DE3319948C2 - Einrichtung zum Schlagstanzen - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung dient zur Hochgeschwindigkeitsdruckumformung von Metallen. Es ist vorgesehen, daß ein im Hohlraum einer Hochdruckkammer (17) untergebrachter elastischer Körper (18), der mit der arbeitenden Stirnfläche (19) eines Schlagkolbens (3) zusammenwirkt und auf ein Halbzeug (20) einwirkt, so ausgeführt ist, daß die Einwirkung desselben auf das Halbzeug (20) in der Formänderungszone desselben gewährleistet werden kann. Hierbei weist die arbeitende Stirnfläche (19) des Schlagkolbens (3) einen Querschnitt auf, der kleiner ist als der Querschnitt des Hohlraumes des Rohres (1) und sie entspricht der Form nach der mit ihr in Berührung kommenden Oberfläche des elastischen Körpers (18). Die Erfindung kann mit dem größten Erfolg bei der Schaffung von schnellarbeitenden hydrodynamischen Pressen zum Stanzen von Teilen aus blechartigen Werkstoffen durch ein elastisches Medium angewandt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit besonderem Erfolg kann die Erfindung bei schnellarbeitenden hydrodynamischen Pressen zum Stanzen von Teilen aus blechartigen Werkstoffen durch ein elastisches Medium angewandt werden, d. h. zum Lochen, Formen, Prägen, flachen Ziehen und anderen ähnlichen Arbeitsoperationen mit einem geringen Grad der Verformung des Blechmaterials.

Außerdem kann die Erfindung zur Bearbeitung von schwerverformbaren und hochfesten, darunter auch wärmebehandelten, Blechmaterialien verwendet werden.

Bekannt ist eine Einrichtung zum hydrodynamischen Stanzen, darunter auch zum Schlagstanzen, die ein Rohr mit einem darin bewegbaren Schlagkolben enthält, welches Rohr mit dem einen Ende der Oberfläche der Matrize zugekehrt ist. Bei seiner Bewegung bildet der Schlagkolben im Rohr einen über dem Schlagkolben liegenden und einen unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum. An dem der Matrize zugekehrten Ende des Rohres befindet sich eine Hochdruckkammer mil einem in deren Hohlraum untergebrachten elastischen Körper, der mit der arbeitenden Stirnfläche des Schlagkolbens zusammenwirkt und auf ein auf der Arbeitsfläche der Schnittplatte angeordnetes Halbzeug cinwirki. Für den elastischen Körper wird ein Material auf der Basis von Polyurethanen verwendet Mit dem übe·- dem Schlagkolben liegenden Hohlraum des Rohres ist ein Druckgefäß mit Druckgas, beispielsweise Luft, in Verbindung gesetzt. Die Bewegung des Schlagkolbens steuert eine Anlaßvorrichtung und eine Vorrichtung zur Rückführung desselben in die Ausgangslage. Die letztere besitzt eine geschlossene Ringkammer, die mit dem unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum des Rohres in Verbindung steht und konzentrisch zum Rohr an dem Ende desselben angeordnet ist, das der Matrize zugekehrt ist (s. z. B. die DE-OS 30 01 243).

Die bekannte Finrichtung weist einen für das Schlagstanzen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad auf, was sich durch den folgenden Umstand erklärt. In der Einrichtung wird ein flacher Hochgeschwindigkeitsschlag realisiert, bei dem die kinetische Energie dos auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigten Schlagkolbens in die Energie von sich im elastischen Körper ausbreitenden Kompressionswellen umgewandelt wird, welche zum Ausiriitsquerschnitt der Hochdruckkammer praktisch gleichmäßig über die Oberfläche des elastischen Körpers verteilt gelangen, der mit dem auf der Matrize angeordneten Halbzeug in Berührung steht.

In der Praxis ist bei der Ausführung verschiedener Stanzvorgänge (Lochen, Ausschneiden von Konturen, Formen von Riffelung und dergleichen) die Zone des zu verformenden Teils des Halbzeugmaterials erheblich kleiner als der Austrittsquerschnitt der Hochdruckkammer. In diesen Fällen arbeitet die Einrichtung mit einem niedrigen Wirkungsgrad, weil nur ein Teil der kinetischen Energie des Schlagkolbens für die technologische Belastung des Halbzeugs verbraucht wird, während sich die übrige Energie während des Schlages in unwicderbringliche Verluste verwandelt.

Überdies ist auch die Lebensdauer der bekannten Einrichtungen ungenügend hoch, da die Energie der Kompressionswellen, die zum Austrittsquerschnill der Hochdruckkammer an diejenigen Stellen des clastisehen Körpers gelangen, welche sich an der plastischen Verformung des Halbzeugmetalls nicht beteiligen, zu den Konstruktionselementen in Form von großen dynamischen Beanspruchungen übertragen wird und in diesen elastische Verformungen, Vibrationen und dergleichen hervorruft. Diese überschüssige Energie wirkt auf die Konstruktion in jedem Arbeitszyklus der Einrichtung ein und verringert ihre Lebensdauer.

Die Arbeit der Einrichtung wird von einem hohen Geräuschpegel begleitet, wobei das Geräusch in erster

Linie durch die obengenannte Überschußenergie verursacht wird.

Diese Energie, die auf ihrem Wege auf steife Hindernisse stößt, wird zur Konstruktion in Form von Kompressionswellen großer Amplitude übertragen, die gerade den hohen Geräuschpegel bestimmen.

Der vorliegenden Erfindung iiegi die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Schlagstanzen zu schaffen, in der bei Erzielung eines hohen Wirkungsgrades der Geräuschpegel während des Schlagstanzens durch

b5 besondere bauliche Gestaltung des elastischen Körpers und des Schlagkolbens wesentlich herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der bekannten Einrichtung zum Schlagstanzen der elastische

Körper so ausgeführt ist, daß die Einwirkung desselben auf das Halbzeug auf dessen vorgegebene Formänderungs/.one beschränkt ist, indem die arbeitende Stirnfläche des Schlagkolbens einen Querschnitt hat der kleiner ist als der Querschnitt des unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraums des Rohres und der Form nach der mit ihr in Berührung kommenden Oberfläche des elastischen Körpers entspricht. ■

Dank der erfindungsgemäßen Konstruktion des elastischen Körpers, der Anordnung desselben im Hohlraum der Hochdruckkammer und der konstruktiven Ausbildung der arbeitenden Stirnfläche des Schlagkolbcns werden die Kompressionswellen, die im elastischen Körper beim Schlag gebildet werden, zu denjenigen Abschnitten des Halbzeugmaterials geleitet, welche zu verformen sind. Hierdurch werden günstige Bedingungen geschaffen, unter denen praktisch die ganze vom Schlagkolben gespeicherte Energie, umgewandelt in die Energie der Kompressionswellen des elastischen Körpers, an der plastischen Verformung des Werkstücks beteiligt ist Der Verlustanteil wird dabei auf ein Minimum herabgemindert und die Einrichtung arbeitet mil einem hohen Wirkungsgrad.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die überschüssige Energie, die Verformungen der gesamten Konstruktion und Vibrationen ihrer Elemente hervorruft, auf ein Mindestmaß reduziert, und die Nutzenergie, die für die Verformung der nachgiebigen Halbzeugteile verbraucht wird, wird zum Halbzeug durch Kompressionswcllen mit einer niedrigeren Amplitude übertragen, als die Amplitude der Wellen, welche die steifen Konstruktionselemente belasten. Durch diesen Umstand ist der Geräuschpegel bei der Arbeit der Einrichtung beträchtlich herabgesetzt.

Es ist zweckmäßig, im Hohlraum der Hochdruckkammer mindestens ein massives Einsatzstück anzuordnen, das während des Schlags die Verformung des elastischen Körpers in der zur Ebene der arbeitenden Stirnfläche des Schlagkolbens parallelen Richtung verhindert.

Bei Nichtvorhandensein der massiven Einsatzstücke fällt der elastische Körper rascher au^c, weil der Schlagkolben, der in ihn mit den Kanten seiner arbeitenden Stirnfläche eindringt, denselben zerstört.

Beim sogenannten Gummi-Zug-Schnitt-Verfahren ist nach den VDI-Richtlinien 3142, Juli 1965, vorgesehen, das in einem Koffer eingebaute Gummikissen je nach den Gegebenheiten räumlich zu unterteilen. Dabei wird je nach Bedarfsfall das elastische Kissen nur im mittleren Teil des Koffers oder in einem Ringraum desselben angeordnet, während das übrige Volumen von einem starren Einsatzstück ausgefüllt wird, um eine bessere Ausnutzung und längere Lebensdauer des Kissens zu erreichen.

Zur Verlängerung der Lebensdauer und Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Einrichtung wird der elastische Körper vorteilhaft auch mehrschichtig ausgeführt, wie an sich auch beim Gummi-Zug-Schnitt-Verfahren bekannt.

In diesem Fall können die obere und die untere Schicht des elastischen Körpers, die jeweils mit dem Schlagkolben und dem Halbzeug in Berührung stehen und unter den schwierigsten Bedingungen arbeiten, je nach ihrem Verschleiß und Ausfall gegen neue ausgewechselt werden. Dies erlaubt, die Betriebsdauer des elastischen Körpers zu verlängern.

Im folgenden wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Einrichtung zum Schlagstanzen im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Ausführungsvariante der Einrichtung, bei der der elastische Körper im Hohlraum der Hochdruckkammer mit Hilfe nur eines Einsatzstückes untergebracht ist, das am Umfang der Hochdruckkammer angeordnet ist, im Längsschnitt,

Fig.3 ein Teil, das mit Hilfe eines in Fig.2 dargestellten elastischen Körpers ausgeschnitten ist,

F i g. 4 eine Ausführungsvariante der Einrichtung, bei der der elastische Körper im Hohlraum der Hochdruckkammer mit Hilfe von zwei Einsatzstücken untergebracht ist die an der Grenze der Lochungszone angeordnet sind,

Fig.5 ein Teil mit Löchern, die mit Hilfe eines in F i g. 4 dargestellten elastischen Körpers durchgeschlagen sind,

F i g. 6 eine Ausführungsvariante der Einrichtung, bei der der elastische Körper im Hohlraum der Hochdruckkammer innerhalb eines ringförmigen massiven Einsatzstückes untergebracht ist,

F i g. 7 ein Teil mit einem Loch, das mittels eines in F i g. 6 dargestellten elastischen Körpers durchgeschlagen ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Schlagstanzen enthält ein Rohr 1 (Fig. 1), dessen eines Ende der Arbeitsfläche der Matrize 2 einer hydrodynamischen Presse zugekehrt ist.

Im Hohlraum des Rohres 1 ist ein Schlagkolben 3 untergebracht, mit welchem eine Anlaßvorrichtung 4 und eine Vorrichtung zur Rückführung des Schlagkolbens 3 in die Ausgangslage zusammenwirken. Während der Bewegung bildet der Schlagkolben 3 im Rohr 1 einen über dem Schlagkolben liegenden Hohlraum 5 und einen unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum 6. Die Einrichtung enthält ein konzentrisch zum Rohr 1 angeordnetes Druckgefäß 7 mit Druckgas, welches über einen Kanal 8 mit dem über dem Schlagkolben iiegenden Hohlraum 5 des Rohres 1 in Verbindung steht, sowie einen Deckel 9, der den Hohlraum des Rohres 1 und den Hohlraum des Druckgefäßes 7 hermetisch verschließt. Die Vorrichtung zur Rückführung des Schlagkolbens 3 in die Ausgangslage enthält eine an dem der Matrize 2 zugekehrten Ende des Rohres 1 angeordnete geschlossene Kammer 10, deren Hohlraum 11 mittels Kanälen 12 mit dem unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum 6 in Verbindung steht, und ein Ventil 13, das im Deckel 9 angebracht ist und zur Verbindung des über dem Schlagkolben liegenden Hohlraums 5 mit der Atmosphäre mittels eines Kanals 74 dient. Zum Öffnen des Ventils 13 ist ein Hebel 15 vorgesehen, der mit der (in Fig. nicht eingezeichneten) Kolbenstange des Zylinders der Anlaßvorrichtung 4 in Verbindung sieht. Zur Fixierung des Schlagkolbens 3 in der oberen Ausgangslage dient eine Spannzange 16.

Das der Schnittplatte 2 zugekehrte Ende des Rohres 1 grenzt an eine Hochdruckkammer 17 an, in deren Hohlraum ein elastischer Körper 18 untergebracht ist, der mit der arbeitenden Stirnfläche 19 des Schlagkolbens 3 zusammenwirkt und zur Übertragung der Energie von dem Schlagkolben 3 zum Halbzeug 20 dient, das auf der Arbeitsfläche der Matrize 2 angeordnet ist.

Gemäß der Erfindung sind die Form, Abmessungen und Anordnung des elastischen Körpers 18 im Hohlraum der Hochdruckkammer 17 so ausgeführt, daß die Einwirkung des elastischen Körpers 18 auf das Halbzeug 20 in der vorgegebenen Formänderungszone des-

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selben gewährleistet werden kann. 11 der geschlossenen Kammer 10 mit Gas gefüllt, das

Unter der vorgegebenen Formänderungszone des aus dem unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum 6 Halbzeugs 20 ist jener Abschnitt der Oberfläche des des Rohres 1 verdrängt wird.

Halbzeuges 20 zu verstehen, dessen Material in das pla- Zur Rückführung des Schlagkolbens 3 in die Aus-

stische Fließen bei Trenn- und Formgebungsvorgängen 5 gangslage schließt die Anlaßvorrichtung 4 den Kanal 8, des Stanzens einbezogen wird. während der Hebel 15 auf das Ventil 14 drückt und

Hierbei weist die arbeitende Stirnfläche 19 des dieses öffnet, wobei er über den Kanal 14 den über dem Schlagkolbens 3 einen Querschnitt kleiner als der Quer- Schlagkolben 3 liegenden Hohlraum 5 mit der Atmoschnitt des Hohlraums des Rohres 1 auf und entspricht Sphäre in Verbindung setzt. Der Schlagkolben 3 bewegt der Form nach der mit ihr in Berührung kommenden 10 sich unter der Wirkung des im Hohlraum 11 befindli-Oberfläche dei elastischen Körpers 18. chen Druckgases nach oben, bis er in der Spannzange 16

Im Hohlraum der Hochdruckkammer 17 ist minde- fixiert wird.

stens ein massives Einsatzstück 21 angeordnet, das wäh- Hiermit endet der Zyklus und die Einrichtung ist zur

rend des Schlags des Schlagkolbens 3 die Verformung Ausführung eines nächstfolgenden Zyklus bereit, des elastischen Körpers 18 verhindert, die parallel zur !5 Die Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruk-Ebene der arbeitenden Stirnfläche 19 des Schlagkolbens tion der Einrichtung macht es möglich, den Wirkungs-3 gerichtet ist. grad und die Betriebsdauer derselben zu erhöhen.

In F i g. 2 ist ein elastischer Körper 18a dargestellt, Außerdem erlaubt die Einrichtung, ihre technologi-

der beim Ausschneiden der äußeren Kontur eines in sehen Möglichkeiten zu erweitern, da gegenüber der F i g. 3 gezeigten Teils 22 verwendet wird und im Hohl- 20 bekannten Einrichtung durch Ausnutzung maximaler raum der Hochdruckkammer 17 mit Hilfe eines massi- Energievorräte das Stanzen von Platinen größerer Dikven Einsatzstückes 21a untergebracht ist, an dessen Pe- ke ausgeführt oder Teile aus Werkstoffen mit höheren ripheriefläche gerade der elastische Körper 18a ange- Grenzen der mechanischen Charakteristiken hergestellt ordnet ist. werden können.

In Fig. 4 ist ein elastischer Körper 18ö dargestellt, 25 Dadurch, daß das Stanzen von Halbzeugen bei kleineder zum Durchschlagen von konzentrisch angeordneten ren Energien ausgeführt und nur ein geringer Teil der Löchern in einem in F i g. 5 gezeigten Teil 23 verwendet Energie für den Schlag aufgebraucht wird, welcher die wird und im Hohlraum der Hochdruckkammer 17 mit Konstruktionselemente beansprucht, wird der Gc-Hilfe von zwei massiven Einsatzstücken 21 unterge- räuschpegel bei der Arbeit der Einrichtung herabgcbracht ist, zwischen denen sich der elastische Körper 30 setzt, was die Arbeitsbedingungen außerordentlich we-186 befindet. sentlich verbessert.

In F i g. 6 ist ein elastischer Körper 18c gezeigt, der

zum Ausschneiden eines in F i g. 7 dargestellten Teils 24 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

bestimmt ist. In diesem Fall ist der elastische Körper 18c

in der Hochdruckkammer 17 mit Hilfe eines massiven 35
Einsatzstückes 21c untergebracht, das den elastischen
Körper 18c umfaßt.

Zwecks Erhöhung der Lebensdauer wird der elastische Körper 18c, wie dies z. B. in F i g. 6 dargestellt ist,
mehrschichtig ausgeführt, wobei seine Schichten in der 40
zur Ebene der arbeitenden Stirnfläche 19 des Schlagkolbens 3 parallelen Richtung gelegen sind.

Die Einrichtung zum Schlagstanzen arbeitet in folgender Weise.

In F i g. 1 ist der Augenblick der Beendigung der 45
Rückführung des Schlagkolbens 3 in die Ausgangslage
dargestellt, d. h. der Kanal 8 ist geschlossen, das Ventil
13 ist geöffnet und das Druckgas aus dem Hohlraum 11
bewegt den Schlagkolben 3 nach oben. Am Ende des
Aufwärtsganges tritt der Schlagkolben 3 in die Spann- 50
zange 16 ein und wird in dieser fixiert, wobei seine kinematische Energie vernichtet wird. Damit der Schlagkolben 3 seine Arbeitsbewegung ausführt, öffnet die Anlaßvorrichtung 4 den Kanal 8 durch Bewegen der Zylinderstange. Hierbei bewegt sich der Hebel 15 nach oben, 55
wobei er das Ventil 13 freigibt, und trennt dadurch den
über dem Schlagkolben liegenden Hohlraum 5 von der
Atmosphäre. Nach dem öffnen des Kanals 8 gelangt das
Druckgas aus dem Druckgefäß 7 in den über dem
Schlagkolben liegenden Hohlraum 5 des Rohres 1 und 60
beschleunigt den Schlagkolben 3. Bei Erreichen seiner
unteren Endlage schlägt der Schlagkolben 3 mit seiner
arbeitenden Stirnfläche 19 gegen den elastischen Körper 18, der auf das Halbzeug 20 in seiner vorgegebenen
Formänderungszone einwirkt und dessen Stanzen (Aus- 65
schneiden. Lochen und dergleichen) auf der Matrize 2
ausführt
Während der Arbeitsbewegung wird der Hohlraum

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Schlagstanzen, enthaltend ein Rohr (1) mit einem in diesem derart bewegbaren Schlagkolben (3), daß sich dabei im Rohr (1) ein über dem Schlagkolben liegender und ein unter dem Schlagkolben liegender Hohlraum (5 bzw. 6) bildet, eine Hochdruckkammer (17) mit einem im Hohlraum derselben untergebrachten elastischen Körper (18), der mit der arbeitenden Stirnfläche (19) des Schlagkolbens (3) zusammenwirkt und auf ein auf der Arbeitsfläche einer Matrize (2) angeordnetes Halbzeug (20) einwirkt, welche Kammer mit ihrem Hohlraum mit dem unter dem Schlagkolben liegenden Hohlraum (6) des Rohres (1) in Verbindung steht, ein mit einem Druckgas gefülltes Druckgefäß (7), das mit dem über dem Schlagkolben liegenden Hohlraum (5) des Rohres (1) in Verbindung steht, und eine den Schlagkolben (3) steuernde Anlaßvorrichtung (4) sowie eine Vorrichtung zur Rückführung des Schlagkolbens (3) in die Ausgangslage, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper (18) so ausgeführt ist, daß die Einwirkung desselben auf das Halbzeug (20) auf dessen vorgegebene Formänderungszone beschränkt ist, indem die arbeitende Stirnfläche (19) des Schlagkolbens (3) einen Querschnitt hat, der kleiner ist als der Querschnitt des Hohlraumes des Rohres (1), und der Form nach der mit ihr in Berührung kommenden Oberfläche des elastischen Körpers (18) entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum der Hochdruckkammer (17) mindestens ein Einsatzstück (21) angeordnet ist, das während des Schlags die Verformung des elastischen Körpers (18) in der zur Ebene der arbeitenden Stirnfläche (19) des Schlagkolbens (3) parallelen Richtung verhindert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper (18) mehrschichtig ausgeführt ist, wobei die Schichten parallel zur Ebene der arbeitenden Stirnfläche (19) des Schlagkolbens (3) angeordnet sind.