DE19605113C2 - 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 angeordneten 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 Werkstück enthaltenen Zugspannungen erhöhen die Spannung in der Scherzone des Werkstoffes und es erfolgt ein Heraus­ brechen der Scheibe aus dem Werkstück, ausgehend von der Schnittkante, bevor 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 Ge­ füges in der Scherzone zu verhindern, wird längs der Schnitt­ linie 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, Gegenkräfte 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 Abstreiferkraft 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 Schneid­ stempel eingeschnitten. Die Ringzackenkraft und die Gegen­ kraft werden abgeschaltet und das Werkzeug wird geöffnet. Mittels eines Abstreifers erfolgt dann das Ausstoßen der Innenformabfälle und das Abstreifen des Stanzgitters. Fein­ schnitteile und Innenformabfälle werden nun ausgeblasen oder anderweitig ausgeräumt.

Die erwähnte Ringzackenkraft ist nötig, um eine Ringzacke mit vorgegebener Formhöhe und -länge in Abhängigkeit von der Fe­ stigkeit des Schneidwerkstoffes in den Werkstoff einzupres­ sen. 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 Werk­ zeug so bearbeitet sein muß, daß es in die Lage versetzt ist, in das Werkstück eine Ringzacke einzupressen und daß zum an­ deren ein höherer Materialverbrauch durch die Notwendigkeit des Einprägens 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 bereits vorgeschlagen, nicht das Abfallstück, sondern das Gutstück, d. h. das Stanzteil selbst, zu erfassen und während des Schneidens einzuspannen. Bei dieser Art der Einspannung soll darüber hinaus die beim Stanzen entstehende Friktions­ wärme zusammen mit dem Abfallstück von den Schnittflächen des Stanzteiles abgeführt werden.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß zwischen Schneidplatte und Schneidstempel außerordentlich hohe Anforderungen hinsicht­ lich der Maßhaltigkeit und Präzision zu stellen sind. Mit zu­ nehmendem Werkzeugverschleiß beginnt durch das erwähnte Ein­ spannen des Werkstückes im Gutteilabschnitt ein Fließen über die Fläche des umgebenden Materials, so daß sich die Schnitt­ qualität mit sich veränderndem Schneidspalt ver­ schlechtert. Insofern sind besondere Maßnahmen zur Quali­ tätssicherung des Stanzwerkzeuges zu ergreifen, wie bei­ spielsweise 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 Schneid­ platte gemeinsam mit einem Auswerfer absenkt. Schneidplatte und Auswerfer bzw. Schneidplatte und Abstreifer, spannen das zu bearbeitende Blechband ein und fixieren damit das Abfall­ teil. Die oben befindliche Schneidplatte schneidet demnach die Außenkontur des Schnitteiles während sich das Werkstück gemeinsam mit einer Abstreif- und Niederhalteplatte nach un­ ten bewegt. Ein gegebenenfalls vorgesehener, im Werkzeugober­ teil angeordneter, Lochstempel dringt in den Werkstoff des Werkstückes ein und schneidet die Innenkontur.

Eine derartige als Feinschneid-Fließpress-Verfahren bekannte Umformtechnik ist beispielsweise in BENNETT, Ed; Wanske, Man­ fred: Feiner Schnitt; In: Maschinenmarkt 1988, Nr. 11, S. 20-23 beschrieben. Bei dem dortigen Verfahren wird ein zu bear­ beitendes Blechband zwischen einer oberen Schneidplatte sowie einem Auswerfer und einer unteren Niederhalterplatte sowie einem Abstreifer durch ein Absenken der Schneidplatte und des Auswerfers eingespannt und fixiert, wobei die obere Schneid­ platte nachfolgend die Außenkontur des Teils schneidet, wäh­ rend die innere Kontur durch oben angebrachte Lochstempel ge­ fertigt wird.

Als nachteilig bei diesem Verfahren erweist sich, daß das Einspannen des Werkstückes bzw. Blechbandes erst mit dem Ab­ senken der Schneidplatte und des Auswerfens unmittelbar vor dem eigentlichen Schneidevorgang in einem einzigen "Einspann- Schneid-Arbeitsgang" erfolgt. Ein kontrolliertes Einspannen mit einem definierten Einspanndruck vor dem eigentlichen Schneidevorgang, der auch während des Schneidevorgangs aufrechterhalten wird, ist nicht möglich.

Die für dies vorgenannte Verfahren notwendigen Druckkräfte zwischen Schneidplatte und Abstreifer einerseits sowie zwi­ schen Schneidstempel und Gegenstempel andererseits sind zudem erheblich und steigen mit größer werdendem Schneidspalt an. Weitere Probleme der Ausübung einer ausreichenden Flächen­ pressung entstehen dann, wenn extrem glatte Werkstückober­ flächen verarbeitet werden sollen oder wenn die Werkstück­ oberflächen mit einem in der Stanztechnik üblichen Gleit- oder Trennmittel versehen sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannte Feinschnei­ devorrichtung und das bekannt Feinschneideverfahren so wei­ terzubilden, daß mit akzeptablen Druckkräften Durchbiegungen und Auswölbungen unter der Stempelstirnfläche bzw. über der Schneidplattenfläche auch bei einem sich verschleißbedingt ändernden Schneidspalt wirksam verhindert werden können, so daß insgesamt sowohl die Werkzeugstandzeit erhöht als auch die Produktivität eines derartigen Verfahrens verbessert wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Gegen­ stand nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 2. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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 Vor­ spannkraft von im wesentlichen 10% des späteren Schneid­ drucks beaufschlagt werden und anschließend der Schneidvor­ gang durch eine abwärtsgerichtete Bewegung der Schneidplatte gemeinsam mit dem Abstreifer ausgelöst wird, wobei der auf im wesentlichen 10% des Schneiddrucks eingestellte Einspann­ druck zusätzlich weiterhin wirksam bleibt.

Durch das Vorspannen des Werkstückes mit dem Werkzeug mit im wesentlichen 10% des späteren Schneiddrucks über eine große Fläche zwischen Schneidplatte und Abstreifer sowie Schneid­ stempel und Gegenstempel ist sichergestellt, daß auch bei ge­ gebenem Schneidspalt ein glatter, exakter Feinschnitt mit ge­ ringer Gratbildung erreicht werden kann.

Werkzeugseitig wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß einer­ seits das spätere äußere Abfallteil des Werkstückes zwischen Schneidplatte und Abstreifer und andererseits das spätere Gutteil zwischen Schneidstempel vor und während des Schneide­ vorgangs mit einem Einspanndruck von im wesentlichen 10% des Schneiddrucks einzuspannen sind, und daß die Schnittkanten der Schneidplatte mit einer Fase versehen sind, wobei der Fa­ senwinkel in Abhängigkeit von der Festigkeit des zu schnei­ denden Werkstoffes sowie von der geforderten Schnitt­ flächengüte wählbar ist. Es hat sich in überraschen­ der Weise gezeigt, daß der technologisch einfacher ausbild­ bare Fasenwinkel zu einem geringeren Werkzeugverschleiß führt und ausgezeichnete Schneidergebnisse hervorbringt.

Darüber hinaus ist es möglich, Werkstücke auszubilden, die umfangseitig über unterschiedliche, je auf die Anforderungen bezogene und optimierte, Schnittqualitäten verfügen. Hier­ durch läßt sich die Standzeit des Werkzeuges erhöhen.

Um unerwünschte Gefügeveränderungen im Werkstück zu verhin­ dern, werden darüber hinaus erfindungsgemäß an sich bekannte Abstandshalter, die das Werkstück im Feinschneidwerkzeug um­ geben, dickenmäßig so ausgebildet, daß diese im wesentlichen gleich der Dicke des zu bearbeitenden Werkstückes sind.

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

Alles in allem ermöglicht das erfindungsgemäße Feinschneid­ verfahren sowie das zugehörige Feinschneidwerkzeug bei nur geringen Veränderungen vorhandener Pressen eine deutliche qualitative Verbesserung der somit hergestellten Werkstücke über einen längeren Einsatzzyklus der Werkzeuge. Auch wird der Fertigungsaufwand bei der Herstellung der Werkzeuge redu­ ziert, so daß auch Stanzteilkleinserien wirtschaftlich er­ stellt werden können.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Figur, die eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht eines Feinschneid­ werkzeuges von der Bandeinlaufseite her zeigt, näher er­ läutert werden.

Bei der in der Figur gezeigten Seitenansicht eines Teiles ei­ ner Werkzeugaufnahme einer Presse sind auf einem Pressentisch 1 Führungssäulen 2 angeordnet, auf denen gleitbeweglich Hül­ sen 3 fixiert sind. Mittels der Führungssäulen 2 und der Hül­ sen 3 ist eine vertikale Bewegung des in der Presse aufgenom­ menen Werkzeuges möglich.

Eine mit dem Pressentisch 1 verbundene untere Werkzeugauf­ nahme 4 dient dem Befestigen eines Schneidstempels 5. Der Schneidstempel 5 weist gegebenenfalls eine Längsbohrung 6 auf, in die ein Lochstempel 7 eindringen kann und welche einen Abfallbutzen der Innenkontur aufnimmt und nach unten zu einem Abfallcontainer 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 Gegenstem­ pels 16 läuft der bereits erwähnte Lochstempel 7 zum Aus­ stanzen der Innenkontur des Blechstreifens 11. Die obere und untere Werkzeugaufnahme 4, 13 sind so ausgebildet, daß von der nicht gezeigten hydraulischen Einrichtung Druckkräfte aufgenommen und über das Werkzeug auf den Blechstreifen 11 zum Feinschneiden weitergeleitet 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 Schneidkraft 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 eingespannt, die ebenfalls im wesentlichen 10% der späteren Schneidkraft beträgt.

Es wird also der Blechstreifen 11 vor dem eigentlichen Fein­ schneidvorgang über seine gesamte im Werkzeug befindliche Fläche einer Druck- bzw. Preßkraft ausgesetzt, so daß ein sicheres Fixieren ohne Auftreten von Wölbungen beim dann ein­ setzenden 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 geringen Schneidspaltes in den Bereich des Gegenstempels 15 ein. Gleichzeitig wird über den Lochstempel 7 die Innenkontur aus dem Blechstreifen 11 herausgeschnitten und der erwähnte Abfallbutzen 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 ausbilden, reduziert, so daß sich eine kontinuierliche ausge­ prägte Scherzone mit geringer verbleibender Werkstück­ grathöhe 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 Schneid­ platte 14 über die Schneidkante umfangsmäßig unter­ schiedlich, d. h. mit variablem Winkel, ausgeführt, wobei in Abhängigkeit von dem gewählten Winkel unterschiedliche Schnittqualitäten realisierbar sind.

Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Stanzteile her­ gestellt werden sollen, die, bezogen auf z. B. eine Innenkon­ tur, in nur einem bestimmten Bereich außenkonturmäßig höchsten Ansprüchen genügen müssen. Durch die unterschied­ liche Winkelausbildung der Fase kann demnach insgesamt die Stanzzeit des Werkzeuges erhöht und die notwendige Fein­ schneiddruckkraft reduziert 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 Wir­ kung einer Schmierkammer für den erforderlichen Feinschneid­ schmierstoff erreicht, mit der Folge, daß glattere Schnitt­ flächen entstehen und der Werkstoffauftrag bzw. -abtrag an den Schneidelementen des Werkzeuges reduziert ist. Mit zuneh­ mender Werkstückhärte und höheren Qualitätserfor­ dernissen 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 wesentlich leichter realisieren läßt, als das Ausbilden be­ reits vorgeschlagener Rundungen an Schneidkanten.

Claims (5)

1. Feinschneidverfahren mit einem in einem Gestell einer Presse angeordneten Feinschneidwerkzeug, das eine Schneid­ platte, einen Abstreifer mit Niederhalteplatte, einen Schneidstempel und einen Gegenstempel aufweist, wobei ein zu bearbeitendes Werkstück von Schneidplatte und Abstreifer sowie Schneidstempel und Gegenstempel fixiert wird und die sich oberhalb des Werkstücks befindliche Schneidplatte die Außenkontur des Schnitteiles schneidet, während die Schneid­ platte gemeinsam mit dem Abstreifer samt Niederhalteplatte nach unten bewegt wird und ein oberhalb des Werkstücks angeordneter im Gegenstempel geführter Lochstempel zur Innenkonturbildung in das Schnitteil eindringt, um einen Abfallbutzen auszustanzen, und wobei weiterhin vor dem Eindringender Schneidkanten des Werkzeuges in das Werkstück einerseits ein späteres Gutteil zwischen Schneidstempel und Gegenstempel und andererseits ein späteres äußeres Abfallteil zwischen Schneidplatte und Abstreifer mit einem Einspanndruck von im wesentlichen 10% des späteren Schneiddruckes vorein­ gespannt und dieser Einspanndruck beim Schneidvorgang zusätz­ lich aufrecht erhalten wird.

2. Feinschneidwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welches in einem Gestell einer Presse angeordnet ist und folgendes aufweist:

• 1. eine Schneidplatte (14),
• 2. einen Abstreifer (9),
• 3. einen Schneidstempel (5), und
• 4. einen Gegenstempel (16), in dem ein Lochstempel (7) zur Innenkonturbildung eines Werkstückes geführt ist, sowie zwischen Schneidplatte (14) und Abstreifer (9) angeordnete, das Werkstück (11) mindestens teilweise umgebende Abstandshalter (12), deren Dicke im wesentlichen gleich der Dicke des zu bearbeitenden Werkstückes ist,
  wobei einerseits das spätere äußere Abfallteil des Werkstücks zwischen Schneidplatte und Abstreifer und andererseits das spätere Gutteil zwischen Schneidstempel und Gegenstempel vor und während des Schneidevorgangs mit einem Einspanndruck von im wesentlichen 10% des Schneiddrucks einspannbar sind und die zum Werkstück gerichteten Schneidkanten der Schneidplatte (14) eine eben abgeschrägte Fläche in Form einer Fase (20) mit vorgegebenem Winkel (α) aufweisen.

3. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochstempel an seinen Schneidkanten eine eben abgeschrägte Fläche in Form einer Fase (20) mit vorgegebenem Winkel (α) aufweist.

4. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich zwischen 10 und 80° liegt.

5. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) über den Umfang des Schneidstempels (14) und/oder des Lochstempels (7) entlang der jeweiligen Schneidkanten variiert.