DE19951587A1 - Werkzeug zum scherenden Trennen von Halbzeugen - Google Patents
Werkzeug zum scherenden Trennen von HalbzeugenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere eine Hubschere, zum scherenden Trennen von Halbzeugen, die mit einem Paar von relativ zueinander hubbeweglicher Schwermesserbalken o. dgl. versehen ist. Die Schermesserbalken ihrerseits sind mit einer austauschbaren Garnitur von Schermessern aus einem härteren Werkstoff als dem der Schermesserbalken versehen. Zur Erhöhung der Standzeit der Schermesser und zur Verbesserung der Schnittqualität bestehen erfindungsgemäß die austauschbaren Schermesser aus einer schlagfesten Keramik, nämlich aus Siliziumnitrid oder aus Zirkonoxid. Die Schermesser können als Teil eines Loch- oder Stanzwerkzeuges in Form von Lochstempel und Lochmatrize ausgebildet sein, wobei neben dem Rundlochen insbesondere auch das Stanzen von unrunden Formen mittels Stempel und Matrize in Frage kommen. Beim Einsatz für eine Coilschere sind die Schermesser als geradlinige, anschraubbare Keramikleisten ausgebildet. Im Fall einer Verwendung als Walzprofil-Schere sind die Schermesser als profil-angepaßte Formmesser ausgebildet. Beim Einsatz unter erhöhten Temperaturen sind die Schneidkanten der Schermesser mit einem Kantenradius oder einer Kantenfase von etwa 0,2 mm versehen.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug zum scherenden Tren
nen von Halbzeugen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es
allgemein aus der Werkstattechnik und der industriellen Anwen
dung bekannt ist.
Bekannte Scherwerkzeuge der angesprochenen Art haben auswech
selbare Schermesser aus gehärtetem Stahl. Bei einem Serienein
satz in der industriellen Fertigung macht sich die beschränkte
Lebensdauer der Schermesser in einem häufigen Wechsel und in
einer Produktionsuntebrechung bemerkbar. Zwar kann auch noch
mit einem stumpf gewordenen Schermesser das Halbzeug gearbei
tet und auf diese Weise die Nutzungsdauer der Schermesser et
was verlängert werden, jedoch geht dies nur zu Lasten der
Schnittqualität. Außerdem wird dadurch die Hubmechanik insge
samt und ihr Antrieb stärker belastet, was für die Lebensdauer
der Maschine ungünstig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrundegeleg
te Werkzeug im Hinblick auf eine höhere Produktivität der Ma
schine und eine höhere Qualität der erzeugten Schnitte zu ver
bessern.
Diese Aufgabe wird bei Zugrundelegung der gattungsgemäßen
Werkzeuges erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der Werkstoffwahl einer
schlagfesten Keramik, insbesondere Siliziumnitrid oder Zir
konoxid können der Verschleiß und die störungs- und wechselbe
dingten Stillstandszeiten reduziert sowie die Standzeit der
Schermesser und die Schnittflächenqualität deutlich verbessert
werden. Die Standzeit wird nicht nur durch die größere Werk
stoffhärte der Keramik verursacht, sondern auch durch die ge
ringere Adhäsions- und Freßneigung der Keramik gegenüber dem
zu scherenden Werkstoff. Die Keramikmesser arbeiten auch ohne
Schmiermittel einwandfrei. Aufgrund der höheren Standzeit der
Messer und ihrer Anspruchslosigkeit bezüglich einer Schmierung
reduzieren sich auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten
der Anlage. Insgesamt werden also die Produktivität und das
Arbeitsergebnis verbessert. Es sind ohne weiteres auch Schnit
te bei hohen Werkstofftemperaturen möglich, was insbesondere
beim Einsatz in Schmieden - Portionieren des erwärmten Vorma
terials, Entgraten des warmen Schmiederohlings - vorteilhaft
ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
verschiedener in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei
spiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnittes ei
ner Coilschere mit austauschbar darin befestigten Kera
mikleisten als Schermesser,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Paares von pro
fil angepaßten Formmessern zum Abscheren eines Rundma
terials,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Keramikteile -
Stempel und Matrize - eines Werkzeuges zum Formlochen
oder Stanzen von Blechen und
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil eines zweiteiligen Werk
zeuges zum Rundlochen mit Keramikeinsätzen im Bereich
des Stempels und der Matrize.
In Fig. 1 ist die technische Einsatzmöglichkeit der Erfindung
am Beispiel einer ausschnittsweise angedeuteten Hubschere 1
zum Trennen von in einem sog. Coil aufgewickelten Blechen zu
Blechtafeln dargestellt. Das abgewickelte und gerade gerichte
te Blech wird über einen Scherentisch 2 bis zu nicht darge
stellten Anschlägen geschoben, die entsprechend der gewünsch
ten Länge der Blechtafeln eingestellt sind. In den Scheren
tisch, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel zugleich die
Funktion eines ortsfesten Schermesserbalkens hat, ist aus
tauschbar ein Schermesser 7 so eingelassen, daß die Scherkante
bündig zur Tischoberfläche liegt. An seitlichen Ständern ist
in Führungen 5 ein Schermesserbalken 3 hubbeweglich geführt,
der über einen Hubstößel 4 von einem nicht dargestellten Hub
antrieb bewegbar ist. Auch an dem hubbeweglichen Schermesser
balken 3 ist ebenfalls ein Schermesser 6 austauschbar befe
stigt.
Um mit der Hubschere eine höhere Produktivität und eine höhere
Qualität der erzeugten Schnitte erreichen zu können, sind er
findungsgemäß die austauschbaren Schermesser 6 und 7 aus einer
schlagfesten Keramik hergestellt, und zwar aus Siliziumnitrid
(Si3N4) oder - beim Einsatzfall für Coilscheren bevorzugt -
aus Zirkonoxid (ZrO2). Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh
rungsbeispiel einer Coilschere sind die Schermesser 6 und 7 im
wesentlichen leistenförmig und geradlinig ausgebildet, die
mittels Schrauben an den Schermesserbalken 3 bzw. an den Sche
rentisch 2 angeschraubt werden können.
Die angenähert leistenförmigen Schermesser 6 und 7 werden end
formnah aus einem Keramikpulver unter Wärme und Druck in einem
beheizten Formwerkzeug gesintert. Eine andere Möglichkeit be
steht darin, zunächst aus einer pastösen Masse, die aus Kera
mikpulver und Binder besteht, einen formbeständigen Grünling
zu formen und diesen anschließend endformnah mechanisch zu be
arbeiten. Ein durch Sintern bei erhöhten Temperaturen fertig
gestellter Rohling wird dann bezüglich der Feinabmessungen und
der endgültigen Form durch Sonderverfahren mechanisch bearbei
tet. Hierbei können Schleifen mit Diamantscheibe, laserunter
stütztes Drehen oder Fräsen, Laserabtragen, Laserbohren oder
Ultraschallberabeitung in Frage kommen. Im Zusammenhang mit
der endgültigen Form der Schermesser ist u. a. auch die Frei
fläche des Schermessers bzw. deren Winkel gegenüber der frei
liegenden Flachseite zu erwähnen; dieser Freiwinkel beträgt
etwa 2°30'. Die leistenförmigen Schermesser werden in forment
sprechende Aussparungen der Schermesserbalken eingesetzt und
sind darin - abgesehen von der bereits erwähnten Verschraubung
- formschlüssig aufgenommen, wobei die Schnittkraft über eine
Flanke oder Schulter der Aussparung vom Schermesserbalken in
das Schermesser eingeleitet wird. Die nicht schneidenden, nach
Einbau des Schermessers in der Ausparung verdeckt liegenden
"Kanten" der leistenförmigen Schermesser sind zur Vermeidung
von Kantenpressungen und dadurch verursachten lokalen Span
nungsspitzen sauber gebrochen oder gerundet.
Eine gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 modifizierte Sche
renform dient zum scherenden Trennen von Walzprofilen. Insbe
sondere beim Formschmieden werden Vierkant- oder Rundmateria
lien bedarfsgerecht in bestimmte, relativ kurze Abschnitte ge
trennt. Dieses Trennen der teilweise hochfesten Stähle kann in
kaltem Zustand, u. U. aber auch in warmen Zustand erfolgen.
Meist werden die Profile durch Scheren getrennt, weil dieses
Verfahren am rationellsten ist und keinen Materialverbrauch
verursacht.
In Fig. 2 ist strichpunktiert ein Paar von Schermesserbalken
18, 18' einer solchen Profiltrennschere abgedeutet. Im wesent
lichen sind in Fig. 2 lediglich die austauschbar daran befe
stigten Schermesser als anschraubbare, profil-angepaßte Form
messer 15, 16 dargestellt. Mit Rücksicht auf den Umstand, daß
diese Formmesser zum scherenden Trennen von Rundmaterial aus
gebildet sind, weisen die Formmesser jeweils eine halbkreis
förmige Aussparung 17 auf. Mit den Formmessern soll das Rund
material im Warmzustand, z. B. bei heller Gluht, abgeschert
werden. Zu diesem Zweck ist als Werkstoff für die Formmesser
Siliziumnitrid (Si3N4) gewählt. Trotz eines gegenüber Stahl un
terschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizient können
Schermesser aus Siliziumnitrid bei geeigneter Gestaltung der
Verschraubung unter Verwendung von Dehnschrauben bei allen
Temperaturen spannungsfrei an den Schermesserbalken befestigt
werden. Die Schneidkanten dieser im Warmzustand arbeitenden
Schermesser sind mit einem Kantenradius oder einer Kantenfase
von etwa 0,2 mm versehen. Der Neigungswinkel der Freifläche
beträgt hier etwa 2°.
Abgesehen von einem Abscheren eines Halbzeuges, z. B. eines
Bleches oder Walzprofils, kommen Schervorgänge als Schneid
oder Stanzvorgänge auch beim vollständigen oder partiellen Lo
chen eines Bleches oder von platten- oder schalenförmigen Ge
bilden vor, wobei hier außer Metallen auch andere Werkstoffe,
insbesondere Kunststoffe ohne und mit Faserverstärkung in Fra
ge kommen.
In den Fig. 3 und 4 sind derartige Lochwerkzeuge darge
stellt, wobei Fig. 4 einen Lochstempel mit Matrize für ein
Rundloch und Fig. 3 eine Garnitur für das Formlochen zeigt.
Bei dem teilweise in Fig. 4 gezeigten Lochwerkzeug ist im
Oberwerkzeug 8 ein Lochstempel 10 und im Unterwerkzeug 9 eine
im wesentlichen hutförmige Lochmatritze austauschbar eingelas
sen. Der Lochstempel 10 besteht seinerseits aus einem Stahl
stift mit Kopf und einer unterseitigen Bohrung, in die der ei
gentliche Lochstift als Keramikeinsatz 11 eingesetzt ist. Der
Keramikeinsatz kann in die Bohrung eingeklebt, eingeschrumpft
oder auch unter plastischer Verformung des Stempelschaftes im
Bohrungsbereich eingewalzt sein. Der Keramikeinsatz ist an dem
unterseitig frei herausragenden Stirnende mit einer definiert
und fein gerundeten Kante (z. B. Kantenrundungsradius R < 0,3
mm) begrenzt. Im Mantelbereich ist das vordere Ende unmittel
bar hinter der Schneidkante leicht konisch nach hinten ver
jüngt, so daß sich hier ein Freiwinkel von etwa 1°20' ergibt.
Die Länge, auf der sich der Lochstift verjüngt, entspricht
mindestens dem zweifachen der Materialdicke, die gelocht wer
den soll. Die für den Lochstift verwendete Keramik ist wahl
weise Siliziumnitrid oder Zirkonoxid.
Die im Unterwerkzeug eingesetzte Lochmatritze 12 weist in der
Oberseite eine auf den Durchmesser des Lochstiftes 11 abge
stimmte Bohrung auf, die sich nach unten ebenfalls leicht ko
nisch erweitert. Die Einsatzteile 10 und 12 sind stramm in die
jeweiligen Werkzeugteile 8 bzw. 9 eingepaßt und sehr genau in
den beiden gegenüberliegenden Werkzeugteilen zueinander ausge
richtet, was eine sehr genaue Fertigung voraussetzt. Nach Zer
legen der Werkzeugteile lassen sich die Einsatzteile
badarfweise durch auspressen demontieren und gegebenenfalls
durch neue oder auch durch überarbeitete oder nachgearbeitete
Einsatzteile ersetzen.
Die Fig. 3 zeigt die Keramikteile eines Lochstempels 13 und
einer Lochmatritze 14 für ein zu schneidendes Formloch. Die
wahlweise aus einer der beiden genannten Keramiken bestehende
Lochmatritze 14 ist in geeigneter Weise in ein Unterwerkzeug
zu integrieren und darin lagesicher und exakt zu fixieren. Der
Lochstempel 13 ist nach dem Vorbild der Fig. 4 in einen me
tallenen Stempelträger einzusetzen, wobei dieser unterseitig
eine formgenaue, durch Senkerodieren erzeugte Aussparung auf
weist.
Claims (9)
1. Werkzeug, insbesondere Hubschere, zum scherenden Trennen
von Halbzeugen, mit einem Paar von relativ zueinander hubbe
weglichen Scherwerkzeugen, insbesondere Schermesserbalken, an
die eine Garnitur von Schermesser aus einem härteren Werkstoff
als dem der Scherwerkzeuge oder Schermesserbalken austauschbar
befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die austauschbaren Schermesser (6, 7; 10-12; 13, 14; 15, 16)
zumindest bezüglich eines schneidwirksamen Teiles aus schlag
fester Keramik bestehen.
2. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Keramikwerkstoff für die Schermesser (6, 7; 10-12; 13, 14;
15, 16) Siliziumnitrid (Si3N4) ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Keramikwerkstoff für die Schermesser (6, 7; 10-12; 13, 14;
15, 16) Zirkonoxid (ZrO2) ist.
4. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schermesserbalken als ein Lochwerkzeug (8, 9) und die aus
tauschbar daran befestigte Garnitur von Schermesser als Loch
stempel (10, 11; 13) und als Lochmatritze (12; 13) ausgebildet
sind.
5. Werkzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Lochstempel (13) und die Lochmatritze (14) unrund zum
Formlochen ausgebildet sind.
6. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schermesserbalken (2, 3) Teil einer Coilschere (1) und die
austauschbar daran befestigte Garnitur von Schermesser als ge
radlinige, daran anschraubbare Keramikleisten (6, 7) ausgebil
det sind.
7. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schermesserbalken (18, 18') Teil einer Walzprofil-Schere
und die austauschbar daran befestigte Garnitur von Schermesser
als anschraubbare, profil-angepaßte Formmesser (15, 16) ausge
bildet sind.
8. Werkzeug nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Walzprofil-Schere zum Trennen von Rundmaterial ausgebildet
ist und die Formmesser jeweils mit einer halbkreisförmigen
Aussparung (17) versehen sind.
9. Werkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schneidkanten der Schermesser mit einem Kantenradius oder
einer Kantenfase weniger als 0,3 mm, vorzugsweise von etwa 0,2
mm versehen sind.
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- 1999-10-27 DE DE1999151587 patent/DE19951587C2/de not_active Expired - Fee Related
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