-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs beim Schneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück, sowie auch ein Steuerungsprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist, wenn das Programm auf einer Steuerung einer geeigneten Werkzeugmaschine abläuft.
-
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
EP 3 088 096 A1 bekannt geworden.
-
Bei einer Stanzbearbeitung oder Stanz-Laserbearbeitung werden zur Fixierung von geschnittenen Werkstückteilen Verbindungsstege, so genannte Microjoints", stehengelassen, durch welche die Werkstückteile weiterhin am verbleibenden Restgitter angebunden sind. Durch die Microjoints können die Werkstückteile, speziell bei Blechdicken größer 2 mm, aus dem Restgitter händisch nur sehr schwer entnommen werden. Zusätzlich ist es nicht möglich, an der Stelle eines Microjoints die Kante des Werkstückteils zu verrunden oder anzufasen, da der Microjoint über die gesamte Werkstückdicke geht.
-
Bei dem aus der
EP 3 088 096 A1 bekannten Verfahren wird ein Werkstückteil aus einem plattenartigen Werkstück unter Stehenlassen eines Verbindungsstegs geschnitten. Anschließend wird der Verbindungssteg mittels eines Umformwerkzeugs druckumgeformt, um so die Dicke des Verbindungsstegs zu reduzieren.
-
Aus der
WO 2022/037797 A1 ist es weiterhin bekannt, beim Laserschneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück einen oder mehrere Verbindungsstege zwischen Werkstückteil und Restgitter stehenzulassen und mit dem Laserstrahl die Schnittkante des noch an das Restgitter angebundenen Werkstückteils zu bearbeiten, insbesondere zu verrunden.
-
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs beim Schneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück anzugeben. Insbesondere soll trotz eines vorhandenen Verbindungssteges eine nachfolgende Kantenbearbeitung entlang der gesamten Kontur des Werkstückteils ermöglicht werden.
-
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- - Erzeugen des mindestens einen Verbindungsstegs vor dem Schneiden des Werkstückteils;
- - Quetschen des Verbindungsstegs zumindest auf einem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt in Dickenrichtung des Werkstücks, um den gequetschten Verbindungssteg gegenüber mindestens einer der beiden Plattenseiten des Werkstücks in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei eine durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildete Kante des Werkstücks eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils ausbildet; und
- - Schneiden eines der Kontur des Werkstückteils entsprechenden Trennspalts, der entlang der durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kante unterbrochen ist, in das Werkstück, wodurch das Werkstückteil mittels des gequetschten Verbindungsstegs an dem Restgitter des Werkstücks angebunden bleibt.
-
Erfindungsgemäß wird der Verbindungssteg („Microjoint“) einseitig oder beidseitig gequetscht und dadurch in seiner Dicke verkleinert, so dass die metallische Anbindungsstelle des Verbindungsstegs in Richtung Blechmitte verlagert wird. Aufgrund der reduzierten Dicke des gequetschten Verbindungsstegs lässt sich das geschnittene Werkstückteil, auch bei Werkstückdicken von größer 2 mm, leicht aus dem Restgitter auslösen. Durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs entsteht im Werkstück zudem eine gerade Kante des zukünftigen Werkstückteils, die zusammen mit der späteren Schnittkante des Werkstückteils eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbildet. Diese durchgehende Kante kann dann in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mittels eines Kantenbearbeitungswerkzeugs verrundet oder angefast werden.
-
Besonders bevorzugt werden eine Schnittkante des geschnittenen Werkstückteils und die durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildete Kante des Werkstückteils, die zusammen eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbilden, mittels eines entlang der (gesamten) Kontur des Werkstückteils geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs bearbeitet, insbesondere verrundet oder angefast.
-
Der Verbindungssteg kann an einem werkstückteilseitigen Stegende auf eine geringere Dicke gequetscht werden als an einem restgitterseitigen Stegende, um so vorteilhaft am werkstückteilseitigen Stegende eine Sollbruchstelle zum Werkstückteil auszubilden. Dabei weist der gequetschte Verbindungssteg vorzugsweise in einer durch seine Längsrichtung und seine Dickenrichtung aufgespannten Längsebene einen in Richtung auf das werkstückteilseitige Stegende zulaufenden, z.B. keilförmigen Querschnitt auf.
-
Besonders bevorzugt wird der Verbindungssteg, zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt, beidseitig in Dickenrichtung gequetscht, um den gequetschten Verbindungssteg gegenüber beiden Plattenseiten des Werkstücks jeweils in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kanten des Werkstücks jeweils eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils ausbilden. Der gequetschte Verbindungssteg befindet sich nur in der Mitte der Blechdicke; dadurch ist es möglich, trotz des gequetschten Verbindungsstegs beidseitig eine durchgehende Kantenverrundung bzw. Fase über die gesamte Kontur des noch an das Restgitter angebundenen Werkstückteils anzubringen.
-
Nachfolgend können dann die Schnittkanten des geschnittenen Werkstückteils und die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kanten des Werkstückteils, die zusammen jeweils eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbilden, gleichzeitig mittels eines entlang der (gesamten) Kontur des Werkstückteils geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs bearbeitet, insbesondere verrundet oder angefast werden.
-
Vorzugsweise wird der Verbindungssteg im Werkstück durch zwei voneinander beabstandete Freischnitte erzeugt, die zwischen sich den Verbindungssteg ausbilden. Dabei kann der Trennspalt beidseitig des gequetschten Verbindungssteges jeweils in die Freischnitte, insbesondere in eine Freischnittspitze der Freischnitte, münden. In diesem Fall ist der gequetschte Verbindungssteg lediglich stirnseitig am Werkstückteil angebunden. Falls der Trennspalt beidseitig des gequetschten Verbindungssteges nicht in die Freischnitte mündet, ist der gequetschte Verbindungssteg auch beidseitig noch am Restgitter angebunden. Die ideale Form für die Freischnitte ist ein Dreieck, denn dann kann das Restgitter bei einer nachfolgenden Kantenbearbeitung des Werkstückteils mit einem Kantenbearbeitungswerkzeug eine stützende Kraft auf den gequetschten Verbindungssteg ausüben, und das Kantenverrundungswerkzeug wird nicht beiseite gedrückt. Freischnitte mit einer von einem Dreieck abweichenden Form sind ebenfalls denkbar. Die Freischnitte können in dem Werkstück ausgestanzt oder mit einem Bearbeitungsstrahl, z.B. Laserstrahl, ausgeschnitten werden.
-
Statt den Verbindungssteg in zwei separaten Schritten zuerst mittels zweier Freischnitte zu erzeugen und dann zu quetschen, kann dies alternativ auch in einem einzigen Schritt erfolgen, indem der Verbindungssteg mittels eines geeigneten Stanzwerkzeugs gleichzeitig gestanzt und, zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt, in Dickenrichtung des Werkstücks einseitig oder beidseitig gequetscht wird. Das Werkstück wird also an der Stelle des Verbindungsstegs nicht ganz durchgestanzt. Der gequetschte Verbindungssteg befindet sich bevorzugt im unteren Drittel der Werkstückteildicke.
-
Vorzugsweise wird der Trennspalt mit einem Bearbeitungsstrahl, z.B. Laserstrahl, oder einem Stanzwerkzeug geschnitten.
-
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch ein Steuerungsprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist, wenn das Programm auf einer Steuerung einer zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Werkzeugmaschine abläuft.
-
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigt:
- 1 eine Werkzeugmaschine für die Blechbearbeitung mit einer Schneidstation und einer Umformstation;
- 2 ein Blech mit zwei Freischnitten, die zwischen sich einen Verbindungssteg ausbilden, in einer perspektivischen Draufsicht;
- 3a-3c das Blech mit einem gequetschten Verbindungssteg in einer perspektivischen Draufsicht (3a) sowie in einer perspektivischen Schnittansicht (3b) und in einem Längsschnitt des gequetschten Verbindungsstegs (3c);
- 4a-4c das Blech mit einem bis auf den gequetschten Verbindungssteg ausgeschnittenen Werkstückteil in einer perspektivischen Draufsicht (4a) sowie den gequetschten Verbindungssteg in einer Draufsicht (4b) und in einer perspektivischen Schnittansicht ( 4c);
- 5a-5c eine Kantenverrundung des bis auf den gequetschten Verbindungssteg ausgeschnittenen Werkstückteils mittels eines Kantenverrundungswerkzeugs in einer perspektivischen Draufsicht (5a) sowie in einem Längsschnitt (5b) und in einer perspektivischen Schnittansicht (5c); und
- 6 das fertige Werkstückteil in einer perspektivischen Draufsicht.
-
Die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine 1 ist als Stanz-Laser-Kombimaschine ausgeführt. Ein Maschinenrahmen 2 der Werkzeugmaschine 1 besitzt eine C-Form und weist einen oberen Rahmenschenkel 3 sowie einen unteren Rahmenschenkel 4 auf. An den freien Enden des oberen Rahmenschenkels 3 und des unteren Rahmenschenkels 4 sind eine Laser-Schneidstation 5 sowie eine Umformstation 6 vorgesehen.
-
Die Laser-Schneidstation 5 umfasst einen Laserschneidkopf 7 an dem oberen Rahmenschenkel 3 und eine Laserstrahlaufnahme 8 an dem unteren Rahmenschenkel 4. Die Umformstation 6 weist eine obere Werkzeugaufnahme 9 an dem oberen Rahmenschenkel 3 und eine untere Werkzeugaufnahme 10 an dem unteren Rahmenschenkel 4 auf. In die obere Werkzeugaufnahme 9 kann ein als Stempel 11 ausgebildetes Oberwerkzeug, in die untere Werkzeugaufnahme 10 ein als Matrize 12 ausgebildetes Unterwerkzeug eingewechselt werden. Der Stempel 11 und die Matrize 12 sind Werkzeugteile eines Umformwerkzeug oder Stanzwerkzeugs 13.
-
Mittels eines herkömmlichen Hubantriebs kann der Stempel 11 längs einer Hubachse 14 relativ zu der Matrize 12 angehoben und abgesenkt werden. Die obere Werkzeugaufnahme 9 und die untere Werkzeugaufnahme 10 sind gemeinsam mit dem Stempel 11 und der Matrize 12 um die Hubachse 14 dreheinstellbar (Doppelpfeil in 1). Sämtliche Funktionen der Werkzeugmaschine 1 werden durch eine programmierbare numerische Steuerung 15 gesteuert.
-
An der Laser-Schneidstation 5 und an der Umformstation 6 werden plattenartige Werkstücke 16, in dem dargestellten Beispielsfall ein Blech, bearbeitet. Zu Bearbeitungszwecken wird das Blech 16 mittels einer herkömmlichen Koordinatenführung 17 mit einer zweiachsigen horizontalen Bewegung über eine Werkstückauflage 18 der Werkzeugmaschine 1 und dabei relativ zu dem Laserschneidkopf 7 und der Laserstrahlaufnahme 8 und auch relativ zu dem Umformwerkzeug 13 bewegt. In 1 ist das Blech 16 abgebrochen dargestellt, wodurch die Laserstrahlaufnahme 8 und die untere Werkzeugaufnahme 10 mit der Umformmatrize 12 des Umformwerkzeugs 13 zu erkennen sind. Aufgrund einer mittels der Koordinatenführung 17 erzeugten Bewegung des Blechs 16 schneidet ein von dem Laserschneidkopf 7 auf das Blech 16 gerichteter Laserstrahl Blechteile (z.B. Gutteile) unter Stehenlassen von Verbindungsstegen („Microjoints“) frei. Infolge der über die Verbindungsstege hergestellten Restverbindung sind das Restgitter und die Blechteile nur unvollständig voneinander getrennt. Anstelle des Laserschneidstrahls könnte zum unvollständigen Trennen des Restgitters und der Blechteile auch ein andersartiges Schneidwerkzeug, insbesondere ein an der Umformstation 6 eingewechseltes Stanzwerkzeug, eingesetzt werden.
-
In den 2 bis 6 sind die Verfahrensschritte des an der Werkzeugmaschine 1 durchgeführten, erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens gezeigt, um aus dem Blech 16 (z.B. 2 mm Baustahl) ein nachfolgend als Gutteil bezeichnetes Werkstückteil 19 (6) zu schneiden und, während das Gutteil 19 am Restgitter des Blechs 16 noch über einen dickenreduzierten Verbindungssteg angebunden ist, die Kanten des Gutteils 19 entlang der gesamten Gutteilkontur zu bearbeiten.
-
In einem ersten Verfahrensschritt werden mit einem entsprechenden Stanzwerkzeug 13 zwei voneinander beabstandete Ausschnitte bzw. Freischnitte 20 in das Blech 16 gestanzt, die zwischen sich einen Verbindungssteg („Microjoint“) 21 ausbilden ( 2). So kann beim nachfolgenden Umformen des Verbindungsstegs 21 Material zur Seite in die beiden Freischnitte 20 fließen. Vorzugsweise münden die Freischnitte 20 in einen noch zu erzeugenden Trennspalt 22. Alternativ können die Freischnitte 20 auch mit dem Laserstrahl des Laserschneidkopfs 7 eingebracht werden. Die Freischnitte 20 sind beispielsweise als Dreiecke, insbesondere mit abgerundeten Ecken, ausgebildet, die zwischen einander zugewandten Dreieckseiten den Verbindungssteg 21 ausbilden und jeweils mit einer Dreieckspitze in den noch zu erzeugenden Trennspalt 22 münden.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Verbindungssteg 21 auf einem an das noch zu schneidende, zukünftige Gutteil 19 angrenzenden Stegabschnitt 23 (oder alternativ auf seiner gesamten Steglänge) in Dickenrichtung 24 des Blechs 16 mittels eines entsprechenden Umformwerkzeug (Prägewerkzeug) 13 gequetscht, um den Verbindungssteg 21 gegenüber einer der beiden Plattenseiten 16a, 16b des Blechs 16 oder, wie gezeigt, gegenüber beiden Plattenseiten 16a, 16b in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen (3a-3c). Der gequetschte Verbindungssteg bzw. Stegabschnitt ist mit 21' bezeichnet und bildet beispielsweise einen sogenannten Nanojoint. Das überschüssige Material des Quetschvorganges fließt in die zuvor eingebrachten Freischnitte 20. Der gequetschte Verbindungssteg 21' befindet sich nun in der Mitte der Blechdicke und ist bevorzugt maximal 1/3 der Blechdicke dick. Die durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs 21' am zukünftigen Gutteil 19 gebildeten, geraden Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b entsprechen dabei der Kontur des zukünftigen Gutteils 19.
-
Wie in 3c gezeigt, wird der Verbindungssteg 21 an seinem am zukünftigen Gutteil 19 angebundenen, gutteilseitigen Stegende 21a stärker gequetscht als an seinem am zukünftigen Restgitter 26 angebundenen, restgitterseitigen Stegende 21b, wodurch der gequetschte Verbindungssteg 21' in einer durch seine Längsrichtung und seine Dickenrichtung 24 aufgespannten Längsebene einen in Richtung auf das gutteilseitige Stegende 21a zulaufenden, hier keilförmigen Querschnitt aufweist. Die Stegdicke d1 des gutteilseitigen Stegende 21a ist kleiner als die Stegdicke d2 des restteilseitigen Stegende 21 b, also d1 < d2, um so am werkstückteilseitigen Stegende 21a eine Sollbruchstelle zum Gutteil 19 auszubilden.
-
Statt den Verbindungssteg 21 in zwei separaten Schritten zuerst zu erzeugen und dann zu quetschen, kann dies alternativ auch in einem einzigen Schritt erfolgen, indem der Verbindungssteg 21 mittels eines geeigneten Stanzwerkzeugs gleichzeitig sowohl freigestanzt als auch gequetscht wird. Das Blech 16 wird also an der Stelle des Verbindungsstegs 21 nicht ganz durchgestanzt. Der gequetschte Verbindungssteg 21' befindet sich dann bevorzugt im unteren Drittel der Blechdicke.
-
In einem dritten Verfahrensschritt wird ein der Kontur des Gutteils 19 entsprechender Trennspalt 22, der entlang des gequetschten Verbindungsstegs 21' bzw. der Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b unterbrochen ist, in das Blech 16 geschnitten (4a-4c). Der Trennspalt 22 mündet beidseitig des gequetschten Verbindungssteges 21' jeweils in die Freischnitte 20, wodurch das Gutteil 19 nur noch durch den gequetschten Verbindungssteg 21' am Restgitter 26 gehalten ist. Der Trennspalt 22 wird mit dem Laserstrahl ausgeschnitten oder alternativ mit einem Stanzwerkzeug 13 erzeugt. Bevorzugt sollte der Laserstrahl zum Schneiden der Kontur verwendet werden, da dann der Schnittspalt mit seiner Größe von wenigen Zehntelmillimetern die ideale Form für ein nachfolgend eingesetztes Kantenbearbeitungswerkzeug hat.
-
In einem optionalen, vierten Verfahrensschritt werden die Kanten des Gutteils 19 entlang der gesamten Kontur des Gutteils 19, also sowohl entlang der oberseitigen und unterseitigen Schnittkanten 27a, 27b als auch entlang der Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b, mittels eines Kantenbearbeitungswerkzeuges 28, das anstelle des Umformwerkzeug oder Stanzwerkzeuges 13 eingewechselt wird, bearbeitet, z.B. verrundet (5a-5c). Das Kantenbearbeitungswerkzeug 28 ist hier beispielhaft als Rollkneifwerkzeug mit einer oberen Werkzeugrolle 28a im Oberwerkzeug und einer unteren Werkzeugrolle 28b im Unterwerkzeug ausgeführt. Somit kann das Kantenverrunden gleichzeitig auf der Blechoberseite als auch auf der Blechunterseite erfolgen. Die Werkzeugrollen 28a, 28b haben umfangsseitig einen ringförmigen Verrundungsvorsprung 29a, 29b mit einem Verrundungsradius (z.B. 0,5 mm oder auch kleiner) und greifen in den Trennspalt 22 ein. Die Werkzeugrollen 28a, 28b werden im Trennspalt 22 zum Gutteil 19 hin verschoben bzw. kraftbeaufschlagt, um die Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b und die Schnittkanten 27a, 27b des Gutteils 19 zu verrunden. Der Stempel des Oberwerkzeuges drückt auf die obere Werkzeugrolle 28a, um den notwendigen Anpressdruck zu erzeugen. Der Stempel ist federnd gelagert und kann dadurch Blechdickenschwankungen ausgleichen. Statt der gezeigten, beidseitigen Bauteilverrundung können mit einem entsprechenden Kantenbearbeitungswerkzeug alternativ auch nur die oberseitigen Kanten 25a, 27a oder nur die unterseitigen Kanten 25b, 27b bearbeitet, z.B. verrundet werden (einseitige Bauteilverrundung). Als Kantenbearbeitungswerkzeug 28 kann beispielsweise auch ein Kugelentgratwerkzeug eingesetzt werden, um die Kanten 25a, 25b und 27a, 27b mittels Rollentgraten zu verrunden.
-
Nun ist das Gutteil 19 fertiggestellt und kann aus der Werkzeugmaschine 1 geschleust werden (6). Dazu kann der gequetschte Verbindungssteg 21' in der Werkzeugmaschine 1 weggestanzt oder mittels eines Laserstrahls aufgetrennt werden, bevor das dann freie Gutteil 19 über eine Teilerutsche ausgeschleust wird. Alternativ kann das Gutteil 19 aber auch am Restgitter 26 angebunden bleiben und zu einem späteren Zeitpunkt, unter Aufbrechen des gequetschten Verbindungsstegs 21', manuell oder mit maschineller Unterstützung aus dem Restgitter 26 entnommen werden.
-
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
-
- EP 3088096 A1 [0002, 0004]
- WO 2022037797 A1 [0005]
