DE19605113A1 - Feinschneidverfahren und Feinschneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Feinschneidverfahren mit einer Presse, umfassend ein Werkzeug, wobei das Werkzeug in einem Gestell angeordnet eine Schneidplatte, einen Auswerfer, einen Abstreifer mit Niederhalteplatte, Schneidstempel und Gegen­ stempel aufweist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Feinschneidwerkzeug mit in einem Gestell angeordneter Schneidplatte, Abstreifer, Schneidstempel und Gegenstempel und zwischen Schneidplatte und Abstreifer ein Werkstück mindestens teilweise umgebend ange­ ordneten Abstandshaltern.

Es ist bekannt, daß dann, wenn mit einem Feinschnittwerkzeug beispielsweise eine Scheibe ausgeschnitten wird, sich das Werkstück, z. B. Blech, zwischen Stempel und Schneidplatte zu Beginn des Schneidvorganges durchbiegt. Die im gebogenen Werk­ stück enthaltenen Zugspannungen erhöhen die Spannung in der Scherzone des Werkstoffes und es erfolgt ein Herausbrechen der Scheibe aus dem Werkstück, ausgehend von der Schnittkante, be­ vor der Stempel den Werkstoff vollständig durchstoßen hat. Weiterhin ist bekannt, daß die Größe des Schneidspaltes die Oberflächenbeschaffenheit der Scherflächen beeinflußt. Mit kleiner werdendem Verhältnis Schneidspalt zu Werkstückdicke wächst der Anteil der Glattschnittfläche an der Scherfläche des Schnitteiles.

Damit beim Feinschneiden nun keine Abrisse an der Scherfläche entstehen, ist zwischen Stempel und Schneidplatte praktisch kein Schneidspalt zulässig. Um weiterhin ein Fließen des Gefü­ ges in der Scherzone zu verhindern, wird längs der Schnittli­ nie des Schnitteiles eine Ringzacke eingepreßt.

Einzelheiten dieses Feinschneidverfahrens sind beispielsweise der VDI Richtlinie 3345 entnehmbar. So wird dort ausgeführt, daß zum Herstellen von Feinschnitteilen eine spezielle Ma­ schine vorgesehen ist, die in der Lage ist, Schneidkräfte, Ge­ genkräfte und Ringzackenkräfte auszuüben.

Der Werkstückwerkstoff wird vor dem Schneidvorgang mittels der Ringzacke mit der erwähnten Ringzackenkraft außerhalb der Schnittlinie auf die Schneidplatte gespannt. Eine Gegenkraft spannt den Werkstoff innerhalb der Schnittlinie gegen den Schneidstempel. Der Schneidvorgang erfolgt also im vorstehend beschriebenen eingespannten Zustand.

Nach Beendigung des Schneidvorganges wird die Ringzackenkraft und die Gegenkraft abgeschaltet und das Werkzeug geöffnet. Nach erfolgtem Schneidvorgang wird die Ringzackenkraft zur Ab­ streiferkraft und die Gegenkraft dient dem Ausstoßen.

Das bekannte Verfahren des Feinschneidens läßt sich also wie folgt zusammenfassen.

Zunächst wird das Werkzeug geöffnet und das zu behandelnde Werkstück eingeführt. Nach Schließung des Werkzeuges wird der Werkstoff inner- und außerhalb der Schnittlinie mittels der Ringzacken einerseits und der Gegenkraft andererseits einge­ spannt. Anschließend erfolgt ein Anschneiden des Werkstoffes, wobei durch die Spannung im Werkzeug Haltekräfte wirken. Nach beendetem Stößelhub liegt das ausgestanzte Teil auf der Schneidplatte und ein Innenformabfall wird in den Schneidstem­ pel eingeschnitten. Die Ringzackenkraft und die Gegenkraft werden abgeschalten und das Werkzeug wird geöffnet. Mittels eines Abstreifers erfolgt dann das Ausstoßen der Innenformab­ fälle und das Abstreifen des Stanzgitters. Feinschnitteile und Innenformabfälle werden nun ausgeblasen oder anderweitig aus­ geräumt.

Die erwähnte Ringzackenkraft ist nötig, um eine Ringzacke mit vorgegebener Formhöhe und -länge in Abhängigkeit von der Fe­ stigkeit des Schneidwerkstoffes in den Werkstoff einzupressen. Die Gegenkraft hat die Aufgabe, das Schneidteil während des Schneidvorganges auf den Stempel festzuklemmen. Diese Kraft ist abhängig von der Flächengröße des Schneidteiles und der spezifischen Gegenkraft, welche im Bereich zwischen 20 und 70 N/mm² liegt.

Mittels der eingeprägten Ringzacke wird nun ein Fließen des Werkstückes senkrecht zur Schneidrichtung verhindert. Jedoch wird aus dem Vorgenannten deutlich, daß zum einen das Werkzeug so bearbeitet sein muß, daß es in die Lage versetzt ist, in das Werkstück eine Ringzacke einzupressen und daß zum anderen ein höherer Materialverbrauch durch die Notwendigkeit des Ein­ prägens der Ringzacke auf dem Werkstück resultiert.

Um den Aufwand zum Einprägen der Ringzacke zu reduzieren und mit dem Ziel der Einsparung der 40% höheren Preßkraft auf­ grund der Notwendigkeit der Ausbildung der Ringzacke wurde be­ reits vorgeschlagen, nicht das Abfallstück, sondern das Gut­ stück, d. h. das Stanzteil selbst, zu erfassen und während des Schneidens einzuspannen. Bei dieser Art der Einspannung soll darüber hinaus die beim Stanzen entstehende Friktionswärme zu­ sammen mit dem Abfallstück von den Schnittflächen des Stanz­ teiles abgeführt werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß zwischen Schneidplatte und Schneidstempel außerordentlich hohe Anforderungen hinsichtlich der Maßhaltigkeit und Präzision zu stellen sind. Mit zunehmen­ dem Werkzeugverschleiß beginnt durch das erwähnte Einspannen des Werkstückes im Gutteilabschnitt ein Fließen über die Flä­ che des umgebenden Materials, so daß sich die Schnittqualität mit sich veränderndem Schneidspalt verschlechtert. Insofern sind besondere Maßnahmen zur Qualitätssicherung des Stanzwerk­ zeuges zu ergreifen, wie beispielsweise in der EP 0 060 355 B1 beschrieben.

Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, während des eigentlichen Schneidvorganges nicht nur durch Pressung zwischen Schneid­ stempel und Gegenstempel das Gutstück einzuspannen, sondern auch durch eine entsprechende Druckkraft zwischen Schneid­ platte und Abstreifer das Werkstück zu fixieren.

In diesem Sinne wird also das Werkstück auf eine Abstreif- und Niederhalteplatte aufgelegt, während sich die Schneidplatte gemeinsam mit einem Auswerfer absenkt. Schneidplatte und Aus­ werfer bzw. Schneidplatte und Abstreifer, spannen das zu bear­ beitende Blechband ein und fixieren damit das Abfallteil. Die oben befindliche Schneidplatte schneidet demnach die Außenkon­ tur des Schnitteiles während sich das Werkstück gemeinsam mit einer Abstreif- und Niederhalteplatte nach unten bewegt. Ein gegebenenfalls vorgesehener, im Werkzeugoberteil angeordneter, Lochstempel dringt in den Werkstoff des Werkstückes ein und schneidet die Innenkontur. Die notwendigen Druckkräfte zwi­ schen Schneidplatte und Abstreifer einerseits sowie zwischen Schneidstempel und Gegenstempel andererseits sind jedoch er­ heblich und steigen mit größer werdendem Schneidspalt an. Wei­ tere Probleme der Ausübung einer ausreichenden Flächenpressung entstehen dann, wenn extrem glatte Werkstückoberflächen verar­ beitet werden sollen oder wenn die Werkstückoberflächen mit einem in der Stanztechnik üblichen Gleit- oder Trennmittel versehen sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Feinschneidverfahren und ein Feinschneidwerkzeug anzugeben, mit dessen Hilfe si­ chergestellt wird, daß auch bei verschleißbedingt sich ändern­ dem Schneidspalt mit vertretbaren Druckkräften Durchbiegungen und Aufwölbungen unter der Stempelstirnfläche bzw. über der Schneidplattenfläche wirksam verhindert werden.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 2.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht nun darin, das Feinschneidverfahren so weiterzuentwickeln, daß bereits vor dem Eindringen der Schneidkanten des Werkzeuges sowohl das Gutteil als auch das Abfallteil mit einer Vorspannkraft beauf­ schlagt werden und anschließend durch Bewegung der Schneid­ platte gemeinsam mit dem Abstreifer nach unten der Schneidvor­ gang ausgelöst wird, wobei der eingestellte Einspanndruck zu­ sätzlich weiterhin wirksam bleibt.

Durch das Vorspannen des Werkstückes mit dem Werkzeug über eine große Fläche zwischen Schneidplatte und Abstreifer sowie Schneidstempel und Gegenstempel ist sichergestellt, daß auch bei gegebenem Schneidspalt ein glatter, exakter Feinschnitt mit geringer Gratbildung erreicht werden kann.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Einspann­ druck zwischen Schneidstempel und Gegenstempel sowie Schneid­ platte und Abstreifer auf in etwa 10% der Schnittkraft einge­ stellt.

Werkzeugseitig wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Schnittkanten der Schneidplatte mit einer Fase zu versehen, wobei der Fasenwinkel in Abhängigkeit von der Festigkeit des zu schneidenden Werkstoffes sowie von der geforderten Schnitt­ flächengüte wählbar ist. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß der technologisch einfacher ausbildbare Fasenwin­ kel zu einem geringeren Werkzeugverschleiß führt und ausge­ zeichnete Schneidergebnisse hervorbringt.

Darüber hinaus ist es möglich, Werkstücke auszubilden, die um­ fangseitig über unterschiedliche, je auf die Anforderungen be­ zogene und optimierte, Schnittqualitäten verfügen. Hierdurch läßt sich die Standzeit des Werkzeuges erhöhen.

Um unerwünschte Gefügeveränderungen im Werkstück zu verhin­ dern, wird darüber hinaus erfindungsgemäß vorgeschlagen, an sich bekannte Abstandshalter, die das Werkstück im Fein­ schneidwerkzeug umgeben, dickenmäßig so auszubilden, daß diese im wesentlichen gleich der Dicke des zu bearbeitenden Werk­ stückes sind.

Ebenso wie die Schneidplatte mit der erfindungsgemäßen Fase in einem Winkel von 10 bis 80° versehen ist, kann ein vorhandener Lochstempel zur Innenkonturierung des Werkstückes eine ähnlich geartete Fase aufweisen, so daß sich die gleichen Vorteile er­ geben.

Alles in allem ermöglicht das erfindungsgemäße Feinschneidver­ fahren sowie das zugehörige Feinschneidwerkzeug bei nur gerin­ gen Veränderungen vorhandener Pressen eine deutliche qualita­ tive Verbesserung der somit hergestellten Werkstücke über einen langen Einsatzzyklus der Werkzeuge. Auch wird der Ferti­ gungsaufwand bei der Herstellung der Werkzeuge reduziert, so daß auch Stanzteilkleinserien wirtschaftlich erstellt werden können.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer Figur, die eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht eines Feinschneidwerk­ zeuges von der Bandeinlaufseite her zeigt, näher erläutert werden.

Bei der in der Figur gezeigten Seitenansicht eines Teiles einer Werkzeugaufnahme einer Presse sind auf einem Pressen­ tisch 1 Führungssäulen 2 angeordnet, auf denen gleitbeweglich Hülsen 3 fixiert sind. Mittels der Führungssäulen 2 und der Hülsen 3 ist eine vertikale Bewegung des in der Presse aufge­ nommenen Werkzeuges möglich.

Eine mit dem Pressentisch 1 verbundene untere Werkzeugaufnahme 4 dient dem Befestigen eines Schneidstempels 5. Der Schneid­ stempel 5 weist gegebenenfalls eine Längsbohrung 6 auf, in die ein Lochstempel 7 eindringen kann und welche einen Abfallbut­ zen der Innenkontur aufnimmt und nach unten zu einem Abfall­ container leitet. Hierfür ist eine entsprechende Bohrung oder Aussparung 8 im Pressentisch 1 vorgesehen.

Der Schneidstempel 5 wird von einem beweglichen Abstreifer 9 umfaßt, welcher mit einem oder mehreren Bolzen 10 einer nicht gezeigten hydraulischen Einrichtung in Verbindung steht. Auf dem Abstreifer 9 und dem Schneidstempel 5 wird das Werkstück, im gezeigten Beispiel ein Blechstreifen 11, von der Bandein­ laufseite her eingeführt bzw. aufgelegt. Seitlich des Blech­ streifens 11 sind Abstandshalter 12 vorgesehen, deren Dicke gleich oder unwesentlich kleiner als die Materialdicke der Blechstreifen 11 ist.

Eine obere Werkzeugaufnahme 13, die wiederum mit den Hülsen 3 verbunden ist, dient der Befestigung der Schneidplatte 14. Die Schneidplatte 14 weist eine Ausnehmung 15 auf, in der sich ein Gegenstempel 16 befindet. Innerhalb des Gegenstempels 16 läuft der bereits erwähnte Lochstempel 7 zum Ausstanzen der Innen­ kontur des Blechstreifens 11. Die obere und untere Werkzeug­ aufnahme 4, 13 sind so ausgebildet, daß von der nicht gezeig­ ten hydraulischen Einrichtung Druckkräfte aufgenommen und über das Werkzeug auf den Blechstreifen 11 zum Feinschneiden wei­ tergeleitet werden können.

Nachdem sich das Werkstück, nämlich der Blechstreifen 11, oberhalb des Schneidstempels 5 befindet, wird über den Bolzen 10 und mittels des Abstreifers 9 eine Druckkraft in Richtung der Schneidplatte 14 ausgeübt, welche im wesentlichen 10% der eigentlichen Schnittkraft beträgt. Hierdurch wird das spätere Abfallteil des Werkstückes bzw. des Blechstreifens 11, gegen die Schneidplatte 14 gepreßt.

Weiterhin wird vor dem Aufbringen der eigentlichen Schnitt­ kraft das spätere Gutteil des Blechstreifens 11 zwischen Schneidstempel 5 und Gegenstempel 16 mit einer Druckkraft ein­ gespannt, die ebenfalls im wesentlichen 10% der späteren Schnittkraft beträgt.

Es wird also der Blechstreifen 11 vor dem eigentlichen Fein­ schneidvorgang über seine gesamte im Werkzeug befindliche Flä­ che einer Druck- bzw. Preßkraft ausgesetzt, so daß ein siche­ res Fixieren ohne Auftreten von Wölbungen beim dann einsetzen­ den Schneidvorgang gegeben ist.

Beim Schneidvorgang senkt sich dann die Schneidplatte 14 ge­ meinsam mit dem Abstreifer 9 und dem Bolzen 10 nach unten ab und der Schneidstempel 5 dringt aufgrund eines vorhandenen ge­ ringen Schneidspaltes in den Bereich des Gegenstempels 15 ein. Gleichzeitig wird über den Lochstempel 7 die Innenkontur aus dem Blechstreifen 11 herausgeschnitten und der erwähnte Ab­ fallbutzen gelangt durch die Bohrungen 6 und 8 in einen nicht gezeigten Abfallcontainer.

Es ist deutlich, daß verfahrensbedingt enge Schneidspalte er­ forderlich sind und daß Versatzbewegungen unter Last die Schnitteilequalität beeinträchtigen und die Stanzzeit des Werkzeuges verkürzen.

Durch das erwähnte Einspannen des Blechstreifens 11 bereits vor dem Absenken der Schneidplatte 14 können verschleißbe­ dingte Toleranzen im Schneidspalt bei gleichbleibender Schnitteilequalität ausgeglichen werden. Aufgrund des be­ schriebenen Verfahrens sind radiale Biegespannungen, die sich im Bereich der Schneidplatte 14 und des Schneidstempels 5 aus­ bilden, reduziert, so daß sich eine kontinuierliche ausge­ prägte Scherzone mit geringer verbleibender Werkstückgrathöhe ergibt. Werkstückbruchzonen werden weitestgehend vermieden.

Zur weiteren Optimierung des Feinschneidverfahrens werden die Schneidkanten der Schneidplatte 14, wie im Detail X gezeigt, mit einer Fase 20 versehen. Diese Fase weist einen Winkel α auf, welcher in einem Bereich zwischen 10 und 80° liegt.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Fase 20 der Schneidplatte 14 über die Schneidkante umfangsmäßig unterschiedlich, d. h. mit variablem Winkel, ausgeführt, wobei in Abhängigkeit von dem gewählten Winkel unterschiedliche Schnittqualitäten reali­ sierbar sind.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Stanzteile herge­ stellt werden sollen, die, bezogen auf z. B. eine Innenkontur, in nur einem bestimmten Bereich außenkonturmäßig höchsten An­ sprüchen genügen müssen. Durch die unterschiedliche Winkelaus­ bildung der Fase kann demnach insgesamt die Stanzzeit des Werkzeuges erhöht und die notwendige Feinschneiddruckkraft re­ duziert werden.

Weiterhin sind entsprechend der Dicke des Blechstreifens 11 und der jeweiligen Materialqualität bzw. den Materialeigen­ schaften des Blechstreifens, unterschiedliche Fasenwinkel α wählbar.

Durch das Ausbilden einer Fase wird darüber hinaus die Wirkung einer Schmierkammer für den erforderlichen Feinschneidschmier­ stoff erreicht, mit der Folge, daß glattere Schnittflächen entstehen und der Werkstoffauftrag bzw. -abtrag an den Schneidelementen des Werkzeuges reduziert ist. Mit zunehmender Werkstückhärte und höheren Qualitätserfordernissen an die Schnittqualität wird der Fasenwinkel α in Richtung zum oberen Bereich hin vergrößert.

Es sei noch angemerkt, daß sich das Ausbilden einer Fase 20 an Schneidplatten 14 aber auch am Lochstempel 7 technologisch we­ sentlich leichter realisieren läßt, als das Ausbilden bereits vorgeschlagener Rundungen an Schneidkanten.

Claims (6)

1. Feinschneidverfahren mit einer Presse, umfassend ein Werkzeug, wobei das Werkzeug in einem Gestell angeordnet eine Schneidplatte, einen Auswerfer, einen Abstreifer mit Nieder­ halteplatte, Schneidstempel und Gegenstempel aufweist, wobei weiterhin ein zu bearbeitendes Werkstück von Schneid­ platte und Abstreifer, Schneidstempel und Gegenstempel fixiert ist sowie die sich oben befindliche Schneidplatte die Außenkontur des Schnitteiles schneidet, während das Werkstück sich gemeinsam mit dem Abstreifer und der Niederhalteplatte nach unten bewegt und der im Werkzeugoberteil angeordnete Gegenstempel oder Teile davon zur Innenkonturbildung in das Schnitteil eindrin­ gen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eindringen der Schneidkanten des Werkzeuges einer­ seits das spätere Gutteil zwischen Schneidstempel und Gegen­ stempel und andererseits das spätere Abfallteil zwischen Schneidplatte und Abstreifer eingespannt ist und der hierfür erforderliche Einspanndruck im wesentlichen 10% des späteren Schneiddruckes beträgt.

2. Feinschneidwerkzeug mit in einem Gestell angeordneter Schneidplatte (14), Abstreifer (9), Schneidstempel (5) und Ge­ genstempel (16) und zwischen Schneidplatte (14) und Abstreifer (9) ein Werkstück (11) mindestens teilweise umgebend angeord­ neten Abstandshaltern (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (12) eine Dicke aufweisen, die im we­ sentlichen gleich der Dicke des zu bearbeitenden Werkstückes ist.

3. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Werkstück gerichteten Schneidkanten der Schneid­ platte (14) eine eben abgeschrägte Fläche in Form einer Fase (20) mit vorgegebenem Winkel (α) aufweisen.

4. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen im Gegenstempel (16) angeordneten Lochstempel (7) zur Innenkonturbildung des Werkstückes, wobei der Lochstempel an seinen Schneidkanten eine eben abgeschrägte Fläche in Form einer Fase (20) mit vorgegebenem Winkel (α) aufweist.

5. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich zwischen 10 und 80° liegt.

6. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fasenwinkel (α) über den Umfang des Schneidstempels (14) und/oder des Lochstempels (7) entlang der jeweiligen Schneidkanten variiert.