-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines Bauteils, umfassend die Schritte: Einlegen des Werkstücks in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem Werkstückhalter und mindestens einem ersten Schneidmittel, welches eine erste Schneidkante und eine Anlagefläche umfasst, sowie eine zweite Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten Schneidmittel mit einer zweiten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst, Klemmen des Werkstücks mittels des Werkstückhalters und der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels, Schneiden des Werkstücks mittels der Schneidmittel. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, mit einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten Werkzeughälfte, wobei die erste Werkzeughälfte mindestens einen Werkstückhalter und mindestens ein erstes Schneidmittel mit einer ersten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst und wobei die zweite Werkzeughälfte mindestens ein zweites Schneidmittel mit einer zweiten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst.
-
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Schneidprozesse zum Schneiden von Werkstücken bekannt. Bei Werkstücken handelt es sich üblicherweise um Bleche oder (Blech-) Platinen, aber auch um durch Umformung und/oder Fügen gefertigte Teile, die im Rahmen von Herstellungsprozessen in der Regel eine Mehrzahl an Schneidoperationen erfahren. Vor der Produktion eines Werkstücks wird entschieden, welche Maschine und welches Schneidverfahren für diese Schneidoperationen am geeignetsten sind. Zu diesen Schneidoperationen zählen beispielsweise das Scherschneiden und das Laserschneiden.
-
Die Druckschrift
EP 0 082 237 A1 betrifft ein Schneidwerkzeug zum Zerteilen von Fahrzeugreifen mit einer sternförmigen Messeranordnung. Das Schneidwerkzeug besteht aus zwei gegeneinander und gegen einen eingelegten Reifen drückbaren Teilen, die jeweils eine sternförmige Messeranordnung aufweisen. An mindestens einem der beiden Werkzeugteile sind im Sektorbereich zwischen den Messern axial vorstehende oder axial ausfahrbare Druckstücke vorgesehen, wobei entsprechende Ausnehmungen für die Druckstücke im jeweils anderen Werkzeugteil vorgesehen sind.
-
Die Druckschrift
DE 10 2017 103 906 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks. Nach dem Einlegen des Werkstücks in die Schneidvorrichtung wird dieses zwischen einem Werkstückhalter und einer Anlagefläche sowie zwischen einem ersten Kontermittel und einem zweiten Schneidmittel geklemmt, die zu schneidende Stelle des Werkstücks mittels der Kontermittel angeschnitten und das Werkstück mittels der Schneidmittel durchgeschnitten.
-
Das Ziel von Schneidprozessen ist es, möglichst hochwertige Schnittkanten zu erzeugen, die durch einen großen Glattschnittanteil, geringen oder keinen Grat, Einzug und Ausbruch, geringe oder keine Kantenaufhärtung sowie durch einen möglichst senkrechten Schnittverlauf gekennzeichnet sind.
-
Je nach Material und Werkzeuggestaltung können diese Anforderungen mehr oder weniger gut erfüllt werden. Tendenziell neigen beim Scherschneiden weiche und zähe Werkstoffe zu einem hohen Glattschnittanteil und geringem Ausbruch, bei einem senkrechten Schnittverlauf. Im Gegenzug müssen dafür aber höhere Werte für den Einzug und den Grat in Kauf genommen werden.
-
Bei hochfesten und spröden Werkstoffen ist es umgekehrt, da diese sehr feinkörnig sind. Werden sie geschnitten, gibt es so gut wie keinen Einzug und keinen Grat. Es finden sich relativ geringe oder keine Glattschnittanteile und sehr viel Bruchanteil, der, wenn er exakt verläuft, Kantenrissgefahren im Vergleich zu verdichteten Scherkanten vermindern kann, weil Aufhärtungen in der Schnittfläche nicht auftreten.
-
Aufhärtungen in der Kante entstehen überwiegend bei weichen oder zähen Werkstoffen. Sie sind die Folge von massiven Versetzungsänderungen entlang und in die Tiefe der Kante.
-
Hinsichtlich der Prozessgrößen werden geringe Schneidspalte und geringe Schneidkräfte angestrebt. Die Realisierung ist allerdings vor allem für offene Schnitte schwierig, da Querkräfte während des Schnitts eine Spaltaufweitung verursachen. Diese führt zwar zu geringeren Schneidkräften, sorgt aber für größere Einzüge, Grate und schräge Schnittflächen.
-
Als besonders schwierig erweist sich das Schneiden hochfester und spröder Werkstoffe. Aufgrund der sehr hohen Streckgrenzen der Stähle steigen die Prozesskräfte und damit die Belastung der Schneidwerkzeuge stark an. Besonders belastet sind dabei deren Schneidkanten und die daran angrenzenden Flächen (Stirn- und Mantelflächen). Die Schneidkanten werden im Laufe der Zeit stumpf und/oder brechen aus, während das Material der Stirn- und Mantelflächen durch die ständige Wechselbelastung ermüdet und in Verbindung mit einem abrasiv wirkenden Schnittwerkstoff mehr und mehr abgetragen wird.
-
In der modernen Fertigung von Fahrzeugteilen werden zudem vorzugsweise hochfeste Werkstoffe, insbesondere Stähle, eingesetzt. Diese können sowohl kalt- als auch warmumgeformt sein, Zugfestigkeiten bis 1900 MPa oder auch mehr besitzen und/oder sehr zäh sein. Insbesondere das mechanische Beschneiden dieser Werkstoffe verursacht hohe Werkzeugbelastungen, sodass die Werkzeuge relativ schnell verschleißen. Zudem verursachen verschlissene Werkzeuge höhere Maschinenbelastungen und schlechte Schnittkantenqualitäten.
-
Um diesen Effekten zu begegnen, erfolgten zahlreiche Untersuchungen und Maßnahmen für Schneidprozesse mit hochfesten Stählen. So wäre es denkbar, die Schneidwinkel der Messer zu variieren, die Geometrie der Schneidkanten zu modifizieren, vorgeschnittene Kanten nachzuschneiden oder ein Feinschneiden einzusetzen. Allerdings konnte ein geringer Verschleiß bei hoher Schnittkantenqualität nicht zufriedenstellend erreicht werden.
-
Aus der Druckschrift
EP 1 623 782 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem das zu schneidende Blech zunächst durch das Obermesser im Wirkungsbereich des Obermessers vorgebogen wird, wobei im Blech Zug- und Druckspannungen entstehen. Diese sorgen dafür, dass der Kontakt zur Obermesser-Schneide erst dann entsteht, wenn die Biegespannungen im Blech schon sehr hohe Werte erreicht haben. Dies entlastet die Schneide des Obermessers und es kommt früher zur Rissinitiierung im Schnittbereich und damit zur Reduzierung der Druckspannungen auf die Schneide des Obermessers.
-
Insbesondere bei hoch- und höherfesten Stahlwerkstoffen kann eine derart erzielte Vorbiegung dafür sorgen, dass beim Kontakt der Obermesser-Schneide bereits sehr hohe Zugspannungen an der Blechoberseite auftreten und damit das Obermesser entlastet wird. Das Zugspannungsmaximum liegt in diesem Fall jedoch nicht im Schneidort, sondern davor, im Bereich des Obermessers. Dadurch belasten die Druckspannungen an der Unterseite die Untermesser-Schneide besonders stark, weshalb ein geringerer Schneidmittel-Verschleiß bei hoher Schnittkantenqualität nicht zufriedenstellend erreicht werden kann. Bei geschlossenen Schnitten belasten die Druckspannungen durch das Vorbiegen des Blechs auch die Mantel- und Stirnfläche des Obermessers.
-
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und verlässliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks anzugeben, mit denen der Verschleiß der Vorrichtung, insbesondere der Verschleiß der Schneidmittel, bei gleicher oder sogar verbesserter Schnittkantenqualität gesenkt wird.
-
Die zuvor aufgeführte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkstück vor dem Schneiden sowohl eine erste Vorbiegung, welche im Wesentlichen entgegen der Schnittrichtung erzeugt wird, insbesondere deren Spannungsmaximum sich im Wesentlichen im Bereich der Anlagenfläche des zweiten Schneidmittels in einer definierten Entfernung vom Schneidort befindet, als auch (vorzugswiese zeitlich nach der ersten Vorbiegung) eine zweite Vorbiegung in Schnittrichtung, insbesondere für den Schneidvorgang, welche sich insbesondere sowohl im Bereich der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels als auch der Anlagefläche des ersten Schneidmittels in unmittelbarer Nähe zum Schneidort befindet, erfährt, wobei das Werkstück die erste Vorbiegung beim Klemmen zwischen dem Werkstückhalter und der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels erfährt. Unter der Schnittrichtung wird dabei insbesondere die Richtung verstanden, in die sich das erste Schneidmittel bewegt.
-
Mit Hilfe des genannten Verfahrens wird also zunächst eine erste Vorbiegung, insbesondere am Schneidort erzeugt, die bei Bedarf größer, insbesondere viel größer sein kann als artgleiche Vorbiegungen im Stand der Technik.
-
Der Biegevorgang der insbesondere zweiten, großen Vorbiegung des Werkstücks kann bis unmittelbar vor Durchführung des eigentlichen Schneidvorgangs erfolgen.
-
Dies wird dadurch erreicht, dass sich ein Teil der Vorbiegung im Wirkungsbereich des ersten Schneidmittels und der andere in dem des zweiten Schneidmittels befindet. Das heißt, bevor sowohl das erste Schneidmittel als auch das zweite Schneidmittel mit dem eigentlichen Schneidvorgang beginnen, ist bereits die genannte zweite, große Vorbiegung in den entsprechenden Wirkungsbereich eingebracht. Erreichen lässt sich dies wiederum beispielsweise dadurch, dass nicht nur die Schneidkante des ersten Schneidmittels mit einem stumpfen Winkel von größer 90° mit beispielsweise bis zu 10° angeschrägt ist, sondern auch die Schneidkante des zweiten Schneidmittels derart abgesenkt ist, dass sich ein stumpfer Winkel von größer 90° ergibt, wobei dessen vorteilhafterweise ebene Anlagefläche vor der eigentlichen Schneidkante zunächst um einen definierten Betrag ansteigt (ansteigender Bereich) und anschließend wieder um einen weiteren, vorzugsweise davon abweichenden Betrag derart zur Schneidkante hin abfällt, dass sich ein stumpfer Winkel von größer 90° ergibt, also einen konvexen Bereich ausbildet. Beispielsweise ist der konvexe Bereich bezogen auf die vorteilhafterweise ebene Anlagefläche leicht S-förmig nach oben gewölbt. Die Werkzeughalterform verhält sich vorzugsweise komplementär zur S-Form und reicht vorzugsweise nur bis zum ansteigenden Bereich des konvexen Bereichs, wie im Einzelnen noch in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben.
-
Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders geringe Spannungen an den Schneidkanten der Schneidvorrichtung liefert. So wurde im Rahmen von Simulationsversuchen gezeigt, dass die von Mises-Spannungen an den Schneiden und im Werkstück während des Anschnitts auf diese Weise um bis zu 40% reduziert werden können. So steigen die von Mises-Spannungen an den Schneiden während des Anschnitts bzw. des Schneidvorgangs eines hochfesten Werkstoffs beim konventionellen Schneiden sowohl an der ersten als auch an der zweiten Schneidkante beispielsweise bis auf 1690 MPa. Im Fall einer Vorbiegung lediglich im Bereich des ersten Schneidmittels entsteht an der zweiten Schneidkante sogar eine noch höhere von Mises-Spannung von beispielsweise bis zu 1800 MPa.
-
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, realisiert beispielsweise durch eine leicht S-förmige Wölbung der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels, haben die erste und die zweite Schneidkante während des Vorbiegens auf dem Weg bis zum Anschnitt keinen Kontakt zum Werkstück. Im Anschnitt selbst wirken dann gezielt gesetzte, vorzugsweise leicht verrundete Schneidkanten weiteren Spannungskonzentrationen entgegen. Im Ergebnis werden für den eigentlichen Schneidvorgang nur besonders geringe Spannungswerte von lediglich bezogen auf genanntes Beispiel 1050 MPa an den Schneidkanten erzielt. Beide Schneidkanten müssen somit bei Berührung mit dem Werkstück nur noch eine geringe zusätzliche Kraft aufwenden, bis dieses an der gewünschten Stelle geschnitten wird, beziehungsweise bei hochfesten Werkstoffen bricht.
-
Vorteilhaft wird durch die größere und gleichmäßig verteilte Vorbiegung zum Schneidbeginn das Spannungsmaximum des Werkstücks vorzugsweise in den Schneidort verlegt und verbleibt nicht im Bereich des ersten Schneidmittels wie im Falle einer einseitigen Vorbiegung. Durch die Reduktion bzw. die Aufhebung der auf die Schneidmittel wirkenden Querkräfte wird insbesondere die Kantenbelastung der Werkzeuge und der daran angrenzenden Flächen der Werkzeuge (Stirn- und Mantelflächen) weiterhin reduziert, was wiederum eine bessere Schnittqualität des zu schneidenden Werkstücks bedingt. Der bei hochfesten Werkstoffen kaum vorhandene Glattschnittanteil vermeidet die Bildung von Graten an der Blechunterseite, sodass durch das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen gratfreie Kanten erzeugt werden können. Zudem lässt sich im Gegensatz zum Stand der Technik ein erheblich geringerer Schneidkantenverschleiß erreichen, was den Wartungs- und Reparaturaufwand reduzieren sowie die Werkzeugstandzeiten deutlich verlängern kann.
-
Nach dem Schneiden kann das beschnittene Werkstück entweder in der Schneidvorrichtung weiterverarbeitet oder aus der Schneidvorrichtung entnommen werden.
-
Das Verfahren ist besonders für das Schneiden von hochfesten und spröden Werkstoffen geeignet, kann aber bei entsprechender Modifizierung der Vorbiegeparameter auch für das Schneiden von weichen und zähen Werkstoffen verwendet werden.
-
Das Werkstück ist vorzugsweise ein Stahlwerkstoff. Beispielsweise ist das Werkstück aus einem hochfesten, höherfesten oder höchstfesten Stahlwerkstoff (beispielsweise mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, mehr als 700 MPa oder sogar mehr als 1000 MPa) hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Werkstücke mit Zugfestigkeiten von bis zu 1900 MPa und mehr mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet werden können. Bevorzugt werden insbesondere Feinbleche mit einer Dicke von 0,1 mm bis 5,0 mm durch das erfindungsgemäße Verfahren bearbeitet.
-
Die erste Werkzeughälfte und das erste Schneidmittel sind vorzugsweise eine obere Werkzeughälfte mit einem oberen Schneidmittel. Die zweite Werkzeughälfte und das zweite Schneidmittel sind vorzugsweise eine untere Werkzeughälfte mit einem unteren Schneidmittel. Bevorzugt sind das erste und das zweite Schneidmittel als Messer, insbesondere mit je einer leicht verrundeten Schneidkante, ausgebildet. Bei dem Werkstückhalter handelt es sich vorzugsweise um wenigstens einen Niederhalter. Die Anlagefläche des zweiten Schneidmittels ist vorzugsweise eine speziell gestaltete Auflagefläche für das Auf- beziehungsweise Einlegen eines zu schneidenden Werkstücks, wobei der Werkstückhalter eine Anlagefläche aufweist, welche vorzugsweise um die Werkstückdicke offsetiert und vorzugsweise komplementär zur Anlagefläche des zweiten Schneidmittels ausgebildet ist. Die Anlagefläche des ersten Schneidmittels ist derart ausgebildet, dass sie eine (zweite) Vorbiegung des Werkstücks in Schnittrichtung ermöglicht, bevor die Schneidkanten mit dem Werkstück in Kontakt gelangen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die durch die erste Vorbiegung erzeugte Zugspannung im Werkstück entweder kleiner ist als dessen Streckgrenze, im Wesentlichen dessen Streckgrenze entspricht oder größer ist als dessen Streckgrenze.
-
In dem Werkstück am Schneidort eingebrachte Zugspannungen werden durch die Biegebeanspruchung des Werkstücks erzeugt, wobei die in dem Werkstück erzeugten Zugspannungen bzw. Zugkraftkomponenten im Wesentlichen quer zu der gewünschten, zu erzeugenden Schnittlinie wirken und dadurch die Einleitung der Werkstücktrennung begünstigen.
-
Im eigentlichen Schneidvorgang wird die durch die gleichzeitige Biege- und Scherbeanspruchung des zu trennenden Werkstücks die Ausbildung einer Trennebene in dem zu trennenden Werkstück wesentlich begünstigt. Abgesehen von den Biegekräften, die insbesondere durch die Anlageflächen der Schneidmesser eingeleitet werden, kommt es zu einer drastischen Verminderung der eigentlichen Schnittkräfte und einer ebenso drastischen Verminderung des Werkzeugverschleißes bei gleichzeitiger Verbesserung der Schnittflächenqualität.
-
Vorzugsweise wird das Biegemoment auf einen so großen Wert festgelegt, dass die sich einstellende maximale Zugspannung bis nahe an die Streckgrenze des jeweiligen Materials heranreicht oder größer als diese ist. Die Angabe im Wesentlichen meint dabei insbesondere einen Bereich von ± 15 % zur Streckgrenze und von ± 5 % zur Zugfestigkeit. Für ein derart vorgespanntes Material genügt dann eine relativ geringe Schubspannung durch die Schneidmittel zur Einleitung und Durchführung des Trennvorgangs.
-
Erfindungsgemäß erfährt das Werkstück die erste Vorbiegung beim Klemmen zwischen dem Werkstückhalter bzw. dessen Anlagefläche und der Anlagefläche (Auflagefläche) des zweiten Schneidmittels. Durch ein Absenken des Werkstückhalters vor dem Absenken des ersten
-
Schneidmittels wird die hier als erste Vorbiegung bezeichnete Vorbiegung in zeitlicher Hinsicht vorzugsweise vor der zweiten Vorbiegung eingeleitet. Das Werkstück wird bevorzugt nach oben gebogen, wobei noch keine der Schneidkanten Kontakt zu dem Werkstück hat und damit keine Belastung an diesen auftritt. Der Werkstückhalter wird insbesondere mit einer derart großen Kraft beaufschlagt, dass die durch die Vorbiegung in das Blech eingeleiteten Zugspannungen die Klemmung nicht aufheben können.
-
Im weiteren Verlauf und gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfährt das Werkstück die zweite Vorbiegung beim Absenken des ersten Schneidmittels und beim Inkontakttreten der Anlagefläche des ersten Schneidmittels mit dem Werkstück. Vorzugsweise und gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die zweite Vorbiegung des Werkstücks dabei in entgegengesetzter Richtung der ersten Vorbiegung. Das Werkstück gelangt dabei vorzugsweise zunächst, insbesondere mit der durch den stumpfen Schneidkantenwinkel und die daraus resultierende voreilende, insbesondere schräge Anlagefläche des ersten Schneidmittels in Kontakt. Dies ermöglicht die (zweite) Vorbiegung des Werkstücks im Wesentlichen an die oben beschriebenen Spannungswerte, ohne dass während des Vorbiegevorgangs die Schneidkanten in Kontakt mit dem Werkstück sind. Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise bis unmittelbar vor dem Einsetzen des Schneidvorgangs.
-
Für einen qualitätsgerechten Schnitt/Bruch kann es notwendig sein, den Vorbiegungsanteil der ersten Vorbiegung, der durch die Kontur des Werkstückhalters in Verbindung mit der Kontur der Anlagefläche eingeleitet wird, nur so groß zu halten, dass sich das Blech darunter nicht plastisch verformt. Der Vorbiegewinkel ist dann materialabhängig. Je höherfester und je dünner das Material ist, desto größer kann er sein und umgekehrt.
-
Durch beide Vorbiegevorgänge in Verbindung mit dem Klemmen des Werkstücks werden beispielsweise beide Oberflächen des zu schneidenden Werkstücks zwischen dem Werkstückhalter und der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels derart fixiert, dass ein Nachziehen des Werkstücks aus dem nicht zu schneidenden Bereich der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels im Wesentlichen verhindert und dadurch die Qualität der Schnittkanten weiter erhöht wird.
-
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die erste und/oder die zweite Vorbiegung elastisch. Das heißt das Werkstück wird im beanspruchten Bereich im Wesentlichen nicht über seinen elastisch verformbaren Bereich hinaus beansprucht. Durch die elastische Vorbiegung federt das beschnittene Werkstück nach dem Schneidvorgang zurück in seine Ausgangsform. Damit nimmt der Biege- und Schneidvorgang keinen Einfluss auf die Gestalt des Werkstücks. Zusätzlich können durch die, nahezu symmetrisch zum Schneidort ausgerichtete, zweite Vorbiegung im Wesentlichen identische Querkräfte entstehen, und sich aufgrund ihrer gegenläufigen Richtung zumindest weitestgehend aufheben. Dadurch kann die Belastung der Schneidmittel weiter reduziert werden.
-
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel ein offener Schnitt erzeugt. Offene Schnitte werden im Rahmen der Erfindung als diejenigen Schnitte charakterisiert, welche im betreffenden Schnittbereich keine geschlossene Schnittlinie aufweisen. Ein typischer Schneidprozess zum Erzeugen von offenen Schnittlinien ist das Abschneiden, wobei der offene Schnitt beispielsweise als eine im Wesentlichen geradlinige Schnittlinie ausgeführt sein kann. Bei einem geschlossenen Schnitt werden zwei Schnitte gleichzeitig ausgeführt, also zwangsweise auch die gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks mitgeschnitten, beispielsweise beim Lochen. In diesem Fall ist die Werkstückklemmung nicht ein- sondern zweiseitig. Verbleiben dann die Vorbiegewinkel bei der gegenüberliegenden Seiten im genannten hohen Bereich, würde dies zwangsläufig zu unzulässig erhöhten Gesamtspannungen im Werkstück und zum vorzeitigen Versagen führen, da neben den Biegespannungen auch zusätzliche Zugspannungen zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Schnittbereichen in Erscheinung treten. Die genannten Effekte sind unvermeidbar. Deshalb ist es insbesondere vorteilhaft, die mindestens zweiten Vorbiegewinkel der sich gegenüberliegenden Schneidorte zu reduzieren, beispielsweise um mindestens ein Drittel.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verfahren ein einstufiges Verfahren. Eine einstufige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine Verringerung der notwendigen Verarbeitungsschritte des Werkstücks und bewirkt somit vorteilhaft eine Kostenersparnis.
-
Die zuvor angeführte Aufgabe wird gemäß einer zweiten Lehre außerdem durch eine Vorrichtung zum Schneiden gelöst, die insbesondere dazu eingerichtet ist, vorzugsweise das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Dies erfolgt, indem die Anlagefläche des zweiten Schneidmittels von einem im Wesentlichen ebenen Niveau kommend ansteigt, einen konvexen Bereich ausbildet und zur zweiten Schneidkante des zweiten Schneidmittels hin wieder abfällt. Die hierdurch bedingten Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ausführungen zu dem zuvor genannten erfindungsgemäßen Verfahren.
-
Bevorzugt ist der Bereich der Anlagefläche zur Schneidkante des zweiten Schneidmittels vom höchsten Punkt des konvexen Bereichs, an dem das Werkstück aufliegt, beabstandet. In Verbindung mit der genannten Absenkung (abfallender Bereich) liegt das Niveau der Schneidkante tiefer, sodass weder die Schneidkante des ersten Schneidmittels noch die Schneidkante des zweiten Schneidmittels während der Ausführung der zweiten Vorbiegung mit dem Werkstück in Kontakt ist.
-
Wie bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, lässt sich mit einer solchen Vorrichtung ein qualitativ hochwertiger Schnitt mit, bei Bedarf, hohem Bruchteil erzeugen und gleichzeitig der Verschleiß der Schneidmittel reduzieren.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung ist der Schneidwinkel der Schneidkante des ersten Schneidmittels als stumpfer Winkel ausgebildet, was dazu führt, dass sich die angrenzende Anlagefläche schräg zur allgemeinen Werkstücklage befindet. Insbesondere ist die Fläche, die sich an die Schneidkante des ersten Schneidmittels anschließt und beim Vorbiegen/Schneiden auf das Werkstück trifft (Anlagefläche), schräg ausgebildet, wobei es nicht notwendig ist, dass die gesamte Fläche eine derartige Form aufweist. Vorteilhaft soll jedoch gewährleistet sein, dass das erste Schneidmittel zunächst mit einem von der Schneidkante entfernten Teil zeitlich vor der ersten Schneidkante auf das Werkstück aufsetzt, um dieses insbesondere mit der zweiten Vorbiegung zu versehen. So kommt es früher zur Rissinitiierung im Schnittbereich als bei den konventionellen Konzepten aus dem Stand der Technik und damit zur Reduzierung der Druckspannungen auf die Schneidkante.
-
Der stumpfe Schneidenwinkel und die Voreilung (der Anlagefläche) in Bezug auf die Schneidkante sind vorzugsweise so gewählt, dass die Zugspannung in dem zu trennenden Werkstück an der Schnittkontur die materialtypische Zugfestigkeit gerade noch nicht erreicht hat, wenn die Schneidkante des ersten Schneidmittels auf dem Werkstück auftrifft, um das Werkstück zu schneiden. So weist die Schräge bezogen auf die ebene Werkstücklage beispielsweise einen Winkel von 8° auf oder anders ausgedrückt, der stumpfe Winkel der Schneidkante des ersten Schneidmittels beträgt beispielsweise 98°.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist die erste Schneidkante und/oder die zweite Schneidkante einen stumpfen Winkel auf, wobei im Fall des offenen Schnitts der Winkel der ersten Schneidkante vorzugsweise dem der zweiten Schneidkante entspricht. Die Schneidkantenwinkel weisen demnach Werte oberhalb von 90°, insbesondere zwischen 95° und 110° auf, was die Lebensdauer der Schneidkanten verlängert.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist die erste Schneidkante und/oder die zweite Schneidkante einen stumpfen Winkel auf, wobei im Fall des geschlossenen Schnitts der Winkel der ersten Schneidkante vorzugsweise kleiner als der Winkel der zweiten Schneidkante ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung ist die erste und/oder die zweite Schneidkante verrundet, wobei die erste und/oder die zweite Schneidkante insbesondere eine definierte Verrundung (Radius der Schneidkante) besitzt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,01 und 1 mm verrundet ist. Besonders bevorzugt sind die Schneidkanten unterschiedlich verrundet, weiter bevorzugt ist die erste Schneidkante im Vergleich zur zweiten Schneidkante kleiner verrundet, vorzugsweise sind die erste Schneidkante mit 0,05 mm und die zweite Schneidkante mit 0,1 mm verrundet. Eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung sorgt für eine Vergrößerung der Kontaktzone zwischen Schneidkante und Werkstück und damit für eine optimierte Verteilung der Kraft mit Wirkung auf die lokalen Spannungen beim Eindringen der Spitze in die Werkstückoberfläche. Dies reduziert die Flächenpressung am Werkzeug und senkt damit die Spannungen. Dadurch lassen sich eine weitere Verbesserung der Schnittqualität und eine weitere Reduktion des Verschleißes der Schneidmittel erzielen. In der Folge werden größere Standzeiten erreicht.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung ist zwischen dem Werkzeughalter und dem ersten Schneidmittel ein Spalt vorgesehen, wobei der Spalt vorzugsweise so groß gewählt ist, dass sich der Werkzeughalter hinter dem höchsten Punkt des konvexen Bereichs der Anlagefläche befindet. Diese Ausgestaltung sorgt dafür, dass insbesondere beim ersten Vorbiegen des Werkstücks der nicht geklemmte Bereich nach oben von der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels mehr oder weniger abheben kann.
-
Bevorzugt ist außerdem der Werkzeughalter komplementär und/oder offsetiert zur Form der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels bevorzugt um die Werkstückdicke ausgebildet. Der Werkstückhalter hat vorzugsweise die Form der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels als konvexes Offset zur Anlagefläche. Die konvexe Wölbung des Werkstückhalters ist dabei bevorzugt in Richtung des Schneidorts nach vorne offen. Diese Gestaltung sorgt in Verbindung mit der insbesondere tiefer liegenden zweiten Schneidkante dafür, dass das Werkstück bis zum Erreichen der gewünschten Vorbiegung keinen Kontakt zur zweiten Schneidkante des zweiten Schneidmittels bekommt.
-
Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Tiefzieh- und Beschnitt-Operationen einer Presse integriert werden oder singulär in einer Tafelschere umgesetzt werden. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft integriert in einer Tafelschere oder in einem Schneidwerkzeug verwendet werden.
-
Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen
- 1 einen Vollschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Einlegen,
- 2 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Klemmen und dem Einbringen einer ersten Vorbiegung in das zu schneidende Werkstück,
- 3 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels auf ein zu schneidendes Werkstück,
- 4 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des weiteren Absenkens des ersten Schneidmittels und dem Einbringen einer zweiten Vorbiegung in das zu schneidende Werkstück,
- 5 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung beim gemeinsamen Auftreffen der ersten und zweiten Schneidkante auf das Werkstück,
- 6 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung unmittelbar nach dem Verfahrensschritt Schneiden, und
- 7 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Entnehmen.
-
1 zeigt einen Vollschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Einlegen. Die Vorrichtung führt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch. Die Vorrichtung weist eine erste obere Werkzeughälfte 1 mit einem ersten Schneidmittel 11 in Form eines Obermessers, welches eine erste Schneidkante 111 und eine Anlagefläche 112 umfasst, sowie einem Werkstückhalter 12 in Form eines Niederhalters auf. Daneben weist die Vorrichtung eine zweite Werkzeughälfte 2 mit einem zweiten Schneidmittel 21 in Form eines Untermessers auf, welches eine zweite Schneidkante 211 und eine Anlagefläche 212 umfasst. Die erste Werkzeughälfte 1 besteht vorzugsweise aus einem möglichst massiven, absenkbaren Verbundteil, welches in einer im Wesentlichen vertikalen Bewegung absenkbar ist. Dabei sind der Werkstückhalter 12 und das erste Schneidmittel 11, wobei sich die erste Schneidkante 111 an die Anlagefläche 112 anschließt, getrennt voneinander vertikal absenkbar. Die zweite Werkzeughälfte 2 ist im Wesentlichen einstückig, wobei sich die zweite Schneidkante 211 an die Anlagefläche 212 anschließt, welche einen konvexen Bereich 213 aufweist.
-
Weiter besitzt die erste Werkzeughälfte 1 vorzugsweise nicht dargestellte Führungselemente, die eine exakte Relativbewegung und Schneidspalteinstellung zwischen beiden Werkzeughälften 1 und 2 ermöglichen. In die Vorrichtung wird ein Werkstück 3 in Form einer Blechplatine eingelegt. Die Anlagefläche 212 des zweiten Schneidmittels 21 steigt von einem im Wesentlichen ebenen Niveau kommend an, insbesondere der von der Schneidkante 211 abgewandte Bereich (rechter Teil des zweiten Schneidmittels 21), bildet, insbesondere nahe bzw. im der Schneidkante 211 zugewandte Bereich (linke Teil des zweiten Schneidmittels 21), einen konvexen Bereich aus und fällt zur zweiten Schneidkante 211 des zweiten Schneidmittels 21 hin wieder ab. Die Anlagefläche 112 des ersten Schneidmittels 11ist im Wesentlichen von einem ebenen Niveau kommend, insbesondere der von der Schneidkante 111 abgewandte Bereich (linker Teil des ersten Schneidmittels 11), und geht in einen geneigten insbesondere nahe bzw. im der Schneidkante 111 zugewandte Bereich (linker Teil des ersten Schneidmittels 11), über.
-
Bei Durchführung des Schneidvorgangs setzt, wie in 2 und folgenden dargestellt, zunächst der Werkstückhalter 12 auf dem Werkstück 3 auf und presst dieses mit hinreichend großer Anpresskraft gegen die Anlagefläche 212, sodass das zu schneidende Werkstück 3 derart fixiert ist, dass ein Verrutschen oder Nachfließen im Wesentlichen verhindert wird. Mit dem Absenken des Werkstückhalters 12 erfährt das Werkstück 3 gleichzeitig, eine erste, vorzugsweise elastische Vorbiegung nach oben.
-
Danach bewegt sich, wie in 3 dargestellt, das erste Schneidmittel 11 weiter nach unten, während der Werkstückhalter 12 auf dem Werkstück 3 aufgesetzt verbleibt. Durch die schräge Form des ersten Schneidmittels 11 trifft dieses zunächst mit einer der ersten Schneidkante 111 voreilenden Anlagefläche 112 auf dem Werkstück 3 auf und biegt das Werkstück 3 in seiner weiteren Abwärtsbewegung nach unten (zweite Vorbiegung).
-
4 zeigt den Zwischenzustand beim Absenken des Schneidmittels 11. Es ist erkennbar, dass auch zu diesem Zeitpunkt noch keine der beiden Schneidkanten 111, 211 mit dem Werkstück 3 in Kontakt steht, obwohl sich das Werkstück 3 schon in einem relativ stark, vorgebogenen Zustand befindet.
-
Durch die beschriebenen Biegebeanspruchungen entsteht eine zunehmende, besonders hohe Biegezugspannung im Bereich der zu erzeugenden Schnittkontur, sowohl im Wirkungsbereich des ersten als auch des zweiten Schneidmittels 11, 21. Mit weiterer Abwärtsbewegung nimmt die Zugspannung zu, wobei die erzeugte Zugspannung bevorzugt kleiner ist als die Zugfestigkeit des Werkstücks oder dieser vorzugsweise nahe sein kann.
-
Es treffen dann, wie in 5 veranschaulicht, die erste und die zweite Schneidkante 111, 211 auf das Werkstücks 3 auf und beginnen dieses mit einer Schubspannung zu beaufschlagen. Die Schubspannung ergibt zusammen mit der eingeleiteten Zugspannung eine Vergleichsspannung, die zur Materialtrennung führt. Dies veranschaulicht 6. Mit Abschluss des Trennvorgangs entspannen sich die bislang gebogenen Werkstückabschnitte 31, 32 wieder, bis, im Idealfall, sie schließlich wieder komplett in ihre Ausgangsform zurückfedern, wie in der Entnahmeposition in 7 gezeigt.
-
Der insoweit beschriebene Schneidvorgang geht mit geringen Kräften an den Schneidkanten und mit geringem Werkzeugverschleiß einher. Es werden hohe Trennflächen- oder Schnittflächenqualitäten erreicht. Bevorzugt ist die dargestellte Schneidvorrichtung in die ohnehin benötigten Tiefzieh- und Beschnitt-Operationen einer Presse integriert.
