DE10305159B4 - Stanzverfahren - Google Patents

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Abstract

Stanzverfahren bei welchem
– eine Stanzlinie (5) mit einer härte- und volumenveränderlichen DLC-Beschichtung (25) eingesetzt wird,
– unter dem Einfluss der Vorschubbewegung (V) örtlich und zeitlich alternierende Dickenänderungen (D, DK) in der DLC-Beschichtung (25) hervorgerufen werden, welche alternierende Druck- und Zugspannungen (D/Z) innerhalb des Stanzgutmaterials induzieren,
– die alternierenden Druck- und Zugspannungen das Gefüge des Stanzgutmaterials (22) der Stanzlinie vorauseilend trennen (SE) und
– das Stanzgutmaterial (22) bis zu einer minimalen Restdicke am unteren Ende der Stanzfuge getrennt wird, welche eine ausreichende Zugfestigkeit für einen Materialtransport aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stanzverfahren, bei dem eine Stanzlinie mit einer härte- und volumenveränderlichen DLC-Beschichtung eingesetzt wird.
  • Bei Stanzvorgängen nach dem Stand der Technik bestehen sowohl hinsichtlich der Qualität aus einem Material ausgestanzten Formen, die als Nutzen bezeichnet werden, als auch der Lebensdauer der als Stanzlinien bezeichneten Stanzformen beträchtliche Probleme. Üblicherweise wird bei einem Stanzvorgang ein Stanzmesser einer Stanzlinie mit einer gewissen Vortriebsgeschwindigkeit vertikal in eine Materialbahn gedrückt, wodurch die Nutzen entlang einer Stanzfuge aus der Materialbahn ausgestanzt werden. Als Widerlager dient eine an der Unterseite der Materialbahn angeordnete Gegenstanzplatte.
  • Ein stets auftretendes Problem bei derartigen Stanzverfahren sind Beschädigungen der Stanzmesser, insbesondere deren Spitzen, aufgrund von Überlast. Diese treten dadurch auf, indem das Stanzmesser auf die Gegenstanzplatte gedrückt wird, wodurch dessen Spitze verformt, bzw. vollkommen zerstört wird. Besonders bei harten bis überharten Gegenstanzplatten wird dadurch oft eine sogenannte „Doppelschneide" am Stanzmesser erzeugt, die die ausgestanzten Nutzen verdirbt. Bei weichen bis mittelharten Gegenstanzplatten kann zwar das Stanzmesser geschont werden, jedoch führt das Eindringen der Schneide zu einem Aufwerfen des Materials der Gegenstanzplatte in Verbindung mit einer nachteiligen Gratbildung.
  • Beide Effekte führen zu unsauberen Schnittkanten mit einer Bildung sogenannter Stanzhaare, undefinierten nicht durchtrennten Bereichen zwischen Nutzen und Werkstoffbogen bzw. zu einem Liegenbleiben der Nutzen auf der Gegenstanzplatte bzw. innerhalb eines Stanztiegels infolge des Grates. Letzteres verringert die Festigkeit einer Materialbahn vorzeitig und macht einen Maschinendurchlauf der Bahn durch ein vorzeitiges Zerreißen oft kompliziert oder gar unmöglich.
  • Um diesem Problem zu begegnen, müssen zusätzliche Haltepunkte an den Stanzlinien angeordnet werden. Dabei handelt es sich um vordefinierte Werkstoffbrücken, an denen die Materialbahn nicht durchstanzt wird und die erst in einem nachfolgenden Arbeitsgang eines Ausbrechens oder einer Nutzenvereinzelung durchbrochen werden. Zusätzliche Haltepunkte verursachen aber neben einem nachteiligen visuellen Gesamteindruck am Produkt und führen zu Störungen bei einem unterstiftfreien Ausbrechen und Vereinzeln der Nutzen aus dem Werkstoffbogen. Bei Kunststoffen führen Haltepunkte tendenziell zu einem Ziehen von Fäden beim Vereinzeln zwischen Nutzen und Materialbahn. Zudem begrenzen Haltepunkte die Leistungsfähigkeit einer Stanzfertigung. Höhere Geschwindigkeiten der Materialbahnen erfordern zur Aufnahme der dabei entstehenden Zugkräfte breitere Haltepunkte, diese bewirken wiederum beim Ausbrechen und Vereinzeln der Nutzen wachsende Haltekräfte der Nutzen in der Werkstoffbahn bei zunehmender Maschinengeschwindigkeit, wachsende Drehmomente an den Stegen beim Ausbrechen und begrenzen somit die Leistungsfähigkeit der Ausbrechstation und des Ausbrechwerkzeugs.
  • Ein weiteres Problem betrifft nachteilige Effekte, die infolge von Druck und Reibungswärme im Berührungsbereich von Stanzmesser und Gegenstanzplatte in der Stanzfuge hervorgerufen werden. Besonders bei Kunststoffen kommt es dabei zu Aufweichungen und Flächenpressungen, wobei an der Unterseite der Nutzen sogenannte Fahnen, Zipfel und Fäden erzeugt werden. Infolge des Druckes bzw. der Reibungswärme weisen diese veränderte Materialeigenschaften auf, sie sind fester, härter und scharfkantiger. Nutzen und Materialbahn hängen über diese unerwünschten Strukturen zusammen, wodurch ein Ausbrechen und Vereinzeln der Nutzen erschwert ist. Aus diesem Grund ist insbesondere das Kunststoffstanzen gegenwärtig sehr problematisch.
  • Um diesen Problemen zu begegnen, wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Um der kaum vermeidbaren Beschädigung der Stanzmesserschneide infolge Überlast entgegenzuwirken, wurde von der Firma Karl Marbach GmbH & Co. KG, Heilbronn, eine Stanzlinie entwickelt, die unter der Markenbezeichnung „mpower" kommerziell angeboten wird. Hierbei handelt es sich um eine Stanzlinie, die an der Schneidenspitze eine abgerundete Form mit einem typischen Radius im Bereich von 0.01 bis 0.2 Millimeter aufweist. Damit wird eine Überlastbeschädigung eingeschränkt. Die benötigte Stanzkraft vergrößert sich, das Stanzergebnis wird über die Einsatzzeit gleichbleibender. Die Bildung von Stanzhaaren und Staub wird zunächst zwar eingeschränkt, tritt aber bei fortschreitendem Einsatz der Stanzlinie durch eine Rillenbildung an der Gegenstanzplatte und ein diesbezügliches Abquetschen des Materials in der Rille verstärkt auf. Da die Stanzfugen bei dieser Stanzliniengestaltung größer und breiter werden, sind zudem für einen zerstörungsfreien Transport mehr größere Haltepunkte vorzusehen, wobei diese die oben bereits genannten Nachteile beinhalten.
  • Um die Widerstandskraft der Stanzschneiden zu erhöhen, wird verschiedentlich auf Beschichtungen zurückgegriffen. Dabei wird vor allem die Anforderung gestellt, daß abrasive Teilchen des Stanzmaterials die Schneide, insbesondere die Spitze und die Schneidenflanken nicht oder nur langsam verschleißen können. Dazu werden vornehmlich harte Beschichtungen verwendet, in die feste faserige oder pulvrige mineralische Bestandteile aus Stanzmaterialien wie Pappe, Papier oder Karton nicht eindringen können. Solche Beschichtungen sind jedoch spröde und platzen bei Überlast für gewöhnlich von der Stanzlinie ab, wie aus einer Veröffentlichung der Firma Marbach Stanztechnik GmbH & Co. KG. „Stand zur Flachbett-Stanztechnik – Ein Überblick – Stand 2000" hervorgeht.
  • Aus der DE 44 45 755 A1 ist ein Stanzmesser für Stanzwerkzeuge mit gekrümmtem Schnitt vorbekannt. Um die Werkzeugherstellung und die Gebrauchseigenschaften, insbesondere die Standzeit derartiger Werkzeuge zu verbessern, wird ein Stanzmesser vorgeschlagen, bei welchem ein aus Messerrückenteil sowie Übergangsteil gebildeter Trägerteil und ein Schneidteil aus unterschiedlichen Legierungen bzw. Werkstoffen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen besteht. Die Verbindung zwischen den Teilen soll zusatzwerkstofffrei durch eine metallische Bindungsfläche realisiert werden. Konkret besteht der vorerwähnte Trägerteil aus einem Vergütungs- oder Werkzeugstahl mit besonderer chemischer Zusammensetzung. Der Schneidteil wiederum besteht aus Schnellarbeitsstahl mit einer hierzu geänderten Zusammensetzung, wobei im wesentlichen Legierungselemente Chrom, Molybdän und/oder Wolfram sowie Kobalt enthalten sind.
  • Aus der PCT-WO 02/076693 A1 ist eine Schneidfläche für das Zertrennen von Kupferfolien vorbekannt, wobei die Schneidfläche eine Beschichtung aus DLC aufweist. Diese Beschichtung soll die Unebenheit der Schneidfläche reduzieren und zu einer höheren Standzeit führen.
  • Aus M. Weber, A. Hiecke; Reibarme und verschleißfeste diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) für Komponenten und Werkzeuge; Seminarunterlagen des Deutschen Industrieforums (DIF) vom 4.6.2002 zum Thema „Verschleißschutz von technischen Oberflächen", Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik, Braunschweig, sind Verfahren zur Herstellung von DLC-Schichten vorbekannt. Darüber hinaus werden in der erwähnten Publikation Eigenschaften von DLC-Schichten erläutert und spezielle Anwendungen derartiger Beschichten, wo es um eine hohe Härte geht, vorgestellt. Letztendlich zeigt die Publikation Wege zum Abscheiden von DLC-Schichten aus verschiedenen Materialien auf.
  • Bezüglich der DLC-Beschichtung und entsprechend realisierter Schichtsysteme soll noch auf die DE 100 18 143 A1 aufmerksam gemacht werden. Gemäß dieser Lehre ist es bekannt, recht große DLC-Schichtdicken mit hoher Haftfestigkeit zu erzeugen, um diese z.B. zur Beschichtung von hochbelasteten Pumpen bzw. Tassenstößeln und Ventiltrieben im Kfz-Bereich einzusetzen. Bei solchen Schichten kommt es primär auf harte und glatte Oberflächen mit guten Gleiteigenschaften an. Solche Eigenschaften können aber auch im Werkzeugbereich beim Stanzen mit gewissen Einschränkungen bei der Bearbeitung von Eisenwerkstoffen von Vorteil sein.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Stanzverfahren anzugeben, welches auf Stanzlinien mit einer härte- und volumenveränderlichen DLC-Beschichtung zurückgreift, wobei eine sehr hohe Qualität der Nutzen im Ergebnis des Stanzens erreicht wird, so daß insgesamt die Kosten bei der Anwendung von Stanzverfahren auch bei hohen Fertigungsgeschwindigkeiten reduziert sind.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Die eingesetzte Stanzlinie umfaßt eine Stanzlinienschneide mit einer Schneidenspitze und Schneidflanken und weist eine mindestens auf den Schneidflanken aufgebrachte reversibel veränderliche Schichtstruktur mit einer unter einer lokal einwirkenden äußeren Last veränderlichen Härte und einer lokal veränderlichen Kompression auf. Die Oberfläche der Stanzlinienschneide ist so ausgeführt, daß diese als Reaktion auf äußere Belastungen eine veränderliche Härte annimmt. Dabei verändert sich die Härte lokal an unterschiedlichen Orten der Stanzschneide. Die Schichtstruktur ist kompressibel und reagiert auf lokale äußere Belastungen mit einer lokalen Volumenabnahme und einer entsprechenden Verdichtung ihrer Struktur. Sie weist demnach eine Fähigkeit zu einer dynamischen Anpassung ihrer Materialeigenschaften an momentane äußere Belastungen auf.
  • Dies betrifft vor allem einen mechanischen Kontakt der Schneidflanken mit den Schnittflanken des Stanzgutes. Bei einer maximalen Kompression der Schichtstruktur weist diese einen maximalen Härtegrad auf. Läßt die äußere Last nach, dekomprimiert die Schichtstruktur wieder und nimmt im Zustand einer maximalen Dekompression einen minimalen Härtegrad an. Eine solche Schichtstruktur wird vorteilhafterweise durch ein flexibles Netzwerk aus einer amorphen Polymerstruktur ermöglicht. Von derartigen Strukturen ist bekannt, daß diese eine hohe Festigkeit und Härte bei einer hohen Zähigkeit aufweisen. So unterscheiden sich entsprechende Keramiken oder kristalline Polymerstrukturen, die spröde sind.
  • Das polymere Netzwerk ist als eine Matrix aus polymeren Kohlenwasserstoffen ausgebildet, die einen Anteil an tetragonalen sp3-Diamantbindungen enthält. Die tetragonalen Bindungen stellen dabei die „harte" Komponente der Schichtstruktur dar, die in die eher „weiche" Matrix eingebettet ist. Diese besteht aus polymeren Kohlenwasserstoffen einer Abscheidung aus amorph hydrogenisiertem Kohlenstoff in Form einer a-C:H-Schicht aus graphitähnlichen trigonalen sp2-Nahordnungen, in die mit den sp3-Nahordnungen in veränderlichen Volumenanteilen von 10 bis 70 Vol-% bei einem Hydrogenisierungsgrad von 5 bis 60% eingelagert sind. Die graphitähnlichen Nahordnungen stellen hierbei die „weiche" Komponente dar.
  • Das erfindungsgemäße Stanzverfahren greift auf die reversible Kompression des beschriebenen Netzwerkes und dessen veränderlichen Härtegrad zurück. Dabei werden bei der Vortriebsbewegung der Stanzlinie innerhalb einer Stanzfuge örtlich und zeitlich alternierende Druck-/Zugspannungen im wesentlichen in Richtung der Materialflanken des Stanzgutes induziert. In der härte- und volumenveränderlichen Beschichtung an den Schneidflanken der Stanzlinie entstehen unter dem Einfluß der Vorschubbewegung und den daraus resultierenden Druckkräften örtlich und zeitlich alternierende Dickenänderungen in Form von Kompressionen mit darauf folgenden Dekompressionen. Diese wirken auf die mit den Schneidflanken der Stanzlinie in Kontakt stehenden Materialflanken des Stanzgutes ein und rufen örtlich und zeitlich alternierende Druck/Zugspannungen hervor, wobei das Stanzgutmaterial senkrecht zur Vorschubbewegung in der Stanzfuge auseinandergetrieben wird und entlang der Vorschubbewegung aufbricht.
  • Zur Keilwirkung infolge der Schneidenform tritt somit eine zusätzliche laterale Spaltwirkung, die aus der Kompression der Beschichtung resultiert. Die örtlich und zeitlich alternierenden Kompressionen innerhalb der Beschichtung resultieren daraus, daß unter dem Einfluß der auf die Schneidflanken pressenden Materialflanken eine Verdichtung der Schichtstruktur erfolgt. Die Dekompression ergibt eine zusätzliche laterale Kraftkomponente, die eine zusätzliche Spaltwirkung auf das Material ausübt. Durch den Vortrieb der Stanzlinie in der Stanzfuge wiederholt sich der eben beschriebene Vorgang sowohl an allen Orten der Schneidflankenbeschichtung, die in die Stanzfuge eintreten, als auch an den neu aufgespaltenen Orten der Stanzfuge. Dabei wird eine Art „laterale Druckwelle" erzeugt. Es zeigt sich, daß die Maxima der größten Zugspannungsbelastung innerhalb des Stanzmaterials bei diesem Verfahren um einen Winkel von mehr als 30° lateral von der Richtung des Vortriebs in das Material hineinweisen, wobei diese Spreizung einen wesentlichen Beitrag zur Spaltwirkung der Schneide liefert.
  • Für die beschriebene Netzstruktur der Beschichtung bedeutet dies, daß in einem ersten Schritt durch die Vortriebsbewegung und den darauf erfolgenden Widerstand des Stanzmaterials ein reversibler Reckvorgang der Netzwerkstruktur erfolgt, wobei die Beschichtung komprimiert und verhärtet wird. In einem zweiten Schritt erfolgt ein re versibles Entrecken der Struktur, wobei die Beschichtung dekomprimiert und deren Härte abnimmt. Das Ergebnis ist die beschriebene Kompression bzw. Expansion der Beschichtung.
  • In Verbindung mit den alternierenden Dickenänderungen erfolgt bei der Dekompression der Beschichtung eine Einwirkung auf die Materialflanken des Stanzgutes in Form eines lateralen Druckes, der eine Glättung der Oberflächen der Materialflanke hervorruft. Die alternierenden Dickenänderungen bewirken somit nicht nur einen verbesserten Vortrieb und eine verbesserte Keilwirkung der Stanzlinie innerhalb der Stanzfuge, sondern verbessern zusätzlich dazu die Oberflächenqualität der Stanzkanten nachhaltig.
  • Weiterhin wird durch die im Stanzgutmaterial induzierten Druck-/Zugspannungen eine der Vorschubbewebung vorlaufende Schnittvoreilung hervorgerufen. Dabei bewirkt das in lateraler Richtung gespreizte Spannungsprofil der verstärkten Spannungsmaxima, daß das Gefüge des Stanzgutmaterials innerhalb der Stanzfuge aufbricht und diese Trennbewegung der Vorschubbewegung vorauseilt. Ein derartiger Effekt potenziert die Spaltwirkung des Schneidenkeils. Hierbei reißt das Gefüge des Stanzmaterials auf, ohne daß der Schneidenkeil tatsächlich bis zu dem tiefsten Punkt des Risses vorgetrieben werden muß.
  • Ein solcher Effekt ermöglicht zwei grundlegende Ausführungen des Stanzverfahrens. Bei einer ersten Ausführungsform wird die Vortriebsgeschwindigkeit der Stanzlinie so eingestellt, daß diese teilweise in das Stanzmaterial getrieben wird, wobei die Schnittvoreilung das Stanzmaterial über die gesamte restliche Dicke entlang der Stanzfuge trennt. Bei dieser Ausführungsform wird gewissermaßen die Stanzlinie nur mit einem kurzen Schlag mit einem dosierten Impuls eine gewisse Strecke weit in das Stanzgut getrieben, wobei das gesamte Nutzen vollkommen vereinzelt wird. Da die Stanzlinie nicht bis zur vollen Dicke in das Stanzgutmaterial hineingetrieben wird, tritt die Verbreiterung der Stanzfuge, die ansonsten durch den Schneidenkeil hervorgerufen wird, nicht auf. Das Nutzen verbleibt zunächst weiterhin in der Materialbahn und kann später ohne Schwierigkeiten vereinzelt werden. Bei diesem Verfahren bleibt die mechani sche Zugstabilität der Materialbahn bei einer entsprechenden Nutzenform erhalten, wobei auf Haltepunkte an der Stanzlinie vollkommen verzichtet werden kann.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform des Stanzverfahrens wird die Vortriebsgeschwindigkeit der Stanzlinie so eingestellt, daß diese teilweise in das Stanzmaterial getrieben wird, wobei die Schnittvoreilung das Material aber nicht vollständig durchtrennt, sondern eine minimale und in ihren Materialeigenschaften unveränderte Restdicke am unteren Ende der Stanzfuge verbleibt. Die Materialbahn weist infolge der Restdicken eine ausreichende Zugfestigkeit für einen Materialtransport auf, Haltepunkte können vollständig entfallen. Ein späteres Trennen der minimalen Restdicken ist problemlos möglich. Dies ist insbesondere bei Kunststoffbahnen sehr vorteilhaft, da hier Verfestigungsvorgänge des Stanzmaterials innerhalb der Stanzfuge vollständig vermieden werden. Die Restdicke kann durchtrennt werden, ohne das es infolge von Schmelz-, Verfestigungs- oder vergleichbaren Materialveränderungen zu Komplikationen beim Trennvorgang kommt.
  • Darüber hinaus ist es prinzipiell möglich, Stanzvorgänge ohne Gegenstanzplatte auszuführen, vor allem dann, wenn die Materialeigenschaften des Stanzmaterials von vornherein in leichtes Trennen zulassen. Die Materialbahnen werden dann nur noch geeignet geführt, der Stanzvorgang erfolgt jedoch so, daß die Rückseite der Materialbahnen zwischen den Führungen frei liegt. Durch die verbesserte Schneidwirkung der Stanzlinie, insbesondere durch die erwähnte Schnittvoreilung kommt es zu einem Trennvorgang in der Stanzfuge, wobei die Widerstandsfähigkeit der Materialbahn ausreicht, um eine entsprechende Gegenkraft auf die Stanzlinie auszuüben.
  • Eine Beschichtung der Stanzlinie zum Ausführen des vorhergehend beschriebenen Verfahrens wird zweckmäßigerweise mit Hilfe eines Plasmabeschichtungsverfahrens ausgeführt. Dabei wird aus einem gerichteten Teilchenstrom eine amorphe polymere Kohlenwasserstoffmatrix abgeschieden, wobei die Schichtdicke so eingestellt wird, daß die Materialeigenschaften der Abscheidung, insbesondere deren Härte und Kompressibilität gezielt vorherbestimmt werden.
  • Dazu wird der Teilchenstrom in Form eines Teilchenstrahles in einem auf die Substratoberfläche bezogenen Einfallswinkel von über 45° aufgebracht, wobei durch den so ausgeführten Teilchenbeschuß eine Prallhangdynamik verwirklicht wird. Die aufgebrachten Teilchen gleiten auf der Oberfläche nicht ab, sondern prallen auf diese auf und bilden dabei die beschriebenen Strukturen des flexiblen Netzwerkes aus. Die aufzubringende Materialdicke wird vorbestimmt und während des Beschichtungsvorganges gemessen, wobei über die Größe der Schichtdicke die Materialeigenschaften der Visko-Elastizität des Netzwerkes bzw. dessen Härte eingestellt werden. Infolge der Prallhangdynamik werden bei der Beschichtung das gewünschte Netzwerk aus den beschriebenen graphitähnlichen und trigonalen Hybridbindungen am besten ausgebildet.
  • Weiterhin bilden sich infolge des Teilchenbeschusses unmittelbar auf der Substratoberfläche Kohlenwasserstoffstrukturen in einem gestreckten und damit harten und dimensionsstabilen Zustand aus. Bei einer weiteren Zunahme der Schichtdicke in den Größenordnungen von einigen Nanometern setzt unter dem Teilchenbeschuß die Ausbildung des polymeren Netzwerkes mit vorwiegend viskoelastischen Eigenschaften ein. Die Beschichtung weist demnach unmittelbar nach dem Beschichtungsvorgang vorwiegend viskoelastische Eigenschaften auf, wobei nach einer ersten Lasteinwirkung (etwa infolge eines ersten Stanzens) eine oberflächliche Verhärtung der Beschichtung infolge eines Reckvorganges der polymeren Strukturen einsetzt und im Inneren die viskoelastischen Eigenschaften beibehalten werden. Dabei bildet die oberflächliche Verhärtung eine widerstandsfähige Komponente aus, während die viskoelastische Tiefenstruktur der Beschichtung eine notwendige Zähigkeit verleiht.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen werden Beschichtung, Stanzlinie und Stanzverfahren im folgenden näher erläutert. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 12. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile, Bestandteile oder Verfahrensschritte die selben Bezugszeichen verwendet.
  • Im Einzelnen zeigt:
  • 1a eine Ausführungsform einer Stanzlinie und einen schematischen Ablauf eines Stanzvorganges nach dem Stand der Technik,
  • 1b eine Darstellung einer Beschädigung einer Stanzlinie an einer Gegenstanzplatte infolge Überlast nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Stanzfehlern infolge Überlast und daraus resultierenden Quetschungen des Stanzmaterials nach dem Stand der Technik,
  • 3a eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stanzschneide,
  • 3b eine schematische Darstellung eines Polymernetzwerks in der Stanzschneidenbeschichtung,
  • 4 eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer ersten Oberflächenstruktur der Stanzschneidenbeschichtung,
  • 5a, b elektronenmikroskopische Aufnahmen weiterer Oberflächenstrukturen der Stanzschneidenbeschichtung,
  • 6a, b, c elektronenmikroskopische Aufnahmen von Oberflächenstrukturen der Stanzschneidenbeschichtung in Abhängigkeit vom Vernetzungsgrad,
  • 7a, b elektronenmikroskopische Aufnahmen einer Stanzschneidenbeschichtung nach einer langzeitigen Beanspruchung,
  • 8a, b schematische Darstellungen der Wirkungsweise der Stanzschneidenbeschichtung bei dem erfindungsgemäßen Stanzvorgang,
  • 9 eine schematische Darstellung der glättenden Wirkung der Stanzschneidenbeschichtung und der Schnittvoreilung,
  • 10 eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Stanzkante mit Schnittvoreilung in einem vollständig durchtrennten Zustand,
  • 11 eine weitere elektronenmikroskopische Aufnahme einer Stanzkante mit Schnittvoreilung mit einem undurchtrennten Bereich,
  • 12 eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer unter dem Einfluß der Stanzschneidenbeschichtung geglätteten Schnittkante.
  • In 1 ist ein grundlegender Stanzmechanismus nach dem Stand der Technik dargestellt. Eine Stanzlinie 5, die an ihrem unten Ende eine Stanzschneide 10 aufweist, wird mit einer Stanzspitze 15 mittels einer Vortriebsbewegung V in ein Stanzmaterial 22 gepreßt. Dabei wird das Stanzmaterial an der Stanzspitze durch Keilwirkung gespalten und die dabei gebildeten Materialflanken 21 gleiten an den Schneidflanken 21 ab. Eingehende Untersuchungen, unter anderem mit Hilfe von Simulationen unter Verwendung der Methode der finiten Elemente eines solchen Stanzvorganges haben für diesen Fall ergeben, daß durch die Keilwirkung der Stanzspitze 15 unter dem Einfluß des Widerstandes im Stanzmaterial innerhalb des Stanzmaterials ein Spannungsprofil herausbildet, dessen Maxima in einem Winkel β von nicht mehr als 30° von der Vortriebsrichtung V in das Material hinein weisen. Unter dem Einfluß dieses Spannungsprofils wird das Stanzmaterial gespalten.
  • Eine entsprechende Gegenkraft bewirkt nach dem Stand der Technik eine Gegenstanzplatte 23, die in 1b dargestellt ist. Unter der Einwirkung der Vortriebsbewegung V wird die Stanzlinie 5 in das Stanzmaterial 22 getrieben, spaltet es und bildet dabei eine Stanzfuge 30 aus. Dabei ist eine Berührung der Schneidenspitze 15 mit der Gegenstanzplatte 23 praktisch nicht zu vermeiden. Erfolgt nun diese Berührung unter einer besonders großen Vortriebskraft, tritt eine Beschädigung der Schneidenspitze 15 auf, sie wird stumpf und flacht ab. Dies ist in 1b durch das Bezugszeichen 15a angedeutet. Unter einer derartigen Schneidenspitze wird bei nachfolgenden Stanzvorgängen infolge einer erhöhten Flächenpressung das Stanzmaterial 22 gequetscht, wobei die gequetschten Bereiche 22a Stanzfehler, wie Fäden, Fahnen und dergleichen unerwünschte Strukturen verursachen. Diese Fehler treten besonders bei Stanzwerkstoffen auf Kunststoffbasis auf. Durch die dabei konzentriert auftretende Druckkraft und der damit verbundenen Reibungswärme kommt es unter anderem zu einem plasti schen Fließen des Kunststoffes, wobei sich dessen innere Struktur beträchtlich ändert. Die dabei erzeugten Fahnen und Fäden sind aus diesem Grunde zäher, härter und stabiler als das Kunststoffmaterial im Normalzustand. Eine Nutzenvereinzelung wird dadurch kompliziert. Andere Stanzmaterialien, wie Papier, Pappe oder Karton werden unter dem Einfluß abgenutzter Stanzspitzen zerrieben, wobei der dabei erzeugte Abrieb die Stanzschneide zusätzlich schädigt.
  • Ein Beispiel für einen Stanzfehler bei einem Kunststoff infolge einer beschädigten Stanzspitze 15a zeigt die elektronenmikroskopische Aufnahme in 2. Dargestellt ist eine Materialflanke 21 der Stanzfuge, die jedoch an ihrer Unterseite eine beträchtliche Menge an Fahnen, Zipfeln und Fäden aufweist, die in der 2 als unregelmäßig geformte Zacken und Lappen zu erkennen ist.
  • Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung vermeiden diese Nachteile weitgehend dadurch, indem die Stanzschneiden mit einer Schichtstruktur versehen sind. In 3a ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stanzlinie 5 dargestellt, 3b zeigt eine beispielhafte Schichtstruktur schematisch.
  • Die Stanzschneide 10 umfaßt eine Schneidenspitze 15 sowie Schneidflanken 20, welche mit einer Schichtstruktur 25 beschichtet sind. Die Schichtstruktur überdeckt dabei mindestens den Teil der Schneidflanken 20, der während des Stanzvorganges mit dem Stanzmaterial in Kontakt kommt. Die Schichtstruktur 25 ist als ein flexibles Netzwerk ausgebildet, das während des Vortriebs der Stanzlinie durch das Stanzmaterial seine Eigenschaften in charakteristischer Weise ändert. Bei wachsendem Widerstand des Stanzmaterials nimmt die Dichte innerhalb der Beschichtung und damit auch deren Härte zu, während sich die Schichtstruktur bei einer Verringerung der äußeren Last ausdehnt. Charakteristische Werte für eine derartige Tiefenrückfederung liegen zweckmäßigerweise in einem Bereich von 40 bis 70% bei einer Prüflast von 0.5 bis 1 N. Bei derartigen Werten ist eine optimale mikromechanische Wechselwirkung der Schneidflanken mit den anliegenden Materialflanken gegeben. Dieser Effekt wird durch die amorphen und polymeren Strukturen des abgeschiedenen Kohlenwasserstoffnetzwerkes erreicht, die in 3b eine beispielhaft angedeutete Kohlenwasserstoffmatrix 26 bilden, in die sp2-trigonale Graphit- und sp3-tetragonale Diamantbindungen einge bettet sind. Derartige Schichtstrukturen werden in der Fachliteratur als diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC-Carbon), a-C:H, ta-C:H oder i-Carbon bezeichnet.
  • Zur Fertigung dieser Schichtstruktur wird ein DC-Plasmadepositionsverfahren verwendet. Dabei werden unterschiedliche Anteile freier und gebundener Wasserstoffatome, also gemischte atomare Strukturen erzeugt, die in dem amorphen Kohlenstoff in die erwähnten tetraedrischen Diamantbindungen und trigonalen Graphitbindungen vorliegen und damit entsprechende variable Schichteigenschaften festlegen. Durch eine gezielte Skalierung des DC-Plasmas in Verbindung mit einer zweckmäßigen Einstellung äußerer Prozeßparameter gelingt es, die für die Stanzschneidenbeschichtung zweckmäßige Schichtstruktur aufzubauen. Von besonderer Bedeutung ist hierbei der Ioneneinfallswinkel auf das Substrat der Schneidenspitze 15 und der Schneidflanken 20. Vorzugsweise wird hierbei ein senkrechter Beschuß gewählt. In Verbindung mit dem Depositionsverfahren und der Generierung der sp3- bzw. sp2-Bindungsstrukturen erfolgt eine Plasmapolymerisation, die zu typischen Strukturen molekularer Ketten führt. Damit bildet sich auf der Stanzschneide die polymere Matrix mit den darin eingebetteten Bindungsstrukturen aus.
  • Als Folge davon weist die Beschichtung in der Nähe des darunter befindlichen Substrates eine Polymerstruktur 26a mit einer erhöhten Festigkeit und Härte auf. Dort ist das Polymernetzwerk gereckt und entlang der Oberfläche homogen geordnet, während es bei wachsender Schichtdicke eine heterogene Struktur 26b mit vorwiegend viskoelastischen Eigenschaften annimmt. Diese Polymerstruktur ist jedoch veränderlich. Bei einem ersten Lastfall, beispielsweise bei einem ersten Stanzen, werden die viskoelastischen Schichtbereiche 26b in Gegenrichtung des Stanzvortriebs verschoben. Dabei wirkt der Grenzbereich zwischen gestrecktem und homogenem Schichtaufbau 26a am Substrat und viskoelastischem Schichtaufbau 26b wie ein Scharnier und wird dabei irreversibel gestreckt. Der viskoelastische Bereich bleibt dabei mit einer Richtungsorientierung entgegen der Stanzrichtung erhalten und bildet an der Oberfläche eine schuppenförmige, dichtgelagerte heterogene Schichtfolge aus, die bei einem Stanzvorgang schwingende und je nach sp3-Bindungsanteil auch harte Eigenschaften ausbildet. Diese Kombination ist wesentlich für das erfindungsgemäße Stanzverfahren.
  • Die konkrete Oberflächentopologie hängt entscheidend von den Substrateigenschaften der Stanzschneide 10 sowie vom Vernetzungsgrad des polymeren Netzwerkes ab. Beispiele dafür sind in den 4 bis 6c dargestellt. Diese zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen in leicht verschiedenen Vergrößerungen. Die erzeugten Schichtstruktureigenschaften sind unabhängig von Stanzlinien aus verschiedenen Fertigungsverfahren und von verschiedenen Herstellern, wobei geschabte Linien gegenüber geschliffenen Linien bevorzugt werden. Letztere können „Schleifbärte" aufweisen, die einen Teil der Schichtstruktur aufnehmen und beim Stanzen wegbrechen können, wodurch die Funktionsfähigkeit der Schneiden stark beeinträchtigt wird.
  • Im Allgemeinen weisen die Stahloberflächen, die üblicherweise verwendet werden keine geschlossene Plattenstruktur auf, die durch Zwischenräume mit Mikroporen (sogenannte Pinholes) unterbrochen ist. Durch die beschriebene Schichtabscheidung wird diese Struktur weitgehend aufrecht erhalten. 4 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer beschichteten kristallinen Grundstruktur der Stahloberfläche. Gut zu erkennen ist die Plattenstruktur der Oberfläche, die sich in einzelnen hell hervortretenden Strukturen 28 zeigt, welche von dunkleren Pinholestrukturen 28a durchbrochen werden. Diese heterogene Struktur begünstigt eine partielle Kompression der Schichtstruktur des amorphen Polymernetzwerkes. Gleichzeitig verhindert die Beschichtung aufgrund ihrer zähen viskoelastischen, aber auch harten Beschaffenheit, daß Mikropartikel aus dem Stanzmaterial in die Pinholestruktur der Stanzschneidenoberfläche eindringen und das kristalline Gefüge zerstören.
  • Weitere beispielhafte Oberflächenstrukturen der Schichtstrukturen 25 auf den Stanzschneiden zeigen die 5a und 5b. In 5a ist die aus 4 bereits bekannte Pinholestruktur des Schneidensubstrates aus kristallinen Platten 28 und dunkleren Pinholes 28a als eine erste grobe Struktur zu erkennen. Um diese Strukturen herum ist die bereits erwähnte Schuppenstruktur 29 des Polymernetzwerkes mit harten Oberflächenstrukturen und viskoelastischen Tiefenstrukturen ausgebildet. Die härteren Oberflächenstrukturen sind in 5a als hellere, kleinkörnige Struktur zu erkennen.
  • 5b zeigt die Oberflächenstruktur der Schichtstruktur 25 aus 5a in einer etwas stärkeren Vergrößerung in der Nähe der Schneidenspitze 15. Die Schuppenstruktur 29 ist in dieser Figur deutlicher zu erkennen. Besonders hervorzuheben sind die eher streifenförmigen Schuppenstrukturen 29a in der Nähe der Schneidenspitze 15. Diese zeigen eine höhere Konzentration harter Bereiche, die hier eine höhere Dichte heller Strukturen ausbilden. Diese entstehen durch die bereits beschriebene erste Umlagerung des polymeren Netzwerkes beim ersten Lastfall.
  • Die 6a bis 6b zeigen weitere Formen der Oberflächenstrukturen 28 und 29 in unterschiedlicher Ausgestaltung infolge eines differierenden Vernetzungsgrades. In 6a ist in einer höheren Vergrößerung eine Pinholestruktur 28 in der Nähe der Schneidenspitze 15 dargestellt. Gut zu erkennen sind hier die helleren plattenförmigen Bereiche, die von den dunkleren Pinholes durchbrochen sind. 6b zeigt eine Oberflächenstruktur im Übergangsbereich zwischen Schneidflanke und geradem Bereich der Stanzlinie. Auf dem Abschnitt A, der dem Bereich der Schneidflanke der Stanzlinie entspricht, ist eine horizontale, lineare Struktur zu erkennen, die im wesentlichen parallel zur horizontalen Bildachse verläuft. Diese Struktur ist der bereits erwähnten Schuppenstruktur 29 der Beschichtung zuzuordnen. Die Oberfläche besteht hier aus helleren härteren Bereichen, die unmittelbar an der Oberfläche lokalisiert sind und tieferen dunkleren viskoelastischen Bereichen, die die härteren Strukturen tragen. Im Bereich B ist eine im wesentlichen ungestörte Oberflächenstruktur zu erkennen, bei denen sich eine grobere Pinholestruktur mit einer feiner gekörnten Polymerstruktur abwechselt.
  • Eine Aufnahme einer Oberflächenstruktur des Bereiches B aus 6b ist in 6c in einer etwas stärkeren Vergrößerung dargestellt. Deutlich zu erkennen sind die schuppenförmigen Oberflächenstrukturen des polymeren Netzwerkes, die mitunter von etwas größeren Pinholestrukturen des kristalliten Substrates durchbrochen sind.
  • Es hat sich bei der Anwendung gezeigt, daß die amorphe polymere Netzwerkstruktur äußerst beständig gegenüber den typischen mechanischen Belastungen bei den üblichen Stanzvorgängen, insbesondere den wirkenden Druckkräften und den abrasiven Reibungskräften an den Materialflanken, ist. 7 zeigt die in den 5a und 5b bereits dargestellte Oberflächenstruktur an einem Stanzmesser nach einem Einsatz an über 90.000 kartonartigen Materialbögen. Es sind keine nennenswerten Beschädigungen, insbesondere kein Abtragen oder Abplatzen der Oberflächenstruktur zu erkennen. Es zeigt sich, daß die beschriebene amorphe polymere Netzstruktur äußerst wider standsfähig und somit im Bereich einer hochproduktiv arbeitenden Stanzanlage vorteilhaft einzusetzen ist.
  • Anhand der weiteren Figuren wird die Wirkungsweise einer derart präparierten Stanzlinie 5, insbesondere der Stanzschneide 10 sowie der entsprechend beschichteten Schneidflanken 20 und der Schneidspitze 15 näher erläutert. Die 8a und 8b stellen dazu beispielhaft Phasen eines Trennvorgangs dar. 8a zeigt eine Stanzschneide 10, die mit einem Vortriebsgeschwindigkeit V in das Stanzmaterial 22 getrieben wird. Der Abschnitt des Stanzmaterials, der in Richtung des Vortriebs V und unmittelbar in der Nähe der Schneide liegt, wird als Stanzfuge 30 bezeichnet.
  • Durch die Keilwirkung der Schneide 10 wird das Stanzmaterial 22 in einem gewissen Maß aufgeweitet und auseinander getrieben. Dadurch bilden sich innerhalb des Materials Druck- und Zugspannungen aus, die einen Widerstand auf die Schneidflanken 20 und insbesondere die Schichtstruktur 25 in Form eines Druckes ausüben. Unter dem Einfluß des Widerstandes des Stanzmaterials 22, insbesondere über die Materialflanken 21 erfolgt eine Kompression K der Schichtstruktur 25 an den Schneidflanken 20 und der Schneidspitze 15. Durch die Keilmechanik der Schneidspitze werden innerhalb des Stanzmaterials Druck-/Zugspannungen aufgebaut, die das Stanzmaterial anfänglich trennen. Dieser einsetzende Trennvorgang ermöglicht eine in 8b gezeigte Dekompression DK der Schichtstruktur, die dadurch einen zusätzlichen Druck auf die Materialflanken 22 ausübt und die Druck-/Zugspannungen im Stanzmaterial weiter verstärkt. Dabei stellt sich ein resultierendes Spannungsprofil SP in der Stanzfuge ein, dessen Maxima in einem auf die Vortriebsrichtung bezogenen Winkel β von mehr als 30° in das Stanzmaterial hinein weisen und damit zu einem verstärkten Aufbrechen der Stanzfuge führen. Aus 8b ist weiterhin zu entnehmen, daß im oberen Teil Schichtstruktur 25 zeitgleich mit der Dekompression DK im unteren Teil der Schichtstruktur eine Kompression K erfolgt. Dekompression DK und Kompression K erfolgen somit innerhalb der Schichtstruktur örtlich periodisch.
  • Im Allgemeinen genügt es bei einem Stanzvorgang, wenn Dekompression DK und Kompression K jeweils nur einmal bei einem Vortrieb V innerhalb der Stanzfuge erfolgen. Meist ist das Stanzmaterial im Ergebnis bereits vollständig gespalten.
  • Bei dickerem Stanzmaterial können sich Kompression und Dekompression der Schichtstruktur 25 zeitlich wiederholen. Die Schichtstruktur an der Nähe der Spitze 15 wird bei einem weiter fortdauernden Vortrieb wieder von den Materialflanken der Stanzfuge komprimiert, der oben beschriebene Spaltvorgang setzt erneut ein und eine anschließende Dekompression treibt das Stanzmaterial in der Stanzfuge erneut auseinander, während analog dazu an den in der Stanzfuge weiter oben gelegenen Orten der Schichtstruktur Kompression und Dekompression zeitversetzt zu den entsprechenden Vorgängen an der Schneidenspitze erfolgen. Dieser sich zeitlich und örtlich an den Schneidflanken vollziehende Prozeß entspricht physikalisch einer mit der Geschwindigkeit des Vortriebs V getriebenen Welle. Die Geschwindigkeit des Vortriebs kann so eingestellt werden, daß sich die elastischen Wechselwirkungen zwischen Schneidflanke und Materialflanke, die in einem gewissen Maße schwingungsfähig sind, aufschaukeln und verstärken. Damit potenziert sich die Keilwirkung der Schneide 10 vor allem bei dickerem Stanzmaterial beträchtlich.
  • Infolge der beschriebenen Kompressions/Dekompressions-Wechselwirkungen zwischen Schneidflanke, insbesondere deren Schichtstruktur und der Materialflanke in der Stanzfuge wird eine Schnittvoreilung innerhalb der Stanzfuge hervorgerufen, die in 9 näher beschrieben wird. Wie bereits dargestellt, führt das gespreizte Spannungsprofil zu einer verstärkten Keilwirkung der Stanzschneide 10. Diese Keilwirkung bewirkt, daß der eigentliche Trennvorgang innerhalb der Stanzfuge der Vorschubbewegung vorausläuft. In 9 ist dieses Vorauslaufen als Schnittvoreilung SE gezeigt. Der im Zuge der Schnittvoreilung getrennte Bereich kann in Abhängigkeit von den konkret vorliegenden Materialeigenschaften des Stanzmaterials bzw. den konkret vorliegenden Vortriebsbedingungen wie Druckkraft, Geschwindigkeit, Vortriebsimpuls usw. gegenüber dem durch die reine Keilwirkung der Schneide getrennten Bereich beträchtlich vergrößert sein. Der durch die reine Vortriebsbewegung getrennte Bereich kann 1/3 der Dicke des Stanzmaterials betragen, während die verbleibenden 2/3 des Stanzmaterials durch die Schnittvoreilung SE getrennt werden.
  • Die Schnittvoreilung ist in 9 aus Gründen der besseren Darstellung übertrieben breit dargestellt. Im Allgemeinen wird das Stanzmaterial bei der Schnittvoreilung im wesentlichen entlang eines „Haarrisses" entlang der Stanzfuge 30 getrennt, wobei stofflich die Integrität des Stanzmaterials zwar aufgebrochen wird, aber das Stanznut zen infolge Haftreibung innerhalb der Materialbahn verbleibt. Dabei werden die Nutzen zwar vollständig ausgestanzt, vereinzeln aber nicht vorzeitig und können in einem späteren Arbeitsgang problemlos vereinzelt werden, wobei Haltepunkte entfallen können.
  • Die Größe des Schnittvorlaufs kann durch eine geeignete Wahl der Vortriebsgeschwindigkeit in Abstimmung mit den Materialeigenschaften gesteuert werden. So ist es möglich, das Stanzmaterial wie beschrieben vollkommen über dessen Dicke zu durchtrennen. Bei einer geeigneten Änderung der Vortriebsgeschwindigkeit im Rahmen eines Zurichtvorgangs der Fertigung erfolgt der Schnittvorlauf jedoch so, daß am unteren Ende der Stanzfuge 30 ein dünner Restbereich des Stanzmaterials verbleibt, der in einem nachfolgenden Arbeitsgang weitgehend problemlos durchtrennt werden kann. Die Restbereiche sind in diesem Fall in ihren Materialeigenschaften unverändert und setzen dem späteren Vereinzeln keinerlei erhöhten Widerstand entgegen. Damit wird die Qualität der Stanznutzen beträchtlich erhöht. Ein scharfkantiges Durchstanzen ohne eine Überlastbeschädigung der Stanzlinie ist somit ebenso möglich, wie ein kontrolliertes Zusammenhängen von Restfasern insbesondere bei Karton oder polymeren Stanzmaterialien.
  • Durch die Wechselwirkung der Schichtstruktur 25 der Schneidflanken 20 durch die weiter oben detailliert beschriebenen Vorgänge der Kompression/Dekompression und deren Auswirkungen auf die Materialflanken 21 wird auf deren Oberflächen eine Glättung G erreicht, die in 9 schematisch angedeutet ist. Die Glättung ergibt sich dadurch, daß die rauhe Oberfläche der frisch durchstanzten Stanzfuge durch ein flexibles Anlegen der Beschichtung 25 an die Materialflanke glattgepresst wird. Weiterhin wird diese durch die Vortriebsbewegung geglättet, indem durch die Beschichtung 25 in einem Verschleißvorgang an den Materialflanken lockere oder herausstehende Oberflächenstrukturen abgeschliffen werden.
  • Die Wirkungsweise der Schnittvoreilung bzw. der Glättung ist in den 10, 11 und 12 anhand elektronenmikroskopischer Aufnahmen von Materialflanken ersichtlich. 10 zeigt eine Materialflanke 21 einer PVC-Folie nach einem Stanzvorgang. Der Bereich A markiert die Eintauchtiefe der Stanzschneide und geht in einen etwa doppelt so breiten Bereich B über, der durch die Schnittvoreilung gebildet wurde. In dieser Figur ist am unteren Ende ein Bereich C zu erkennen, der einen Abschnitt nicht ge trennten Materials gemäß dem oben genannten Verfahrensbeispiel umfaßt. Der Bereich der Schnittvoreilung ist in diesem Beispiel etwa doppelt so breit wie der Bereich A der eingedrungenen Stanzschneide.
  • In 11 sind die drei Bereiche deutlicher zu erkennen. 11 zeigt wiederum eine durchstanzte PVC-Folie von etwa 1 mm Dicke. Auch hier markiert der Bereich A die Eindringtiefe der Stanzmesserschneide, während die Bereiche B und C die Bereiche der Schnittvoreilung SE, bzw. des nicht durchtrennten Restbereichs C umfassen. Durch Vergleich der Bereiche A und B ist zu erkennen, daß durch die Einwirkung der Schneidflanken und insbesondere der Schichtstruktur die Oberfläche des Bereichs A homogen und mit gleichmäßigen Strukturen gestaltet ist, während der Bereich B eine typische Bruchstruktur zeigt, die besonders im Übergang zum nicht durchtrennten Bereich sehr unregelmäßig wird. Damit zeigt sich die glättende Wirkung der Schneidenflanke und deren Schichtstruktur.
  • Besonders deutlich ist der glättende Effekt der Schichtstruktur in 12 zu erkennen. Die hier elektronenmikroskopisch abgebildete Probe zeigt eine Materialflanke 21 an einem Kartonteil. Dabei wurde der Karton von dessen Unterseite aus nach oben durchstanzt. Der Bereich A markiert hier die Einwirkung der eingedrungenen Schneide, während der Bereich B die Schnittvoreilung zeigt. Während der Bereich B einen deutliche unebene Rißstruktur zeigt, weist der Bereich A eine glatte homogene Oberflächentopologie auf, die sich durch eine glatte Faserstruktur auszeichnet. In diesem Bereich sind die Kartonfasern durch die pressende Einwirkung teilweise abgerieben, bzw. an die Materialflanken angepresst.
  • 5
    Stanzlinie
    10
    Stanzschneide
    15
    Schneidenspitze
    15a
    beschädigte Schneidenspitze infolge Überlast
    20
    Schneidflanke
    21
    Materialflanke
    22
    Stanzmaterial
    22a
    gequetschtes Stanzmaterial
    25
    Schichtstruktur
    26
    Amorphe Polymerstruktur
    26a
    gereckte, verhärtete Netzstruktur an Substrat-Oberfläche
    26b
    viskoelastische Tiefenstruktur
    26c
    verhärtete Oberflächenstruktur der Schuppenstruktur
    27
    polymere Kohlenwasserstoffmatrix
    28
    kristalline Plattenstruktur
    28a
    Pinhole-Struktur
    29
    polymere Schuppenstruktur
    29b
    modifizierte Schuppenstruktur auf Schneidflanke
    30
    Stanzfuge
    DK
    Dekompression
    D/Z
    Druck/Zugspannungen
    G
    Glättung
    K
    Kompression
    SE
    Schnittvoreilung
    SP
    Maximum des Spannungsprofils

Claims (4)

  1. Stanzverfahren bei welchem – eine Stanzlinie (5) mit einer härte- und volumenveränderlichen DLC-Beschichtung (25) eingesetzt wird, – unter dem Einfluss der Vorschubbewegung (V) örtlich und zeitlich alternierende Dickenänderungen (D, DK) in der DLC-Beschichtung (25) hervorgerufen werden, welche alternierende Druck- und Zugspannungen (D/Z) innerhalb des Stanzgutmaterials induzieren, – die alternierenden Druck- und Zugspannungen das Gefüge des Stanzgutmaterials (22) der Stanzlinie vorauseilend trennen (SE) und – das Stanzgutmaterial (22) bis zu einer minimalen Restdicke am unteren Ende der Stanzfuge getrennt wird, welche eine ausreichende Zugfestigkeit für einen Materialtransport aufweist.
  2. Stanzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die alternierenden Druck- und Zugspannungen eine Glättung (G) der Oberfläche der Stanzfuge (30) bewirken.
  3. Stanzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlich und zeitlich alternierende Dickenänderung der DLC-Beschichtung einen reversiblen Reckvorgang der Netzwerkstruktur verursacht, durch welchen die Beschichtung komprimiert und verhärtet wird (K) und nachfolgend in einem zweiten Schritt ein reversibles Entrecken der Netzwerkstruktur erfolgt, wobei die Beschichtung dekomprimiert wird und deren Härte abnimmt (DK).
  4. Stanzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vortrieb (V) der Stanzlinie (5) so erfolgt, dass diese teilweise in das Stanzgutmaterial (22) eingetrieben wird und die Schnittvoreilung das Stanzgutmaterial über die gesamte restliche Dicke entlang der Stanzfuge (30) trennt.
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