DE69708777T2

DE69708777T2 - Verfahren zum Ausschneiden eines Zuschnittteils aus einer Blechplatte

Info

Publication number: DE69708777T2
Application number: DE1997608777
Authority: DE
Inventors: Stephanie Eple
Original assignee: Sollac SA
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-03
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-07-04
Also published as: ES2171855T3; FR2751571B1; EP0820821A1; DE69708777D1; EP0820821B1; FR2751571A1; JPH1085860A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Ausschneiden eines Teils aus einer Blechplatte.
Das Ausschneiden von Teilen aus einer Blechplatte wird oft auf einer Ausschneidevorrichtung vorgenommen, die im wesentlichen Bauteile mit Schneidkanten aufweist, die aufeinander zu bewegt werden können. Im allgemeinen weisen die Ausschneidvorrichtungen auch einen Niederhalter vor, mittels dessen die Blechplatte in ihrer Position zwischen der Matrize und dem Preßstempel festgehalten werden kann.
Die Bauteile mit Schneidkanten sind zum einen gebildet aus einem Preßstempel, dessen Form dem auszuschneidenden Umfang entspricht und dessen Bewegung der eines beweglichen Schlittens unterworfen ist, sowie zum anderen aus einer feststehenden Matrize. Die Matrize weist einen Abdruck auf, dessen Form der des Preßstempels entspricht, um den gewünschten Ausschnitt zu erhalten.
Der Preßstempel und die Matrize sind im allgemeinen metallisch, insbesondere aus Werkzeugstahl zum Ausschneiden von Metallblechen, und meistens aus Karbid.
Diese Technik zum Ausschneiden von Teilen aus einer Blechplatte mit Hilfe einer Vorrichtung mit einem Preßstempel und einer Matrize wird sehr oft verwendet zum Beispiel zur Herstellung der verschiedenen Bauteile des Stators von elektrischen Motoren, oder auch zur Herstellung von magnetischen Schaltkreisen, oder auch im Automobilbereich im Rahmen der Erzeugung von Löchern, um die Strukturen leichter zu machen.
Einer der Hauptnachteile dieser Ausschneidetechnik besteht in der schnellen Abnutzung des Preßstempels und der Matrize, was die Lebensdauer dieser Werkzeuge beträchtlich vermindert.
Diese Abnutzung entsteht durch den erheblichen Schneideaufwand, der erforderlich ist, um das Teil auszuschneiden, sowie durch den Reibungseffekt, der zwischen dem Rand des erfolgten Schnitts in der Blechplatte und dem Preßstempel bei der Auf- und Abbewegung des Preßstempels entsteht.
Diese Abnutzung ist umso größer und schneller, je schwieriger der Stahl der Blechplatte zu schneiden ist.
So ist zum Beispiel Stahl, bei dem das Verhältnis zwischen der Elastizitätsgrenze und der Bruchlast Re/Rm niedriger als 0,8 ist und dessen Verlängerung in Prozent beim Bruch A% höher als 30 ist, sehr schwer zu schneiden; Stahl, bei dem das Verhältnis Re/Rm zwischen 0,9 und 1 liegt und dessen Verlängerung in Prozent beim Bruch unter 20 liegt, ist leichter zu schneiden.
Diese Abnutzung ist ebenfalls abhängig von der geometrischen Form des auszuschneidenden Teils. Stücke, deren Konturen sehr zerklüftet sind und scharfe Ecken aufweisen, zum Beispiel bei einem Stator für einen Elektromotor, sind schwieriger auszuschneiden als Teile von einfacher geometrischer Form.
Im Fall des Ausschneidens eines Teils aus einem Stahl, der mechanische Eigenschaften aufweist, die das Ausschneiden erschweren, oder eines komplexen geometrischen Teils von "gezacktem" Typ, stößt man auf ein Problem großer Reibung zwischen dem Ausschnittrand und dem Preßstempel, und man muß einen sehr großen Aufwand aufbringen, um den Preßstempel durchzustoßen und um ihn nach dem Ausschneiden aus dem Blech herauszuziehen.
Dies führt zu großen Spannungen im Blech, und wenn diese Spannungen nachlassen, führen sie zu einer Verformung des hergestellten Teils, was oft dazu führt, dieses auszuscheiden, vor allem wenn es sich um Präzisionsteile wie Statoren für Elektromotoren oder magnetische Schaltkreise handelt.
Außerdem wird durch die Erhöhung des Reibungsaufwands beim Ausschneiden die Abnutzung des Preßstempels und der Matrize erhöht.
Um dieses Problem der großen Reibungen zwischen dem ausgeschnittenen Metall und den aktiven Teilen des Preßstempels und der Matrize zu vermeiden, erhöht man im allgemeinen das Spiel zwischen dem Preßstempel und der Matrize.
Wenn man jedoch das Spiel zwischen dem Preßstempel und der Matrize erhöht, stößt man auf zwei Arten von Problemen. Zunächst schafft man, sobald die Schneidkante der Werkzeuge sich leicht abzunutzen beginnt, einen Grat am Rand des Ausschnitts, was dazu führt, daß man die erhaltenen Teile ebenfalls ausscheiden muß.
Ferner wird durch diese Erhöhung des Spiels zwischen dem Preßstempel und der Matrize die horizontale Komponente der in dem Blech erzeugten Spannungen, d. h. der Zugspannungen, bedeutend erhöht. Diese Erhöhung der Zugspannungen hat Folgen für die geometrische Form der Teile und erhöht das Risiko des Auftretens von winzigen Rissen am Ausschnittsrand.
Bekannt ist auch ein Verfahren zum Ausschneiden eines Teils aus einer Blechplatte, bei dem man das Ausschneiden in drei Durchgängen durchführt.
Das Verfahren besteht darin, einen ersten Durchgang durchzuführen, bei dem man eine Vertiefung in einer Richtung, zum Beispiel von oben nach unten, bewirkt, dann einen zweiten Durchgang, bei dem man eine Gegenauswölbung in der der Vertiefung entgegengesetzten Richtung, zum Beispiel von unten nach oben, bewirkt, und schließlich einen dritten Durchgang des vollständigen Ausschneidens in der Richtung der Gegenauswölbung.
Dieses Verfahren weist Nachteile auf, denn es erlaubt nicht, den Schneideaufwand und die Abnutzung der Werkzeuge zu verringern.
Wie in Fig. 11 dargestellt, die die Ausrichtung der Metallkörnung nach dem Ausschneiden durch das Verfahren gemäß dem Stand der Technik zeigt, sind diese Metallkörner nämlich zunächst in Richtung der Vertiefung ausgerichtet, und das Metall ist stark federhart geworden. Danach muß man die Ausrichtung dieser Körner umkehren, was umso schwieriger ist, als das Metall federhart geworden ist.
Daher sind die Anstrengungen zur Ausführung der Gegenauswölbung groß, was die Abnutzung der Werkzeuge erhöht.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beseitigen, indem ein Verfahren zum Ausschneiden vorgeschlagen wird, welches erlaubt, die Lebensdauer des Preßstempels und der Matrize zu verlängern, indem man die Anstrengung beim Ausschneiden und den Reibungseffekt bedeutend reduziert und dabei gleichzeitig ein sehr geringes Spiel zwischen dem Preßstempel und der Matrize beibehält.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Ausschneiden eines Teils aus einer Blechplatte wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Die Eigenschaften und Vorteile werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung erscheinen, welche allein als Beispiel und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei:
- Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Schneidevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
- Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, welche die Phase darstellt, während der die Vertiefung in der Blechplatte durchgeführt wird,
Fig. 3 eine Kurve darstellt, die den Bereich der Tiefe der Vertiefung als Funktion der Dicke der auszuschneidenden Blechplatte zeigt,
Fig. 4a bis 4c schematische Ansichten des Ausschnittsrandes des Blechs gemäß den verwendeten Ausschnittverfahren ist,
Fig. 5 bis 7 Halbansichten im Profilschnitt eines Ausschnitts eines Einsatzes ist, der mit einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt wird,
Fig. 8 und 9 Vorderansichten einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Herstellung eines Teils mit einem Einsatz sind,
- Fig. 10 und 11 schematische Ansichten des Ausschnittrandes des Blechs sind, welche die Ausrichtung der Metallkörner jeweils mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik zeigen.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausschneidevorrichtung besteht aus einer Vorrichtung bekannter Art, die zum Ausschneiden einer Blechplatte 1 benutzt werden kann.
Diese Vorrichtung weist zwei Bauteile mit Schneidkanten auf, die aufeinander zu bewegt werden können, welche zum einen aus einem Preßstempel 2 gebildet sind, dessen Bewegung der eines beweglichen Schlittens 3 unterliegt und dessen Form dem auszuschneidenden Umfang entspricht, und zum anderen aus einer Matrize 4, die mit einem feststehenden Tisch 5 verbunden ist, und deren Form der des Preßstempels 2 angepaßt ist, um den gewünschten Ausschnitt zu erhalten.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Ausschneidevorrichtung auch eine Plattenhalterung 6 auf, um die Blechplatte 1 auf die Matrize 4 zu pressen.
Der Preßstempel 2 und die Matrize 4 weisen jeweils eine Schneidkante 7 und 8 auf, die miteinander bei der Herabbewegung des Preßstempels zum Ausschneiden der Blechplatte 1 kooperieren.
Das Teil kann entweder aus dem aus der Blechplatte 1 ausgeschnittenen Teil 1a bestehen, wobei der verbleibende Teil 1b der Blechplatte den Abfall darstellt, oder aber aus dem verbleibenden Teil 1b der Blechplatte 1, wobei der ausgeschnittene Teil 1a den Abfall darstellt.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin,
- die Blechplatte 1 gegen die Matrize 4 zu pressen,
- eine Vertiefung 9 einer bestimmten Tiefe p gemäß einer bestimmten Richtung und einem bestimmten Sinn zu erzeugen,
- und das Ausschneiden des Teils aus der Blechplatte 1 gemäß der Richtung und dem Sinn der Bildung der Vertiefung 9 durchzuführen.
Die Richtung der Bildung der Vertiefung 9 ist senkrecht zu den Stirnseiten der Blechplatte 1, und der Sinn der Bildung dieser Vertiefung 9 ist von einer ersten Stirnseite zur anderen Vorderseite gerichtet, unabhängig von der Wahl der ersten Stirnseite und beispielsweise für eine horizontal positionierte Blechplatte von unten nach oben oder von oben nach unten.
Wie in Fig. 2 gezeigt, bewegen sich die Plattenhalterung 6 und der Preßstempel 2 unter der Einwirkung des Schlittens.
Die Plattenhalterung preßt die Blechplatte 1 auf die Matrize 4, und der Preßstempel 2 tritt mit der Blechplatte 1 in Kontakt.
Die Bewegung des Preßstempels 2 wird so gesteuert, daß nur eine Vertiefung 9 in der Blechplatte erzeugt wird, d. h. daß die Blechplatte 1 verformt wird, ohne deren Ausschneiden durchzuführen.
Die Tiefe p der Vertiefung 9 liegt zwischen
0,416(1 - e-1,279E) - 0,05E und 0,416(1 - e-1,279E) + 0,1E,
wobei E die Dicke der Blechplatte 1 ist.
Wie man in Fig. 2 erkennen kann, wurde die graphische Darstellung der Tiefe p der Vertiefung 9 zum Zweck der deutlichen Darstellung absichtlich übertrieben.
Erst wenn man die Vertiefung 9 in der Blechplatte 1 erzeugt hat, erfolgt das Ausschneiden der Blechplatte durch die Schneidkanten 7 und 8 in derselben Richtung und in demselben Sinn wie die Richtung und der Sinn der Bildung der Vertiefung 9.
Die Vertiefung 9, die vorab vor dem Ausschneidevorgang erzeugt wird, erlaubt es, die mechanischen Eigenschaften des Metalls, aus dem die Blechplatte besteht, lokal zu verändern, um das endgültige Ausschneiden zu verbessern.
Gemäß einer ersten Ausführungsform kann man zwei verschiedene Preßstempel 2 verwenden, wobei der erste ausschließlich für die Bildung der Vertiefung in der Blechplatte 1 bestimmt ist und der zweite für das Ausschneiden der Blechplatte 1 nach der Bildung der Vertiefung.
In diesem Fall besteht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darin,
- die Blechplatte 1 gegen die Matrize 4 zu pressen,
- eine Vertiefung 9 einer bestimmten Tiefe p mit Hilfe eines Drückstempels gemäß einer bestimmten Richtung und einem bestimmten Sinn zu erzeugen,
- das Ausschneiden des Teils aus dem Blech 1 mit Hilfe eines Stanzstempels gemäß der Richtung und dem Sinn der Bildung der Vertiefung 9 durchzuführen.
Diese Ausführungsform erlaubt es, wenn der Schritt der Vertiefung und der Schritt des Ausschneidens an zwei verschiedenen Vorrichtungen durchgeführt werden, ein Schnittempo beizubehalten, das dem des Verfahrens gemäß dem Stand der Technik entspricht, in welchem das Ausschneiden in einem einzigen Schritt erfolgt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann man den zweiten Preßstempel 2 verwenden, um den Schritt der Erzeugung einer Vertiefung in der Blechplatte 1 und den des Ausschneidens der Blechplatte 1 nach der Erzeugung der Vertiefung durchzuführen.
In diesem Fall besteht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darin,
- die Blechplatte 1 gegen die Matrize 4 zu pressen,
- eine Vertiefung 9 einer bestimmten Tiefe p mit Hilfe eines Preßstempels 2 gemäß einer bestimmten Richtung und einem bestimmten Sinn zu erzeugen,
- den Preßstempel 2 wieder nach oben zu bewegen,
- das Ausschneiden des Teils aus dem Blech 1 mit Hilfe des Preßstempels 2 gemäß der Richtung und dem Sinn der Erzeugung der Vertiefung 9 durchzuführen.
Diese Ausführungsform erlaubt es, das Ausschneiden gemäß dem Verfahren der Erfindung durchzuführen, ohne daß es nötig ist, in eine komplexere Ausschneidevorrichtung zu investieren. Im zuvor gesagten wird die Blechplatte 1 gegen die Matrize 4 gepreßt. In diesem Fall bewegt sich der Preßstempel 2.
In einer Variante kann die Blechplatte 1 gegen den Preßstempel 2 gepreßt werden, und in diesem Fall bewegt sich die Matrize 4.
Es wurden Versuche durchgeführt, und diese haben erlaubt, den Einfluß des Ausschneideverfahrens gemäß der Erfindung auf die Abnutzung der Ausschneidewerkzeuge zu zeigen.
Diese Versuche bestanden darin, ein Ausschneiden von Blechplatten unterschiedlicher Stahlart durchzuführen, wobei die Tiefe der Vertiefung 9, die vor dem Ausschneiden erzeugt wurde, variiert wurde.
In der Ausschneidephase der Blechplatte 1 wurde die durch Reibung an dem Seitenabschnitt des Preßstempels 2 abgeführte Energie gemessen. Diese abgeführte Energie stellt die Abnutzungsneigung des Preßstempels dar.
Die unten angeführte Tabelle faßt die Zusammensetzungen in Gewichtsprozent und die mechanischen Eigenschaften (quer) der verschiedenen getesteten Stahlarten zusammen.
Der Stahl des Typs A ist ein Elektrostahl, wobei das Blech abschließend nachgehärtet wurde. Dieses Blech hat eine Beschichtung, die aus einem oder mehreren organischen Harzen besteht, die ein anorganisches Polymer (Lack der Klasse C5 nach der Klassifikation ASTM A 345) aufweisen und deren Dicke 1 bis 2 Mikronen beträgt.
Der Stahl des Typs B ist ein Stahl, der eine Elastizitätsgrenzstufe von 2, 2% aufweist, und das Blech wurde auch hier abschließend nachgehärtet.
Der Stahl C ist ebenfalls mit einem Lack der Klasse C5 überzogen.
Die nachfolgende Tabelle beinhaltet die Versuchsergebnisse, die je nach der Tiefe p der Vertiefung 9 erzielt wurden. Die Versuche wurden an einem Gerät vorgenommen, bei dem der Preßstempel 2 aus Karbid ist und einen Durchmesser von 12 mm hat, und die Matrize 4, ebenfalls aus Karbid, einen Durchmesser von 12,05 mm hat, d. h. mit einem Spiel j zwischen dem Preßstempel 2 und der Matrize 4 von 0,05 mm.
Andere Versuche wurden durchgeführt, deren Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle dargestellt sind. Diese Versuche wurden an einem Gerät durchgeführt, bei dem der Preßstempel 2 aus Karbid ist und einen Durchmesser von 50 mm hat, und die Matrize 4, ebenfalls aus Karbid, einen Durchmesser von 50,05 mm hat, d. h. mit einem Spiel j zwischen dem Preßstempel 2 und der Matrize 4 von 0,5 mm.
Es ist eine bedeutende Verringerung der durch Reibung abgeführten Energie an dem Seitenabschnitt des Preßstempels feststellbar, wenn man das Ausschneiden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführt. Der Wert dieser abgeführten Energie ist abhängig von der Tiefe p der erzeugten Vertiefung.
Betrachtet man im Detail zum Beispiel den Fall des Blechs aus Stahl des Typs C, beträgt diese Energie 3647 kJ/mm, wenn man das Ausschneiden nach dem Ausschneideverfahren gemäß dem Stand der Technik ohne vorherige Vertiefung (p = 0) durchführt, und diese verringert sich in Abhängigkeit von der Tiefe p der Vertiefung, um ein Minimum von 2182 kJ/mm zu erreichen, was eine Verringerung um 60% bedeutet, bei einer Vertiefung, deren Tiefe 0,30 mm beträgt. Danach steigt die Energie an, wenn man einen bestimmten Schwellenwert der Tiefe der Vertiefung überschreitet.
Die zahlreichen durchgeführten Versuche, von denen nur ein kleiner Teil in der obigen Tabelle dargestellt ist, haben es erlaubt, einen optimalen Wert der Tiefe p der Vertiefung zu bestimmen, welcher es erlaubt, die Abnutzung der Ausschneidewerkzeuge bedeutend zu verringern.
Dieser Wert p ist abhängig von der Dicke E der auszuschneidenden Blechplatte und soll vorzugsweise zwischen:
0,416(1 - e-1,279E) - 0,05E und 0,416(1 - e-1,279E) + 0,1E
betragen (vgl. den schraffierten Bereich in Fig. 3).
Man stellt bei der Analyse der Werte der abgeschnittenen Höhe am Ausschnittrand ebenfalls fest, daß sich diese gemäß dem Wert der Tiefe p der Vertiefung verringert.
Dieses Phänomen verdient eine detaillierte Erläuterung.
Erzeugt man einen Ausschnitt aus einer Blechplatte 1 mit Hilfe eines Geräts, das einen Preßstempel und eine Matrize mit Schneidkanten umfaßt, weist der Ausschnittrand zwei Bereiche auf: einen ersten abgeschnittenen Bereich 10 auf der Seite des Preßstempels, und einen zweiten abgebrochenen Bereich 11 auf der Seite der Matrize.
Wenn man das Ausschneiden mit einem geringen Spiel j zwischen dem Stempel und der Matrize durchführt, das eine Größenordnung von 0,05 mm hat, bei einem mittleren Durchmesser des Preßstempels von 50 mm, ohne zuvor die Vertiefung zu erzeugen, ist der abgeschnittene Bereich 10 groß, mit einer Höhe H in einer Größenordnung von 70% der Dicke der Blechplatte, und der abgebrochene Bereich 11 ist klein, in einer Größenordnung von 30% der Dicke der Blechplatte. Dieser abgebrochene Bereich 11 weist ein allgemeines Profil auf, das wahrnehmbar gerade ist und in der Verlängerung des abgeschnittenen Bereichs 10 liegt (vgl. Fig. 4a).
Im Fall des Ausschneidens von Blechplatten aus einem Stahl, dessen mechanische Eigenschaften ungünstig sind, ist es bekannt, das Spiel j zwischen dem Preßstempel und der Matrize zu erhöhen, wobei der Wert dieses Spiels j dann in der Größenordnung von 15% der Dicke des Blechs bei einem mittleren Durchmesser des Preßstempels von 50 mm beträgt.
In diesem Fall ist der abgeschnittene Bereich 10 weniger groß und hat eine Höhe H, die im allgemeinen unter 50% der Dicke der Blechplatte beträgt, und der abgebrochene Bereich 11 ist größer, im allgemeinen über 50% der Dicke der Blechplatte.
Darüber hinaus stellt der abgeschnittene Bereich 10 eine beachtliche Wölbung 12 auf der Höhe seiner Verbindung mit der Vorderseite der Blechplatte dar, und der abgebrochene Bereich 11 ist schräg (vgl. Fig. 4b).
Die Verwendung des Ausschneideverfahrens gemäß der Erfindung, bei dem man vorher eine Vertiefung in der Blechplatte erzeugt, erlaubt es, auch bei ungünstigen Eigenschaften des Stahls beim Ausschneiden ein geringes Spiel zwischen dem Preßstempel und der Matrize beizubehalten und dabei gleichzeitig einen Ausschnittrand zu erzielen, der einen abgeschnittenen Bereich 10 darstellt, der groß bleibt, ohne Wölbung auf der Höhe seiner Verbindung mit der Stirnseite der Blechplatte, und bei dem der abgebrochene Rand 11 in der Verlängerung des abgeschnittenen Bereichs 10 gerade bleibt (vgl. Fig. 4c).
Wie man in der zusammenfassenden Tabelle der durchgeführten Versuche erkennen kann, führt das erfindungsgemäße Ausschneideverfahren unabhängig von der Art des verwendeten Stahls zu Ergebnissen, egal ob die Blechplatte unbeschichtet (im Fall von Stahl B, D, E und F) oder beschichtet ist (im Fall von Stahl A und C).
Dieses Ausschneideverfahren ist vor allem im Fall der sogenannten magnetischen Stähle interessant, denn die Verwendung dieses Verfahrens erlaubt es, bei gleichen mechanischen Eigenschaften des Stahls den Ausschnitt mit einem schwächeren Spiel j zwischen dem Preßstempel und der Matrize zu erzeugen, was erlaubt, die magnetischen Eigenschaften der Blechplatte weniger zu verschlechtern.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ebenfalls besonders geeignet zur Erzeugung eines geschweißten Einsatzes.
Zur Herstellung dieser Art von Einsatz ist es bekannt, zwei Blechplatten übereinander auf einer Matrize anzuordnen und gleichzeitig die beiden Blechplatten mit Hilfe eines Stanzstempels auszuschneiden, damit sich der aus der oberen Blechplatte ausgeschnittene Abschnitt in dem Loch in der unteren Blechplatte positioniert.
Dieses Verfahren weist jedoch Nachteile auf.
So sind die beiden Blechplatten auf der Höhe der scharfen Kanten des Werkzeugs, d. h. auf der Höhe der scharfen Kanten der Matrize und des Stanzstempels abgeschnitten. Auf der Höhe ihrer Schnittstelle jedoch ähnelt die Verformung eher einem Ziehvorgang als einer abgeschnittenen Form.
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts eines Einsatzes, den man durch ein klassisches Verfahren wie dem oben erwähnten erhält.
Der Einsatz 15 ist aus einer Blechplatte erzeugt, die dicker als die Blechplatte ist, in der das Loch 16 zur Aufnahme dieses Einsatzes vorgesehen ist.
Wie man in dieser Figur erkennen kann, ist der Kontaktbereich C zwischen dem Einsatz 15 und dem Loch 16 in der Blechplatte 17 reduziert.
Unter Berücksichtigung dieses geringen Kontaktbereichs besteht das Risiko, daß sich der Einsatz 15 von der Blechplatte 17 löst, bevor man das Schweißen durchführen kann.
Aufgrund des Pseudo-Ziehvorgangs, der an der Schnittstelle der beiden Blechplatten eintritt, kann man feststellen, daß bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik eine der Blechplatten nicht ausgeschnitten wird.
Fig. 6 zeigt einen Einsatz 15, der aus einer Blechplatte 18 erzeugt wurde, die dicker ist als die Blechplatte 17, die dazu bestimmt ist, den Einsatz 15 aufzunehmen.
Um den Einsatz 15 in dem Loch 16 in der Blechplatte 17 zu positionieren, ist der Verlauf des Stanzstempels so bestimmt, daß die Oberfläche des Einsatzes 15 auf der gleichen Ebene liegt wie die Oberfläche der Blechplatte 17, die diesen aufnehmen soll.
Doch in diesem Fall wird der Einsatz 15, wie in Fig. 6 gezeigt, nicht vom Rest der Blechplatte 18 ausgeschnitten.
In dem Fall, daß der Einsatz weniger dick ist als die Blechplatte, die ihn aufnehmen soll, wird der Abschnitt der dickeren Blechplatte unterhalb des Einsatzes nicht ausgeschnitten.
Um dies zu verhindern, ist es deshalb notwendig, die Durchdringung des Stanzstempels zu erhöhen.
Allerdings führt die Erhöhung der Durchdringung des Stanzstempels zu anderen Nachteilen.
Die obere Seite des Einsatzes 15 befindet sich nämlich unterhalb der oberen Seite der Blechplatte 17, wie in Fig. 7 gezeigt.
Daher ist der Kontaktabschnitt C zwischen dem Einsatz 15 und dem Rand des Lochs 16 in der Blechplatte 17 sehr klein, so daß der Halt dieses Einsatzes 15 in dem Loch 16 sehr unsicher ist.
Dasselbe gilt für einen schmalen Einsatz in einer dicken Blechplatte.
Man könnte vorsehen, separat einen Einsatz mit dem Durchmesser D aus einer ersten Blechplatte und ein Loch mit dem Durchmesser d aus einer zweiten Blechplatte auszuschneiden und dann diesen Einsatz in dem Loch zu positionieren.
Um einen guten Kontakt zwischen dem Rand des Einsatzes und dem Rand des Lochs zu erhalten, ist es grundsätzlich notwendig, daß der Durchmesser D des Einsatzes minus dem Durchmesser d des Loches größer als 0 ist.
Die Anmelderin hat somit verschiedene Versuche durchgeführt und wollte dabei einen Einsatz mit dem Durchmesser D = 150 mm und mit einer Dicke von 0,65 mm aus steifem Blech in ein Loch in einer Blechplatte einfügen, die relativ verformbar ist und dieselbe Dicke hat.
Der erste Versuch bestand darin, den Einsatz separat aus einer ersten Blechplatte und das Loch aus einer zweiten Blechplatte, jedoch mit dem gleichen Werkzeug, auszuschneiden.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß der Durchmesser d des Lochs minus dem Durchmesser D des Einsatzes systematisch niedriger als 0 ist, was bedeutet, daß der Einsatz größer ist als das Loch, das ihn aufnehmen soll.
Folglich kann die Lösung, die darin besteht, den Einsatz und das Loch separat mit dem gleichen Werkzeug auszuschneiden, nicht in Erwägung gezogen werden.
Der zweite Versuch bestand darin, den Einsatz aus einer ersten Blechplatte und das Loch aus einer zweiten Blechplatte mit unterschiedlichen Werkzeugen auszuschneiden.
Die Anmelderin hat festgestellt, daß in diesem Fall der Durchmesser D des mechanisch ausgeschnittenen Einsatzes um 0,08 mm schwankt, je nach der Verteilung der Dicke des Metalls, nach dem Abnutzungszustand des Stanzstempels, der Aufteilung der mechanischen Eigenschaften des Metalls oder den Phänomenen des Unrundwerdens.
Im übrigen schwankt bei einem verformbaren Stahl der Durchmesser des mechanisch ausgeschnittenen Lochs um ungefähr 0,12 mm.
Damit variiert der Durchmesser d der Öffnung minus dem Durchmesser D des Einsatzes zwischen 0 und 0,2 mm.
Diese Variationsbreite ist zu groß, um einen guten Halt des Einsatzes in dem Loch gewährleisten zu können.
Diese Versuche zeigen somit, daß man, wenn man den Einsatz und das Loch separat ausschneiden will, unbedingt zwei verschiedene Werkzeuge benutzen muß.
Allerdings kann der Halt des Einsatzes in dem Loch nicht garantiert werden, auch wenn zum Zeitpunkt des Ausschneidens alle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Lösung dieses Problems.
Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Vorrichtung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, zwei Bauteile mit Schneidkanten auf, die aufeinander zu bewegt werden können und die zum einen aus einem Preßstempel 2 bestehen, dessen Bewegung der eines beweglichen Schlittens 3 unterliegt und dessen Form dem auszuschneidenen Umfang entspricht, und zum anderen aus einer Matrize 4, die mit einem feststehenden Tisch 5 verbunden ist und deren Form dem Preßstempel 2 entspricht, um den erwünschten Ausschnitt zu erhalten.
Die Vorrichtung weist ebenfalls eine Plattenhalterung 6 auf, um die Blechplatten auf die Matrize 4 zu pressen, wie später noch zu sehen sein wird.
Der Preßstempel 2 und die Matrize 4 weisen jeweils eine Schneidkante 7 bzw. 8 auf, die dazu bestimmt sind, beim Herabsinken des Preßstempels 2 miteinander zu kooperieren. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht zunächst darin, eine Vertiefung 20a in einer ersten Blechplatte 20 mit einer bestimmten Tiefe p1 zu erzeugen und dann eine Vertiefung 21a in einer zweiten Blechplatte 21 mit einer bestimmten Tiefe p2 zu erzeugen,
Anschließend werden, wie in Fig. 8 gezeigt, die beiden Blechplatten 20 und 21 übereinander positioniert, indem die Vertiefungen 20a und 21b übereinander gelegt werden und indem die Blechplatten 20 und 21 auf die Matrize 4 gedrückt werden.
Die Tiefe einer jeden Vertiefung 20a und 21a in jeder Blechplatte 20 und 21 beträgt zwischen 0,075E und 0,90E, wobei E die Dicke der entsprechenden Blechplatte ist.
Wie man in Fig. 8 und 9 erkennen kann, wurde die Dicke der Blechplatten 20 und 21 zum Zwecke der klaren Darstellung absichtlich übertrieben.
Nachdem die Blechplatten 20 und 21 auf die Matrize 4 gelegt wurden, indem man die Vertiefungen 20a und 21a übereinander legte, bewegen sich die Plattenhalterung 6 und der Preßstempel 2 unter der Bewegung des Schlittens 3.
Die Plattenhalterung 6 preßt die Blechplatten 20 und 21 auf die Matrize 4, und der Preßstempel 2 tritt mit der Oberfläche der Vertiefung 20a in Kontakt, wie in Fig. 8 dargestellt ist.
Anschließend wird die Abwärtsbewegung des Preßstempels 2 fortgeführt, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
Während dieser Abwärtsbewegung des Preßstempels 2 schneidet man gleichzeitig die beiden Blechplatten 20 und 21 aus.
Man stoppt die Bewegung des Preßstempels 2 in dem Moment, in dem der aus der Blechplatte 20 ausgeschnittene Abschnitt 23 in Kontakt mit dem Preßstempel 2 in das Loch 24 eingepaßt wird, welches in der Blechplatte 21 in Kontakt mit der Matrize 4 gebildet wurde.
Somit führt man, nachdem die Vertiefungen 20a und 21a in den Blechplatten 20 und 21 erzeugt wurden, in einem einzigen Arbeitsgang das gleichzeitige Ausschneiden der beiden Blechplatten 20 und 21 sowie das Positionieren des Einsatzes 23 in das Loch 24 durch, das in der Blechplatte 21 gebildet wurde. Es wurden Versuche durchgeführt, die erlaubt haben, den Einfluß der Vertiefungen auf den Halt des Einsatzes 23 in dem Loch 24 zu zeigen.
Im Laufe dieser Versuche wurde für die verschiedenen Arbeitschritte, d. h. für die Vertiefungen und das gleichzeitige Ausschneiden der beiden Blechplatten 20 und 21 ein einziges Werkzeug verwendet.
Dieses Werkzeug umfaßt beispielsweise einen Stanzstempel mit einem Durchmesser von 50,02 mm und eine Matrize mit einem Durchmesser von 50,05 mm.
Die nachstehende Tabelle faßt die verschiedenen Konfigurationen zusammen, die bei diesen Versuchen verwendet wurden.
Bei der Lektüre dieser Tabelle stellt man fest, daß bei Blechplatten von unterschiedlicher Dicke, d. h. mit einem Einsatz, der dicker ist als die Blechplatte, in welcher das Aufnahmeloch dieses Einsatzes gebildet ist oder umgekehrt, das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem man vor dem Ausschneiden eine Vertiefung in jeder der Blechplatten erzeugt, zu guten Ergebnissen führt.
Das Erzeugen einer Vertiefung in jeder der Blechplatten vor dem Ausschneiden erlaubt es, das Phänomen des Pseudo- Ziehvorgangs, das bei den bisher verwendeten Verfahren aufgetaucht ist, zu vermeiden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit der Kontakt zwischen dem Einsatz und dem Loch besser, und die beim Ausschneiden erforderliche Durchdringung des Stanzstempels ist schwächer.
Dank dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, dicke Einsätze in schmale Stützelemente einzusetzen, oder schmale Einsätze in dicke Stützelemente und/oder einen Einsatz einzusetzen, der anderer Art ist als das Stützelement.
Wie in Fig. 10 gezeigt, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Metallkörner in dem Bereich des Ausschnitts in derselben Richtung verformt, da das Ausschneiden in derselben Richtung erfolgt wie die Vertiefung.
In diesem Fall ist der Aufwand geringer als der, der bei einem Ausschneideverfahren gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist, wie bereits zuvor erläutert wurde.
Zudem werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Werkzeuge weniger schnell abgenutzt.

Claims

1. Verfahren zum Ausschneiden eines Teils aus einer Blechplatte (1) mit Hilfe von zwei Bauteilen, die aufeinander zu bewegt werden können und die Schneidkanten, einen Preßstempel (2) und eine Matrize (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Vertiefung (9) einer bestimmten Tiefe p mit Hilfe eines Drückstempels in bestimmter Richtung und bestimmtem Sinn erzeugt wird,

- das Ausschneiden des Teils aus dem Blech (1) mit Hilfe eines Stanzstempels gemäß Richtung und Sinn der Vertiefung (9) durchgeführt wird.

2. Verfahren zum Ausschneiden eines Teils aus einer Blechplatte (1) mit Hilfe von zwei Bauteilen, die aufeinander zu bewegt werden können und die Schneidkanten, einen Preßstempel (2) und eine Matrize (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Vertiefung (9) einer bestimmten Tiefe p mit Hilfe des Preßstempels (2) in bestimmter Richtung und bestimmtem Sinn hergestellt wird,

- der Preßstempel (2) wieder nach oben bewegt wird

- das Ausschneiden des Teils aus der Blechplatte (1) mit Hilfe des Preßstempels (2) gemäß Richtung und Sinn der Vertiefung (9) erfolgt.

3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe p der Vertiefung zwischen

0,416(1 - e-1,279E) - 0,05E und 0,416(1 - e-1,279E) + 0,1E beträgt, wobei E die Dicke der Blechplatte (1) ist.

4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Vertiefung (20a) in einer ersten Blechplatte (20) mit einer bestimmten Tiefe p1 erzeugt wird,

- die Vertiefung (21a) in einer zweiten Blechplatte (21) mit einer bestimmten Tiefe p2 erzeugt wird,

- die Blechplatten (20, 21) aufeinander gelegt werden, indem die Vertiefungen (20a, 21a) übereinander gelegt werden,

- die beiden Blechplatten (20, 21) mit Hilfe des Stanzstempels (2) gleichzeitig ausgeschnitten werden.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bewegung des Stanzstempels (2) in dem Moment stoppt, in dem der in Kontakt mit dem Preßstempel (2) ausgeschnittene Abschnitt (23) der Blechplatte (20) in das Loch (24) eingepaßt ist, welches sich in der Blechplatte (21) beim Kontakt mit der Matrize (4) bildet.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefung (20a, 21a) in jeder Blechplatte (20, 21) zwischen 0,75E und 0,90 E beträgt, wobei E die Dicke der entsprechenden Blechplatte (20, 21) ist.

7. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 zur Herstellung eines geschweißten Einsatzes durch gleichzeitiges Ausschneiden von zwei übereinander gelegten Blechplatten (20, 21).