-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abkantpress-Werkzeugeinrichtung
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 (siehe zum Beispiel JP-A-08 052515).
-
Hintergrund der Erfindung
-
Eine
Abkantpress-Werkzeugeinrichtung umfasst einen Oberstempel, der eine
lang gestreckte Kante besitzt, die im Allgemeinen "V"-förmig
im Querschnitt ist, und einen Unterstempel, der eine lang gestreckte
Nut besitzt, die eine komplementäre
V-förmige
Querschnittskonfiguration besitzt. Die aufwärts offene V-förmige Nut
des Unterstempels endet aufwärts
in einem Paar beabstandeter Kanten. Wenn ein Werkstück – beispielsweise
ein Stück
einer Metallplatte in der Abkantpresseinrichtung gebogen werden
soll, wird es zwischen den Oberstempel und den Unterstempel gelegt
und der Oberstempel, der vertikal auf den Unterstempel ausgerichtet
ist, drückt
abwärts
auf das Werkstück.
Wenn sich das Werkstück
biegt, gleiten seine Bodenkanten über die beabstandeten Kantenoberflächen der
Nut. Wenn dies geschieht, können
die Kantenoberflächen
der Nut verkratzt, angeschlagen oder anders abgenutzt werden. Andererseits
besitzt der V-förmige
Oberstempel eine abwärts
gerichtete Kante, die mit der oberen Oberfläche des Werkstücks zuerst
bei einer einzigen Kontaktlinie in Kontakt kommt, und es tritt eine
vergleichsweise geringe Gleitbewegung zwischen dem Werkstück und der Oberstempelkante
auf.
-
Abhängig von
der Oberflächenbeschaffenheit
des Werkstücks
und seiner Steifigkeit (d. h. seinem Widerstand gegenüber einer
Biegung) kann die Gleitbewegung zwischen der Bodenfläche des
Werkstückes
und den Oberflächen
der beanstandeten Kanten des Unterstempels eine erhebliche Beschädigung bei
den beabstandeten Kanten des Unterstempels verursachen. Wenn Kratzer,
Grübchenbildung
oder Verschleiß bei
dem Unterstempel auftreten, beschleunigt sich die Verschleißrate des
Unterstempels, und wenn die Unterstempel-Oberfläche bis zu dem Punkt beschädigt ist,
dass das Werkstück
beeinträchtigt
wird, muss der Unterstempel selbstverständlich ersetzt werden.
-
Aus
wirtschaftlichen Gründen
ist es wichtig, dass ein Unterstempel viele Male verwendet werden
kann, bevor der Unterstempel ersetzt werden muss. Zu diesem Zweck
sind Oberflächen
von Unterstempeln gehärtet worden,
damit sie widerstandsfähig
gegenüber
einem Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß sind.
Das Härten
dieser Oberflächen
setzt sich wegen der Härtungsverfahren
tief in die Oberflächen
fort.
-
Zwei
grundlegende Verfahren sind verwendet worden, um die Oberflächen von
Abkantpress-Unterstempeln zu härten.
Eines dieser Verfahren beinhaltet, dass der gesamte Unterstempel
aus einem getemperten Stahlstück
hergestellt wird, der resultierende Unterstempel ist jedoch anfällig für ein Zerbrechen
während eines
Gebrauchs. Das zweite Verfahren beinhaltet ein Wärme-Härtungsverfahren wie etwa eine
Flammenhärtung
oder eine Induktionshärtung,
bei der die Oberflächen
des Unterstempels im Allgemeinen bis zu einer Tiefe von 1/8'' oder mehr gehärtet werden, um die erwünschte Oberflächenhärte zu erzielen.
Dies ist ein etwas langes und kostenaufwändiges Verfahren und es erzeugt
nur mittelmäßige Ergebnisse.
-
Wie
zuvor erwähnt
wurde, setzt sich bei den üblicherweise
verwendeten Härtungsverfahren
der Härtungsvorgang
von der Oberfläche
des Unterstempels bis tief in seine Dicke fort. Entsprechend wurden
Unterstempel-Härtungsverfahren,
die beispielsweise nur eine Oberflächenhärtung beinhalten, als nicht
angemessen angesehen.
-
Es
ist wünschenswert,
einen Unterstempel zu schaffen, der Kantenoberflächen besitzt, die so widerstandsfähig gegenüber einem
Abrieb sind, dass sie ohne erhebliches Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß wiederholt
verwendet werden können,
wodurch folglich die Notwendigkeit eines Kaufs von kostenaufwändigem Werkzeug
verringert wird und eine Ausfallzeit verringert wird, wenn Unterstempel
ersetzt werden.
-
Kurzzusammenfassung der
Erfindung
-
Die
Erfindung schafft eine Abkantpress-Werkzeugeinrichtung gemäß Anspruch
1.
-
Es
wurde herausgefunden, dass im Gegensatz zur allgemeinen Meinung
die Oberflächen
des Unterstempels, die einem Reib- oder Gleitvorgang durch das Werkstück ausgesetzt
sind, bis zu einer geringen Tiefe, im Allgemeinen nicht mehr als
etwa 1,52 mm (0,06 Zoll) nitriert oder nitrocarburiert werden können, und
dass das resultierende Werkzeug gegenüber einem Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß sehr
widerstandsfähig
ist. Dieses überraschende
Ergebnis scheint nicht nur auf die höhere Härte zurückzuführen sein, die durch die Nitrierungs-
und Nitrocarburierungsverfahren geschaffen wird, sondern insbesondere
auf die Glätte,
die diese Verfahren hervorrufen. Auch wenn die nachfolgende Erklärung nicht
als bindend angesehen werden soll, scheint es, dass es die gleichmäßige, glatte
Oberfläche
der beabstandeten Unterstempel-Kantenoberflächen ermöglicht,
dass Werkstücke
bei einem Biegevorgang leichter über
diese Oberflächen
gleiten. Als ein Ergebnis ihrer Härte und ihrer Schlüpfrigkeit
sind die Oberflächen
entsprechend sehr widerstandsfähig gegenüber einem
Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß oder
einer weiteren Verformung und sie schaffen Unterstempel, die eine
lange Lebensdauer aufweisen. Die Häufigkeit einer Reparatur oder
eines Ersetzens von Unterstempeln kann dadurch erheblich verringert
werden.
-
Folglich
schafft die vorliegende Erfindung eine Abkantpress-Werkzeugeinrichtung,
die einen Unterstempel und einen Gegenoberstempel umfasst, um Plattenmaterial
zu biegen, wobei der Oberstempel eine lang gestreckte, im Allgemeinen
V-förmige
Oberstempelspitze besitzt und der Unterstempel aus Stahl besteht und
eine lang gestreckte, im Allgemeinen V-förmige Nut besitzt, in der die
Oberstempelspitze während
eines Biegevorgangs aufgenommen wird. Die Nut in dem Unterstempel
besitzt einen Boden und Seitenwände,
die sich divergierend vom Boden erstrecken und in Kanten enden,
die über
die Breite der Nut voneinander beabstandet sind. Die Kanten besitzen
Kantenoberflächen,
die so konfiguriert sind, dass sie gleitend auf die Oberfläche eines
Werkstücks
treffen, wenn dieses zwischen dem Werkzeug und dem Unterstempel
gebogen wird. Die Unterstempel-Kantenoberflächen werden nitriert oder nitrocarburiert,
um eine Härte
im Bereich von 52–70 Rockwell
C aufzuweisen (d. h. 86 bis 94 auf einer 15-N Mikrohärte-Skala),
wobei sich diese Härte
bis zu einer Tiefe in den Untersttempel erstreckt, die etwa 0,06
Zoll nicht übersteigt.
-
Wenigstens
die Kantenoberflächen
des Unterstempels sind folglich nitriert oder nitrocarburiert, und
auf Wunsch wird eine Nitrierung oder Nitrocarburierung durchgeführt, wenn
nicht des gesamten Unterstempels, wenigstens jenes Abschnitts des
Unterstempels, der die beabstandeten Kantenoberflächen und
den Boden und die Wände
der V-förmigen
Nut aufweist. Wie es angemerkt wurde, schaffen die Nitrierungs-
und Nitrocarburierungsverfahren eine Härte von 52–70 Rockwell C (86 bis 94 auf
einer 15-N Mikrohärte-Skala)
bis zu einer Tiefe, die etwa 0,06 Zoll nicht übersteigt und die vorzugsweise
nicht größer als
etwa 0,03 Zoll ist.
-
Beschreibung
der Zeichnung
-
1 ist
eine vergrößerte Teil-Prinzipdarstellung
eines Abkantpress-Oberstempels und eines Unterstempels der Erfindung
im Querschnitt, die vertikal auf ein Werkstück dazwischen ausgerichtet
sind, zu Beginn eines Biegevorgangs,
-
2 ist
eine Teil-Prinzipdarstellung im Querschnitt ähnlich wie jene von 1,
sie zeigt jedoch den Oberstempel, den Unterstempel und Werkstücke zu einem
Zeitpunkt des Biegevorgangs, bei dem das Werkstück wesentlich gebogen worden
ist;
-
3 ist
eine Teil-Prinzipansicht im Querschnitt, die einen Abschnitt einer
Kantenoberfläche
eines Unterstempels zeigt, wenn er während eines Biegevorgangs mit
der unteren Oberfläche
eines Werkstückes
in Kontakt ist; und
-
4 ist
eine photographische Darstellung, die die Oberflächenbeschaffenheit eines Unterstempels der
Erfindung mit der eines kommerziell verfügbaren Unterstempels vergleicht.
-
Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
Nitrierungs-
und Nitrocarburierungsverfahren sind in dem Gebiet bekannt und eine
ausführliche
Beschreibung ist nicht erforderlich. Es wird auf die US-Patente 4.790.888
und 4.268.323 verwiesen, wobei letzteres Patent sich auf die Verwendung
eines Salzschmelzbades bezieht, um zu ermöglichen, dass Stickstoff und
Kohlenstoff in die Oberfläche
eines Stahlstückes,
das dem Bad ausgesetzt ist, eindiffundieren, um eine Kohlenstoffnitrid-Hülle zu bilden.
Es wird außerdem
auf das US-Patent 5.234.721 verwiesen (das sich auf Verfahren zum
Ausbilden von Kohlenstoffnitrid-Beschichtungen bezieht).
-
Sowohl
das Nitrierungsverfahren des Plasma(ionen)nitrierens als auch das
des Flüssignitrierens
sind ausführlich
in dem ASM Handbook beschrieben, das unter der Leitung des ASM International
Handbook Committee erstellt wurde: Überarbeiteter Band 4: Heat
Treating, S. 410–424
(1994), dessen Offenbarungen hiermit durch Literaturhinweis beigefügt sind.
Plasma- oder Ionen-Nitrieren beinhaltet die Verwendung einer Glimmentladungstechnik,
um naszierenden Stickstoff an der Oberfläche eines erwärmtem Stahlteils
bereitzustellen. Hier wird das Teil einem Stickstoff-Plasma in einer
Vakuumkammer unterworfen. Entstehender Stickstoff diffundiert in
die Oberfläche
des Teils, um eine äußere "Misch"-Zone, die γ(Fe4N) und ε(Fe2,3N) Intermetalle enthält, und eine innere "Diffusions"-Zone zu bilden,
die als die ursprüngliche
Kernmikrostruktur mit etwas fester Lösung und einer Ausfällungs-Verstärkung beschrieben
werden kann. Ein Flüssignitrieren
beinhaltet ein Eintauchen eines Stahlteils in ein geschmolzenes,
stickstoffhaltiges Salzschmelzbad, das Zyanide oder Zyanate enthält, z. B.
NaCN oder NaCNO.
-
Um
irgendeines dieser Verfahren zu nutzen, wird aus Stahl oder aus
getempertem Stahl ein Abkantpress-Unterstempel gebildet, der glatte,
beabstandete obere Kantenoberfläche
auf beiden Seiten seiner Nut aufweist, und es können entweder die Seitenoberflächen des
Unterstempels, die mit einem Werkstück in Kontakt kommen sollen,
oder diese Oberflächen
zusammen mit den aufwärts
divergierenden Wänden,
die die V-förmige
Nut bilden, oder auch größere Abschnitte
oder das gesamte Werkzeug einem ausgewählten Nitrierungs- oder Nitrocarburierungsverfahren
unterworfen werden. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die
beanstandeten Kantenoberflächen
des Werkzeugs, die während
eines Biegevorgangs gleitend auf das Werkstück treffen, dem Nitrierungs-
oder Nitrocarburierungsverfahren unterworfen werden.
-
In
den 1–3 ist
ein Unterstempel der Erfindung im Allgemeinen bei 10 gezeigt,
ein komplementär
geformter Oberstempel ist bei 12 gezeigt und ein Werkstück bei 14.
Der Unterstempel besitzt eine aufwärts offene Nut 16,
die einen Boden 18 und aufwärts divergierende Wände 20 besitzt,
die, wie es gezeigt ist, in beabstandeten Unterstempel-Kanten 22 enden.
Der Boden 18 kann die Schnittlinie der aufwärts divergierenden Wände 20 sein,
oder er kann leicht gerundet oder leicht abgeflacht sein, wobei
beides einer Vermeidung von Beanspruchungskonzentrationen dient.
Wie es in 3 gezeigt ist, besitzt die Kante 22 eine
im Allgemeinen gerundete Kantenoberfläche 24, über die
das Werkstück 14 während eines
Biegevorgangs gleitet. Bei einem typischen Unterstempel der Erfindung
kann die durch die Wände 20 gebildete
Nut 16 einen eingeschlossenen Winkel besitzen, der im Bereich
von 30 bis 120 Grad liegt, wobei jede der Nutwände 20 in einem Winkel
zwischen 15 und 60 Grad bezüglich
der Vertikalen ausgerichtet ist. Unterstempel, die eingeschlossene
Winkel von etwa 90 Grad aufweisen, sind üblich. Das obere Werkzeug 12 ist
mit einer ähnlichen
V-Form versehen, wie es in den 1 und 2 gezeigt
ist.
-
Der
Pfeil A in 1 und 2 bezeichnet
die Bewegungsrichtung des Werkzeugs bezüglich des Unterstempels während eines
Biegevorgangs. Wenn angenommen wird, dass der eingeschlossene Winkel
zwischen den Wänden 20 der
Unterstempel-Nut 90 Grad beträgt, wobei jede Wand in einem
Winkel von 45 Grad zu der Vertikalen ausgerichtet ist, dann zeigt
eine einfache mathematische Berechnung, dass das Werkstück gegen
die Kantenoberfläche 24 über eine
Länge von
etwa 0,4 Längeneinheiten
gleitet, wenn es um einen Abstand von einer Längeneinheit (vertikal gemessen)
vollständig
in die Nut gedrückt
wird. Der Großteil
des Gleitvorgangs des Werkstücks über die
Kantenoberfläche 24 ereignet
sich, nachdem das Werkstück
die Halbstreckenmarkierung bei seinem vertikalen Abfall auf den
Boden 18 der Nut erreicht hat. Die Fläche der Kantenoberfläche, die
von dem Werkstück
in einer gleitenden, abreibenden Weise berührt wird, verläuft etwa
von der oberen gekrümmten
Oberkante 22 des Unterstempels, wobei die ebenen Oberflächen des
Unterstempels eine etwas geringere Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß oder Ähnlichem
benötigen.
-
Folglich
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung jener Abschnitt des Unterstempels, der mit einer nitrierten
oder nitrocarburierten Oberfläche
versehen werden muss, die sanft gekrümmte Fläche der Unterstempel-Kantenoberfläche, auf
die das Werkstück
während
eines Biegevorgangs gleitend trifft.
-
Obwohl
allgemein gesprochen nur die Kantenoberflächen des Unterstempels, über die
ein Werkstück während eines
Biegevorgangs gleitet, nitriert oder nitrocarburiert werden müssen, und
folglich glatt und hart gemacht werden, wie es hier beschrieben
ist, bieten sich in der Industrie übliche Nitrierungs- und Nitrocarburierungsverfahren
für die
Härtung
größerer Oberflächen an.
In dieser Hinsicht ist es zweckmäßig, die
ganze äußere Oberfläche des
Unterstempels oder wenigstens den oberen Abschnitt des Unterstempels,
der die V-förmige Nut
aufweist, zu nitrieren oder zu nitrocarburieren. Ähnlich kann
es zweckmäßig sein,
den V-förmigen
Oberstempel zu nitrieren oder zu nitrocarburieren, der in dem Unterstempel
aufgenommen wird, insbesondere die Oberstempelspitze, die anfangs
auf das Werkstück
trifft. Hier eignen sich wiederum Nitrierungs- und Nitrocarburierungsverfahren äußerst gut
dazu, entweder den gesamten Oberstempel oder wenigstens jenen unteren
Abschnitt des Oberstempels zu härten,
der die Spitze (26 in 1) zusammen
mit den aufwärts
divergierenden Wänden 28 aufweist,
die die V-förmige
Konfiguration der Oberstempelspitze bilden.
-
Wegen
der Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Verkratzen, Grübchenbildung
oder Verschleiß aufgrund
der Härte
des abgerundeten Kantenabschnittes 24 des Unterstempels
und seiner Schlüpfrigkeit
ist es nicht erforderlich, dass sich die Härte des Unterstempels tief
in seine Oberfläche
erstreckt. Die Nitrierungs- und Nitrocarburierungsverfahren schaffen
eine Oberfläche,
die eine Härte
im Bereich von 52–70
Rockwell C aufweist (86 bis 94 auf einer 15-N-Mikrohärteskala) und diese Härte erstreckt
sich in die Oberfläche
bis zu einer Tiefe, die nicht größer als
1,52 mm (0,06 Zoll) ist und die vorzugsweise nicht größer als
etwa 0,76 min (0,03 Zoll) ist. Dies steht in einem scharfen Gegensatz
zu einem temperaturinduzierten Härten
von Stahl, bei dem sich die Härte
bis in eine Tiefe von 1/8'' oder mehr erstreckt.
Nitrierte und nitrocarburierte Unterstempel-Oberflächen der
Erfindung sind wesentlich schlüpfriger
als die Oberflächen
völlig
gleicher Unterstempel, die nicht derartig behandelt wurden. Beispielsweise
weisen nitrocarburierte Oberflächen
Reibkoeffizienten in der Größenordnung
von etwa zwei Dritteln oder weniger jener Koeffizienten auf, die
unbehandelte Oberflächen
aufweisen. Während
eine temperaturgehärtete
Stahloberfläche
einen Reibkoeffizienten von etwa 0,4 aufweist, kann eine nitrocarburierte
Oberfläche
einen Koeffizienten von etwa 0,08 aufweisen.
-
Über einen
ausgedehnten Prüfzeitraum
zeigten die Unterstempel der Erfindung eine überlegene Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einer Beschädigung,
wenn wiederholt eine Vielzahl von Werkstück-Werkstoffen gebogen wurde.
Verschiedene Prüfungen
wurden durchgeführt,
bei denen ein nitrocarburierter Unterstempel der Erfindung gegen
einen kommerziell verfügbaren,
im Einsatz gehärteten
Unterstempel geprüft
wurde. Die Unterstempel wurden hier wiederholten Biegezyklen unterworfen,
wobei die gleichen Werkstück-Werkstoffe verwendet
wurden, und die Unterstempel wurden periodisch auf Verschleiß geprüft.
-
4 zeigt
die Oberflächenbeschaffenheit
zweier von Wilson Tool International, Inc., hergestellter Unterstempel,
die wie zuvor beschrieben geprüft
wurden. Der Unterstempel auf der linken Seite war wärmegehärtet und
weist eine erhebliche Menge an Kratzern und Verschleiß auf, insbesondere
bei den Kanten, über die
das Werkstück
gleitet. Unterstempel, die derartig stark beschädigt sind, werden üblicherweise
ersetzt. Der Unterstempel auf der rechten Seite besitzt eine nitrocarburierte
Oberfläche,
die nach einem Durchlaufen der näherungsweise
fünffachen
Anzahl von Biegezyklen, der der Unterstempel auf der linken Seite
unterworfen war, im Wesentlichen keinen Verschleiß zeigt.
-
Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist es selbstverständlich,
dass viele Veränderungen,
Anpassungen und Abwandlungen hierin durchgeführt werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
