DE102022205021A1 - Hold-down device for a cutting tool for shear cutting a workpiece - Google Patents

Hold-down device for a cutting tool for shear cutting a workpiece Download PDF

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David Briesenick
Mathias Liewald
Sergei Senn
Adrian Schenek
Celalettin Karadogan
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Universitaet Stuttgart
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Universitaet Stuttgart
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/16Shoulder or burr prevention, e.g. fine-blanking

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Punching Or Piercing (AREA)

Abstract

Es wird ein Niederhalter (118) für ein Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs (104), vorgeschlagen. Der Niederhalter (118) umfasst mindestens eine Anlagefläche (120) zum Anliegen an einem Werkstück (102), wobei die Anlagefläche (120) zum Aufbringen einer ersten Kraft (F 1) auf das Werkstück (102) in einer ersten Kraftrichtung (122) ausgebildet ist. Der Niederhalter (118) umfasst weiterhin einen Niederhalterkörper (124), wobei der Niederhalterkörper (124) zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme (110) des Schneidwerkzeugs (100) ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper (124) derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) mittels der Anlagefläche (120) eine zweite Kraft (F2) in das Werkstück (102) in einer zweiten Kraftrichtung (138) aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung (138) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung (122) ist.

Figure DE102022205021A1_0000
A hold-down device (118) for a cutting tool (100) for shear cutting a workpiece (102), in particular a sheet of metal (104), is proposed. The hold-down device (118) comprises at least one contact surface (120) for contact with a workpiece (102), wherein the contact surface (120) is designed to apply a first force (F 1) to the workpiece (102) in a first force direction (122). is. The hold-down device (118) further comprises a hold-down body (124), wherein the hold-down body (124) is designed to be arranged in or on a hold-down holder (110) of the cutting tool (100), wherein the hold-down body (124) is elastically deformable in such a way that Applying the first force (F1) by means of the contact surface (120), a second force (F2) can be applied to the workpiece (102) in a second direction of force (138), the second direction of force (138) being essentially perpendicular to the first direction of force (138). 122).
Figure DE102022205021A1_0000

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks sowie ein Schneidwerkzeug.The present invention relates to a hold-down device for a cutting tool for shear cutting a workpiece and to a cutting tool.

Technischer HintergrundTechnical background

In vielen technischen Bereichen kommen Schneidwerkzeuge zum Einsatz. Die umformtechnische Herstellung von Blechbauteilen zählt zu den wirtschaftlichsten und effizientesten Verfahren der Produktionstechnik. Ein wesentlicher Bestandteil innerhalb dieser Prozessketten ist dabei das Scherschneiden zum Beschnitt und Lochen von Bauteilen oder Werkstücken. Bei der mechanischen Blechtrennung mittels Scherschneiden wird das Werkstück entlang einer definierten Werkzeugkontur zwischen Schneidstempel und -matrize geschert. Dabei verhindert ein neben dem Schneidstempel platzierter Niederhalter ein Abheben des Bleches während des Schneidvorgangs und Rückhub des Schneidstempels. Dabei weist jedes schergeschnittene Bauteil eine charakteristische Schnittfläche auf, welche im Wesentlichen von den Schneidparametern Schnittspalt, Stempel- und Matrizenradien und dem Halbzeugwerkstoff abhängig ist. Der Übergang zwischen elastischer Deformation nach dem Aufsetzen des Schneidstempels, dem Einsetzen der plastischen Deformation mit einem Fließen des Werkstoffes in Stempelbewegungsrichtung und dem Einsetzen der Trennung durch eine Rissbildung bei der Überschreitung der werkstoffabhängigen Schubbruchgrenze kennzeichnen dabei die Schnittflächenqualität und den Kraftbedarf des Scherschneidprozesses. Um dabei den Prozess hinsichtlich Kraftbedarf, Verschleiß oder Schnittflächenqualität (Kanteneinzug, Glattschnitt, Bruchfläche und Grat) zu optimieren, haben sich eine Vielzahl an Verfahrensvarianten in der Vergangenheit etabliert.Cutting tools are used in many technical areas. The forming production of sheet metal components is one of the most economical and efficient processes in production technology. An essential component within these process chains is shear cutting for trimming and punching components or workpieces. During mechanical sheet metal separation using shear cutting, the workpiece is sheared along a defined tool contour between the cutting punch and die. A hold-down device placed next to the cutting punch prevents the sheet metal from lifting during the cutting process and the return stroke of the cutting punch. Each shear-cut component has a characteristic cutting surface, which essentially depends on the cutting parameters of the cutting gap, punch and die radii and the semi-finished material. The transition between elastic deformation after placing the cutting punch, the onset of plastic deformation with the material flowing in the direction of the punch movement and the onset of separation due to crack formation when the material-dependent shear breaking limit is exceeded characterize the cut surface quality and the force requirement of the shear cutting process. In order to optimize the process in terms of force requirements, wear or cut surface quality (edge indentation, smooth cut, fracture surface and burr), a large number of process variants have been established in the past.

Im Allgemeinen weist eine hohe Schnittflächenqualität geringe Kanteneinzüge, hohe Glattschnittanteile, geringe Bruchflächenhöhen und geringe Gratbildungen auf. Ein hoher Glattschnittanteil wird insbesondere dann angestrebt, wenn es sich bei der Schnittfläche um eine Funktionsfläche, wie beispielsweise Zahnradflanke oder Passung, handelt. Gerade wenn hohe Anforderungen an die Schnittflächenqualität gestellt werden, zum Beispiel im Falle der Verwendung der Schnittfläche als Funktionsfläche in Passungen oder Verzahnungen, stößt das Normalschneiden an seine Grenzen. Solche hohen Qualitätsanforderungen können heute nur durch sogenannte Präzisionsschneidverfahren wie Feinschneiden, Genauschneiden, Nachschneiden oder Konter(nach-)schneiden erfüllt werden.In general, a high cut surface quality has low edge indentation, high proportions of smooth cuts, low fracture surface heights and low burr formation. A high proportion of smooth cuts is particularly sought when the cutting surface is a functional surface, such as a gear flank or a fit. Especially when high demands are placed on the quality of the cut surface, for example when the cut surface is used as a functional surface in fits or gears, normal cutting reaches its limits. Today, such high quality requirements can only be met by so-called precision cutting processes such as fine cutting, precise cutting, re-cutting or counter (re-) cutting.

EP 2 208 552 B1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feinschneiden von Werkstücken. EP 2 208 552 B1 describes, for example, a method and a device for fine cutting of workpieces.

Die oben genannten Verfahrensvarianten sind dadurch gekennzeichnet, dass durch einen relativ komplexen Werkzeugaufbau und/oder durch mehrstufige Fertigungsprozesse vermehrt Druckspannungen in die Scherzone eingebracht werden. Diese Druckspannungen begünstigen den Werkstofffluss in der Scherzone, wodurch wiederum geringere Bruchflächen- und damit höhere Glattschnittanteile erzielt werden können.The above-mentioned process variants are characterized in that increased compressive stresses are introduced into the shear zone through a relatively complex tool structure and/or through multi-stage manufacturing processes. These compressive stresses promote the material flow in the shear zone, which in turn allows smaller fracture surfaces and thus higher smooth cut proportions to be achieved.

Neben einer hohen Schnittflächenqualität besteht ein weiteres wichtiges Auslegungsmerkmal von Scherschneidwerkzeugen darin, möglichst hohe Werkzeugstandzeiten und damit eine möglichst hohe Produktivität des Prozesses zu erreichen. Kritisch sind diesbezüglich insbesondere die hohen mechanischen Belastungen an den Schneidaktivelementen (Stempel, Matrizen), weshalb Schneidkanten vor Prozessbeginn zumeist gezielt gebrochen bzw. verrundet werden. Hinsichtlich der Werkzeugstandzeiten ist zu beachten, dass mechanische Prozessschwingungen, insbesondere Schnittschlag, einen negativen Einfluss auf die Standzeit von Schneidaktivelementen haben. Schnittschlagdämpfer oder eine Reduktion der (maximal) auftretenden Prozesskräfte können dazu beitragen, den Schnittschlag zu reduzieren. Eine bekannte Lösung zur Reduktion der Schnittkräfte besteht darin, Stempelanschliffe zu verwenden. Verglichen mit konventionellen, ebenen Schneidstempeln kann die im Schneidprozess auftretende maximale Schneidkraft durch schräggeschliffene Stempel bzw. Matrizen um etwa 30% reduziert werden, da hierbei immer nur ein bestimmter Teil des Stempels schneidet (ziehender Schnitt).In addition to high cut surface quality, another important design feature of shear cutting tools is to achieve the longest possible tool life and thus the highest possible productivity of the process. The high mechanical loads on the cutting active elements (punches, matrices) are particularly critical in this regard, which is why cutting edges are usually deliberately broken or rounded before the start of the process. With regard to tool service life, it should be noted that mechanical process vibrations, especially cutting impact, have a negative influence on the service life of active cutting elements. Cutting shock absorbers or a reduction in the (maximum) occurring process forces can help reduce the cutting shock. A well-known solution for reducing cutting forces is to use punch grinds. Compared to conventional, flat cutting punches, the maximum cutting force that occurs in the cutting process can be reduced by around 30% using diagonally ground punches or dies, as only a certain part of the punch always cuts (pulling cut).

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Schneidwerkzeuge und Niederhalter beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Mit dem Verfahren des Feinschneidens können Glattschnittanteile nahe an die 100 % erzeugt werden. Diese hohen Glattschnittanteile beruhen auf der Einbringung von Druckspannungen in die Scherzone mit Hilfe einer Ringzacke im Niederhalter entlang der Schnittkontur auf der Blechoberseite. Die entstehenden Druckspannungen kompensieren hierbei die Zugspannungen in der Scherzone, so dass das Werkstoffversagen zu einem späteren Prozesszeitpunkt eintritt. Der Nachteil des Feinschneidens besteht jedoch im vergleichsweise komplexen und damit kostenintensiven Werkzeugaufbau. Das Anbringen der Ringzacke auf der Schneidplatte und / oder dem Niederhalter gestaltet sich relativ aufwändig und stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die Ringzacke kann nicht nachgesetzt bzw. geschliffen werden, weshalb die Instandhaltung vergleichsweise teuer ist. Weiterhin ist für die Aufbringung der für das Feinschneiden erforderlichen Gegenhalterkraft, welche eine plastische Durchbiegung des Feinschnittteils verhindert, zumeist die Verwendung mehrfachwirkender Pressen notwendig. Weitere Nachteile des Feinschneidens bilden die vergleichsweise niedrigen Hubzahlen und die relativ geringe Werkzeuglebenszeit. Das Feinschneiden ist ferner auf sehr kleine Schneidspalte von etwa 0,5 % der Blechdicke begrenzt.Despite the numerous advantages of the cutting tools and hold-down devices known from the prior art, they still have potential for improvement. With the fineblanking process, smooth cuts close to 100% can be produced. These high proportions of smooth cuts are based on the introduction of compressive stresses into the shear zone with the help of a ring prong in the hold-down device along the cutting contour on the top side of the sheet metal. The resulting compressive stresses compensate for the tensile stresses in the shear zone, so that material failure occurs at a later point in the process. The disadvantage of fineblanking, however, is the comparatively complex and therefore cost-intensive tool structure. Attaching the ring serration to the cutting plate and/or the hold-down device is relatively complex and represents a significant cost factor. The ring serration cannot be readjusted or ground, which is why the maintenance keeping is comparatively expensive. Furthermore, the use of multiple-acting presses is usually necessary to apply the counter-holding force required for fine blanking, which prevents plastic deflection of the fine blank part. Further disadvantages of fineblanking are the comparatively low stroke rates and the relatively short tool life. Fine cutting is also limited to very small cutting gaps of around 0.5% of the sheet thickness.

Das Genauschneiden ist prinzipiell mit dem Feinschneiden vergleichbar. Auch bei diesem Verfahren wird durch die Einbringung von Druckspannungen in die Scherzone das plastische Fließen des Werkstoffs und damit die Erzeugung eines relativ hohen Glattschnittanteils unterstützt. Die Druckspannungsinduktion in lateraler Richtung zum Schneidumriss erfolgt hierbei allerdings nicht mittels einer Ringzacke, sondern durch kleine Schneidspalte und gezielte Schneidkantenverrundungen am Schneidstempel (Lochen) bzw. an der Matrize (Ausschneiden). Das Genauschneiden stellt somit eine Vereinfachung des Feinschneidprozesses dar. Für das Aufbringen der Gegenhalterkraft müssen in der Praxis allerdings entweder mehrfachwirkende Pressen oder aufwendig gefederte Werkzeugkonzepte eingesetzt werden. Weiterhin muss beim Genauschneiden aufgrund der fehlenden Ringzacke mit höheren Kanteneinzügen als beim Feinschneiden gerechnet werden. Für das Genauschneiden werden relativ kleine Schneidspalte kleiner als 1,5% der Blechdicke verwendet, weshalb im Vergleich zum Normalschneiden höhere Genauigkeitsanforderungen an den konstruktiven Werkzeugaufbau gestellt werdenIn principle, precise cutting is comparable to fine cutting. With this process, too, the introduction of compressive stresses into the shear zone supports the plastic flow of the material and thus the production of a relatively high proportion of smooth cuts. However, the induction of compressive stress in the lateral direction to the cutting outline does not take place using a ring serration, but rather through small cutting gaps and targeted cutting edge rounding on the cutting punch (punching) or on the die (cutting out). Precise cutting therefore represents a simplification of the fine cutting process. In practice, however, either multiple-acting presses or complex spring-loaded tool concepts have to be used to apply the counter-holding force. Furthermore, due to the lack of ring serrations, higher edge indentations must be expected with precision cutting than with fine cutting. Relatively small cutting gaps of less than 1.5% of the sheet metal thickness are used for precision cutting, which is why higher accuracy requirements are placed on the tool design compared to normal cutting

Das Nachschneiden wird in einfachwirkenden Pressen zum Beschneiden schmaler Ränder von bereits vorgelochten bzw. vorgeschnittenen Flächen (1. Prozessstufe) zur Herstellung maßhaltiger Außen- und Innenformen mit hoher Schnittflächenqualität verwendet. Nachschneiden stellt somit (mindestens) einen zweistufigen Prozess dar. Beim eigentlichen Nachschneidvorgang (2. Prozessstufe) wird der schmale Randbereich der vorgeschnittenen Kontur abgetrennt, was verglichen mit dem Normalschneiden zu einer vergleichsweise hohen Schnittflächenqualität führt. Seitens der Werkzeugkonstruktion der für das Nachschneiden erforderlichen Folgeverbundwerkzeuge muss eine möglichst exakte Positionierung des nachzuschneidenden Bauteils realisiert werden. Hinsichtlich der Prozessstabilität ist zu-dem die relativ aufwendige Abfuhr der beim Nachschneiden entstehenden Späne zu beachten.Re-cutting is used in single-acting presses to trim narrow edges of already pre-punched or pre-cut surfaces (1st process stage) to produce dimensionally stable external and internal shapes with high cut surface quality. Re-cutting therefore represents (at least) a two-stage process. During the actual re-cutting process (2nd process stage), the narrow edge area of the pre-cut contour is separated, which leads to a comparatively high cut surface quality compared to normal cutting. The tool design of the progressive composite tools required for recutting must ensure that the component to be recut is positioned as precisely as possible. With regard to process stability, the relatively complex removal of the chips resulting from recutting must also be taken into account.

Das Konterschneiden ist durch einen mehrstufigen Schneidprozess und mindestens eine Umkehr der Schneidrichtung charakterisiert. Dieses Schneidverfahren kann sowohl mittels einfachwirkender Folgeverbundwerkzeuge als auch mit Hilfe mehrfachwirkender Pressen durchgeführt werden. Der Blech-werkstoff wird in einer ersten (und ggfs. zweiten) Stufe mit einem Anprägestempel nur soweit angeschnitten, dass noch keine vollständige Werkstofftrennung erfolgt. Erst in der letzten Prozessstufe erfolgt die vollständige Materialtrennung. Die dadurch entstehende Schnittfläche ist insbesondere durch eine völlige Gratfreiheit und zwei Glattschnittflächen mit einer schmalen zwischenliegenden Bruchfläche gekennzeichnet. Verglichen mit dem Aufbau von Normalschneidwerkzeugen ist die konstruktive Auslegung von Konterschneidwerkzeugen sowie die allgemeine Auslegung eines robusten Fertigungsprozesses deutlich komplexer. Die Gründe hierfür liegen in der werkstoffspezifisch einzustellenden Anpräge- und Anschneidetiefen sowie der komplexeren Prozesskinematik.Counter cutting is characterized by a multi-stage cutting process and at least one reversal of the cutting direction. This cutting process can be carried out using single-acting progressive tools as well as with the help of multiple-acting presses. In a first (and if necessary second) stage, the sheet metal material is cut with an embossing die only to such an extent that the material is not completely separated. Complete material separation only takes place in the final process stage. The resulting cut surface is characterized in particular by a complete absence of burrs and two smooth cut surfaces with a narrow fracture surface in between. Compared to the structure of normal cutting tools, the structural design of counter cutting tools and the general design of a robust manufacturing process are significantly more complex. The reasons for this lie in the embossing and cutting depths that have to be set specifically for the material as well as the more complex process kinematics.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass mit den genannten Präzisionsschneidverfahren höhere Schnittflächenqualitäten (höhere Glattschnittanteile oder Gratfreiheit) und höhere Fertigungsgenauigkeiten (IT- Toleranzen) als beim Normalschneiden erzielt werden können. Nachteilig an den beschriebenen Präzisionsschneidverfahren ist jedoch, dass diese deutlich komplexeren und damit kostenintensiveren Werkzeugkonstruktionen erfordern. Die komplexeren Werkzeugkinematiken beschränken darüber hinaus die erreichbaren Hubzahlen und die damit verbundenen Ausbringungsmengen. Während konventionelle Normalschneidprozesse üblicherweise bei Hubzahlen zwischen 400 bis 800 Hub/min oder sogar teilweise bei höheren Hubzahlen von 1500 bis 2000 Hub/min betrieben werden, liegen die Hubzahlen beim Fein-, Genau- und Konterschneiden deutlich darunter. Werden Stempel- oder Matrizenanschliffe zur Reduktion der (maximalen) Prozesskräfte eingesetzt, so ist zu beachten, dass durch solche Schneidaktivelemente unerwünschte Biegemomente im Schneidwerkzeug auftreten können. Außerdem lassen sich Stempel und Matrizen mit Sonderanschliffen nur sehr aufwändig nachschleifen (nachschärfen). Schnittschlagdämpfer können aufgrund deren Größe in realen Serienwerkzeugen oftmals aufgrund des verfügbaren Bauraums nicht eingebaut werden.In summary, it should be noted that with the precision cutting processes mentioned, higher cut surface qualities (higher smooth cuts or freedom from burrs) and higher manufacturing accuracies (IT tolerances) can be achieved than with normal cutting. However, the disadvantage of the precision cutting processes described is that they require significantly more complex and therefore more cost-intensive tool designs. The more complex tool kinematics also limit the stroke rates that can be achieved and the associated output quantities. While conventional normal cutting processes are usually operated at stroke rates between 400 to 800 strokes/min or even sometimes at higher stroke rates of 1500 to 2000 strokes/min, the stroke rates for fine, precision and counter cutting are significantly lower. If punch or die grinding is used to reduce the (maximum) process forces, it should be noted that such active cutting elements can cause undesirable bending moments in the cutting tool. In addition, punches and matrices with special grinds can only be re-sharpened with great effort. Due to their size, cutting shock absorbers often cannot be installed in real series tools due to the available installation space.

Aufgabe der ErfindungTask of the invention

Es wäre daher wünschenswert, einen Niederhalter und ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Niederhalter und Schneidwerkzeuge zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine technologisch-wirtschaftliche Lösung in Form eines Niederhalters sowie eines Schneidwerkzeugs mit mindestens einem solchen Niederhalter zur Beeinflussung des Scherschneidprozesses und der Schnittflächenqualität bereitgestellt werden.It would therefore be desirable to provide a hold-down device and a cutting tool that at least largely avoid the disadvantages of known hold-down devices and cutting tools. In particular, a technological-economic solution should be provided in the form of a hold-down device and a cutting tool with at least one such hold-down device for influencing the shear cutting process and the quality of the cut surface.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Diese Aufgabe wird adressiert durch einen Niederhalter und ein Schneidwerkzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen darge stellt.This task is addressed by a hold-down device and a cutting tool with the features of the independent patent claims. Advantageous further developments, which can be implemented individually or in any combination, are set out in the dependent claims.

Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf”, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.Below, the terms “have,” “have,” “comprise,” or “include,” or any grammatical variations thereof, are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present. For example, the expression "A has B", "A has B", "A includes B" or "A includes B" can refer to the situation in which, apart from B, no other element is present in A (i.e. to a situation in which A consists exclusively of B), as well as to the situation in which, in addition to B, one or more other elements are present in A, for example element C, elements C and D or even other elements .

Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.Furthermore, it should be noted that the terms “at least one” and “one or more” as well as grammatical variations of these terms when used in connection with one or more elements or features and are intended to express that the element or feature is provided single or multiple times can usually only be used once, for example when the feature or element is introduced for the first time. If the feature or element is subsequently mentioned again, the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without limiting the possibility that the feature or element can be provided once or multiple times.

Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.Furthermore, the terms “preferably”, “in particular”, “for example” or similar terms are used below in connection with optional features, without this limiting alternative embodiments. Thus, features introduced by these terms are optional features and these features are not intended to limit the scope of protection of the claims and in particular the independent claims. Thus, as those skilled in the art will recognize, the invention can also be carried out using other embodiments. Similarly, features introduced by “in an embodiment of the invention” or by “in an embodiment of the invention” are understood to be optional features, without this being intended to limit alternative embodiments or the scope of protection of the independent claims. Furthermore, these introductory expressions should remain unaffected by all possibilities of combining the features introduced here with other features, be they optional or non-optional features.

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks vorgeschlagen. Bei dem Werkstück kann es sich insbesondere um ein Blech handeln. Der Niederhalter umfasst mindestens eine Anlagefläche zum Anliegen an einem Werkstück. Die Anlagefläche ist zum Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung ausgebildet. Der Niederhalter umfasst weiterhin einen Niederhalterkörper. Der Niederhalterkörper ist zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme des Schneidwerkzeugs ausgebildet. Der Niederhalterkörper ist derart elastisch verformbar, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufbringbar ist. Die zweite Kraftrichtung ist im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung.In a first aspect of the present invention, a hold-down device for a cutting tool for shear cutting a workpiece is proposed. The workpiece can in particular be a sheet metal. The hold-down device includes at least one contact surface for contact with a workpiece. The contact surface is designed to apply a first force to the workpiece in a first force direction. The hold-down device further comprises a hold-down body. The hold-down body is designed to be arranged in or on a hold-down holder of the cutting tool. The hold-down body is elastically deformable in such a way that when the first force is applied by means of the contact surface, a second force can be applied to the workpiece in a second direction of force. The second direction of force is essentially perpendicular to the first direction of force.

Die vorliegende Erfindung sieht somit einen querelastischen Niederhalter vor, der die gezielte Einflussnahme auf den Spannungszustand während des Schneidvorgangs in der Scherzone ermöglicht. Über eine Niederhalteraufnahme wird der Niederhalter durch eine erste, wie beispielsweise vertikale, Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück zwischen Schneidstempel und Matrize. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der ersten Kraft auch zu einer zweiten, wie beispielsweise horizontalen, Querverformung des Niederhalters. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters zum einen Druckkräfte in der Scherzone überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil beim Scherschneiden führen. Zum anderen kann in umgekehrter Ausrichtung eine Zugkraft in der Scherzone induziert werden und so zu einer deutlichen Reduktion der benötigten Schneidkraft führen. Um auf den Schneidprozess Einfluss zu nehmen gibt es nur beim Feinschneiden eine Ringzacke, welche sich in das Blech einprägt und ausschließlich Druckspannungen in der Scherzone bewirkt. Es versteht sich, dass alternativ oder zusätzlich eine formschlüssige laterale Kraftübertragung zwischen Niederhalter und Blech, wie beispielsweise mittels Ringzacke wie beim Feinschneiden, realisierbar ist. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt dabei in der topologieoptimierten Niederhaltergeometrie, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querverformung in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.The present invention therefore provides a transversely elastic hold-down device that enables targeted influence on the state of stress during the cutting process in the shear zone. The hold-down device is subjected to a first, such as vertical, force via a hold-down holder and thereby fixes the workpiece between the cutting punch and the die before, during and after the cutting process. Due to its geometric design, the uniaxial application of force leads, in addition to the first force, to a second, such as horizontal, transverse deformation of the hold-down device. An additional horizontal thrust force is thus transmitted to the workpiece via the frictional contact surface with the workpiece. Depending on the orientation of the transversely elastic hold-down device, this means that compressive forces can be superimposed in the shear zone, which lead to a later onset of the breaking process and thus to a higher proportion of smooth cuts during shear cutting. On the other hand, in the opposite orientation, a tensile force can be induced in the shear zone and thus lead to a significant reduction in the required cutting force. In order to influence the cutting process, there is only a ring serration in fine cutting, which is impressed into the sheet metal and only causes compressive stresses in the shear zone. It goes without saying that, alternatively or additionally, a positive lateral force transmission between hold-down devices and sheet metal, such as using ring serrations as in fine cutting, can be achieved. A basic idea of the present invention lies in the topology-optimized hold-down geometry, which experiences a vertical transverse deformation in the horizontal direction through a vertical introduction of force. Overall, this novel approach differs in that the stress state can be adapted to the cutting process and the respective optimization size depending on the geometry and the hold-down force. This does not require any formative or surface-destroying form elements or other complex assemblies, such as force redirection through slides.

Der Niederhalterkörper kann bei Aufbringen der ersten Kraft in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung elastisch verformbar sein. Somit wird dabei eine topologieoptimierte Niederhaltergeometrie bereitgestellt, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querkontraktion oder Querexpansion in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.When the first force is applied, the hold-down body can be elastically deformable in a first direction parallel to the first direction of force and in a second direction parallel to the second direction of force. Thus, a topology-optimized hold-down geometry is provided, which experiences a vertical transverse contraction or transverse expansion in the horizontal direction through a vertical introduction of force. Overall, this novel approach differs in that the stress state can be adapted to the cutting process and the respective optimization size depending on the geometry and the hold-down force. This does not require any formative or surface-destroying form elements or other complex assemblies, such as force redirection through slides.

Bei Aufbringen der ersten Kraft kann die elastische Verformung in der zweiten Richtung eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers in der zweiten Richtung umfassen. Die Querverformung des Niederhalters kann somit je nach Gestaltung entweder eine Querkontraktion oder eine Querexpansion in einer vorbestimmten Richtung sein.When the first force is applied, the elastic deformation in the second direction may include a unidirectional contraction or expansion of the hold-down body in the second direction. The transverse deformation of the hold-down device can therefore be either a transverse contraction or a transverse expansion in a predetermined direction, depending on the design.

Die zweite Kraft kann eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks sein. Die Richtung der Schubkraft auf die Werkstückoberfläche hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Werkstückebene bewirken.The second force may be a thrust force on a surface of the workpiece. The direction of the thrust force on the workpiece surface depends on the design of the hold-down device and can cause either tensile stresses or compressive stresses in the workpiece plane.

Der Niederhalterkörper kann zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks ausgebildet sein. Diese Spannungsüberlagerung in der Scherzone wird zur Beeinflussung des Schneidprozesses in Bezug auf Schnittflächenqualität oder Kraftbedarf / Verschleiß verwendet.The hold-down body can be designed to effect a stress superposition in a shear zone of the workpiece. This stress superposition in the shear zone is used to influence the cutting process in terms of cut surface quality or force requirement/wear.

Die zweite Kraftrichtung kann zu einer Scherzone des Werkstücks hin oder von einer Scherzone des Werkstücks weg orientiert sein. Entsprechend lassen sich Zug- oder Druckkräfte induzieren.The second direction of force can be oriented toward a shear zone of the workpiece or away from a shear zone of the workpiece. Tensile or compressive forces can be induced accordingly.

Die Anlagefläche kann an dem Niederhalterkörper angeordnet sein. Damit wird der Niederhalter kompakt realisiert.The contact surface can be arranged on the hold-down body. This means that the hold-down device is made compact.

Der Niederhalterkörper kann im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet sein. Damit werden besonders gut elastisch verformbare Formen und gerichtete Deformationen vorgesehen, da sich die Querkontraktion üblicherweise meist symmetrisch ausbildet.The hold-down body can essentially be designed, at least in sections, in a Z-shaped, inverse Z-shaped, bellows-shaped or helical-turn-shaped manner. This provides particularly elastically deformable shapes and directed deformations, since the transverse contraction usually develops symmetrically.

Der Niederhalterkörper kann zum Anordnen angrenzend an einen Schneidstempel des Schneidwerkzeugs ausgebildet sein. Damit lässt sich der Niederhalter besonders nah an der Scherzone anordnen, um dort die gezielte Beeinflussung des Schneidprozesses vornehmen zu können.The hold-down body can be designed to be arranged adjacent to a cutting punch of the cutting tool. This means that the hold-down device can be arranged particularly close to the shear zone in order to be able to specifically influence the cutting process there.

Der Niederhalter kann weiterhin mindestens eine Aufbringungsfläche umfassen. Die Aufbringungsfläche kann zum Verbinden mit einem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt eine vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen, um diesen elastisch zu verformen. Diese vorbestimmte Kraft überträgt der Niederhalter dann in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander orientierten Komponenten auf das Werkstück.The hold-down device can further comprise at least one application surface. The application surface can be designed to connect to an active element of the hold-down holder for applying the first force. This allows a predetermined force to be specifically applied to the hold-down device in order to deform it elastically. The hold-down device then transmits this predetermined force to the workpiece in two components that are essentially oriented perpendicular to one another.

Die Aufbringungsfläche kann an dem Niederhalterkörper angeordnet sein. Damit wird der Niederhalter kompakt realisiert.The application surface can be arranged on the hold-down body. This means that the hold-down device is made compact.

Die Anlagefläche kann an einem ersten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet sein. Die Aufbringungsfläche kann an einem zweiten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet sein Das zweite Ende kann dem ersten Ende gegenüberliegen. Damit wird eine besonders gute Übertragung der auf den Niederhalter aufgebrachten Kraft auf das Werkstück ermöglicht.The contact surface can be arranged at a first end of the hold-down body. The application surface can be arranged at a second end of the hold-down body. The second end can be opposite the first end. This enables a particularly good transfer of the force applied to the hold-down device to the workpiece.

Das erste Ende und das zweite Ende können mittels eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden sein. Der Verbindungsabschnitt kann an einem an das zweite Ende angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende angrenzenden Ende sein. Damit wird ein besonders gutes Design für die Spannungsüberlagerung vorgesehen.The first end and the second end may be connected to each other by means of a connecting portion. The connecting section may be wider at an end adjacent to the second end than at an end adjacent to the first end. This provides a particularly good design for voltage superposition.

Das Wirkelement kann einen Niederhalterstempel umfassen oder als Niederhalterstempel ausgebildet sein. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.The active element can include a hold-down stamp or be designed as a hold-down stamp. This makes it particularly easy to apply the predetermined force to the hold-down device.

Der Niederhalterkörper kann eine Höhe und eine Breite aufweisen, wobei die Höhe und die Breite im Wesentlichen identisch sein können. Damit wird ein besonders gutes Design für die Spannungsüberlagerung vorgesehen. Es wird jedoch explizit betont, dass in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung auch ein abweichendes Design für den Niederhalterkörper möglich ist, bei dem die Höhe größer als die Breite oder die Breite größer als die Höhe ist.The hold-down body can have a height and a width, wherein the height and the width can be essentially identical. This provides a particularly good design for voltage superposition. However, it is explicitly emphasized that, depending on the respective application, a different design for the hold-down body is also possible, in which the height is greater than the width or the width is greater than the height.

Der Niederhalter kann eine gerade, gekrümmte oder teilkreisförmige Außenkontur aufweisen. Die Außenkontur kann somit der Schnittlinie angepasst sein.The hold-down device can have a straight, curved or part-circular outer contour. The outer contour can therefore be adapted to the cutting line.

Der Niederhalter kann zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt sein, insbesondere 1.2379 oder 1.1730 gemäß DIN EN 10027 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung. Damit wird ein Werkstoff mit elastischen Eigenschaften verwendet, welcher ausreichende Festigkeiten (statisch / Streckgrenze und dynamisch /Dauerfestigkeit) besitzt.The hold-down device can be made at least partially and preferably completely from tool steel, in particular 1.2379 or 1.1730 according to DIN EN 10027 valid in the version on the date of filing of the present patent application. This means that a material with elastic properties is used, which has sufficient strength (static/yield strength and dynamic/fatigue strength).

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, vorgeschlagen. Das Schneidwerkzeug umfasst einen Schneidstempel, eine Matrize, eine Niederhalteraufnahme und mindestens einen Niederhalter nach einer der vorstehend beschriebenen oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Der Niederhalterkörper des Niederhalters ist in oder an der Niederhalteraufnahme angeordnet.In a further aspect of the present invention, a cutting tool for shear cutting a workpiece, in particular a sheet of metal, is proposed. The cutting tool comprises a cutting punch, a die, a hold-down holder and at least one hold-down device according to one of the embodiments described above or described below. The hold-down body of the hold-down device is arranged in or on the hold-down holder.

Die erste Kraft bewirkt dabei die Fixierung des Werkstücks für den Schneidvorgang in der Ebene und das Verhindern eines Abhebens des Werkstücks. Beim Rückhub des Schneidstempels unterbindet der Niederhalter ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene oder gelochte Blech vom Schneidstempel ab. Der querelastische Niederhalter ermöglicht zusätzlich im Vergleich zu herkömmlichen Niederhaltern die gezielte Einflussnahme auf den Spannungszustand während des Schneidvorgangs in der Scherzone. Über eine Niederhalteraufnahme wird der Niederhalter durch eine erste, wie beispielsweise vertikale, Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück zwischen Schneidstempel und Matrize. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der ersten Kraft auch zu einer zweiten, wie beispielsweise horizontalen, Querverformung des Niederhalters. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters zum einen Druckkräfte in der Scherzone überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil und reduzierten Kanteneinzügen beim Scherschneiden führen. Zum anderen kann in umgekehrter Ausrichtung eine Zugkraft in der Scherzone induziert werden und so zu einer deutlichen Reduktion der benötigten Schneidkraft führen. Um auf den Schneidprozess Einfluss zu nehmen gibt es nur beim Feinschneiden eine Ringzacke, welche sich in das Blech einprägt und ausschließlich Druckspannungen in der Scherzone bewirkt. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt dabei in der topologieoptimierten Niederhaltergeometrie, welche durch eine vertikale Krafteinleitung eine senkrechte Querverformung in horizontaler Richtung erfährt. Insgesamt unterscheidet sich dieser neuartige Ansatz dadurch, dass in Abhängigkeit der Geometrie und der Niederhalterkraft der Spannungszustand an den Schneidprozess und die jeweilige Optimierungsgröße angepasst werden kann. Dazu sind weder prägende und oberflächenzerstörende Formelemente oder weitere, komplexe Baugruppen, wie beispielsweise Kraftumlenkung durch Schieber, notwendig.The first force fixes the workpiece in the plane for the cutting process and prevents the workpiece from lifting off. During the return stroke of the cutting punch, the hold-down device prevents the workpiece from being lifted or strips the cut or perforated sheet metal from the cutting punch. In comparison to conventional hold-down devices, the transversely elastic hold-down device also enables targeted influence on the state of stress during the cutting process in the shear zone. The hold-down device is subjected to a first, such as vertical, force via a hold-down holder and thereby fixes the workpiece between the cutting punch and the die before, during and after the cutting process. Due to its geometric design, the uniaxial application of force leads, in addition to the first force, to a second, such as horizontal, transverse deformation of the hold-down device. An additional horizontal thrust force is thus transmitted to the workpiece via the frictional contact surface with the workpiece. Depending on the orientation of the transversely elastic hold-down device, this means that compressive forces can be superimposed in the shear zone, which lead to a later onset of the breaking process and thus to a higher proportion of smooth cuts and reduced edge indentations during shear cutting. On the other hand, in the opposite orientation, a tensile force can be induced in the shear zone and thus lead to a significant reduction in the required cutting force. In order to influence the cutting process, there is only a ring serration in fine cutting, which is impressed into the sheet metal and only causes compressive stresses in the shear zone. A basic idea of the present invention lies in the topology-optimized hold-down geometry, which experiences a vertical transverse deformation in the horizontal direction through a vertical introduction of force. Overall, this novel approach differs in that the stress state can be adapted to the cutting process and the respective optimization size depending on the geometry and the hold-down force. This does not require any formative or surface-destroying form elements or other complex assemblies, such as force redirection through slides.

Die Reibkontaktfläche des Niederhalterkörpers bzw. die Anlagefläche kann eine erhöhte Oberflächenrauheit aufweisen. Dadurch können Schubkräfte besser auf die Blechoberfläche reibungskontrolliert übertragen werden. Oberflächen mit erhöhter Rauheit oder speziell strukturierte Oberflächen erhöhen die Haftreibung, wohingegen eine geschliffene oder polierte Anlagefläche des Niederhalters den Effekt der Spannungsüberlagerung in der Scherzone deutlich reduzieren würden.The friction contact surface of the hold-down body or the contact surface can have an increased surface roughness. This means that shear forces can be better transferred to the sheet surface in a friction-controlled manner. Surfaces with increased roughness or specially structured surfaces increase the static friction, whereas a ground or polished contact surface of the hold-down device would significantly reduce the effect of stress overlay in the shear zone.

Der Niederhalter kann an den Schneidstempel angrenzend angeordnet sein. Damit lässt sich der Niederhalter besonders nah an der Scherzone anordnen, um dort die gezielte Beeinflussung des Schneidprozesses vornehmen zu können.The hold-down device can be arranged adjacent to the cutting punch. This means that the hold-down device can be arranged particularly close to the shear zone in order to be able to specifically influence the cutting process there.

Der Niederhalterkörper kann eine Innenform aufweisen die einer Außenform des Schneidstempels angepasst ist. Damit lässt sich der Niederhalter der Form des Schneidstempels anpassen und besonders nah am Schneidstempel anordnen.The hold-down body can have an internal shape that is adapted to an external shape of the cutting punch. This allows the hold-down device to be adapted to the shape of the cutting punch and positioned particularly close to the cutting punch.

Die Niederhalteraufnahme kann ein Wirkelement aufweisen. Der Niederhalter kann eine Aufbringungsfläche aufweisen. Die Aufbringungsfläche kann mit dem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft verbunden sein. Damit lässt sich gezielt eine vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen, um diesen elastisch zu verformen. Diese vorbestimmte Kraft überträgt der Niederhalter dann in zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander orientierten Komponenten auf das Werkstück.The hold-down holder can have an active element. The hold-down device can have an application surface. The application surface can be connected to the active element of the hold-down holder for applying the first force. This allows a predetermined force to be specifically applied to the hold-down device in order to deform it elastically. The hold-down device then transmits this predetermined force to the workpiece in two components that are essentially oriented perpendicular to one another.

Das Wirkelement kann einen Niederhalterstempel umfassen. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.The active element can include a hold-down stamp. This makes it particularly easy to apply the predetermined force to the hold-down device.

Die Niederhalteraufnahme kann mindestens ein Federelement aufweisen. Mittels des Federelements kann die erste Kraft auf den Niederhalterkörper übertragbar sein. Damit lässt sich besonders gut die vorbestimmte Kraft auf den Niederhalter aufbringen.The hold-down holder can have at least one spring element. The first force can be transferred to the hold-down body by means of the spring element. This makes it particularly easy to apply the predetermined force to the hold-down device.

Der Niederhalter kann auf einer Oberseite des Werkstücks anordenbar sein. Der Niederhalter kann zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Alternativ kann der Niederhalter zum Bewirken einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt die Qualität des Schneidprozesses beeinflussen.The hold-down device can be arranged on a top side of the workpiece. The hold-down device can be designed to cause an overlay of tensile stress. Alternatively, the hold-down device can be designed to cause an overlay of compressive stress. This allows the quality of the cutting process to be specifically influenced.

Alternativ kann der Niederhalter auf einer Unterseite des Werkstücks anordenbar sein. Der Niederhalter kann zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Alternativ kann der Niederhalter zum Bewirken einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Damit lässt sich gezielt die Qualität des Schneidprozesses beeinflussen.Alternatively, the hold-down device can be arranged on an underside of the workpiece. The hold-down device can be designed to cause an overlay of tensile stress. Alternatively, the hold-down device can be designed to cause an overlay of compressive stress. This allows the quality of the cutting process to be specifically influenced.

Das Schneidwerkzeug kann mindestens zwei Niederhalter umfassen. Mit anderen Worten kann das Schneidwerkzeug mehrere Niederhalter aufweisen. Diese können beispielsweise als Niederhaltersegmente gestaltet sein, um einen gesamten Niederhalter zu bilden. Die zweite Kraft kann eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks sein. Die Richtung der Schubkraft auf die Werkstückoberfläche hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Werkstückebene bewirken.The cutting tool can include at least two hold-down devices. In other words, the cutting tool can have several hold-down devices. These can, for example, be designed as hold-down segments to form an entire hold-down device. The second force may be a thrust force on a surface of the workpiece. The direction of the thrust force on the workpiece surface depends on the design of the hold-down device and can cause either tensile stresses or compressive stresses in the workpiece plane.

Die Niederhalter können eingerichtet sein, auf identischen Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden. Mit anderen Worten können die Niederhalter eingerichtet sein, auf einer einzigen Seite des Werkstücks angeordnet werden, wie beispielsweise auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.The hold-down devices can be set up to be arranged on identical sides of the workpiece. In other words, the hold-down devices can be arranged on a single side of the workpiece, such as on a top or a bottom of the workpiece. By arranging an element with a horizontal tension or compression direction, another element can be integrated into the cutting die on the underside of the sheet in order to increase the lateral force effect.

Die Niederhalter können eingerichtet sein, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.The hold-down devices can be arranged to be arranged on opposite sides of the workpiece. By arranging an element with a horizontal tension or compression direction, another element can be integrated into the cutting die on the underside of the sheet in order to increase the lateral force effect.

Die zweite Kraft der Niederhalter auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks kann gleichsinnig oder gegensinnig sein. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.The second force of the hold-down devices on the opposite sides of the workpiece can be in the same direction or in opposite directions. By arranging an element with a horizontal tension or compression direction, another element can be integrated into the cutting die on the underside of the sheet in order to increase the lateral force effect.

Die Niederhalter können zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sein. Dabei kann über die Anordnung von einem Element mit horizontaler Zug- oder Druckrichtung ein weiteres Element auf der Blechunterseite in die Schneidmatrize integriert werden, um die laterale Kraftwirkung zu verstärken.The hold-down devices can be designed to effect a tensile stress superimposition, a compressive stress superimposition or a shear stress superimposition. By arranging an element with a horizontal tension or compression direction, another element can be integrated into the cutting die on the underside of the sheet in order to increase the lateral force effect.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Schneidwerkzeugs gemäß einer der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst Anordnen eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs auf der Matrize, Anordnen des Niederhalters an oder in der Niederhalteraufnahme, Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung mittels der Anlagefläche des Niederhalters, wobei der Niederhalterkörper derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufgebracht wird, wobei die zweite Kraftrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung ist, Bewegen des Schneidstempels zum Scherschneiden des Werkstücks.In a further aspect of the present invention, a method for operating a cutting tool according to one of the embodiments described above or below is proposed. The method includes arranging a workpiece, in particular a sheet metal, on the die, arranging the hold-down device on or in the hold-down holder, applying a first force to the workpiece in a first force direction by means of the contact surface of the hold-down device, wherein the hold-down device body is elastically deformable in such a way that Applying the first force by means of the contact surface, a second force is applied to the workpiece in a second direction of force, the second direction of force being substantially perpendicular to the first direction of force, moving the cutting punch for shear cutting of the workpiece.

Das Bewegen des Schneidstempels kann motorisch oder motorisch unterstützt erfolgen.The cutting punch can be moved by motor or with motor support.

Das Verfahren kann weiterhin Lösen der ersten Kraft nach Beenden des Scherschneidens umfassen.The method may further include releasing the first force after completing the shear cutting.

Das Verfahren kann weiterhin Auswerfen eines durch das Scherschneiden des Werkstücks hergestellten Schnittteils umfassen.The method may further include ejecting a blank produced by shear cutting the workpiece.

Der Begriff „Schneidwerkzeug“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die das teilweise oder vollständige Trennen eines Werkstücks, Körpers oder Systems in zwei oder mehrere Teile erlaubt. Besonderes Merkmal einer solchen Vorrichtung ist, dass sie den Werkstoff mechanisch ohne Spanbildung bearbeitet. Ein solches Schneidwerkzeug umfasst eine Matrize, auf der das zu schneidende Werkstück angeordnet wird, und einen Schneidstempel, der den Schneidvorgang durchführt.The term "cutting tool" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term may, without limitation, refer in particular to a device that allows the partial or complete separation of a workpiece, body or system allowed in two or more parts. A special feature of such a device is that it processes the material mechanically without forming chips. Such a cutting tool includes a die on which the workpiece to be cut is placed and a cutting punch that carries out the cutting process.

Der Begriff „Scherschneiden“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf das Zerteilen eines Werkstoffes durch zwei sich aneinander vorbeibewegende Schneiden beziehen. Scherschneidverfahren sind in der DIN 8588 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung näher beschrieben. Der Werkstoff wird dabei durch Scherkräfte abgeschert. In der Blechbearbeitung gehört dieses Trennverfahren zu den am häufigsten angewendeten Fertigungsverfahren. Werkzeuge für dieses Trennverfahren sind die Schere (Haushalts-Schere, Tafelschere, Blechschere, Kabelschere) sowie u. a. Stanzpresse, Rettungsschere oder Nibbler.The term "shear cutting" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to the cutting of a material by two cutting edges moving past each other. Shear cutting processes are described in more detail in DIN 8588 in the version valid on the day the present patent application was filed. The material is sheared off by shear forces. This cutting process is one of the most frequently used manufacturing processes in sheet metal processing. Tools for this cutting process are scissors (household scissors, guillotine scissors, tin snips, cable scissors) as well as, among others. Punch press, rescue scissors or nibbler.

Der Begriff „Scherzone“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. The term "shear zone" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art.

Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf den Bereich eines Schneidwerkzeugs beziehen, in dem das Schneiden eines Werkstücks stattfindet und an dem der Schneidstempel das Werkstück in das Schnittteil und den Butzen teilt.The term is not limited to a special or adapted meaning. The term may, without limitation, refer in particular to the area of a cutting tool in which cutting of a workpiece takes place and where the cutting punch divides the workpiece into the cut part and the slug.

Der Begriff „Niederhalter“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil beziehen, das zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks ausgebildet ist. Beim Rückhub des Schneidstempels unterbindet der Niederhalter ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene bzw. gelochte Werkstück vom Schneidstempel ab.The term “hold-down” as used herein is a broad term that should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a component that is designed to fix the workpiece, such as a sheet of metal, in the plane during the cutting process and to prevent the workpiece from lifting off. During the return stroke of the cutting punch, the hold-down device prevents the workpiece from being lifted or strips the cut or perforated workpiece from the cutting punch.

Der Begriff „Niederhalteraufnahme“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil beziehen, an oder in dem ein Niederhalter angeordnet werden kann und das mittels seiner Bauteiles oder Bestandteile zum Aufbringen einer vorbestimmten Kraft auf den Niederhalter ausgebildet ist, damit dieser die zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks erforderliche Kraft übertragen kann.The term "hold-down" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a component on or in which a hold-down device can be arranged and which is designed by means of its component or components to apply a predetermined force to the hold-down device so that it can fix the workpiece, such as for example a sheet of metal, can transmit the force required during the cutting process in the plane and to prevent the workpiece from lifting off.

Der Begriff „Niederhalterstempel“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauteil der Niederhalteraufnahme beziehen, das zum Aufbringen einer vorbestimmten Kraft auf den Niederhalter ausgebildet ist, damit dieser die zur Fixierung des Werkstücks, wie beispielsweise eines Blechs, während des Schneidvorgangs in der Ebene und zum Verhindern eines Abhebens des Werkstücks erforderliche Kraft übertragen kann.The term "hold-down punch" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a component of the hold-down holder, which is designed to apply a predetermined force to the hold-down device so that it can fix the workpiece, such as a sheet of metal, in the plane during the cutting process and to prevent can transmit the force required to lift the workpiece.

Der Begriff „Schubkraft“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Kraft beziehen, die quantitativ durch das zweite und dritte Newtonsche Gesetz beschrieben wird. Wenn ein System Masse in eine Richtung ausstößt oder beschleunigt, übt die beschleunigte Masse eine Kraft gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung auf das System aus.The term "thrust force" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term may, without limitation, refer in particular to a force that is quantitatively described by Newton's second and third laws. When a system expels or accelerates mass in one direction, the accelerated mass exerts a force of equal magnitude but opposite direction on the system.

Der Begriff „Spannung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine mechanische Spannung beziehen, Die mechanischen Spannungen σ und τ sind ein Maß für die innere Beanspruchung eines Körpers infolge dessen Belastung von außen. Da innerhalb der Mechanik keine Verwechslungsgefahr mit der elektrischen Spannung besteht, wird sie kurz als Spannung bezeichnet. Die mechanische Normal-Spannung σ auf einer gedachten Schnittfläche A durch einen Körper ist die auf sie bezogene senkrecht auf sie wirkende Komponente Fn einer äußeren Kraft F: σ = lim Δ A 0 Δ F n Δ A

Figure DE102022205021A1_0001
The term "stress" as used herein is a broad term which should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a mechanical stress. The mechanical stresses σ and τ are a measure of the internal stress on a body as a result of its external load. Since there is no risk of confusion with electrical voltage within mechanics, it is referred to as voltage for short. The normal mechanical stress σ on an imaginary sectional surface A through a body is the component F n of an external force F acting perpendicularly to it: σ = lim Δ A 0 Δ F n Δ A
Figure DE102022205021A1_0001

Die Diagonalelemente σxx, σyy, σzz in der Spannungsmatrix stellen die Normalspannungen dar, also die Spannungen, die senkrecht zur Koordinatenfläche wirken. Anders gesagt: Normalen- und Wirkrichtung stimmen überein. Normalspannungen werden je nach Vorzeichen Zugspannung (positives Vorzeichen) oder Druckspannung (negatives Vorzeichen) genannt. Druckspannung wird gelegentlich auch als Flächenpressung bezeichnet. Im Gegensatz zur Druckspannung ist Druck ausschließlich isotrop. Das heißt, Druck ist kein Vektor, sondern der negative hydrostatische Anteil des Spannungstensors. Er wirkt in allen Richtungen zugleich und ist daher der negative Mittelwert der Normalspannungen in den drei Raumrichtungen (p = - (σxx + σyy + σzz) / 3). Er ist bei hydrostatischem Druck positiv und bei hydrostatischem Zug negativ. Die nichtdiagonalen Elemente τij werden als Schub- oder Scherspannungen bezeichnet. Sie wirken tangential zur Fläche, stellen also eine Scherbelastung dar.The diagonal elements σ xx , σ yy , σ zz in the stress matrix represent the normal stresses, i.e. the stresses that act perpendicular to the coordinate surface. In other words: the normal and effective directions match. Depending on the sign, normal stresses are called tensile stress (positive sign) or compressive stress (negative sign). Compressive stress is sometimes also referred to as surface pressure. In contrast to compressive stress, pressure is exclusively isotropic. This means that pressure is not a vector, but the negative hydrostatic part of the stress tensor. It acts in all directions at the same time and is therefore the negative mean of the normal stresses in the three spatial directions (p = - (σ xx + σ yy + σ zz ) / 3). It is positive for hydrostatic pressure and negative for hydrostatic tension. The off-diagonal elements τ ij are called shear or shear stresses. They act tangentially to the surface, i.e. they represent a shear load.

Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Orientierung beziehen, die um nicht mehr als 15°, bevorzugt nicht mehr als 10° und noch bevorzugter nicht mehr als 5° von einer exakt senkrechtrechten Orientierung abweicht.The term "substantially perpendicular" as used herein is a broad term that should be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to an orientation that deviates from an exactly perpendicular orientation by no more than 15°, preferably no more than 10° and even more preferably no more than 5°.

Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program is proposed which, when executed on a computer or computer network, carries out the method according to the invention in one of its embodiments.

Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.Furthermore, within the scope of the present invention, a computer program with program code means is proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network. In particular, the program code means can be stored on a computer-readable data carrier and/or a computer-readable storage medium.

Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.The terms “computer-readable data carrier” and “computer-readable storage medium” as used herein can refer in particular to non-transitory data storage, for example a hardware data storage medium on which computer-executable instructions are stored. The computer-readable data carrier or the computer-readable storage medium can in particular be or include a storage medium such as a random access memory (RAM) and/or a read-only memory (ROM).

Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.In addition, within the scope of the present invention, a data carrier is proposed on which a data structure is stored, which, after loading into a main memory and/or main memory of a computer or computer network, can carry out the method according to the invention in one of its embodiments.

Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein nicht-transientes computerlesbares Medium vorgeschlagen, umfassend Instruktionen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren dazu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen.Furthermore, within the scope of the present invention, a non-transient computer-readable medium is proposed, comprising instructions which, when executed by one or more processors, cause the one or more processors to carry out the method according to the invention in one of its embodiments.

Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.In the context of the present invention, a computer program product with program code means stored on a machine-readable carrier is also proposed in order to carry out the method according to the invention in one of its embodiments when the program is executed on a computer or computer network.

Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Daten-übertragungsnetz verteilt werden.A computer program product is understood to mean the program as a tradable product. In principle, it can be in any form, for example on paper or a computer-readable data carrier, and can in particular be distributed via a data transmission network.

Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.Finally, within the scope of the present invention, a modulated data signal is proposed which contains instructions that can be executed by a computer system or computer network for carrying out a method according to one of the described embodiments.

Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.With regard to the computer-implemented aspects of the invention, one, several or even all method steps of the method according to one or more of the embodiments proposed here can be carried out using a computer or computer network. Thus, in general, any of the method steps, including providing and/or manipulating data, may be performed using a computer or computer network. In general, these steps may include any of the method steps except those steps that require manual work, such as preparing taking samples and/or certain aspects of making actual measurements.

Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:

  • Ausführungsform 1: Niederhalter für ein Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, umfassend mindestens eine Anlagefläche zum Anliegen an einem Werkstück, wobei die Anlagefläche zum Aufbringen einer ersten Kraft auf das Werkstück in einer ersten Kraftrichtung 122 ausgebildet ist, einen Niederhalterkörper, wobei der Niederhalterkörper zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft mittels der Anlagefläche eine zweite Kraft in das Werkstück in einer zweiten Kraftrichtung aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung ist.
  • Ausführungsform 2: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Niederhalterkörper bei Aufbringen der ersten Kraft in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung elastisch verformbar ist.
  • Ausführungsform 3: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei bei Aufbringen der ersten Kraft die elastische Verformung in der zweiten Richtung eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers in der zweiten Richtung umfasst.
  • Ausführungsform 4: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Kraft eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks ist.
  • Ausführungsform 5: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper ausgebildet ist zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks.
  • Ausführungsform 6: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die zweite Kraftrichtung zu einer Scherzone des Werkstücks hin oder von einer Scherzone des Werkstücks weg orientiert ist.
  • Ausführungsform 7: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Anlagefläche an dem Niederhalterkörper angeordnet ist.
  • Ausführungsform 8: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 9: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper zum Anordnen angrenzend an einen Schneidstempel des Schneidwerkzeugs ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 10: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend mindestens eine Aufbringungsfläche, wobei die Aufbringungsfläche zum Verbinden mit einem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 11: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Aufbringungsfläche an dem Niederhalterkörper angeordnet ist.
  • Ausführungsform 12: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Anlagefläche an einem ersten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet ist, wobei die Aufbringungsfläche an einem zweiten Ende des Niederhalterkörpers angeordnet ist, wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt.
  • Ausführungsform 13: Niederhalter nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das erste Ende und das zweite Ende mittels mindestens eines Verbindungsabschnitts miteinander verbunden sind, wobei der Verbindungsabschnitt an einem an das zweite Ende angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende angrenzenden Ende ist.
  • Ausführungsform 14: Niederhalter nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wirkelement einen Niederhalterstempel umfasst.
  • Ausführungsform 15: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper eine Höhe und eine Breite aufweist, wobei die Höhe und die Breite im Wesentlichen identisch sind.
  • Ausführungsform 16: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter eine gerade, gekrümmte oder teilkreisförmige Außenkontur aufweist.
  • Ausführungsform 17: Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt ist, insbesondere 1.2379 oder 1.1730.
  • Ausführungsform 18: Schneidwerkzeug zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere eines Blechs, umfassend einen Schneidstempel, eine Matrize, eine Niederhalteraufnahme und mindestens einen Niederhalter nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper des Niederhalters in oder an der Niederhalteraufnahme angeordnet ist.
  • Ausführungsform 19: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei der Niederhalter an den Schneidstempel angrenzend angeordnet ist.
  • Ausführungsform 20: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalterkörper eine Innenform aufweist, die einer Außenform des Schneidstempels angepasst ist.
  • Ausführungsform 21: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei die Niederhalteraufnahem ein Wirkelement aufweist, wobei der Niederhalter eine Aufbringungsfläche aufweist, wobei die Aufbringungsfläche mit dem Wirkelement der Niederhalteraufnahme zum Aufbringen der ersten Kraft verbunden ist.
  • Ausführungsform 22: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei das Wirkelement einen Niederhalterstempel umfasst.
  • Ausführungsform 23: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei die Niederhalteraufnahme mindestens ein Federelement aufweist, wobei mittels des Federelements die erste Kraft auf den Niederhalterkörper übertragbar ist.
  • Ausführungsform 24: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, wobei der Niederhalter auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks anordenbar ist, wobei der Niederhalter zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung oder einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 25: Schneidwerkzeug nach einer der ein Schneidwerkzeug betreffenden Ausführungsformen, umfassend mindestens zwei Niederhalter, wobei die zweite Kraft eine Schubkraft auf eine Oberfläche des Werkstücks ist.
  • Ausführungsform 26: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Niederhalter eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks angeordnet zu werden.
  • Ausführungsform 27: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die zweite Kraft der Niederhalter auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks gleichsinnig oder gegensinnig ist.
  • Ausführungsform 28: Schneidwerkzeug nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Niederhalter zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sind.
In summary, the following embodiments are proposed, without limiting further possible configurations:
  • Embodiment 1: Hold-down device for a cutting tool for shear-cutting a workpiece, in particular a sheet of metal, comprising at least one contact surface for resting on a workpiece, the contact surface being designed to apply a first force to the workpiece in a first force direction 122, a hold-down body, wherein the Hold-down body is designed for placement in or on a hold-down holder of the cutting tool, wherein the hold-down body is elastically deformable in such a way that when the first force is applied by means of the contact surface, a second force can be applied to the workpiece in a second direction of force, the second direction of force being essentially vertical to the first direction of force.
  • Embodiment 2: Hold-down device according to the previous embodiment, wherein the hold-down device body is elastically deformable in a first direction parallel to the first direction of force and in a second direction parallel to the second direction of force when the first force is applied.
  • Embodiment 3: Hold-down device according to the previous embodiment, wherein when the first force is applied, the elastic deformation in the second direction comprises a unidirectional contraction or expansion of the hold-down body in the second direction.
  • Embodiment 4: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the second force is a thrust force on a surface of the workpiece.
  • Embodiment 5: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device body is designed to effect a stress superimposition in a shear zone of the workpiece.
  • Embodiment 6: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the second direction of force is oriented towards a shear zone of the workpiece or away from a shear zone of the workpiece.
  • Embodiment 7: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the contact surface is arranged on the hold-down device body.
  • Embodiment 8: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device body is essentially Z-shaped, inverse Z-shaped, bellows-shaped or helical-turn-shaped, at least in sections.
  • Embodiment 9: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device body is designed to be arranged adjacent to a cutting punch of the cutting tool.
  • Embodiment 10: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, further comprising at least one application surface, wherein the application surface is designed to be connected to an active element of the hold-down holder for applying the first force.
  • Embodiment 11: Hold-down device according to the previous embodiment, wherein the application surface is arranged on the hold-down device body.
  • Embodiment 12: Hold-down device according to the previous embodiment, wherein the contact surface is arranged at a first end of the hold-down body, wherein the application surface is arranged at a second end of the hold-down body, the second end being opposite the first end.
  • Embodiment 13: Hold-down device according to the previous embodiment, wherein the first end and the second end are connected to one another by means of at least one connecting section, the connecting section being wider at an end adjacent to the second end than at an end adjacent to the first end.
  • Embodiment 14: Hold-down device according to one of the three preceding claims, wherein the active element comprises a hold-down stamp.
  • Embodiment 15: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device body has a height and a width, the height and the width being essentially identical.
  • Embodiment 16: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device has a straight, curved or part-circular outer contour.
  • Embodiment 17: Hold-down device according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down device is at least partially and preferably completely made of tool steel, in particular 1.2379 or 1.1730.
  • Embodiment 18: Cutting tool for shear cutting a workpiece, in particular a sheet metal, comprising a cutting punch, a die, a hold-down holder and at least one hold-down holder according to one of the preceding embodiments, wherein the hold-down body of the hold-down holder is arranged in or on the hold-down holder.
  • Embodiment 19: Cutting tool according to the previous embodiment, wherein the hold-down device is arranged adjacent to the cutting punch.
  • Embodiment 20: Cutting tool according to one of the embodiments relating to a cutting tool, wherein the hold-down body has an inner shape that is adapted to an outer shape of the cutting punch.
  • Embodiment 21: Cutting tool according to one of the embodiments relating to a cutting tool, wherein the hold-down holder has an active element, the hold-down holder having an application surface, the application surface being connected to the active element of the hold-down holder for applying the first force.
  • Embodiment 22: Cutting tool according to the previous embodiment, wherein the active element comprises a hold-down punch.
  • Embodiment 23: Cutting tool according to one of the embodiments relating to a cutting tool, wherein the hold-down holder has at least one spring element, the first force being transferable to the hold-down body by means of the spring element.
  • Embodiment 24: Cutting tool according to one of the embodiments relating to a cutting tool, wherein the hold-down device can be arranged on an upper side or an underside of the workpiece, wherein the hold-down device is designed to effect a tensile stress overlay or a compressive stress overlay.
  • Embodiment 25: Cutting tool according to one of the embodiments relating to a cutting tool, comprising at least two hold-down devices, wherein the second force is a thrust force on a surface of the workpiece.
  • Embodiment 26: Cutting tool according to the previous embodiment, wherein the hold-down devices are arranged to be arranged on opposite sides of the workpiece.
  • Embodiment 27: Cutting tool according to the previous embodiment, wherein the second force of the hold-down devices on the opposite sides of the workpiece is in the same direction or in opposite directions.
  • Embodiment 28: Cutting tool according to the previous embodiment, wherein the hold-down devices are designed to effect a tensile stress superimposition, a compressive stress superimposition or a shear stress superimposition.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen:

  • 1 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2A bis 2E eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zum Betreiben des Schneidwerkzeugs;
  • 3 eine Darstellung zur Erläuterung der Schnittflächencharakterisierung;
  • 4A bis 4C eine Gegenüberstellung der Schnittflächenqualität verschiedener Schneidverfahren;
  • 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Einflusses auf den Schneidprozess durch Spannungsüberlagerung;
  • 6 eine Gegenüberstellung des Kraftbedarfs verschiedener Schneidverfahren;
  • 7 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 13 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further details and features emerge from the following description of exemplary embodiments, in particular in connection with the subclaims. The respective features can be implemented alone or in combination with each other. The invention is not limited to the exemplary embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numbers in the individual figures designate elements that are the same or have the same function or correspond to one another in terms of their functions. Show in detail:
  • 1 a sectional view of a cutting tool according to an embodiment of the present invention;
  • 2A until 2E a schematic representation of a sequence of a method for operating the cutting tool;
  • 3 a representation to explain the cut surface characterization;
  • 4A until 4C a comparison of the cut surface quality of different cutting processes;
  • 5 a representation to explain the influence on the cutting process through stress superimposition;
  • 6 a comparison of the power requirements of different cutting processes;
  • 7 a sectional view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention;
  • 8th a sectional view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention;
  • 9 a sectional view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention;
  • 10 a sectional view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention;
  • 11 a sectional view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention;
  • 12 a top view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention; and
  • 13 a top view of a cutting tool according to another embodiment of the present invention.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schneidwerkzeug ist ausgebildet zum Scherschneiden eines Werkstücks 102. Das Werkstück 102 ist beispielsweise ein Blech 104. Das Schneidwerkzeug 100 umfasst einen Schneidstempel 106. Der Schneidstempel 106 kann beispielsweise zum Stanzen ausgebildet sein. Das Schneidwerkzeug 100 weist weiterhin eine Matrize 108 auf. Das Werkstück 102 wird zum Scherschneiden auf der Matrize 108 angeordnet. Das Schneidwerkzeug 100 weist weiterhin eine Niederhalteraufnahme 110 auf. Die Niederhalteraufnahme 110 weist ein Wirkelement 112 auf. Das Wirkelement 112 umfasst einen Niederhalterstempel 114 oder ist als Niederhalterstempel 114 ausgebildet. Die Niederhalteraufnahme 110 weist mindestens ein Federelement 116 auf. Das Federelement 116 wirkt auf das Wirkelement 112 bzw. den Niederhalterstempel 114 ein und ist zwischen Niederhalteraufnahme 110 und Wirkelement 112 bzw. Niederhalterstempel 114 angeordnet. 1 shows a sectional view of a cutting tool 100 according to an embodiment of the present invention. The cutting tool is designed for shear cutting of a workpiece 102. The workpiece 102 is, for example, a sheet metal 104. The cutting tool 100 comprises a cutting punch 106. The cutting punch 106 can be designed, for example, for punching. The cutting tool 100 also has a die 108. The workpiece 102 is placed on the die 108 for shear cutting. The cutting tool 100 also has a hold-down holder 110. The hold-down holder 110 has an active element 112. The active element 112 includes a hold-down stamp 114 or is designed as a hold-down stamp 114. The hold-down holder 110 has at least one spring element 116. The spring element 116 acts on the active element 112 or the hold-down stamp 114 and is arranged between the hold-down holder 110 and the active element 112 or the hold-down stamp 114.

Das Schneidwerkzeug 100 umfasst weiterhin mindestens einen Niederhalter 118. Der Niederhalter 118 weist eine Anlagefläche 120 zum Anliegen an dem Werkstück 102 auf. Die Anlagefläche 120 ist zum Aufbringen einer ersten Kraft F 1 auf das Werkstück 102 in einer ersten Kraftrichtung 122 ausgebildetThe cutting tool 100 further comprises at least one hold-down device 118. The hold-down device 118 has a contact surface 120 for resting against the workpiece 102. The contact surface 120 is designed to apply a first force F 1 to the workpiece 102 in a first force direction 122

Der Niederhalter 118 weist weiterhin einen Niederhalterkörper 124 auf. Der Niederhalterkörper 124 zum Anordnen in oder an der Niederhalteraufnahme 110 des Schneidwerkzeugs 100 ausgebildet. 1 zeigt dabei den Niederhalterkörper 124 in einem in oder an der Niederhalteraufnahme 110 des Schneidwerkzeugs 100 angeordneten Zustand. Die Anlagefläche 120 ist an dem Niederhalterkörper 124 angeordnet.The hold-down device 118 also has a hold-down device 124. The hold-down body 124 is designed to be arranged in or on the hold-down holder 110 of the cutting tool 100. 1 shows the hold-down body 124 in a state arranged in or on the hold-down holder 110 of the cutting tool 100. The contact surface 120 is arranged on the hold-down body 124.

Der Niederhalter 118 umfasst weiterhin eine Aufbringungsfläche 126. Die Aufbringungsfläche 126 ist zum Verbinden mit dem Wirkelement 112 der Niederhalteraufnahme 110 zum Aufbringen der ersten Kraft F1 ausgebildet. Die Aufbringungsfläche 126 ist an dem Niederhalterkörper 124 angeordnet. Insbesondere ist die Anlagefläche 120 an einem ersten Ende 128 des Niederhalterkörpers 122 angeordnet und die Aufbringungsfläche 126 ist an einem zweiten Ende 130 des Niederhalterkörpers 122 angeordnet. Das zweite Ende 130 liegt dem ersten Ende 128 gegenüber. Das erste Ende 128 und das zweite Ende 130 sind mittels eines Verbindungsabschnitts 132 miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt 132 kann an einem an das zweite Ende 130 angrenzenden Ende breiter als an einem an das erste Ende 128 angrenzenden Ende sein. Der Niederhalterkörper 124 ist bei der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen zumindest abschnittsweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig Z-förmig ausgebildet. Entsprechend sind die Anlagefläche 120 und die Aufbringungsfläche 126 parallel zueinander orientiert. Der Niederhalterkörper 124 ist zum Anordnen angrenzend an den Schneidstempel 106 des Schneidwerkzeugs 100 ausgebildet. Der Niederhalterkörper 124 weist eine Höhe 134 und eine Breite 136 auf. Dabei sind die Höhe 134 und die Breite 136 im Wesentlichen identisch. Es wird jedoch explizit, dass sich diese voneinander unterscheiden können.The hold-down device 118 further comprises an application surface 126. The application surface 126 is designed to be connected to the active element 112 of the hold-down device 110 for applying the first force F1. The application surface 126 is arranged on the hold-down body 124. In particular, the contact surface 120 is arranged at a first end 128 of the hold-down body 122 and the application surface 126 is arranged at a second end 130 of the hold-down body 122. The second end 130 is opposite the first end 128. The first end 128 and the second end 130 are connected to one another by means of a connecting section 132. The connecting section 132 may be wider at an end adjacent to the second end 130 than at an end adjacent to the first end 128. In the embodiment shown, the hold-down body 124 is essentially designed to be Z-shaped, at least in sections and in particular essentially completely. Accordingly, the contact surface 120 and the application surface 126 are oriented parallel to one another. The hold-down body 124 is designed to be disposed adjacent to the cutting punch 106 of the cutting tool 100. The hold-down body 124 has a height 134 and a width 136. The height 134 and the width 136 are essentially identical. However, it is made clear that these can differ from each other.

Der Niederhalter 118 ist zumindest teilweise und bevorzugt vollständig aus Werkzeugstahl hergestellt. Beispielsweise ist der Niederhalter 118 hergestellt aus Stahl 1.2379 oder 1.1730 gemäß DIN EN 10027 gültig in der Fassung am Tag der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung.The hold-down device 118 is at least partially and preferably completely made of tool steel. For example, the hold-down device 118 is made of steel 1.2379 or 1.1730 according to DIN EN 10027 valid in the version on the day the present patent application was filed.

Der Niederhalterkörper 124 ist derart elastisch verformbar, dass bei Aufbringen der ersten Kraft F1 mittels der Anlagefläche 120 eine zweite Kraft F2 in das Werkstück 102 in einer zweiten Kraftrichtung 138 aufbringbar ist. Die zweite Kraftrichtung 138 ist im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung 122. Mittels des Federelements 116 der Niederhalteraufnahme 110 ist die erste Kraft auf den Niederhalterkörper 124 übertragbar.The hold-down body 124 is elastically deformable in such a way that when the first force F1 is applied by means of the contact surface 120, a second force F2 can be applied to the workpiece 102 in a second force direction 138. The second direction of force 138 is essentially perpendicular to the first direction of force 122. The first force can be transferred to the hold-down body 124 by means of the spring element 116 of the hold-down holder 110.

Bei Aufbringen der ersten Kraft F1 ist der Niederhalterkörper 124 in einer ersten Richtung 140 parallel zu der ersten Kraftrichtung 122 und in einer zweiten Richtung 12 parallel zu der zweiten Kraftrichtung 138 elastisch verformbar. Bei Aufbringen der ersten Kraft F1 umfasst die elastische Verformung in der zweiten Richtung 142 je nach Gestaltung des Niederhalterkörpers 124 eine einseitig gerichtete Kontraktion oder Expansion des Niederhalterkörpers 124 in der zweiten Richtung 142. Die zweite Kraft F2 ist eine Schubkraft auf eine Oberfläche 144 des Werkstücks 102. Die Richtung der Schubkraft hängt dabei von der Gestaltung des Niederhalters 118 ab und kann entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Ebene des Werkstücks 102 bewirken. Somit ist der Niederhalterkörper 124 ausgebildet zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone des Werkstücks 102. Die zweite Kraftrichtung 138 ist bei der gezeigten Ausführungsform zu einer Scherzone 146 des Werkstücks 102 hin orientiert. Es versteht sich, dass zur Realisierung geschlossener Schnitte mehr als ein Niederhalter 118 vorgesehen werden muss, die den Schneidstempel 106 in Umfangsrichtung umgeben, um die Querelastizität zu gewährleisten. Eine Innenform der Niederhalterkörper 124 ist in jedem Fall einer Außenform des Schneidstempels 106 angepasst. Aus diesem Grund muss der Niederhalterstempel 114 eine spezielle Aufnahme und Verbindung zu den jeweiligen Niederhaltern 118 aufweisen.When the first force F1 is applied, the hold-down body 124 is elastically deformable in a first direction 140 parallel to the first direction of force 122 and in a second direction 12 parallel to the second direction of force 138. When the first force F1 is applied, the elastic deformation in the second direction 142 includes, depending on the design of the hold-down body 124, a unidirectional contraction or expansion of the hold-down body 124 in the second direction 142. The second force F2 is a thrust force on a surface 144 of the workpiece 102 The direction of the thrust force depends on the design of the hold-down device 118 and can be either tensile stresses or compressive stresses in the plane of the workpiece 102 cause. Thus, the hold-down body 124 is designed to effect a stress superposition in a shear zone of the workpiece 102. The second direction of force 138 is oriented towards a shear zone 146 of the workpiece 102 in the embodiment shown. It is understood that in order to realize closed cuts, more than one hold-down device 118 must be provided, which surround the cutting punch 106 in the circumferential direction in order to ensure transverse elasticity. An internal shape of the hold-down body 124 is in each case adapted to an external shape of the cutting punch 106. For this reason, the hold-down stamp 114 must have a special holder and connection to the respective hold-down devices 118.

Der Niederhalter 118 kann wie folgt modifiziert werden. Der Niederhalterkörper 124 kann grundsätzlich zumindest abschnittsweise invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet sein. Der Niederhalterkörper 124 kann mehr als eine Anlagefläche 120 und/oder Aufbringungsfläche 126 aufweisen. Beispielsweise kann der Niederhalterkörper 124 zwei parallele Anlageflächen 120 und Aufbringungsflächen 126 aufweisen. Die parallelen Anlageflächen 120 und Aufbringungsflächen 126 können dabei über einen oder mehrere Verbindungsabschnitte von beliebiger querelastischer Geometrie miteinander verbunden sein, beispielsweise in Z-Form oder ähnlich eines Faltenbalgs. Die zweite Kraftrichtung 138 kann von einer Scherzone 146 des Werkstücks 102 weg orientiert sein.The hold-down device 118 can be modified as follows. The hold-down body 124 can basically be designed in an inverse Z-shaped, bellows-shaped or helical-turn-shaped manner, at least in sections. The hold-down body 124 can have more than one contact surface 120 and/or application surface 126. For example, the hold-down body 124 can have two parallel contact surfaces 120 and application surfaces 126. The parallel contact surfaces 120 and application surfaces 126 can be connected to one another via one or more connecting sections of any transversely elastic geometry, for example in a Z shape or similar to a bellows. The second direction of force 138 can be oriented away from a shear zone 146 of the workpiece 102.

Ein Verfahren zum Betreiben des Schneidwerkzeugs 100 wird nachstehend ausführlicher beschrieben.A method of operating the cutting tool 100 is described in more detail below.

Die 2A bis 2E zeigen eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Verfahrens zum Betreiben des Schneidwerkzeugs 100. Genauer handelt es sich dabei um ein Verfahren zum Scherschneiden des Werkstücks 102. Wie in 2A gezeigt, wird zunächst das Werkstück 102 auf der Matrize 108 angeordnet. Mittels der Niederhalteraufnahme 110 und dem Niederhalterstempel 114 wird auf den an oder in der Niederhalteraufnahme 110 angeordneten Niederhalter 118 eine vorbestimmte Kraft aufgebracht. Der Niederhalterkörper 124 bringt über die Anlagefläche 120 die erste Kraft Flin der ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 auf. Die erste Kraftrichtung 122 ist dabei senkrecht zur Oberfläche 144 des Werkstücks 102. Die erste Kraft F1 dient zur Fixierung des Werkstücks 102 für den nachfolgenden Schneidvorgang in der Ebene des Werkstücks 102 und dem Verhindern eines Abhebens des Werkstücks 102. Dabei wird der Niederhalterkörper 124 elastisch verformt. Der Schneidstempel 106 wird mit einer vorbestimmten Kraft F auf das Werkstück 102 bewegt bzw. auf dieses aufgesetzt, wie durch eine erste Bewegungsrichtung 148 angedeutet ist.The 2A until 2E show a schematic representation of a sequence of a method for operating the cutting tool 100. More precisely, this is a method for shear cutting the workpiece 102. As in 2A shown, the workpiece 102 is first arranged on the die 108. By means of the hold-down holder 110 and the hold-down stamp 114, a predetermined force is applied to the hold-down device 118 arranged on or in the hold-down holder 110. The hold-down body 124 applies the first force Flin of the first force direction 122 to the workpiece 102 via the contact surface 120. The first force direction 122 is perpendicular to the surface 144 of the workpiece 102. The first force F1 serves to fix the workpiece 102 for the subsequent cutting process in the plane of the workpiece 102 and to prevent the workpiece 102 from lifting off. The hold-down body 124 is elastically deformed . The cutting punch 106 is moved or placed onto the workpiece 102 with a predetermined force F, as indicated by a first direction of movement 148.

Wie in 2B gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einer elastischen und plastischen Verformung des Werkstücks 102. Ohne das Aufbringen der ersten Kraft F1 durch den Niederhalter 118 käme es zu einem Abheben des Werkstücks 102, wie in 2B angedeutet ist. Dieses Abheben wird jedoch durch das Aufbringen der ersten Kraft F 1 auf das Werkstück 102 verhindert. Durch die elastische Verformung des Niederhalterkörpers 124 wird die zweite Kraft F2 in das Werkstück 102 in der zweiten Kraftrichtung 138 aufgebracht. Dabei ist die zweite Kraftrichtung 138 im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung 122. Die zweite Kraft F2 wirkt als Schubkraft auf die Oberfläche 144 des Werkstücks 102, wobei die Richtung dabei von der Gestaltung des Niederhalters 118 abhängt und entweder Zugspannungen oder Druckspannungen in der Ebene des Werkstücks 102 bewirken kann.As in 2 B shown, an elastic and plastic deformation of the workpiece 102 subsequently occurs during a further movement of the cutting punch 106 in the first direction of movement 148. Without the application of the first force F1 by the hold-down device 118, the workpiece 102 would be lifted off, as in 2 B is indicated. However, this lifting is prevented by the application of the first force F 1 to the workpiece 102. Due to the elastic deformation of the hold-down body 124, the second force F2 is applied to the workpiece 102 in the second force direction 138. The second direction of force 138 is essentially perpendicular to the first direction of force 122. The second force F2 acts as a shear force on the surface 144 of the workpiece 102, the direction depending on the design of the hold-down device 118 and either tensile stresses or compressive stresses in the plane of the Workpiece 102 can cause.

Wie in 2C gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einer Scherung und Rissbildung des Werkstücks 102.As in 2C shown, subsequent movement of the cutting punch 106 in the first direction of movement 148 results in shearing and cracking of the workpiece 102.

Wie in 2D gezeigt, kommt es nachfolgend bei einer weiteren Bewegung des Schneidstempels 106 in der ersten Bewegungsrichtung 148 zu einem Durchbrechen des Werkstücks 102.As in 2D shown, the workpiece 102 breaks through when the cutting punch 106 moves further in the first direction of movement 148.

Wie in 2E gezeigt, wird schließlich der Schneidstempel 106 in einer zweiten Bewegungsrichtung 150, die der ersten Bewegungsrichtung 148 entgegengesetzt ist, bewegt, so dass ein durch das Schneiden hergestelltes Schnittteil 152 abgestreift wird. Beim Rückhub des Schneidstempels 106 unterbindet der Niederhalter 118 ein Abheben des Werkstücks bzw. streift das geschnittene oder gelochte Schnittteil 152 vom Schneidstempel 106 ab. Ein anfallender Butzen 154 kann als Abfall verworfen oder anderweitig verwertet werden. Schließlich wird nach dem Abstreifen auch die auf den Niederhalter 118 aufgebrachte vorbestimmte Kraft und somit die erste Kraft F1 gelöst.As in 2E shown, the cutting punch 106 is finally moved in a second direction of movement 150, which is opposite to the first direction of movement 148, so that a cut part 152 produced by cutting is stripped off. During the return stroke of the cutting punch 106, the hold-down device 118 prevents the workpiece from being lifted or strips the cut or perforated cut part 152 from the cutting punch 106. A resulting slug 154 can be discarded as waste or otherwise utilized. Finally, after stripping, the predetermined force applied to the hold-down device 118 and thus the first force F1 is also released.

Zusammenfassend wird über die Niederhalteraufnahme 110 mittels des Federelements 116 der Niederhalter 118 durch eine vertikale Kraft beaufschlagt und fixiert dadurch vor, während und nach dem Schneidvorgang das Werkstück 102 zwischen Schneidstempel 106 und Matrize 108. Aufgrund seiner geometrischen Gestaltung führt die einachsige Kraftbeaufschlagung neben der vertikalen auch zu einer horizontalen Querkontraktion des Niederhalters 118. Über die Reibkontaktfläche zum Werkstück 102 wird somit eine zusätzliche horizontale Schubkraft auf das Werkstück 102 übertragen. Damit können je nach Ausrichtung des querelastischen Niederhalters 118 zum einen Druckkräfte in der Scherzone 146 überlagert werden, welche zu einem späteren Einsetzen des Bruchvorgangs und damit zu einem höheren Glattschnittanteil beim Scherschneiden führen.In summary, the hold-down holder 110 is acted upon by a vertical force via the hold-down holder 110 by means of the spring element 116 and thereby fixes the workpiece 102 between the cutting punch 106 and the die 108 before, during and after the cutting process. Due to its geometric design, the uniaxial force application leads in addition to the vertical force to a horizontal transverse contraction of the hold-down device 118. Via the friction contact surface to the workpiece 102, an additional horizontal thrust force is thus transmitted to the workpiece 102. Depending on the orientation of the transversely elastic hold-down device 118, compressive forces can be superimposed in the shear zone 146, which lead to a later onset of the breaking process and thus to a higher proportion of smooth cuts during shear cutting.

3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Schnittflächencharakterisierung, damit deutlich wird, was unter einem Glattschnittanteil zu verstehen ist. Dargestellt ist ein beispielhaft geschnittenes Werkstückstück 102. Nach dem Schneiden weist das Werkstück 102 an einer Schnittkante 156 eine Gesamthöhe s0 auf. Die Schnittkante 156 lässt sich dabei durch eine Kanteneinzugshöhe hE, eine Glattschnitthöhe hS, eine Bruchflächenhöhe hB, eine Schnittgrathöhe hG, eine Kanteneinzugsbreite bE, eine Schnittgratbreite bG und einen Bruchflächenwinkel β charakterisieren. Ein erhöhter Glattschnittanteil durch den erfindungsgemä-ßen Niederhalter 118 zeichnet sich beispielsweise durch eine höhere Glattschnitthöhe hs als bei herkömmlichen Schneidprozessen aus. 3 shows a representation to explain the cut surface characterization so that it becomes clear what is meant by a smooth cut portion. An example of a cut workpiece 102 is shown. After cutting, the workpiece 102 has a total height s 0 at a cutting edge 156. The cutting edge 156 can be characterized by an edge intake height h E , a smooth cutting height h S , a fracture surface height h B , a cutting burr height h G , an edge intake width b E , a cutting burr width b G and a fracture surface angle β. An increased proportion of smooth cuts due to the hold-down device 118 according to the invention is characterized, for example, by a higher smooth cut height hs than in conventional cutting processes.

Die 4A bis 4C zeigen eine Gegenüberstellung der Schnittflächenqualität verschiedener Schneidverfahren. Dargestellt ist dabei in den 4A bis 4C jeweils eine Schnittkante 156 eines beispielhaften Werkstücks 102 über eine Dicke, die als Werkstückdicke 158 in mm aufgetragen ist. Weiterhin ist dabei in den 4A bis 4C jeweils ein Grat 160, ein Bruch 162, ein Glattschnittanteil 164 und eine Kante 166 gezeigt. Die 4A zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Normalschneiden. Die 4B zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Feinschneiden. Die 4C zeigt dabei die Schnittflächenqualität für das Scherschneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118. Wie zu erkennen ist, ist der Glattschnittanteil 166 beim Feinschneiden deutlich höher als beim Normalschneiden. Allerdings ist das Feinschneiden sehr aufwändig und kostenintensiv. Ein erhöhter Glattschnittanteil lässt sich ebenfalls sehr gut mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118 erzielen, wie in 4C zu erkennen ist.The 4A until 4C show a comparison of the cut surface quality of different cutting processes. It is shown in the 4A until 4C each a cutting edge 156 of an exemplary workpiece 102 over a thickness that is plotted as workpiece thickness 158 in mm. Furthermore, in the 4A until 4C each showing a burr 160, a break 162, a smooth cut portion 164 and an edge 166. The 4A shows the cutting surface quality for normal cutting. The 4B shows the cut surface quality for fine blanking. The 4C shows the cut surface quality for shear cutting with the hold-down device 118 according to the invention. As can be seen, the smooth cut portion 166 is significantly higher in fine cutting than in normal cutting. However, fineblanking is very complex and cost-intensive. An increased proportion of smooth cuts can also be achieved very well with the hold-down device 118 according to the invention, as in 4C can be recognized.

5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Einflusses auf den Schneidprozess durch Spannungsüberlagerung. Dargestellt ist die Spannung σ als X-Achse sowie die Scherspannung τ als Y-Achse. In der Mitte ist durch eine Kurve 168 die Auswirkung beim konventionellen Scherschneiden dargestellt. Auch die Schubfließgrenze 170 und die Schubbruchgrenze 172 ist eingezeichnet. Durch den erfindungsgemäßen Niederhalter 118 lässt sich in Abhängigkeit von der Gestaltung durch die elastische Verformung und das Aufbringen der zweiten Kraft F2 eine Druckspannungsüberlagerung erzielen, die durch eine Kurve 174 dargestellt ist. Dabei kommt es zu einem verlängerten Fließvorgang für einen erhöhten Glattschnittanteil. Alternativ lässt sich durch die elastische Verformung und das Aufbringen der zweiten Kraft F2 eine Zugspannungsüberlagerung erzielen, die durch eine Kurve 176 dargestellt ist. Dabei kommt es zu einem frühzeitigen Bruch für eine reduzierte Schneidkraft. Dies verdeutlicht, wie sich durch den erfindungsgemäßen Niederhalter 118 der Schneidprozess gezielt beeinflussen lässt. 5 shows a representation to explain the influence on the cutting process through stress superimposition. The stress σ is shown as the X-axis and the shear stress τ as the Y-axis. In the middle, a curve 168 shows the effect of conventional shear cutting. The shear yield limit 170 and the shear failure limit 172 are also shown. Depending on the design, the hold-down device 118 according to the invention can be used to achieve a compressive stress superposition through the elastic deformation and the application of the second force F2, which is represented by a curve 174. This results in a prolonged flow process for an increased proportion of smooth cuts. Alternatively, the elastic deformation and the application of the second force F2 can achieve a tensile stress superimposition, which is represented by a curve 176. This results in premature breakage resulting in reduced cutting force. This illustrates how the cutting process can be specifically influenced by the hold-down device 118 according to the invention.

6 zeigt eine Gegenüberstellung des Kraftbedarfs verschiedener Schneidverfahren. Auf der X-Achse 178 ist die Dicke des Werkstücks 102 in mm aufgetragen. Auf der Y-Achse 180 ist die Schneidkraft in N aufgetragen. Die Kurve 182 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Normalschneiden dar. Die Kurve 184 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Feinschneiden dar. Die Kurve 186 stellt den Verlauf der Schneidkraft in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 102 für das Scherschneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter mit einer Druckspannungsüberlagerung dar. Wie zu erkennen ist, reduziert sich die Schneidkraft beim Normalschneiden ab einer Dicke von ungefähr 0,5 mm schlagartig. Dahingegen hat die Schneidkraft beim feinschneiden und beim Schneiden mit dem erfindungsgemäßen Niederhalter 118 einen annähernd ähnlichen Verlauf mit einer allmählichen Reduzierung der Schneidkraft zu einer Dicke von 1 mm hin. 6 shows a comparison of the power requirements of different cutting processes. The thickness of the workpiece 102 is plotted in mm on the X axis 178. The cutting force in N is plotted on the Y axis 180. Curve 182 represents the course of the cutting force as a function of the thickness of the workpiece 102 for normal cutting. Curve 184 represents the course of the cutting force as a function of the thickness of the workpiece 102 for fine cutting. Curve 186 represents the course of the cutting force depending on the thickness of the workpiece 102 for shear cutting with the hold-down device according to the invention with a compressive stress superimposition. As can be seen, the cutting force is suddenly reduced during normal cutting from a thickness of approximately 0.5 mm. In contrast, the cutting force during fine cutting and when cutting with the hold-down device 118 according to the invention has an approximately similar course with a gradual reduction in the cutting force towards a thickness of 1 mm.

7 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 1 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Optional kann das Schneidwerkzeug 100 einen dem Schneidstempel 106 gegenüberliegenden Gegenstempel 188 aufweisen. Es ist ein Niederhalter 118 auf nur einer Seite des Werkstücks 102 angeordnet, die beispielsweise die Oberseite ist. Der Niederhalter 118 ist Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist zu der Scherzone 146 hin orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die Z-förmige Ausbildung zu einer Druckspannungsüberlagerung in der Scherzone 146. 7 a sectional view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 1 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. Optionally, the cutting tool 100 can have a counter punch 188 opposite the cutting punch 106. A hold-down device 118 is arranged on only one side of the workpiece 102, which is, for example, the top side. The hold-down device 118 is designed in a Z shape, so that when the first force F1 is applied in the first direction of force 122, it applies the second force F2 in the second direction of force 138 perpendicular to the first direction of force 122 to the workpiece 102 due to its elastic deformation. The second direction of force 138 is oriented towards the shear zone 146. The second force F2 leads to a compressive stress superimposition in the shear zone 146 due to the Z-shaped design.

8 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 7 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Niederhalter 118 ist invers Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist von der Scherzone 146 weg orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die invers Z-förmige Ausbildung zu einer Zugspannungsüberlagerung in der Scherzone 146. 8th shows a sectional view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Next Here only the differences to the embodiment of the 7 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. The hold-down device 118 is designed in an inverse Z-shape, so that when the first force F1 is applied in the first direction of force 122, it applies the second force F2 in the second direction of force 138 perpendicular to the first direction of force 122 to the workpiece 102 due to its elastic deformation. The second direction of force 138 is oriented away from the shear zone 146. The second force F2 leads to a tensile stress superimposition in the shear zone 146 due to the inverse Z-shaped design.

9 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 7 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind zwei Niederhalter 118 vorgesehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks 102 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die zwei Niederhalter spiegelsymmetrisch bezüglich des Werkstücks 102 zueinander angeordnet. Entsprechend befindet sich ein Niederhalter 118 auf der Oberseite des Werkstücks 102 und ein anderer Niederhalter 118 auf der Unterseite des Werkstücks 102. Entsprechend ist die Matrize 108 kleiner ausgebildet, wie beispielsweise als Matrizenhülse 190. Jeder der Niederhalter 118 ist Z-förmig ausgebildet, so dass er bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch seine elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringt. Die zweite Kraftrichtung 138 ist zu der Scherzone 146 hin orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die Z-förmige Ausbildung zu einer Druckspannungsüberlagerung in der Scherzone 146. 9 shows a sectional view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 7 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. Two hold-down devices 118 are provided, which are arranged on opposite sides of the workpiece 102. In other words, the two hold-down devices are arranged mirror-symmetrically to one another with respect to the workpiece 102. Accordingly, there is a hold-down device 118 on the top of the workpiece 102 and another hold-down device 118 on the underside of the workpiece 102. Accordingly, the die 108 is designed to be smaller, for example as a die sleeve 190. Each of the hold-down devices 118 is designed to be Z-shaped, so that When the first force F1 is applied in the first force direction 122, it applies the second force F2 in the second force direction 138 perpendicular to the first force direction 122 to the workpiece 102 through its elastic deformation. The second direction of force 138 is oriented towards the shear zone 146. The second force F2 leads to a compressive stress superimposition in the shear zone 146 due to the Z-shaped design.

10 eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 9 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Niederhalter 118 sind invers Z-förmig ausgebildet, so dass sie bei Aufbringen der ersten Kraft F1 in der ersten Kraftrichtung 122 durch ihre elastische Verformung die zweite Kraft F2 in der zweiten Kraftrichtung 138 senkrecht zur ersten Kraftrichtung 122 auf das Werkstück 102 aufbringen. Die zweite Kraftrichtung 138 ist von der Scherzone 146 weg orientiert. Die zweite Kraft F2 führt dabei durch die invers Z-förmige Ausbildung zu einer Zugspannungsüberlagerung in der Scherzone 146. 10 a sectional view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 9 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. The hold-down devices 118 are inverted Z-shaped, so that when the first force F1 is applied in the first force direction 122, they apply the second force F2 in the second force direction 138 perpendicular to the first force direction 122 to the workpiece 102 through their elastic deformation. The second direction of force 138 is oriented away from the shear zone 146. The second force F2 leads to a tensile stress superimposition in the shear zone 146 due to the inverse Z-shaped design.

Es wird explizit betont, dass auch eine gegensinnige Anordnung der Niederhalter 118 möglich ist, so dass beispielsweise ein Niederhalter 118 eine Zugspannungsüberlagerung bewirkt und der andere Niederhalter 118 eine Druckspannungsüberlagerung bewirkt. Dadurch lässt sich insgesamt eine Scherspannungsüberlagerung bewirken.It is explicitly emphasized that an opposite arrangement of the hold-down devices 118 is also possible, so that, for example, one hold-down device 118 causes an overlay of tensile stress and the other hold-down device 118 causes an overlay of compressive stress. This results in an overall shear stress superimposition.

11 zeigt eine Schnittansicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 1 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Schneidwerkzeug weist eine Stempelaufnahme 192 für den Schneidstempel 106 auf. Die Matrize 108 ist in einer Matrizenaufnahme 194 angeordnet. Es sind mindestens zwei Niederhalter 118 auf der gleichen Seite des Werkstücks 102 angeordnet. Die Niederhalter 118 grenzen an den Schneidstempel 106 an. Eine Innenkontur 196 oder Innenform der Niederhalterkörper 124 ist dabei einer Außenform des Schneidstempels 106 angepasst. Die Niederhalter 118 können an den Schneidstempel 106 zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten angrenzen. Bevorzugt sind jedoch mehrere Niederhalter 118 angeordnet, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben. 11 shows a sectional view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 1 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. The cutting tool has a punch holder 192 for the cutting punch 106. The die 108 is arranged in a die holder 194. There are at least two hold-down devices 118 arranged on the same side of the workpiece 102. The hold-down devices 118 adjoin the cutting punch 106. An inner contour 196 or inner shape of the hold-down body 124 is adapted to an outer shape of the cutting punch 106. The hold-down devices 118 can adjoin the cutting punch 106 at least on two opposite sides. However, several hold-down devices 118 are preferably arranged, which surround the cutting punch 106 on all sides in a circumferential direction.

12 zeigt eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 11 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform weist der Schneidstempel 106 einen rechteckigen Querschnitt auf. Weiterhin sind insgesamt vier Niederhalter 118 vorgesehen, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben. Es ist also eine Art segmentierte Anordnung der Niederhalter 118 realisierbar. Eine Außenfläche oder Außenkontur 198 der Niederhalterkörper 124 ist jeweils gerade oder eben. 12 shows a top view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 11 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. At the in 12 In the embodiment shown, the cutting punch 106 has a rectangular cross section. Furthermore, a total of four hold-down devices 118 are provided, which surround the cutting punch 106 on all sides in a circumferential direction. A type of segmented arrangement of the hold-down devices 118 can therefore be implemented. An outer surface or outer contour 198 of the hold-down body 124 is straight or flat.

13 eine Draufsicht eines Schneidwerkzeugs 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform der 11 erläutert und gleiche oder vergleichbare Bauteile und Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform weist der Schneidstempel 106 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Weiterhin sind insgesamt acht Niederhalter 118 vorgesehen, die den Schneidstempel 106 allseitig in einer Umfangsrichtung umgeben. Es ist also eine Art segmentierte Anordnung der Niederhalter 118 realisierbar. Eine Außenfläche oder Außenkontur 198 der Niederhalterkörper 124 ist jeweils teilkreisförmig. So weist die Außenkontur 198 beispielsweise jeweils eine Erstreckung von 45° auf. 13 a top view of a cutting tool 100 according to another embodiment of the present invention. Below are only the differences to the embodiment 11 explained and identical or comparable components and features are provided with the same reference numbers. At the in 12 In the embodiment shown, the cutting punch 106 has a circular cross section. Furthermore, a total of eight hold-down devices 118 are provided, which surround the cutting punch 106 on all sides in a circumferential direction. A type of segmented arrangement of the hold-down devices 118 can therefore be implemented. An outer surface or outer contour 198 of the Niederhal The body 124 is each part-circular. For example, the outer contour 198 has an extension of 45°.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100
Schneidwerkzeugcutting tool
102102
Werkstückworkpiece
104104
Blechsheet
106106
Schneidstempelcutting die
108108
Matrizedie
110110
NiederhalteraufnahmeHold-down holder
112112
WirkelementActive element
114114
NiederhalterstempelHold-down stamp
116116
FederelementSpring element
118118
NiederhalterHold-down device
120120
Anlageflächeinvestment area
122122
erste Kraftrichtungfirst direction of force
124124
NiederhalterkörperHold-down body
126126
AufbringungsflächeApplication surface
128128
erstes Endefirst ending
130130
zweites Endesecond ending
132132
Verbindungsabschnittconnection section
134134
HöheHeight
136136
BreiteWidth
138138
zweite Kraftrichtungsecond direction of force
140140
erste Richtungfirst direction
142142
zweite Richtungsecond direction
144144
Oberflächesurface
146146
Scherzoneshear zone
148148
erste Bewegungsrichtungfirst direction of movement
150150
zweite Bewegungsrichtungsecond direction of movement
152152
SchnittteilCut part
154154
ButzenSlugs
156156
Schnittkantecutting edge
158158
WerkstückdickeWorkpiece thickness
160160
Gratridge
162162
Bruchfracture
164164
GlattschnittanteilSmooth cut portion
166166
KanteEdge
168168
Auswirkungen konventionelles ScherschneidenEffects of conventional shear cutting
170170
SchubfließgrenzeShear yield point
172172
SchubbruchgrenzeShear failure limit
174174
DruckspannungsüberlagerungCompressive stress superposition
176176
ZugspannungsüberlagerungTensile stress superposition
178178
X-AchseX axis
180180
Y-AchseY axis
182182
Verlauf Schneidkraft für NormalschneidenCutting force curve for normal cutting
184184
Verlauf Schneidkraft für FeinschneidenCutting force progression for fine blanking
186186
Verlauf Schneidkraft für Scherschneiden mit erfindungsgemäßem NiederhalterCourse of cutting force for shear cutting with hold-down device according to the invention
188188
GegenstempelCounterstamp
190190
MatrizenhülseDie sleeve
192192
StempelaufnahmeStamp recording
194194
MatrizenaufnahmeMatrix recording
196196
InnenkonturInner contour
198198
AußenkonturOuter contour
FF
vorbestimmte Kraftpredetermined force
F1F1
erste Kraftfirst force
F2F2
zweite Kraftsecond force
s0s0
GesamthöheTotal height
hEhE
KanteneinzugshöheEdge feed height
hShS
GlattschnitthöheSmooth cutting height
hBhB
BruchflächenhöheFracture surface height
hGhG
Schnittgrathöhecutting burr height
bEbE
KanteneinzugsbreiteEdge feed width
bGbG
SchnittgratbreiteCutting burr width
ββ
BruchflächenwinkelFracture surface angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2208552 B1 [0004]EP 2208552 B1 [0004]

Claims (16)

Niederhalter (118) für ein Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs (104), umfassend mindestens eine Anlagefläche (120) zum Anliegen an einem Werkstück (102), wobei die Anlagefläche (120) zum Aufbringen einer ersten Kraft (F1) auf das Werkstück (102) in einer ersten Kraftrichtung (122) ausgebildet ist, einen Niederhalterkörper (124), wobei der Niederhalterkörper (124) zum Anordnen in oder an einer Niederhalteraufnahme (110) des Schneidwerkzeugs (100) ausgebildet ist, wobei der Niederhalterkörper (124) derart elastisch verformbar ist, dass bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) mittels der Anlagefläche (120) eine zweite Kraft (F2) in das Werkstück (102) in einer zweiten Kraftrichtung (138) aufbringbar ist, wobei die zweite Kraftrichtung (138) im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kraftrichtung (122) ist.Hold-down device (118) for a cutting tool (100) for shear cutting a workpiece (102), in particular a sheet of metal (104). at least one contact surface (120) for contacting a workpiece (102), the contact surface (120) being designed to apply a first force (F1) to the workpiece (102) in a first force direction (122), a hold-down body (124), wherein the hold-down body (124) is designed to be arranged in or on a hold-down holder (110) of the cutting tool (100), wherein the hold-down body (124) is elastically deformable in such a way that when the first force (F1) is applied By means of the contact surface (120), a second force (F2) can be applied to the workpiece (102) in a second force direction (138), the second force direction (138) being essentially perpendicular to the first force direction (122). Niederhalter (118) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Niederhalterkörper (124) bei Aufbringen der ersten Kraft (F1) in einer ersten Richtung parallel zu der ersten Kraftrichtung (122) und in einer zweiten Richtung parallel zu der zweiten Kraftrichtung (138) elastisch verformbar ist.Hold-down device (118) according to the preceding claim, wherein the hold-down device body (124) is elastically deformable in a first direction parallel to the first direction of force (122) and in a second direction parallel to the second direction of force (138) when the first force (F1) is applied is. Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kraft (F2) eine Schubkraft auf eine Oberfläche (144) des Werkstücks (102) ist.Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the second force (F2) is a thrust force on a surface (144) of the workpiece (102). Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) ausgebildet ist zum Bewirken einer Spannungsüberlagerung in einer Scherzone (138) des Werkstücks (102).Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the hold-down device body (124) is designed to effect a stress superimposition in a shear zone (138) of the workpiece (102). Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kraftrichtung (138) zu einer Scherzone (138) des Werkstücks (102) hin oder von einer Scherzone (138) des Werkstücks (102) weg orientiert ist.Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the second force direction (138) is oriented towards a shear zone (138) of the workpiece (102) or away from a shear zone (138) of the workpiece (102). Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anlagefläche (120) an dem Niederhalterkörper (124) angeordnet ist.Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the contact surface (120) is arranged on the hold-down device (124). Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) im Wesentlichen zumindest abschnittsweise Z-förmig, invers Z-förmig, faltenbalgförmig oder schraubenwindungsförmig ausgebildet ist.Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the hold-down device body (124) is essentially Z-shaped, inverse Z-shaped, bellows-shaped or helical-turn-shaped, at least in sections. Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Aufbringungsfläche (126), wobei die Aufbringungsfläche (126) zum Verbinden mit einem Wirkelement (112) der Niederhalteraufnahme (110) zum Aufbringen der ersten Kraft (F1) ausgebildet ist.Hold-down device (118) according to one of the preceding claims, further comprising an application surface (126), wherein the application surface (126) is designed to be connected to an active element (112) of the hold-down holder (110) for applying the first force (F1). Schneidwerkzeug (100) zum Scherschneiden eines Werkstücks (102), insbesondere eines Blechs, umfassend einen Schneidstempel (106), eine Matrize (108), eine Niederhalteraufnahme (110) und mindestens einen Niederhalter (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) des Niederhalters in oder an der Niederhalteraufnahme (110) angeordnet ist.Cutting tool (100) for shear cutting a workpiece (102), in particular a sheet metal, comprising a cutting punch (106), a die (108), a hold-down holder (110) and at least one hold-down device (118) according to one of the preceding claims, wherein the hold-down body (124) of the hold-down device is arranged in or on the hold-down holder (110). Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Niederhalter (118) an den Schneidstempel (106) angrenzend angeordnet ist.Cutting tool (100) according to the preceding claim, wherein the hold-down device (118) is arranged adjacent to the cutting punch (106). Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, wobei der Niederhalterkörper (124) eine Innenform aufweist, die einer Au-ßenform des Schneidstempels (106) angepasst ist.Cutting tool (100) according to one of the claims relating to a cutting tool (100), wherein the hold-down body (124) has an inner shape which is adapted to an outer shape of the cutting punch (106). Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, wobei der Niederhalter (118) auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Werkstücks (102) anordenbar ist, wobei der Niederhalter (118) zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung oder einer Druckspannungsüberlagerung ausgebildet ist.Cutting tool (100) according to one of the claims relating to a cutting tool (100), wherein the hold-down device (118) can be arranged on an upper side or an underside of the workpiece (102), wherein the hold-down device (118) is designed to effect a tensile stress superimposition or a compressive stress superimposition . Schneidwerkzeug (100) nach einem der ein Schneidwerkzeug (100) betreffenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei Niederhalter (118), wobei die zweite Kraft (F2) eine Schubkraft ist.Cutting tool (100) according to one of the claims relating to a cutting tool (100), comprising at least two hold-down devices (118), wherein the second force (F2) is a thrust force. Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Niederhalter (118) eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (102) angeordnet zu werden.Cutting tool (100) according to the preceding claim, wherein the hold-down devices (118) are arranged to be arranged on opposite sides of the workpiece (102). Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Kraft (F2) der Niederhalter (118) auf den gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (102) gleichsinnig oder gegensinnig ist.Cutting tool (100) according to the preceding claim, wherein the second force (F2) of the hold-down devices (118) on the opposite sides of the workpiece (102) is in the same direction or in opposite directions. Schneidwerkzeug (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Niederhalter (118) zum Bewirken einer Zugspannungsüberlagerung, einer Druckspannungsüberlagerung oder einer Scherspannungsüberlagerung ausgebildet sind.Cutting tool (100) according to the preceding claim, wherein the hold-down devices (118) are designed to effect a tensile stress superimposition, a compressive stress superimposition or a shear stress superimposition.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3234835A (en) 1964-04-17 1966-02-15 Ind Tires Ltd Polyurethane stripper
DE4223120A1 (en) 1990-12-13 1994-01-20 Arthur L Wilhelm Holding device for punching tools
EP2208552B1 (en) 2009-01-19 2011-04-13 Finova Feinschneidtechnik GmbH Method and device for fine cutting of workpieces

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