoffen kommt es beim Einsatz solcher Schneidvorrichtungen auch zu gesteigerten Aktivteilbelastungen, insbesondere des Schneidwerkzeugs und der Schneidmatrize. Während des Schneidprozesses kommt es dabei zu einem Durchbiegen des abzutrennenden Abschnitts. Insbesondere verformt sich der von der Schneidkante umgebene Bereich des Werkstücks in eine von dem Werkzeug abgewandte Richtung, so dass der Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug lediglich im Bereich der Schneidkante fortbesteht. Dies hat zur Folge, dass die Schneidkräfte durch sehr kleine Flächenabschnitte des Schneidwerkzeugs oder sogar nur über die Schneidkanten übertragen werden. Belastung und Verschleiß des Schneidwerkzeugs nehmen hierdurch zu, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung sowie des hiermit durchgeführten Verfahrens eingeschränkt wird.
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Darüber hinaus hat die Verwendung von bekannten Schneidwerkzeugen zur Folge, dass an den jeweils von dem Werkstück abgetrennten Schnittteilen Abdrücke entstehen können. Dies ist durch die ungleichmäßige Kraftbeaufschlagung des Schnittteils bedingt, die sich aus der Durchbiegung des Werkstücks ergibt.
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Die während des Schneidvorgangs erfolgende Durchbiegung des abzutrennenden Bauteilabschnitts kann in der Praxis durch Verwendung eines Gegenhalters vermieden werden. Jedoch steht bei der Verwendung eines Gegenhalters die Reduzierung der Durchbiegung nicht im Vordergrund. Vielmehr werden Gegenhalter eingesetzt, um das zu schneidende oder zu stanzende Werkstück in der Schneidzone möglichst lange plastisch zu verformen und dadurch einen großen Gattschnittanteil zu erzielen. Demgegenüber geht die Verwendung eines Gegenhalters, trotz Vermeidung oder Verringerung der Durchbiegung des Werkstücks, nicht zwingend mit einer Verringerung der Werkzeugbelastung einher. Insbesondere kann auch bei Verwendung eines Niederhalters die Übertragung der Schneidkräfte über einen kleinen Flächenabschnitt des Werkzeugs erfolgen, sodass beim Schneiden von festen Werkstoffen eine hohe Werkzeugbelastung die Folge ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Schneidwerkzeug anzugeben, mit dem Werkstoffe unter verringerter Werkzeugbeanspruchung geschnitten oder gestanzt werden können. Ebenso soll eine mit einem solchen Schneidwerkzeug ausgestalte Schneidvorrichtung angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Schneidwerkzeug von Anspruch 1 gelöst. In Bezug auf eine Schneidvorrichtung besteht die Lösung der Aufgebe darin, dass diese gemäß Anspruch 13 ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schneidwerkzeugs sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
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Gemäß der Lehre der Erfindung weist ein Schneidwerkzeug einen Schneidkörper sowie wenigstens eine an dem Schneidkörper ausgebildete Schneidkante auf. Ferner ist an einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug eine Stirnfläche ausgebildet, welche an die Schneidkante angrenzt. Unter Stirnfläche soll hier eine Fläche verstanden werden, die während des Schneidvorgangs dem zu schneidenden Werkstück zugewandt ist. Demgemäß schließt die Stirnfläche einen Winkel mit den Seitenflächen des Schneidkörpers ein. Insbesondere kann die Stirnfläche von den Seitenflächen des Schneidkörpers durch die Schneidkante getrennt sein. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass sich die Stirnfläche in Schnittrichtung des Schneidwerkzeugs wenigstens abschnittsweise über die Schneidkante hinaus erstreckt. Demnach steht die Stirnfläche in Schnittrichtung gegenüber der Schneidkante vor. Unter Schnittrichtung soll vorliegend eine Richtung verstanden werden, in der das Werkzeug zum Durchführen eines Schnitts bewegt werden kann. Wird hingegen beim Schneiden das Werkstück relativ zum Schneidwerkzeug bewegt, soll hier unter Schnittrichtung eine der Werkstückbewegung entgegengesetzte Richtung verstanden werden.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs wird sichergestellt, dass während des Schneidvorgangs das Schneidwerkzeug zumindest temporär über einen vergrößerten Flächenabschnitt mit dem zu schneidenden Werkstück in Kontakt steht. Dabei dient die Stirnfläche nicht dazu, das Werkstück, insbesondere den abzutrennenden Abschnitt des Werkstücks, während des Schneidvorgangs zu verformen, wobei dies zwangsläufig erfolgt. Vielmehr dient die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Stirnfläche dazu, einen Kontaktverlust zwischen der Stirnfläche des Schneidwerkzeugs und dem Werkstück in den von der Schnittkante umgebenen Flächenabschnitten zu vermeiden oder zumindest zeitweise zu vermeiden.
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Eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück gewährleistet, dass die Kraftübertragung beim Schneiden oder Stanzen über eine größere Fläche erfolgt und damit die Flächenpressungen reduziert werden. Insbesondere werden Spannungsspitzen im Bereich der Schneidkante vermieden. Darüber hinaus gewährleistet ein solches Schneidwerkzeug, dass die Flächenpressungen geringeren Schwankungen unterliegen. Die Werkzeugbelastung wird dadurch geändert, sodass dass Schneidwerkzeug die einwirkende Last besser erträgt.
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Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug ermöglicht somit das Schneiden oder Stanzen von Werkstoffen bei gleichzeitig geringem Verschleiß. Es eignet sich zum Schneiden oder Stanzen von Werkstoffen mit unterschiedlichsten Festigkeitseigenschaften. Das größte Anwendungspotenzial ist zwar im Bereich der hochfesten metallischen Werkstoffe gegeben, ohne jedoch auf diese Werkstoffe eingeschränkt zu sein.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Stirnfläche ermöglicht ferner die Modulation des Spannungsverlaufs im Schneidwerkzeug je nach Anwendungsfall. Durch Wahl oder Gestaltung der Stirnflächenform kann eine gezielte Modulation des Spannungsverlaufs, welcher sich beim Schneiden im Schneidwerkzeug ausbildet, erfolgen. Je nach Werkstoff, Form und Stärke des Bauteils sowie der jeweiligen Schnittgeometrie und erforderlichen Schnittqualität können auf diese Weise die Werkzeugbeanspruchung gezielt verringert und das Verschleißverhalten optimiert werden. Gleichzeitig kann durch eine Modulation des Spannungsverlaufs eine Verringerung der jeweils erforderlichen Schneidkraft erzielt werden.
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Durch Einsatz eines vorgeschlagenen Schneidwerkzeugs werden somit einerseits die Standmengen der Aktivteile, insbesondere des Schneidwerkzeugs, erhöht. Andererseits werden bisher nicht schneidbare Werkstoffe schneidbar. Darüber hinaus eröffnet ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug die Möglichkeit die Aktivteile einer Schneidvorrichtung, insbesondere das Schneidwerkzeug selbst, aus einem kostengünstigen Material herzustellen, eine Aktivteilauslegung mit geringerer Steifigkeit vorzunehmen oder auf Aktivteilbeschichtungen zu verzichten, wodurch die Wirtschaftlichkeit eines solchen Schneidverfahrens verbessert wird.
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Schließlich gewährleistet ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeugs, dass an den Schnittteilen Abdrücke in Folge einer Durchbiegung des Werkstücks während des Schneidens vermieden werden. Die Bauteilqualität wird hierdurch verbessert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs verläuft die Stirnfläche zwischen wenigstens zwei gegenüberliegenden Schneidkantenabschnitten und erstreckt sich in Schnittrichtung des Schneidwerkzeugs wenigstens abschnittsweise über beide Schneidkantenabschnitte hinaus. Dies gewährleistet eine verbesserte Schnittkrafteinleitung auf das Werkstück und damit einhergehend eine weiter verringerte Werkzeugbelastung während des Schneidprozesses.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs verläuft die Stirnfläche wenigstens abschnittsweise konvex gekrümmt. Durch eine derartige Ausbildung der Stirnfläche kann eine optimale Abstützung des abzutrennenden Werkstückabschnitts während des Schneidprozesses erzielt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der abzutrennende Werkstückabschnitt während des Schneidprozesses an seiner dem Werkzeug zugewandten Seite eine konkave Krümmung annimmt. In besonders vorteilhafter Weise verläuft die Stirnfläche durchgehend konvex gekrümmt, wodurch die Gefahr des Kontaktverlusts zwischen Werkzeug und Werkstück während des Schneidprozesses weiter verringert wird.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Schneidwerkzeugs ist die Stirnfläche in den an die Schneidkante oder den Schneidkantenabschnitten angrenzenden Bereichen als Fase ausgebildet. Auf diese Weise kann mit nur geringem fertigungstechnischem Aufwand und dementsprechend geringen Kosten eine Stirnfläche ausgebildet werden, die sich in Schnittrichtung über die Schneidkante hinaus erstreckt und dadurch einen verbesserten Kontakt zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück sicherstellt.
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Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs verläuft die Stirnfläche wenigstens abschnittsweise eben. Dabei kann der ebene Abschnitt beispielsweise zwischen dem als Fase ausgebildeten Abschnitt der Stirnfläche verlaufen. Ebenso kann der ebene Abschnitt um einen gekrümmten Stirnflächenabschnitt verlaufen oder von einem solchen umgeben sein. Unabhängig von der jeweiligen Ausgestaltung gewährleistet ein ebener Stirnflächenabschnitt eine kostengünstige Fertigung der erfindungsgemäßen Stirnfläche.
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In besonders vorteilhafter Weise ist die Stirnfläche des Schneidwerkzeugs wenigstens abschnittsweise komplementär zu einem Werkstückoberflächenabschnitt ausgebildet, dessen Form sich beim Schneiden durch Krafteinwirkung über die Stirnfläche wenigstens temporär ausbildet. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die Stirnfläche entsprechend einer beim Schneiden zu erwartenden Durchbiegung des abzutrennenden Werkstückabschnitts ausgebildet wird. Hierbei ist insbesondere von einer Durchbiegung auszugehen, die sich bei einem Schneidvorgang mit einem Schneidwerkzeug einstellt, dessen Stirnfläche sich nicht, wie erfindungsgemäß vorgesehen, in Schnittrichtung über die Schneidkante hinaus erstreckt. Solche bekannten Schneidwerkzeuge können an ihrer Stirnfläche in Schnittrichtung bündig mit der Schneidkante abschließen oder beispielsweise konkav gekrümmt ausgebildet, also mit einem sogenannten Hohlschliff versehen sein.
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Die Ausbildung der Stirnfläche entsprechend einer zu erwartenden Verformung oder Durchbiegung des abzutrennenden Werkstückabschnitts gewährleistet eine optimale Krafteinleitung von dem Werkzeug auf das Werkstück. Während des Schneidens wird auf diese Weise ein Kontaktverlust zwischen Werkzeug und Werkstück, insbesondere im Bereich der Stirnfläche des Werkzeugs, bestmöglich vermieden. Folglich gewährleistet diese Ausführung eine optimale Verminderung der Flächenpressung zwischen Werkzeug und Werkstück und darüber hinaus auch die Schwankungen der Flächenpressung.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs verläuft die Schneidkante wenigstens abschnittsweise gekrümmt um die Stirnfläche herum. Dies ermöglicht die Herstellung von Schnittteilen, deren Schnittkante ebenfalls abschnittsweise gekrümmt verläuft. Ebenso kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs die Schneidkante wenigstens abschnittsweise gerade verlaufen. Hierdurch können Schnittteile hergestellt werden, deren Schnittkante abschnittsweise gerade verläuft. Gerade und gekrümmt verlaufende Schneidkantenabschnitte sind hierbei beliebig kombinierbar, um die jeweils gewünschte Werkzeug- und damit die Schnittteilform zu erzielen.
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In weiterer Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs ist der Schneidkörper wenigstens abschnittsweise zylindrisch ausgebildet ist und die Schneidkante weist eine kreisrunde Form auf. Insbesondere kann der Schneidkörper um eine entlang der Schnittrichtung orientierte Achse rotationssymmetrisch ausgebildet sein. In besonders einfacher Weise lassen sich durch eine solche Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs Schnittteile mit ebenfalls kreisrunder Form oder Werkstücke mit kreisrunden Ausnehmungen fertigen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Schneidwerkzeugs sind an dem Schneidkörper wenigstens zwei gerade und gegenüberliegend zueinander verlaufende Schneidkanten ausgebildet. Insbesondere können die gegenüberliegenden Schneidkanten parallel zueinander verlaufen. Durch eine solche Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs können auf einfache Weise Schnittteile mit parallel zueinander ausgebildeten Schnittkanten hergestellt werden.
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In besonders vorteilhafter Weise können die Schneidkanten an gegenüberliegenden und parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen des Schneidkörpers ausgebildet sein, was eine Herstellung des Schneidwerkzeugs mit nur geringem fertigungstechnischem Aufwand ermöglicht. Gleichwohl kann der Schneidkörper neben zwei eben und parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen zwei weitere Seitenflächen aufweisen, die beispielsweise gekrümmt verlaufen.
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In weiterer Ausgestaltung des Schneidwerkzeugs kann der Schneidkörper wenigstens abschnittsweise quaderförmig ausgebildet sein. Ein solcher quaderförmiger Schneidkörperabschnitt kann im Querschnitt um eine in Schnittrichtung des Schneidwerkzeugs verlaufende Achse spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Dabei können insgesamt vier Schneidkanten an den Seitenflächen des Schneidkörpers ausgebildet sein, von denen jeweils zwei parallel und gegenüberliegend zueinander verlaufen. Auf diese Weise lassen sich besonders einfach rechteckige oder quadratische Schnittteile herstellen. Ebenso können die zwischen den Seitenflächen des quaderförmigen Schneidkörperabschnitts ausgebildeten Kanten abgerundet sein, so dass insbesondere auch die Übergänge zwischen den zueinander angrenzenden Schneidkanten abgerundet sind. Dies gewährleistet eine weitere Verringerung von Spannungsspitzen im Schneidwerkzeug während des Schneidens.
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Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung ist eine Schneidvorrichtung, insbesondere eine Schneidvorrichtung zum Schneiden oder Stanzen von Metallwerkstücken, mit einem Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung ausgestattet. Mit einer solchen Schneidvorrichtung lassen sich Werkstoffe, insbesondere Werkstoffe hoher Festigkeit, schneiden oder stanzen, ohne dass es zu einer hohen Belastung und damit zu einem hohen Verschleiß der Aktivteile kommt. Insbesondere erlaubt eine solche Schneidvorrichtung die Erhöhung der Standmengen der Aktivteile. Gleichermaßen können mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bisher nicht oder nur schlecht schneidbare Werkstoffe mit geringem Aufwand und insbesondere geringen Kosten geschnitten oder gestanzt werden. Darüber hinaus ermöglicht eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung ihre Aktivteile aus einem kostengünstigen Material herzustellen, die Aktivteile mit geringerer Steifigkeit auszulegen oder auf Aktivteilbeschichtungen zu verzichten, wodurch die Wirtschaftlichkeit eines der Vorrichtung und des damit durchgeführten Verfahrens verbessert wird. Schließlich gewährleistet eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung, dass an den Schnittteilen Abdrücke in Folge einer Durchbiegung des Werkstücks während des Schneidens vermieden werden, was eine verbesserte Bauteilqualität sicherstellt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Schneidvorrichtung eine Schneidmatrize auf, die dazu eingerichtet ist mit dem Schneidwerkzeug zusammenzuwirken. Eine solche Schneidmatrize weist wenigstens eine Öffnung auf, deren Kontur komplementär zu der Form der Schneidkanten des Schneidwerkzeugs geformt ist, sodass das Schneidwerkzeug vollständig in die Öffnung der Matrize eingefahren werden kann. Dies ermöglicht das Schneiden oder Stanzen von Werkstoffen, insbesondere von hochfesten Werkstoffen, mit einer großen Prozesssicherheit.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Schneidvorrichtung weist diese einen Niederhalter auf, der zum Niederhalten des Werkstücks während des Schneidvorgangs ausgebildet ist. Ein derartiger Niederhalter kann gemeinsam mit dem Schneidwerkzeug in Richtung des Werkstücks bewegt werden und das Werkstück in den Bereichen, die den abzutrennenden Abschnitt oder die abzutrennenden Abschnitte umgeben auf die Matrize pressen. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich das Werkstück beim Schneiden in den das Schnittteil oder den Butzen umgebenden Bereichen von der Matrize hebt. Die Qualität der Schnittergebnisse sowie die Kontrollierbarkeit des Schneidprozesses werden durch einen Niederhalter folglich verbessert.
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Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Schneidvorrichtung weist diese eine Gegenhalter auf. Ein solcher Gegenhalter kann innerhalb einer Öffnung der Matrize beweglich angeordnet sein. Bei eingelegtem Werkstück befindet sich der Gegenhalter demzufolge auf einer dem Werkzeug abgewandten Seite des Werkstücks. Wie das Werkzeug auch, kann der Gegenhalter orthogonal zur Werkstückoberfläche beweglich angeordnet sein. Im Schneidprozess kommt der Gegenhalter gemeinsam mit dem Schneidwerkzeug auf dem Werkstück zur Anlage. Schneidwerkzeug und Gegenhalter üben von gegenüberliegenden Seiten Druck auf das Werkstück aus. Bei weiterem Verfahren des Schneidwerkzeugs in Richtung der Matrize folgt der Gegenhalter der Werkzeugbewegung bis der Schneidvorgang vollendet ist. Der Gegenhalter kann während des Schneidprozesses demnach eine Bewegungsumkehr ausführen. Durch einen Gegenhalter kann die Gefahr einer Durchbiegung des abzutrennenden Werkstückabschnitts weiter vermindert werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Gegenhalter eine Gegenhalterstirnfläche aufweist, die komplementär zur Stirnfläche des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine optimale Abstützung des Schneidwerkzeugs auf dem Schnittteil oder dem Butzen gewährleistet, was zur Verringerung der Flächenpressung beiträgt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung einer Schneidvorrichtung gemäß dem Stand der Technik bei eingelegtem Werkstück;
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2 eine Schnittdarstellung einer Schneidvorrichtung gemäß dem Stand der Technik während des Schneidvorgangs;
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3 eine Draufsicht auf ein mit einer Schneidvorrichtung gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Schnittteil;
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4 eine Schnittdarstellung einer Schneidvorrichtung mit Gegenhalter gemäß dem Stand der Technik;
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5 eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug;
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Schneidvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Schneidvorrichtung 1 weist wenigstens ein Schneidwerkzeug 2 sowie eine Matrize 4 auf. Dabei ist das Schneidwerkzeug 2 relativ zur Matrize 4 in einer Schnittrichtung 6 und entgegengesetzt zu dieser beweglich angeordnet. Das Schneidwerkzeug 2 weist einen Schneidkörper 8 sowie eine an dem Schneidkörper 8 ausgebildete Schneidkante 10 auf, die eine Schnittkontur des Butzens oder Schnittteils abbildet. Der Verlauf der Schneidkante 10 kann je nach gewünschter Form des Schnittteils oder Butzens beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Schneidkante 8 kreisrund ausgebildet sein. Hierzu kann der Schneidkörper 8 entlang einer in Schnittrichtung 6 orientierten Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildet sein, insbesondere abschnittsweise zylindrisch geformt sein. Demnach weist der Schneidkörper 8 Seitenflächen 13 auf, die die Mantelfläche eines Zylinders abbilden.
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An dem Schneidkörper 8 ist ferner eine Stirnfläche 12 ausgebildet, deren Normalrichtung in Schnittrichtung 6 orientiert ist. Die Stirnfläche 12 wird dabei von der Schneidkante 10 begrenzt. Die Stirnfläche 12 kann eben ausgebildet sein und bündig mit der Schneidkante 10 abschließen. Ebenso kann die Stirnfläche 12 konkav ausgebildet sein. Die Stirnfläche 12 schließt einen Winkel, vorzugsweise einen rechten Winkel, mit der Seitenfläche 13 ein.
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Weiterhin ist auch an der Matrize 4 eine Schneidkante 14 ausgebildet. Dabei begrenzt die Schneidkante 14 eine Öffnung 16 der Matrize 4. Die Abmessungen sowie die Form der Schneidkanten 10 und 14 sind so aufeinander abgestimmt, dass das Schneidwerkzeug 2 in die Öffnung 16 der Matrize 4 einfahrbar ist und beim Schneiden oder Stanzen eine ausreichende Scherkraft erzeugt werden kann. Insbesondere sind die Schneidkanten 10 und 14 komplementär zueinander ausgebildet.
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In einer Ausgangsstellung der Schneidvorrichtung 1 kann auf der Matrize 4 ein Werkstück 18 positioniert werden. In dieser Stellung ist das Schneidwerkzeug 2 auf einer von der Matrize 4 abgewandten Seite des Werkstücks 18 angeordnet. Durch verfahren des Schneidwerkzeugs 2 kommt dieses auf einer Oberfläche 25 des Werkstücks 18 zur Anlage. Demgemäß wird das Werkstück 18 zwischen Schneidwerkzeug 2 sowie Matrize 4 eingeklemmt, wie in 1 dargestellt ist.
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Optional kann die Schneidvorrichtung 1 auch mit einem Niederhalter 20 ausgestattet sein. Ein derartiger Niederhalter 20 ist dazu eingerichtet, während des Schneidens oder Stanzens die Abschnitte 22 des Werkstücks 18, die den abzutrennenden Werkstückabschnitt 24 umgeben, gegen die Matrize 4 zu pressen. Ein Anheben des Werkstücks 18 während des Schneidvorgangs kann somit vermieden werden.
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In 2 ist eine Schnittdarstellung einer Schneidvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik während eines Schneidvorgangs gezeigt. Das Schneidwerkzeug 2 ist gegenüber der in 1 dargestellten Position weiter in Schnittrichtung 6 und demnach in Richtung der Matrize 4 bewegt. In 2 ist deutlich zu erkennen, dass sich der abzutrennende Werkstückabschnitt 24 in Folge der durch das Schneidwerkzeug 2 aufgebrachten Schneidkraft durchbiegt, insbesondere in einer von dem Schneidwerkzeug 2 abgewandten Richtung verformt. Dies bedingt, dass die Stirnfläche 12 nicht mehr an dem abzutrennenden Werkstückabschnitt 24 anliegt. Die für das Fortführen des Schneidvorgangs erforderlichen Schneidkräfte werden daher lediglich durch die Schneidkanten 10 des Schneidwerkzeugs 2 oder einen an die Schneidkanten 10 angrenzenden kleinen Flächenbereich der Stirnfläche 12 übertragen. Die Flächenpressungen sind daher hoch und führen zu einem schnellen Werkzeugverschleiß.
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Durch das Schneiden oder Stanzen von Werkstücken mit einer Schneidvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik ergeben sich zudem Qualitätseinschränkungen der Schnittteile. Da die Stirnfläche 12 des Schneidwerkzeugs 2, wie zuvor beschrieben, nicht über den gesamten Schneidvorgang an dem abzutrennenden Werkstückabschnitt 24 anliegt, können an dem Schnittteil 26 Abdrücke entstehen. In 3 ist eine Draufsicht auf ein mit einer Schneidvorrichtung 1 gemäß dem Stand der Technik hergestelltes Schnittteil 26 dargestellt. Die Randbereiche 28 des Schnittteils 26, an denen das Schneidwerkzeug 2 mit seiner Schneidkante 10 zur Anlage kommt, sind dunkel verfärbt. Demgegenüber ist die von dem Randbereich 28 umgebene Innenfläche 30 des Schnittteils 26 hell gefärbt. Derartige Abdrücke haben eine inhomogene Beschaffenheit des Schnittteils 26 zur Folge.
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Weiterhin ist in 4 eine Schneidvorrichtung 101 dargestellt, die mit einem Gegenhalter 32 ausgestattet ist. Im Übrigen ist die in 4 dargestellte Schneidvorrichtung 101 identisch zu der in 1 dargestellten Schneidvorrichtung 1 aufgebaut. Der Gegenhalter 32 ist innerhalb der Öffnung 16 der Matrize 4 beweglich angeordnet. Während des Schneidvorgangs wird der abzutrennende Werkstückabschnitt 24 zwischen dem Schneidwerkzeug 2 und dem Gegenhalter 32 eingeklemmt. Hierzu wird das Schneidwerkzeug 2 in Richtung des Werkstücks 18 bewegt bis die Stirnfläche 12 des Schneidwerkzeugs 2 auf einer Werkstückoberfläche zur Anlage kommt. Gleichermaßen wird der Gegenhalter 32 in Richtung des Werkstücks 18 bewegt bis eine Stirnfläche 34 des Gegenhalters 32 auf einer dem Schneidwerkzeug 2 entgegengesetzten Seite des Werkstücks 18 zur Anlage kommt. Ebenso kann die Stirnfläche 34 des Gegenhalters 32 in einer Ausgangsstellung bereits bündig mit der Auflagefläche der Matrize 4 abschließen, so dass bei Einlegen eines Werkstücks 18 die Stirnfläche 34 bereits an dem Werkstück 18 anliegt, ohne dass eine Bewegung des Gegenhalters 32 erforderlich ist.
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Im weiteren Schneidverfahren mit einer in 4 gezeigten Vorrichtung 101 wird das Schneidwerkzeug 2 gemeinsam mit dem Gegenhalter 32 bewegt. Der Gegenhalter 32 kann demnach eine Richtungsumkehr vollziehen. Während des Schneidvorgangs verhindert der Gegenhalter 32 durch seine Stirnfläche 34, dass es zu einem Durchbiegen des abzutrennenden Werkstückabschnitts 24 kommt. Trotz der Abstützung des abzutrennenden Werkstückabschnitts 24 durch den Gegenhalter 32 wird hingegen nicht sichergestellt, dass die Schnittkraftübertragung über einen ausreichend großen Bereich der Stirnfläche 12 des Schneidwerkzeugs 2 erfolgt. Vielmehr erfolgt auch bei einer derartig ausgestatteten Vorrichtung 101 die Kraftübertragung vornehmlich über die Schneidkante 10 des Schneidwerkzeugs, so dass zwar eine Durchbiegung des Werkstücks 18 vermieden werden kann, nicht hingegen eine hohe Scherbelastung im Werkzeug 2.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung 201 mit einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug 202. Das Schneidwerkzeug 202 weist einen Schneidkörper 208 auf, an dem eine Schneidkante 212 ausgebildet ist. Ferner ist an dem Schneidkörper 208 eine Stirnfläche 212 ausgebildet, die von der Schneidkante 210 begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Stirnfläche 212 in Schnittrichtung 6 wenigstens abschnittsweise über die Schneidkante 210 hinaus erstreckt. Die Stirnfläche 212 steht also in Schnittrichtung 6 gegenüber der Schneidkante 210 vor. Hierzu ist die Stirnfläche 212 konvex gekrümmt ausgebildet. Insbesondere kann die Stirnfläche 212 komplementär zu der Oberfläche 25 des abzutrennenden Werkstückabschnitts 24 ausgebildet sein, dessen Form sich beim Schneiden durch Krafteinwirkung über die Stirnfläche 212 wenigstens temporär ausbildet. Auf diese Weise kann eine optimale Krafteinleitung von dem Schneidwerkzeug 202 auf das Werkstück 18 erfolgen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung des Schneidwerkzeugs 202 liegt die Stirnfläche 212 trotz der Durchbiegung des abzutrennenden Werkstückabschnitts 24 an dessen Oberfläche 25 an. Hierbei kann nicht vermieden werden, dass die Durchbiegung des Werkstücks 18 auch durch die Form der Stirnfläche 212 bewirkt wird. Die Stirnfläche 212 entspricht dabei derjenigen Form, welche die Oberfläche 25 des abzutrennenden Werkstückabschnitts 24 einnehmen würde, wenn ein in 1 oder 2 gezeigtes Schneidwerkzeug 1 zum Einsatz käme, welches eine bündig an der Schneidkante 10 abschließende und beispielsweise ebene Stirnfläche 12 aufweist.
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Abgesehen von der erfindungsgemäßen Ausbildung des Schneidwerkzeugs 202 ist die Vorrichtung 201 identisch zu der in 1 gezeigten Schneidvorrichtung aufgebaut. Der Schneidkörper 208 ist zylindrisch und weist Seitenflächen 213 auf, die durch die Schneidkante 210 von der Stirnfläche 212 abgegrenzt sind. Darüber hinaus kann die Vorrichtung 201 entsprechend der in 4 gezeigten Vorrichtung 101 mit einem hier nicht gezeigten Gegenhalter ausgestattet sein. Idealerweise kann ein solcher Gegenhalter eine Stirnfläche aufweisen, die komplementär zu der Stirnfläche 212 des Schneidwerkzeugs 202 ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß steht im Vordergrund, dass die Stirnfläche 212 des Schneidwerkzeugs 202 so gestaltet ist, dass sich die Spannungen im Schneidwerkzeug 202 gegenüber dem in 1 und 2 dargestellten konventionellen Schneidwerkzeug 2 mit ebener Stirnfläche 12 ändern. Aufgrund dieser Stirnflächengeometrie wird beispielsweise eine Reduzierung der Scherbelastungen und Schubspannungen im Schneidwerkzeug 202 bewirkt, so dass es möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug 202 deutlich höhere Standmengen zu erreichen.
