DE1602491A1 - Stanzstempel,insbesondere zur Herstellung von Lochungen - Google Patents

Description

• zur F.ersteillm,7 von #sochuAyit-,tn

  al Jen !Fe-7,-r£i'2-rgn der spanabhebenden. und spanlosen Formung ist, &ie Problem der Selbststeuerung der Werkzeuge noch nicht 4ährend sich bei den Kraftmaschinen durch Einrichtungen verschiedenster Art, wie Regulatoren, Thermostate, übere,ruckventile u. at der Arbeitsvorgang selbst steuert, ist diee bel den epen-abhebenden und spanlosen Verfahren nur in sehr wen.Iigen Fäller und auf umständliche Weise möglich. Ein zur 1,3sung dir--ses, Probleme könnte eine derartige Ausbildurng des erkzeugee sein, daß es sich während seiner Belastung jeweils selbst so einstellt$ daß es die Belastung auf eine mÖglichst lange Lebensdauer ertragen kann. Wenn also ein #verkzeug an den verschiedenen Stellen mit zu unterschiedli.Chen Drücken belastet wirdg so soll durch Druckausgleich ohne eine Qualitätsminderung des Vorgangen herbeizufÜhren mit einepi Minimum an Kraftaufwand ein Spannungsauagleich durchgeführt werden. Oder wenn ein Werkzeug durch zu hohe Temperaturen belastet'wird, so soll es von sich aut die'Naßnahmen treffen" die die Temperaturen auf ein optimales Minimum heruntersetzen, ebenfalls mit dem Zweck, seine Lebensdauer (Standzeit) zu ve.clä-agern. So -N-,at wrin bei der Zerspanung versucht, -durch daa aus dem Weikzeug und dem 'Werkstück gebildete Thermopaar die am Werkzeug auftretende Schneidentemperatur zur Selbststeuerung der die Temperatur erzeugenden Schnittgeschwindig#-keit.zu benutzen. In der spanlosen Formung hat man z. B. beim Stanzen oder Pressen Überdruckventile in die )las6hinen eingebau t, um die Nerkzeuge vpr Überlastung und Bruch zu achÜtzen, nicht aber, um den Vorgang selbst in qualitativer Hinsicht zu steuern. Ein beaanderer'Fall -ist das Lochen von Blechen. Die Frage dar Standzeiterhöhung von Lochstempein wurde dadurch zu klären versuchtl-daß einerseits die Lochstempel an den Auftrettlächen auf dem Werkstüak in verschiedenen Formen ausgebildet wurden mit dem Zweck, ein allmähliches Eindringen in den Werkstoffe bis zum Trennungsbruch zu erreichen. Es wurde auch versucht, dem Problem der besseren Stanzbarkeit von der Werkstoffeeite aus näherzukommen. Die verschiedenen vorgeschlagenen konstruktiven Niungen für die stanzr.tempel.ausbildung gehen nur von de n rein statischen oder dynamischen F#estigkeitsverhalten aust sie beinhalten jedoch nicht eine Selbststeuerung mit dem Zweck der Erzielung eines optimalen Ablaufs sowohl hinsichtlich der Lebensdauer den Stempels wie auch der Überechreitung der technologischen Grenzen über die Lochuzigsmögliabkeiten bei 4.. B. mehr kleinen LÖchern, der sogenennten Dockenlochung# weleho-bresondern bei austenitischen Blechen von Bedeutung ist* In diesex Zusammenhang sei darauf hingewiesen, da£ der beim Stanzen von Löchern auszustanzende Werkstoff in seiner Beanapruchung drei Phasen durchläuft: Phase) wird Nach Überochreiten der

  der v;Oül,-stoff an der Aüftreffläche plaAtisch verformt

  (2. r-haEe)s um nach Überschreiten der Trannfestigkeit zum

  Trennungsbruch (30 Phase) zu führen. Hierbei wird der Uerk-

  s'tr>ff vor d(3-1 Trennbruch an der,Auftrerf läche derartig pla

  stisch verformt, da2-1 der Abschervorgang nur unter einer durch

  die plaß-tibuhe Verfeatigung erhÖhten Stempelkraftstattfindet

  und seine jiegrenzung in der Knickfestigkelt des Stempels fin-

  det. HiftzUkommt der I*achteill daß bei Volletempelngdas zwi-

  schen Locbwand und.Si,--rmpel-Außenwand abgebrückelte Material

  vor -dem -*-tempel hergeecleoben wirdv so daß dieses Material

  weitäref: Material aus der Lochwand herausreißt und schließlich

  als Grer am Lochrandaustiitt hängönbleibt. Ein derartiger

  Lochungivorgang b-eruht aU einer ung61enkten Ikaterialbrechung

  und iiiem Vorsichherschlebun des abgequetaobtön Materials"

  das iv der Stärke ungefähr Aem ealt zwischen- Stempel und

  Schni";tp.latte -entspricht. 1

  Der vorliegenden Erfindung li(gt die Schaffung eines sich

  selist-steuernden Stanzatempoli insbesondere zur Herstellung

  vo-t- Uchungen zugrundeg mit wolihem es ermÖglicht wird, auf

  e#Caobe l;eine einwandfreie I«Iungen mit- glatten'Wandungen

  tad-:ei,ner*ger#ngstmöglichen Gratlildung zu erzielön. Darüber

  Anaus erm6glicht es- die Windunt, die Kräfte herabzusetzen,

  wele-he bisher bei solchen Arbeitsv"rga;'ngen bz'w. Stanzvorgängen

  aufzuwenden wären.

  Gemäß der Erfindung wird diei dadurch erreicht, daß daB "' - erkzeug einen gesteuerten Zerspanungsvorgtug ausführt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfinduüg-weist dei Stempel ein den Stanzvorgäng begünstigendes zentriet-endee--DrUcl-.teil auf , welches je nach der Ausführung des Stanzvorgangen -unter dem' Einfluß einer Feder stehen kann. Als Federung kann jede geeignete Federart Anwendung finden. Vorteilhaft sind Tell.erfederng jedoch kÖnnen auch pneumatische und hydraulische Federungen Anwendung finden. Ein Weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht daring da.fi während des Stanzvorganges, insbesondere während der plastischen Verformung des Werkstückea bei der Ausführung des Stanzvorganges, der hierbei zu einem Verspanungsvorgang wird, zwischen dem Stempel und dem 4erkstück ein Span aum gebildet wird. Dies wird daduich erzielt, daß der innere relativ beweglio'h**-.Teil des Stempels gegenüber dem äußeren eine relative mdele Bewegung ausführt. Vort#i4&ft ist das Außenteil des Stempels mit einen positiven Spanablaufwinkei ausgestattet. Hierdurch wird erreichtg daß der epanablauf nach innen stattfindet. Ein weiteren Merkmal der Erfindung besteht darin" daß die Stirnfläche des Innenteiles des Stempels eine zentrale Berührungefläche aufweist. Hiermit wird.eine Zentrierung des den Sohneidvorgang ausführenden Außenteiles des Stempels erzielt u#d ein praktisch reibungsloses Gleiten des iu.Benteilos,gegen-Über dem Innenteil erzielt. In besonderen.Pälleg igt es vorteilheft,- eine sentrale und eine RUB*r0 B0rUhrMgefläche fÜr den Innenteil den Stempels vorzusehen. Dies bringt den Vorteil mit sichl daß eine Kippwirkung das Innenteiles vermieden wird und ein gleichmäßigen Vorsichh4rechieben eines beim Arbeitavorgang gebildeten Spanräumen erzeugt wird. Hierdurzh wird gleichzeitig ein gleichaUigeren Vornichh4rechieben den Spanes erreicht. Um den Stanzvorgang zu be UnfjUgeng wird bei jedem Stanzvorgang zwischen dem Stempelg insbesondere dem Innenteil des Stempels und dem Werkstückg Öl angewendet. Es wird einem im Innenteil des Stempels vorgesehenen Ölvor:rat entnommen. Zu diesem Zweck ist das Innente11,des Stempels vorteilhaft mit einer kanUartigen Bohrung für den Durchtritt des Preßöles versehen. Ausgegangen wird bei der vorliegenden Erfindung von der den Stempel beanspruchenden Stempolkraft und technologisch von dem Sebervorgang selbst. Da beim Stanzvorgang bei den heute angewendeten Auftreffgeschwindigkelten die Schneidkanten keinen hohen Temperaturen unterliegen, kann der Temperaturfaktor außer acht gelassen werden. Veranlassung, den Stanzvorgang von obigen beiden Komp anenten aus zu betrachtung waren von dem vormalen Stanzvorgang besonders auffällig in Erscheinung tretende Abweichungen, wobei es sich um Grenzgebiete handelte# die bei Löchern-auftreten, deren Durchmesser kleiner als die Blechstärke oder deren Durchmesser ein Vielfachen der Blechstärke ist. Bei ersterem Grenzvorgang überwiegt die hohe und eingeengte plastische Umformung des Lochbutzens, 41e noch besonders bei austenitischen - also sieh stark kalt verfeatigenden - Blechen sich erhöhte sowie die damit gekoppelte hohe Reibung zwischen Lochwand und St@4@1» Bei laUzterem Grenzvorgang Überwiegen der entsprechend größere Spalt und das damit 3ekoppelte erhöhte Ausreißen von Werkstoffpartikeln aus der Lochwands Hierdurch entstehen Anrißbildungen. Wegen'der ge- fürchteten Ahrieae werden bekanntlich bei hochbeanspruchten Verzietungen ggotanzte Löcher nicht guSelassen u#d das teuer* Bohren derartiger Löcher vorgeschrieben. Dies ist aus den Dar-.stellungen4er Figur 1 gut erkennbar, In welchen die verachiedenen Lochquarf#chr-itte be--i- gleichar angefangen vom Lochungsverhältnin s - d4 -1 über jer Grenzfall o : d - 1 bia zu a : ä > 1 (Dockenlochung), bezi;glich der Eigensteitigkeib der -'j'l'ochbik'czen betrachtet werden. #fe kleiner das Verhältnis s : d als 1 ist, um so eher besteht bei sehr plastisch umformbaren Materialier. die Go-Pahr des Verklemmens des Butzens infolge seiner geiNÖlbten Durchbiegung. Je größer das- 'vnl.s a : d alo 1 iste um no grÖßer wird die Reibung an de» Lc:chwänden Infolge einer mehr quetschenden gle abscherendert iVirkimg das Stanzsteirtpels. Daher hz;ndelt es sich darum, r3o-f-iohl# die (Quetsch- wie die illemmwirkung In eine bessere ScheiwIrk-ung dur3h Einschneiden uad In eine anschließende Schabwirkung durch Nachschneiden der Bruchfläche zu verwandeln, um zugielch belia Einsetzen des Zierspanungsvorganges die sonst Infolge Flächexidehnung auftretende Durchbiegung beim Eindringen das Stanzstempels zu verringern und den ausgestanzten Butzen als Immer mehr zu einem möglichst unter allseitigem Druck beanspruchten Körper mit möglichst geringer Reibung aus dem gestanzten Loch austreten zu lassen. Dies läßt sich dadurch vei-41rklichen, daß der Sbanzvorgang gemäß der Erfindung als Umform- und Schneidvorgang unterteilt gesteuert wird# wobei der folgemäßige Ab- lauf in dem Stanzstenrpelaufbau selbst liegt# um mit keinen fremden von außen her eingreifenden Steuerelementen den Vorgang zu steuern. Die EifIndung Ist; In den Figuren 2 bis 10 biiapitlsweiae dargeabellt. In der Figur 2 Iab mit 10 die Schnittplatte, mib '12 ein Blech un.1 aLt, 14 ein -Stempel nach der Eifindung bezeichnet. Der eigentliche StümpelkÖrper 16 Isb mit; einer zentra1.,en Aunnehmilag 18 versehen, Lii wololler ein kolbenartigen rniientoll 20 vorgenehen Ist, welches am inniren Ende mit einem flanachartigen Ansatz 22 versehen Ist, gegen welchen eine Federung 24 drückt. Illerfür k3naen beispielsweise Tellerfedern (nicht dargestellt) Veivendung finden. Das Außenteil 16 ist, wie bei 26 angedeutet, mit positivem ;-3,panablaufwinkel Alpha versehen.
• Beim Beginn des Stanzvorganges treffen beide Teile, das Innenteil 20 und das Außenteil 16% gemeinsam auf das Blech 12 auf. Hierzu ist die Auftreffläche des Innenteiles 20 bis zu seinem liUntreten in den Plastizitätsbereich wie in der Fig. 2 bei 28 alls Stirnfläche mit geringer Daebneigung und gevÖlbtem t'jber#.-ing zum Scheft äusgebildet, und zwar fÜr Bleche von nervtaler lilastizitätg oder die Stirnfläche ist - wie aus Fig. 6 hervorSoht - stark konvex gewölbt zur Anwendung-bei Stoffen, die hohe Kaltverfestigungseigenschaften4-wie z. B. austenitische Bleche, aufweisen. Bei sehr plastischeng weichen Stoffen, wie Kupfer, Aluminium und d gl., wird die Stii fläche gemäß Fig. 7 konkav ausgebildet. Die verschiedenartige stirnseitige Ausbildung des Auftreffendes 28 des kolbenaitigen Innenteils , hat gegenüber den bekannten Vollstempelri den Zweck, eine möglichst geringe BerÜhrungezone und Oberflächenhaftung sowie Oberflächenverformung zwischen dem Innenteil 20 und dem Butzen zu erreichen# Außerdem wird dadurch gleichzeitig eine Zentrierung für das - schneidende Außenteil 16 bewirkt. Die Höhe der Erhebungen des Innenteils an der Auftrefflächt soll etwa dem halben Plastizitätswegbeim Eindringen des Stempels in den Blechwerkstoff entsprechen. Das hUleenartige Außenteil 16 des Stempels besitzt vorteilhaft eine nach innen zu geneigte Auitroffläche um den positiven Winkel Alphag wobei die Höhe der Abschrägung nach innen zu ebenfalls der halben Höhe des Plastisitätsweges in das Blech hinein entsprechen soll. Aach e#em, Eindringen des Sterapele um die halbe Eindringtiefe des PiastIzitätsbereiches gemäß Figur 3 nimmt der Druck auf die Auftreffläche des Stempels derart zug daß sich das kolbenartige Innenteil 20, das"sich auf der Fe4erung 24 abstützt, von der Auftreffläche entfernt$ so daß eine Druckentlastung des gesamten Stanzstempelaggregates gegenÜber den bisher eingesetzten steifen Stanzstempeln entsteht. Dadurch wird auch zwischen dem Blech 12 und der Auftreffläche des Stexpelkolbens 20 ein gewisser pufferartiger Hohlratim gebildet. Von diesem Zeitpunkt an hat - wie in Fig. 4 angedeutet - nur noch der Stempel-,:ra-nd des Außenteiles die Aufgabe, die Plastizitätszone um etwa die weitere halbe Eind-ringtiefe zu durchschreiten und zum Schz;.'ben der durchbrochenen-Lochwand anzusetzen. Hierbei ruft die geneigte StempelhÜlsenschneide - wie in den Fig. 4 und 5 angedeutet - mit ihrer Normalkraft N ein nach innen zu gerichtetea Moment M hervor, das dem Auffedern des unter Bogenspannung stehenden Butzens 30'entgegenwirkt. Dadurch wird die kibung an der Lochviand vermindert. Außerdem verwandelt sich der quetschende Stanzvorgang hierdurch zu einem durob den positiven Abi.aufwinkel Alpha gesteuerten Schabsvorgangl indem die nach innen geneigte Stempelhülsonkante die durch den Trennbruch herbeigeführte rauhe Oberfläche nachschneidet und das abgeachabte Material 32 nach innen in den Hohlraum weiter unter den Kolbenstempel zum Ausweichen bringt und damit-vor sich herschieben kann. Dies ist in der Fig. 8 angedeutet. Die Bildung den zu dieser Schab- und Pufferwirkung nO-twendigeh Hohlraumes kann noch weiterhin dadurch unteratützt werden, daß der Kolbenstompel 20 durc#h eine mit einem Ölvorratsbehilter (nicht dargestellt) in Verbindung stehende katülartige Plöhrung 34 (Fig. 8) unter Druck steht. Das Proßöl spritzt beim Niedergang zwischen die Kölbenstempel-Auftreffläche und den Blechbutzene Durch den unter Pufferwirkung stehenden Kolbenstempel 20 und den schneidenden Außenteil 16 mit positivem Schneidwinkel wird die Stanzatempelkraft gegenüber den bekannten Vollstempeln aufgeteilt und erniedrigt.-Außerdem wird die Rißbildung sowie die Gratbildung durch die-nach innen zu gerichtete Schabewirkung des Hohlstompels verringert. BeJ Großlochulu,4tii (Fig. 1) erfolgt die sti=Seitig8 Ausbildung des Kolbenstempels sinngemäß der Forderung einer MÖgliChSt geringen Ober.flächenverfoinungs einer Zentrierwirkung und einer Span-Rohlraum- und Pufferbildung# Hierzu wird auf Fig. 9 verwiegen. Die Zentrierung ist hier aufgeteilt in eine mittlere Zentrierung mittels des Ansatzes 36 zum möglichst berühtungslosen Vorlauf den Kolbenteilos 20 und in eine Außenzentrierung in Gestalt des Kranzes 38. Hiermit wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung beim Angriff und ein gleichmäßiges Vorsichherschleben des erzeugten Spanraumes beim Weiterwirken des Kolbendruckes erreicht. Auch bei ausgesprochener Kleinlochung, der eogenannten Dockenlochunge kann die-ähnlich ausgebildete@ in Pig. 10 dargestellt* Stanzstempelauftellung die bisherigen Anwend:unSagrenton überschreiten. Damit sind euch dann noch kleinste Löcher durch Stanzen heratellbar, wenn die bisherigen üblichen Stanznadeln infolge den 2ehiens jeglicher Schneidwirkung versagen& Hier kann wegen der hohen Eigensteifigkeit den Lochbutzens auf eine Abfederung des Innenteiles verziehtet worden. Das 'kolbenartist Innenteil 40 den Stempe1942 dieht hierbei ledigliöh zur Zent

  »r*xlng mi-t L,#, n

  t2!ie U

  .Oringstem Vorlauf. Das hülsenartige Auße teil 42

  unterliegt d-enßelben Anforderungen bezüglich seiner schneiden-

  artigen Ausbildung, wie es aus den vorstehenden Ausführungen

  und Figuren hervorgeht.

Claims (1)

1. Patent:cusDrüche 15tanzstempell iniibesondere zur Herstellung von Lochungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen gesteuerten Zerspanungsvorgang aus-4f.'ijhrt. 2. <3tonipel nach Anspruch 1, dadurch geksnnzeichnetg daß der St&.mpel ein den.Stanzvorgang begünstigendes zentrierendes Druckteil aufweist. Stempel nach Anspruch 1 und 2v dadurch gekennzeichnet, daß das Druckteil unter dem Einfluß einer Federung steht. ik, Stempel uach Anspruch i bis 3,e dcdurch gekennzeichnet, daß als Federurg Teileriedern dienen. Stempel riaob Anopzuch 1 bis 4.9 dadurch geker#izeichnetl, -daß w#äbre.ud- des Stanlz%,org&n vges, inAesondere während der plasti- sahen VerforAung des WerkstÜckes, zwischen SteMpel und WerkstÜck ein gpanraum gebildet wird. 6. Stempel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet# daß das Außenteil des Stempels mit positivem Spanablaufeinkel dusgestattet ist. Stempel nach Anspruch 1.bio 69 dadurch gekannzeichnett daß die Stirnrläche des Innentelleg eine zentrale Berührungefläche aufweist. 5. Stelpel naob Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Innenteiles eine zentrale und eine äußere Berührungsfläche aufweist. 9. Stenpel nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil einen Ölvorrat enthält. 10- Steppel nach Anspruch 1 bis 99 dadurch gekonnzeichnatg daß das Innenteil eine kanUlartige Bohrung für den Durchtritt von Preßöl aufweist.