DE102014218336A1

DE102014218336A1 - Trennverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE102014218336A1
Application number: DE102014218336.7A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Glück; Robert Kirschner; Ulrich Schmid; Armin Berger; Reinhard Brandl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Bei einem ein Verfahren zum Durchtrennen eines Bau- und insbesondere eines metallischen Blechteils (2) mittels eines mechanischen Schnittwerkzeugs (1) wird die Schnittqualität erfindungsgemäß dadurch wesentlich verbessert, dass das Bauteil (2) längs der Schnittlinie (L) bis zu einer Tiefe von weniger als der halben Bauteildicke vorgekerbt und anschließend entlang der Einkerbung (5) mechanisch durchtrennt wird. Ferner schafft die Erfindung zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Schnittwerkzeuge mit integrierter Räum-, Präge- und/oder Abstreiffunktion.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Durchtrennen eines Bau- und insbesondere eines metallischen Blechteils mittels eines mechanischen Schnittwerkzeugs, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie auf ein zur Durchführung des Trennverfahrens geeignetes Schnittwerkzeug.
Beim Beschneiden oder Lochen von metallischen Blechteilen mit Hilfe eines mechanischen Schnittwerkzeugs wird das Blechteil, durch Niederhalter fixiert, beim Arbeitshub des Schnittwerkzeugs im Schneidspalt zwischen Obermesser bzw. Lochstempel und Untermesser bzw. Matrize zunächst elastisch und mit zunehmenden Druckspannungen dann plastisch verformt, bis das Fließvermögen des Werkstoffs erschöpft ist und es zu einer Rissbildung im Bereich der Messerschneide und dann im letzten Teil des Arbeitshubs zu einem Werkstoffbruch und dadurch zu einem vollständigen Durchtrennen an der Schnittfläche des Bauteils kommt. Mit den bekannten Schnittverfahren der eingangs genannten Art, wie sie z. B. in der DE 44 01 830 C1 , der DE 195 35 604 B4 oder der DE 10 2012 217 887 A1 vorbeschrieben sind, lässt sich das Problem eines Ausbiegens des Blechteils und einer Flitter- und Gratbildung im Schnittbereich nur auf werkzeug- und/oder zeitaufwändige Weise beheben. Hinzukommt, dass die dabei benötigten Schnitt- und Niederhalterkräfte insbesondere bei einer Mehrfachlochung von hochfesten Karosserieblechen auf Werte ansteigen können, die selbst von leistungsstarken Schnittvorrichtungen nicht erreicht werden.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein mechanisches Schnittverfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, dass die Bau- und insbesondere metallischen Blechteile auf qualitativ hochwertige und fertigungstechnisch einfache Weise beschnitten bzw. gelocht werden, sowie zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Schnittwerkzeuge zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. die in den Ansprüchen 8 bis 10 gekennzeichneten Schnittwerkzeuge gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schnittqualität aufgrund der beanspruchten Vorkerbung der Bauteile gleichzeitig in mehrfacher Hinsicht verbessert: So werden sowohl die Kanten-Rissempfindlichkeit als auch die Flitterbildung im Schnittbereich und zugleich die Ausbiegetendenz des Bauteilmaterials im Schneidspalt wirksam reduziert und nicht zuletzt entfällt eine sonst an einer ungekerbten Bauteilseite am feststehenden Werkzeugmesser entstehende Gratbildung, so dass auf eine aufwändige Nachbearbeitung verzichtet werden kann, mit dem weiteren Effekt, dass die Schneid- und Niederhalterkräfte und demzufolge auch der Werkzeugverschleiß verringert werden und auf diese Weise auch Mehrfachlochungen an hochfesten Karosserieteilen, für die das Leistungsvermögen herkömmlicher Mehrloch-Stanzpressen bisher nicht ausreichte, nunmehr problemlos herstellbar sind.
Eine weitere Verbesserung der Schnittqualität wird nach Anspruch 2 zweckmäßigerweise dadurch erzielt, dass das Bauteil nicht nur einseitig, sondern sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit einer Gesamttiefe von weniger als der halben Bauteildicke vorgekerbt wird, und nach Anspruch 3 liegt die Gesamttiefe der Einkerbung(en) in besonders für Feinbleche bevorzugter Weise zwischen 3 und 30% der Bauteildicke.
Nach Anspruch 4 wird die seitliche Kerbfläche auf der Nutzseite des Bauteils vorzugsweise in Schnittrichtung des Schnittwerkzeugs ausgeformt, um so die nutzseitige Kerbfläche und die vom Schnittwerkzeug erzeugte Trennfläche neigungsgleich auszubilden.
Im Rahmen der Erfindung können die Bauteile auf unterschiedlichste Weise, etwa mittels eine abtragenden oder spanbildenden Prozesses, z. B. Lasern, Erodieren, Gravieren oder Fräsen, vorgekerbt werden, in besonders bevorzugter Weise werden die Einkerbungen nach Anspruch 5 jedoch im Wege eines Prägevorgangs eingeformt und dadurch eine lokale Materialverdichtung und Festigkeitserhöhung an den kritischen Schnittflächenkanten erreicht.
Im Anschluss an den Schnittvorgang kann das Bauteil, wie im Anspruch 6 beschrieben, an der nutzseitigen Schnittfläche erforderlichenfalls maß- oder passungsgenau nachbearbeitet, insbesondere geglättet werden.
Nach einer weiteren Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens muss das Bauteil nicht unbedingt längs der gesamten Schnittlinie vorgekerbt werden, sondern vielmehr kann es ausreichen, die Einkerbung(en), wie nach Anspruch 7 bevorzugt, lediglich an voneinander getrennten Stellen der Schnittlinie vorzuformen.
Die Schnittwerkzeuge nach den Ansprüchen 8 bis 11 enthalten eine in das Schnittmesser integrierte Zusatzfunktion, welche auf fertigungstechnisch äußerst rationelle Weise, nämlich zeitgleich mit dem Schnittmesserhub unmittelbar vor oder nach der Schnittphase ausgeführt wird, und sind besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konzipiert. So enthält das Schnittwerkzeug nach Anspruch 8 einen beim Hub des beweglichen Schnittmessers wirksamen, im Abstand zur Messerschneide angeordneten Räumbesatz, durch welchen ein an der Schnittfläche verbliebener Materialüberschuss abgetragen und dadurch der nutzseitige Schnitt- bzw. Lochbereich hochgradig maßgenau ausgebildet wird.
Das Werkzeug nach Anspruch 9 ist am hubbeweglichen Schnittmesser mit einer in Rückhubrichtung verjüngten Sammelfläche versehen, durch welche an der Schnittfläche, insbesondere im Bruchbereich, vorstehende Materialpartikel beim Werkzeugrückhub abgestreift und aus der Schnittzone entfernt werden, und das Schnittwerkzeug nach Anspruch 10 besitzt eine integrierte Prägefunktion in Form eines der Messerschneide beim Arbeitshub zunächst vorauseilenden, beim eigentlichen Schnittvorgangs aber relativ zum Schnittmesser zurückfahrbaren Prägeelements, welches die verfahrensgemäßen Einkerbungen oder ein anderes Prägemuster in die Bauteiloberfläche einpresst, bevor das Bauteil im letzten Teil des Arbeitshubs beschnitten oder gelocht wird.
Nach Anspruch 11 schließlich können die Räum-, Sammel- und/oder Prägefunktion auch gemeinsam in einem einzigen Schnittwerkzeug kombiniert werden.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a, b, c ein Schnittwerkzeug bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in aufeinanderfolgenden Arbeitsphasen;
2a, b, c erfindungsgemäß ausgebildete Schnittwerkzeuge mit integrierter Sammel (a)-, Räum (b)- und Prägefunktion (c).
Das in 1 gezeigte Schnittwerkzeug 1 dient zum Beschneiden eines Blechteils 2 längs einer geradlinig oder gebogen verlaufenden Schnittlinie L und besteht aus einem hubbeweglich angetriebenen Ober- und einem zu diesem um den Schneidspalt u versetzten, feststehenden Untermesser 3, 4 sowie einem (nicht gezeigten) Niederhalter. Insoweit ist das Schnittwerkzeug 1 von üblicher Bauart.
Aus Gründen einer hohen Schnittqualität ist das Blechteil 2 auf der Ober- und der Unterseite längs der Schnittlinie L bis zu einer Gesamttiefe von je nach Blechart und -dicke maximal 50%, vorzugsweise 10 bis 20% der Blechdicke vorgekerbt. Dabei sind die Einkerbungen 5 mit ihren auf der Nutzseite 2A des Blechteils 2 liegenden Begrenzungsflächen 5A fluchtend zur Schnittlinie L ausgerichtet.
Nach dem Einlegen des Blechteils 2 (1a) und dem Spannen der Niederhalter wird das Blechteil 2 beim Arbeitshub des Obermessers 3 zunächst im Schneidspalt u zwischen Ober- und Untermesser 3, 4 elastisch und dann plastisch verformt und dabei die Einkerbung 5 auf der Blechoberseite aufgeweitet und diejenige auf der Blechunterseite verengt, wobei die nutzseitigen Kerbflächen 5A jedoch auf der Schnittlinie L gehalten bleiben (1b). Nach Überschreiten der Fließgrenze des Blechmaterials kommt es zu einer Rissbildung an der Schnittkante 7 des Untermessers 4, die dann zu einer vollständigen Abtrennung der Abfallseite 2B von der Nutzseite 2A des Blechteils 2 führt (1c). Anschließend kann das Blechteil 2 an der nutzseitigen Schnittfläche 8 und insbesondere der Bruchstelle 9 erforderlichenfalls nachbearbeitet, z. B. geglättet werden.
In 2 sind drei Schnittwerkzeuge 1 in Form von Lochstanzwerkzeugen mit jeweils integrierter Zusatzfunktion in unterschiedlichen Ausführungsformen dargestellt.
Bei dem Schnittwerkzeug 1 nach 2a ist der Lochstempel 10 mit einer an die Schneidkante 11 angrenzenden, entgegen der Arbeitshubrichtung A verjüngten Sammelfläche 12 versehen, durch die nach dem Lochen an der Schnittfläche 8 und insbesondere der Bruchstelle 9 verbliebene Materialpartikel beim Rückhub des Lochstempels 10 abgelöst, aus dem Stanzloch hochtransportiert und dann z. B. mit Hilfe einer Luftdüse 13 entfernt werden.
Bei dem Schnittwerkzeug 1 nach 2b ist der Lochstempel 10 mit einem von der Schneidkante 11 entgegengesetzt zur Arbeitshubrichtung A beabstandeten Räumbesatz 14 versehen, durch welchen ein nach dem Lochen an der Schnittfläche 8 des Blechteils 2 verbliebener Materialüberschuss beim weiteren Stempelhub abgetragen und dadurch ohne zusätzliche Nachbearbeitung eine hochgradig passgenaue Lochung erzeugt wird.
Das Schnittwerkzeug 1 nach 2c enthält eine integrierte Prägefunktion. Zu diesem Zweck ist zumindest der Lochstempel 10 mit einem dem Stempel 10 beim Arbeitshub A vorauseilenden, feder- oder auch hydraulisch oder elektrisch gesteuerten Prägeelement 15 bestückt, welches zunächst die Einkerbungen 5 oder ein anderes Prägemuster auf die Blechoberseite einpresst und dann beim weiteren Stempelhub bis zur vollständigen Lochung gegenüber der Stempelbewegung zurückbleibt. Wahlweise oder zusätzlich kann auch die Matrize 4 des Schnittwerkzeugs mit einem Prägeelement 15' versehen sein, welches beim Arbeitshub A des Stempels 10 z. B. hydraulisch hochgefahren wird und dadurch die Einkerbungen 5 oder ein sonstiges Prägemuster in die Blechunterseite einpresst und dann beim weiteren Stempelhub soweit zurückgefahren wird, dass der entstehende Lochbutzen ungehindert vom Blechteil 2 getrennt werden kann.
Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Abwandlungen möglich. So lassen sich ohne Weiteres die Sammel-, Räum- und Prägefunktion in beliebiger Kombination in einem einzigen Schnittwerkzeug integrieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4401830 C1 [0002]
DE 19535604 B4 [0002]
DE 102012217887 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Durchtrennen eines Bau- und insbesondere eines metallischen Blechteils (2) mittels eines mechanischen Schnittwerkzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) längs der Schnittlinie (L) bis zu einer Tiefe von weniger als der halben Bauteildicke vorgekerbt und anschließend entlang der Einkerbung (5) mechanisch durchtrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite mit insgesamt weniger als die halbe Bauteildicke tiefen Einkerbungen (5) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) bis zu einer Tiefe von 3 bis 20% der Bauteildicke vorgekerbt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (5A) der Einkerbung(en) (5) auf der Nutzseite (2A) des Bauteils (2) in Schnittrichtung des Schnittwerkzeugs (1) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) im Wege eines Prägevorgangs vorgekerbt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) an der nutzseitigen Schnittfläche (8, 9) nachträglich geglättet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) längs eines begrenzten Teilbereichs der Schnittlinie (L) vorgekerbt wird.
Schnittwerkzeug (1) für insbesondere metallische Bauteile (2), mit einem Unter- und einem relativ zu diesem hubbeweglichen Obermesser (4, 10), dadurch gekennzeichnet, dass das hubbewegliche Schnittmesser (10) einen von der Messerschneide (11) entgegengesetzt zur Schnittrichtung (A) beabstandeten, die nutzseitige Schnittfläche (8) des Bauteils beim Arbeitshub des Schnittmessers im Anschluss an die Schnittphase glättenden Räumbesatz (14) aufweist.
Schnittwerkzeug (1) für insbesondere metallische Bauteile (2), mit einem Unter- und einem relativ zu diesem hubbeweglichen Obermesser (4, 10), dadurch gekennzeichnet, dass das hubbewegliche Werkzeugmesser (10) endseitig mit einer in Richtung der Schneidkante (11) erweiterten Sammelfläche (12) für die beim Rückhub des Werkzeugmessers (10) im Bereich der nutzseitigen Schnittfläche (8) des Bauteils abgelösten Span- und Bruchreste versehen ist.
Schnittwerkzeug (1) für insbesondere metallische Bauteile (2), mit einem Unter- und einem relativ zu diesem hubbeweglichen Obermesser (4, 10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Werkzeugmesser (10) mit einem der Messerschneide (11) beim Arbeitshub (A) des Schnittwerkzeugs vorauseilenden, das Bauteil (2) im Schnittbereich um weniger als die halbe Bauteildicke vertiefenden und in der Schnittphase relativ zum Werkzeugmesser zurückfahrbaren Prägeelement (15, 15') bestückt ist.
Schnittwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugmesser (10) als Lochstempel mit integrierter Räum-, Sammel- und/oder Prägefunktion (11, 14, 15) ausgebildet ist.