EP2036631A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Stanzteilen mit vergrösserter Funktionsfläche - Google Patents

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EP2036631A1
EP2036631A1 EP07018139A EP07018139A EP2036631A1 EP 2036631 A1 EP2036631 A1 EP 2036631A1 EP 07018139 A EP07018139 A EP 07018139A EP 07018139 A EP07018139 A EP 07018139A EP 2036631 A1 EP2036631 A1 EP 2036631A1
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EP
European Patent Office
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cutting
ejector
preforming
guide plate
geometry
Prior art date
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EP07018139A
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EP2036631B1 (de
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Andreas Marti
Ulrich Dipl.-Ing. Schlatter
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Feintool Intellectual Property AG
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Feintool Intellectual Property AG
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Publication date
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Priority to JP2008234889A priority patent/JP2009066662A/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/16—Shoulder or burr prevention, e.g. fine-blanking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/02—Dies; Inserts therefor; Mounting thereof; Moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
    • B26F1/00—Perforating; Punching; Cutting-out; Stamping-out; Apparatus therefor
    • B26F1/38—Cutting-out; Stamping-out
    • B26F1/44—Cutters therefor; Dies therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a stamped part with an enlarged functional surface, in particular fine cutting a workpiece from a tape strip, in which the tape strip between a top of a cutting punch, a guide plate for the cutting punch, arranged on the guide plate ring teeth and an ejector shell and a clamped from the cutting plate and ejector existing lower part when closing and the ring point is pressed into the tape strip.
  • the invention further relates to devices for producing a stamped part with an enlarged functional surface, in particular fine cutting a workpiece from a strip of tape, with a two-part tool, the At least one cutting punch, a guide plate for the cutting punch, arranged on the guide plate ring prong, a pusher, a cutting plate and an ejector, wherein the tape strip between the guide plate and cutting plate is clamped and the ring prong is pressed into the tape strip.
  • Typical features of fine cut parts are the edge indent and the cutting edge.
  • the feeder which increases with decreasing the corner radius and increasing sheet thickness.
  • the insertion depth can be approx. 30% and the feed width is about 40% of the sheet thickness or more (see DIN 3345, fineblanking, Aug. 1980).
  • the feeder is thus dependent on material thickness and quality, so that its control is limited and often a limitation of the part function, For example, by a lack of sharp edges of the corners in teeth or by the induced change in the functional length of the parts, brings with it.
  • the punch pull therefore reduces the parting function and forces the manufacturer to use a thicker stock.
  • the workpiece is machined in a single-stage arrangement in at least two successive successive successive step sequences in different cutting directions, in a first cutting operation in the vertical direction cut a tailored to the workpiece geometry semi-finished product with a small indentation and cut in at least one other cutting operation in the opposite direction the part becomes.
  • the entry of the first step is to be replenished at least in the corner area.
  • predominantly the projecting punching burr is avoided.
  • the feeder is ultimately not eliminated and material volume is displaced along the cutting line, which is accompanied by an increased risk of cracking.
  • the present invention seeks to avoid the edge feed targeted by generating a volume corresponding intake within the part geometry while maintaining the functional surfaces of thinner fine cutting parts while saving material, without the material is moved along the cutting line ,
  • the solution according to the invention is characterized in that it is possible for the first time to economically apply the fine blanking process to parts, for example toothed parts of medium and greater thickness with sharp edges without post-processing and material displacement along the cutting line.
  • the process parameters for preforming are determined by a virtual forming simulation as a function of the material type, shape and geometry of the workpiece. This leads to a fast practical design of the preform elements, in particular the determination of the preform angles on the preform elements.
  • the process parameters for the preforming can be iteratively determined by measuring on actually produced fine-cut parts, without departing from the invention.
  • the method according to the invention can be used variably. Thus preforming can be carried out in a separate preliminary stage within a tool as a follow-up cut. However, it is also feasible without problems in the complete section, if the ejector is also used as a preform element, the complete section by the method according to the invention is particularly advantageous for thinner parts applicable.
  • the inventive method thus covers the fine blanking of parts in a wide dimensional range, for example, parts up to average thicknesses and smaller to medium Dimensions in the complete section and parts up to large thicknesses and dimensions in the subsequent cut, from.
  • the devices according to the invention have a simple and robust construction.
  • the cutting stage upstream punch for negative preforming adapted to the expected edge feed volume of material on the feed side is provided, the die has on its active side a contour or a preforming angle, or which corresponds to the geometry of the expected edge indent plus an addition.
  • At least one ejector which counteracts the cutting direction and is assigned to the cutting stage, is provided for negative preforming of a material volume adapted to the expected edge feed on the feed side, wherein the ejector has on its active side a contour or a preform angle which or of the geometry the expected edge indentation plus an addition is adjusted, wherein the ejector supports the preformed area during cutting.
  • the preforming angles for the embossing punch in the case of a subsequent cut and the ejector in the case of the complete cut are approximately between 20 ° and 40 °.
  • Fig. 1 a schematic representation of the device according to the invention with a separate precursor for preforming the Einzugsgeometrie when clamped between the upper and lower part tape strip in the closed tool
  • Fig. 2 a simplified schematic representation of the inventive device according to Fig. 1 on the cut tape strip in the closed tool
  • Fig. 3 an enlarged view of the stamping die with preforming angle
  • Fig. 4a and 4b a schematic representation of the geometry of the edge feed of a prior art and after the preforming according to the invention
  • Fig. 5 a schematic representation of the vote between die and the preformed portion of the tape strip
  • Fig. 6 an example of a produced by the process according to the invention gear part with and without preforming.
  • the Fig. 1 shows the basic structure of the device according to the invention, comprising an upper part 1 and a lower part 2.
  • the upper part 1 includes a Ring sprocket 3 having guide plate 4, a cutting punch 5, which is guided in the guide plate 4, and a Ausstosser 6.
  • the lower part 3 is formed of a cutting plate 7 and an ejector 9.
  • the strip strip 10 of alloyed stainless steel with a thickness of 4, 5 mm, from the method according to the invention, a gear part 11 with teeth 12 to be manufactured is clamped according to the shown positional condition of the tool between the guide plate 4 and cutting plate 7 and the ring teeth 3 has already penetrated into the tape strip 10, whereby the material due the acting ring-tooth force is prevented from re-flowing during cutting.
  • the precursor is formed by a guided in the lower part 2 as a preforming element V embossing die 13, which has on its active side 14 previously determined by a virtual forming simulation preforming angle ⁇ and is provided with a contour 15, the geometry of the expected collection with an empirical values resulting addition corresponds.
  • the pre-forming of the clamped between upper and part 1 and 2 tape strip is carried out by the stamper 13, the effective direction is opposite to the cutting direction SR of the cutting punch 5.
  • the embossing punch 13 deforms during its advancing movement the tape strip 10 so far that moves the contour 15 of the active side 14 of the embossing stamp with its preforming angle ⁇ in the material of the tape strip by an adapted to the geometry of the feeder amount and a deformation of the tape strip 10 on the feed side which corresponds to the volume of the expected intake.
  • Fig. 3 shows an example of a stamping die 13 with a corresponding contour 15 on its active side. It can be seen that this contour corresponds exactly to the geometry of the feeder.
  • the process parameters for preforming such as the geometry, i. the pull-in height and pull-in width, and the material volume, i. Feeding volume is determined by a virtual forming simulation, depending on the material type, shape and geometry of the workpiece, in which the flow of material in the forming process is shown, strains and reference stresses are analyzed to determine whether the deformation can be made and the loads borne by the tool elements.
  • the process parameters for the preforming can also be determined on the real fineblanking part by individual measurement of the pull-in height, pull-in width and determination of the feed volume. This requires a series of tests and their evaluation in order to be able to interpret the embossing die 13 accordingly on this basis.
  • the ejector 9 as a preforming element for preforming the clamped tape strip in accordance with the expected geometry of the edge feed.
  • FIG. 4a shows the forming indentation on a fine blank, which made without application of the invention has been.
  • this entry E is defined by the edge retraction height h and edge retraction width b and the resulting burr by cutting burr height and cutting burr width. It is certain that the burr volume is many times smaller than the catch volume V. So to speak, volume has been lost. On the one hand, this volume migrates significantly behind the outer contour of the part and, on the other hand, a small amount is lost due to the solidification of the material.
  • the dimensions and the volume V of the expected edge indentation are determined. This can be done as described in section [0028] either by a forming simulation or by a direct measurement on the real part.
  • Fig. 4b schematically illustrates that the thus determined edge retraction E is imaged in the opposite direction in mirrored form on the feed side. This is done by a corresponding preforming with the embossing punch 13, which is provided with an adapted to the geometric conditions of the expected edge retraction E contour 15 with preforming angle ⁇ . From the Fig. 5 is the particularly good match between the Contour 15 on the die 13 and the preformed portion of the tape strip 10 can be seen.
  • Fig. 6 shows the example of a manufactured by the process according to the invention gear 11, in which a measured at the tooth tip reduction of the insertion depth was achieved by 36%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Stanzteiles mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, bei dem der Bandstreifen zwischen einem aus einem Schneidstempel (5), einer Führungsplatte (4) für den Schneidstempel, einer an der Führungsplatte angeordneten Ringzacke (3) und einem Ausstosser zusammengesetzte Oberteil (1) und einem aus Schneidplatte (7), und Auswerfer (9) bestehenden Unterteil (2) beim Schließen eingespannt und die Ringzacke (3) in den Bandstreifen eingedrückt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kanteneinzug gezielt durch Erzeugen eines dem Volumen entsprechenden Einzugs innerhalb der Teilegeometrie bei gleichzeitiger Beibehaltung der Funktionsflächen an dünneren Feinschneidteilen unter Einsparung von Material weitgehend zu vermeiden, ohne dass das Material entlang der Schrittlinie bewegt wird. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass vor Beginn des Schnitts am eingespannten unbehandelten Bandstreifen entgegen der Schneidrichtung mit einem Vorformelement (13) ein negatives Vorformen durchgeführt wird, das dem erwarteten Kanteneinzug beim Schneiden in die Schneidplatte in Größe und Geometrie zuzüglich einer Zugabe entspricht und ein Materialvolumen in gespiegelter Form an der Einzugsseite erzeugt, und dass mit Beginn und während des Schnitts der vorgeformte Bereich des eingespannten Bandstreifens durch das Vorformelement abgestützt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Stanzteiles mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, bei dem der Bandstreifen zwischen einem aus einem Schneidstempel, einer Führungsplatte für den Schneidstempel, einer an der Führungsplatte angeordneten Ringzacke und einem Ausstosser zusammengesetzte Oberteil und einem aus Schneidplatte und Auswerfer bestehenden Unterteil beim Schließen eingespannt und die Ringzacke in den Bandstreifen eingedrückt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin Vorrichtungen zum Herstellen eines Stanzteiles mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, mit einem zweiteiligen Werkzeug, das Mindestens ein Schneidstempel, eine Führungsplatte für den Schneidstempel, eine an der Führungsplatte angeordnete Ringzacke, einen Ausstosser, eine Schneidplatte und einen Auswerfer umfasst, wobei der Bandstreifen zwischen Führungsplatte und Schneidplatte eingespannt ist und die Ringzacke in den Bandstreifen eingedrückt ist.
    • Stand der Technik
  • In der Feinschneid- und Umformtechnik werden vorwiegend Stähle verarbeitet. Dabei erstreckt sich die Vielfalt verwendeter Werkstoffe von einfachen Baustählen bis hin zu hochfesten Feinkornstählen. Die Ressource "Werkstoff" hat in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Mit einer optimalen Werkstoffausnutzung lassen sich die Herstellkosten eines Bauteiles wesentlich beeinflussen. Die hochfesten Stähle ermöglichen dünnwandigere Bauteile bei gleichem Festigkeitsverhalten.
    In den meisten Fällen wirkt die Schnittfläche beim Feinschneiden als Funktionsfläche, weshalb der Einzug einen Kostenfaktor darstellt.
  • Typische Merkmale von Feinschnittteilen sind der Kanteneinzug und der Schnittgrat. Insbesondere in Eckenpartien stellt sich der Einzug ein, der mit kleiner werdendem Eckenradius und steigender Blechdicke zunimmt. Die Einzugstiefe kann rd. 30% und die Einzugsbreite etwa 40% der Blechdicke oder mehr betragen (siehe DIN 3345, Feinschneiden, Aug. 1980). Der Einzug ist damit abhängig von Materialdicke und -qualität, so dass seine Steuerung nur begrenzt möglich ist und oft eine Einschränkung der Teilefunktion, beispielsweise durch eine fehlende Scharfkantigkeit der Ecken bei Verzahnungsteilen oder durch die hervorgerufene Änderung der Funktionslänge der Teile, mit sich bringt.
    Der Stanzeinzug reduziert deshalb die Teilefunktion, und zwingt den Hersteller zur Verwendung eines dickeren Ausgangsmaterials.
  • Es sind eine ganze Reihe von Lösungen bekannt, die versuchen, den Kanteneinzug entweder durch Nachschneiden ( CH 665 367 A5 ), Nachschaben ( DE 197 38 636 A1 ) oder Verschieben von Material während des Schneidens ( EP 1 815 922 A1 ) zu beseitigen.
    Die bekannten Lösungen nach CH 665 367 A5 und DE 197 38 636 A1 reduzieren nicht den Kanteneinzug, sondern bearbeiten die Teile aufwändig nach, so dass einerseits erhebliche Kosten für zusätzliche Bearbeitungsvorgänge und Werkzeuge erforderlich sind, und andererseits entsprechender Materialverlust durch die Notwendigkeit des dickeren Materialeinsatzes eintritt.
    Bei der bekannten Lösung gemäß EP 1 815 922 A1 wird das Werkstück in einer einstufigen Anordnung in mindestens zwei zeitlich aufeinander abfolgenden Schrittfolgen in unterschiedlichen Schnittrichtungen bearbeitet, wobei in einem ersten Schneidvorgang in vertikaler Arbeitsrichtung ein auf die Werkstückgeometrie abgestimmtes Halbfertigfabrikat mit einem geringen Einzug ausgeschnitten und in mindestens einem weiteren Schneidvorgang in entgegengesetzter Arbeitsrichtung das Teil fertiggeschnitten wird. Der Einzug des ersten Teilschritts soll dabei zumindest im Eckbereich wieder aufgefüllt werden. Mit diesem bekannten Verfahren wird vorwiegend jedoch der vorstehende Stanzgrat vermieden.
    Auch bei dieser bekannten Lösung wird der Einzug letztendlich nicht beseitigt und Materialvolumen entlang der Schnittlinie verschoben, was mit einem erhöhten Risiko einer Rissbildung einhergeht.
    • Aufgabenstellung
  • Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Kanteneinzug gezielt durch Erzeugen eines dem Volumen entsprechenden Einzugs innerhalb der Teilegeometrie bei gleichzeitiger Beibehaltung der Funktionsflächen an dünneren Feinschneidteilen unter Einsparung von Material weitgehend zu vermeiden, ohne dass das Material entlang der Schnittlinie bewegt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass es erstmals möglich wird, das Feinschneidverfahren auf Teile, beispielsweise Verzahnungsteile mittlerer und größerer Dicke mit scharfen Kanten ohne Nachbearbeitung und Materialverschiebung entlang der Schnittlinie wirtschaftlich anzuwenden.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass vor Beginn des Schnitts am eingespannten unbehandelten Bandstreifen entgegen der Schneidrichtung mit einem Vorformelement ein zur Schnittrichtung negatives Vorformen durchgeführt wird, das dem erwarteten Kanteneinzug beim Schneiden in die Schneidplatte in Größe und Geometrie zuzüglich einer Zugabe entspricht und ein Materialvolumen in gespiegelter Form an der Einzugsseite erzeugt. Mit Beginn und während des Schnitts wird der so vorgeformte Bereich des eingespannten Bandstreifens durch das Vorformelement abgestützt.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass die Prozessparameter für das Vorformen, beispielsweise die Geometrie und das Werkstoffvolumen des vorzuformenden Bereichs, in Abhängigkeit von Materialart, Form und Geometrie des Werkstücks durch eine virtuelle Umformsimulation bestimmt werden. Dies führt zu einer schnellen praxisnahen Auslegung der Vorformelemente, insbesondere der Bestimmung der Vorformwinkel an den Vorformelementen.
    Die Prozessparameter für das Vorformen lassen sich aber durch Vermessen an real hergestellten Feinschnittteilen iterativ bestimmen, ohne die Erfindung zu verlassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist variabel einsetzbar. So kann das Vorformen in einer separaten Vorstufe innerhalb eines Werkzeugs als Folgeschnitt durchgeführt werden. Es ist aber auch im Komplettschnitt unproblematisch ausführbar, wenn der Auswerfer zugleich als Vorformelement verwendet wird, wobei der Komplettschnitt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft für dünnere Teile anwendbar ist.
    Das erfindungsgemäße Verfahren deckt somit das Feinschneiden von Teilen in einem breiten Abmessungsbereich, beispielsweise Teile bis zu mittleren Dicken und kleinere bis mittlere Abmessungen im Komplettschnitt und Teile bis zu großen Dicken und Abmessungen im Folgeschnitt, ab.
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen haben einen einfachen und robusten Aufbau. Im Falle des Einsatzes des Folgeschnitts ist mindestens ein entgegen der Schneidrichtung wirkender, der Schneidstufe vorgeordneter Prägestempel zum negativen Vorformen eines an den erwarteten Kanteneinzug angepassten Materialvolumens an der Einzugsseite vorgesehen, wobei der Prägestempel an seiner Aktivseite eine Kontur bzw. einen Vorformwinkel aufweist, die bzw. der der Geometrie des erwarteten Kanteneinzugs zuzüglich einer Zugabe entspricht. Für den Komplettschnitt ist mindestens ein entgegen der Schneidrichtung wirkender, der Schneidstufe zugeordneter Auswerfer zum negativen Vorformen eines an den erwarteten Kanteneinzug angepassten Materialvolumens an der Einzugsseite vorgesehen, wobei der Auswerfer an seiner Aktivseite eine Kontur bzw. einen Vorformwinkel aufweist, die bzw. der der Geometrie des erwarteten Kanteneinzugs zuzüglich einer Zugabe angepasst ist, wobei der Auswerfer den vorgeformten Bereich beim Schneiden abstützt.
  • Die Vorformwinkel für den Prägestempel bei Folgeschnitt und den Auswerfer beim Komplettschnitt betragen etwa zwischen 20° und 40°.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
    • Es zeigt
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer separaten Vorstufe zum Vorformen der Einzugsgeometrie bei zwischen Ober- und Unterteil geklemmtem Bandstreifen im geschlossenen Werkzeug,
  • Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsmäßen Vorrichtung nach Fig. 1 am durchgeschnittenen Bandstreifen im geschlossenen Werkzeug,
  • Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Prägestempels mit Vorformwinkel,
  • Fig. 4a und 4b eine schematische Darstellung der Geometrie des Kanteneinzugs eines nach dem Stand der Technik und nach dem erfindungsgemäßen Vorformen,
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung der Abstimmung zwischen Prägestempel und dem vorgeformten Bereich des Bandstreifens und
  • Fig. 6 ein Beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellten Getriebeteils mit und ohne Vorformung.
  • Die Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ein Oberteil 1 und ein Unterteil 2 umfasst. Zum Oberteil 1 gehört eine eine Ringzacke 3 aufweisende Führungsplatte 4, ein Schneidstempel 5, der in der Führungsplatte 4 geführt ist, und ein Ausstosser 6. Das Unterteil 3 ist gebildet aus einer Schneidplatte 7 und einem Auswerfer 9. Der Bandstreifen 10 aus legiertem rostfreien Stahl mit einer Dicke von 4,5 mm, aus dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Getriebeteil 11 mit Verzahnung 12, gefertigt werden soll, ist nach dem gezeigten Stellungszustand des Werkzeugs zwischen Führungsplatte 4 und Schneidplatte 7 eingeklemmt und die Ringzacke 3 ist bereits in den Bandstreifen 10 eingedrungen, wodurch der Werkstoff infolge der einwirkenden Ringzackenkraft am Nachfließen während des Schneidens gehindert wird.
  • Die Vorstufe wird gebildet durch einen im Unterteil 2 geführten als Vorformelement V ausgebildeten Prägestempel 13, der auf seiner Aktivseite 14 einen zuvor durch eine virtuelle Umformsimulation bestimmten Vorformwinkel α aufweist und mit einer Kontur 15 versehen ist, die der Geometrie des erwarteten Einzugs mit einer aus Erfahrungswerten resultierenden Zugabe entspricht. Das Vorformen des zwischen Ober- und Teil 1 bzw. 2 eingeklemmten Bandstreifens erfolgt durch den Prägestempel 13, dessen Wirkrichtung entgegen der Schneidrichtung SR des Schneidstempels 5 verläuft. Der Prägestempel 13 verformt bei seiner Vorschubbewegung den Bandstreifen 10 soweit, dass sich die Kontur 15 der Aktivseite 14 des Prägestempels mit seinem Vorformwinkel α in das Material des Bandstreifens um einen an die Geometrie des Einzugs angepassten Betrag hineinbewegt und eine Verformung des Bandstreifens 10 auf der Einzugsseite bewirkt, die dem Volumen des erwarteten Einzugs entspricht.
    Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Prägestempels 13 mit einer entsprechenden Kontur 15 an seiner Aktivseite. Es ist zu erkennen, dass diese Kontur der Geometrie des Einzugs genau entspricht.
  • Die Prozessparameter für das Vorformen, beispielsweise die Geometrie, d.h. die Einzugshöhe und Einzugsbreite, und das Werkstoffvolumen, d.h. Einzugsvolumen, wird in Abhängigkeit von Materialart, Form und Geometrie des Werkstücks durch eine virtuelle Umformsimulation bestimmt, in der der Werkstofffluss im Umformprozess dargestellt, Dehnungen und Vergleichsspannungen analysiert werden, um festzustellen, ob die Formänderung machbar und die Belastungen durch die Werkzeugelemente getragen werden können. Die Prozessparameter für das Vorformen können aber auch am realen Feinschneidteil durch individuelle Vermessung der Einzugshöhe, Einzugsbreite und Bestimmung des Einzugsvolumens ermittelt werden. Dazu bedarf es eine Reihe von Versuchen und deren Auswertung, um auf dieser Grundlage den Prägestempel 13 entsprechend auslegen zu können.
  • Anstelle der separaten, hier näher beschriebenen Vorstufe, ist natürlich auch möglich, den Auswerfer 9 als Vorformelement für das Vorformen des eingeklemmten Bandstreifens entsprechend der erwarteten Geometrie des Kanteneinzugs zu nutzen.
  • Die Zusammenhänge zum Verständnis für das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Fig. 4a, 4b, 5 und 6 gezeigt.
    Die Fig. 4a zeigt den sich ausbildenden Einzug an einem Feinschneidteil, das ohne Anwendung der Erfindung gefertigt wurde. Dieser Einzug E ist nach DIN 6930 und VDI-Richtlinie 2906 durch die Kanteneinzugshöhe h und Kanteneinzugsbreite b und der sich einstellende Grat durch Schnittgrathöhe und Schnittgratbreite definiert. Es ist gesicherte Erkenntnis, dass das Gratvolumen um ein Vielfaches gegenüber dem Einzugsvolumen V kleiner ist. Gewissermaßen ist also Volumen verloren gegangen. Dieses Volumen wandert einerseits deutlich hinter die Aussenkontur des Teils und andererseits geht ein geringer Betrag aufgrund der Verfestigung des Materials verloren.
    Beim Scherschneiden werden Zugkräfte in das Material eingebracht, welche letztendlich grösser werden als die zusammenhaltenden Kräfte im Atomgitter. Dies führt zu einem Abgleiten zwischen den benachbarten Ebenen von Schneidstempel 5 und Schneidplatte 7. Vor dem eigentlichen Scheren finden jedoch plastische Verformungen statt, die zum Kanteneinzug E führen.
  • Für jede Geometrie eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Teils werden die Abmessungen und das Volumen V des zu erwartenden Kanteneinzugs bestimmt. Dies kann wie im Abschnitt [0028] beschrieben entweder durch eine Umformsimulation oder durch eine direkte Vermessung am realen Teil geschehen.
    In Fig. 4b ist schematisch verdeutlicht, dass der so bestimmte Kanteneinzug E in der Gegenrichtung in gespiegelter Form an der Einzugsseite abgebildet wird. Dies erfolgt durch ein entsprechendes Vorformen mit dem Prägestempel 13, der mit einer an die geometrischen Verhältnisse des erwarteten Kanteneinzugs E angepassten Kontur 15 mit Vorformwinkel α versehen ist.
    Aus der Fig. 5 ist die besonders gute Abstimmung zwischen der Kontur 15 am Prägestempel 13 und der vorgeformten Partie des Bandstreifens 10 ersichtlich. Während auf der Auswerferseite die vorgeformte Partie durch die Kontur 15 am Prägestempel 13 gestützt wird, entsteht auf der Führungsseite ein Hohlraum, da der Schneidstempel 5 um die Einzugshöhe h zurücksteht. Die Folge dieser Abstimmung ist ein Hohlraum H, der jedoch auf Grund des deutlich gegenüber dem Volumen des Einzugs geringeren Volumens des Grats nicht komplett aufgefüllt werden kann. Infolge der seitlichen Begrenzung durch die Schneidplatte 4 wird das Material am Ausweichen gehindert und entsprechend umgeformt, was zu einer zusätzlichen Verfestigung der Einflusszone im Bereich des Einzugs E führt.
  • Fig. 6 zeigt das Beispiel eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Getriebeteils 11, bei der eine an der Zahnspitze gemessene Reduktion der Einzugstiefe um 36% erzielt wurde.
    • Bezugszeichenliste
  • Oberteil des Feinschneidwerkzeugs 1
    Unterteil des Feinschneidwerkzeugs 2
    Ringzacke 3
    Führungsplatte 4
    Schneidstempel 5
    Ausstosser 6
    Schneidplatte (Matrize) 7
    Auswerfer 9
    Bandstreifen 10
    Getriebeteil 11
    Verzahnung 12
    Prägestempel/ Auswerfer 13
    Aktivseite von 13 14
    Kontur von 13 15
    Kanteneinzug E
    Kanteneinzugsbreite b
    Kanteneinzugshöhe h
    Hohlraum H
    Schneidrichtung SR
    Einzugsvolumen V
    Vorformwinkel α

Claims (12)

  1. Verfahren zum Herstellen von Stanzteilen mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, bei dem der Bandstreifen zwischen einem aus einem Schneidstempel, einer Führungsplatte für den Schneidstempel, einer an der Führungsplatte angeordneten Ringzacke und einem Ausstosser zusammengesetzte Oberteil und einem aus Schneidplatte, Auswerfer und einem Innenformstempel bestehenden Unterteil beim Schließen eingespannt und die Ringzacke in den Bandstreifen eingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Schnitts am eingespannten unbehandelten Bandstreifen entgegen der Schneidrichtung mit einem Vorformelement ein negatives Vorformen durchgeführt wird, das dem erwarteten Kanteneinzug beim Schneiden in die Schneidplatte in Größe und Geometrie zuzüglich einer Zugabe entspricht und ein Materialvolumen in gespiegelter Form an der Einzugsseite erzeugt, und dass mit Beginn und während des Schnitts der vorgeformte Bereich des eingespannten Bandstreifens durch das Vorformelement abgestützt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter für das Vorformen im vorzuformenden Bereichs, beispielsweise die Geometrie und das Werkstoffvolumen des Kanteneinzugs, in Abhängigkeit von Materialart, Form und Geometrie des Werkstücks durch eine virtuelle Umformsimulation bestimmt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter für das Vorformen im vorzuformenden Bereichs, beispielsweise die Geometrie und das Werkstoffvolumen des Kanteneinzugs, in Abhängigkeit von Materialart, Form und Geometrie des Werkstücks durch Vermessen an mindestens zwei realen Feinschnittteilen iterativ bestimmt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen in einer separaten Vorstufe oder vor Beginn des Schneidvorgangs in einer gemeinsamen Stufe erzeugt wird, deren Prozessparameter jeweils nach dem ermittelten Kanteneinzug eingestellt werden
  5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformelement ein Prägestempel verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen in Richtung Führungsplatte und das Ausschneiden im Folgeschritt an Teilen mit einer Dicke bis zu 10 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm und kleinen und großen Abmessungen durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorformelement der Auswerfer des Feinschneidwerkzeugs verwendet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorformen in Richtung Stempel und das Ausschneiden im Komplettschnitt an Teilen mit einer mittleren Dicke, vorzugsweise 3 bis 7 mm, und kleinen und mittleren Abmessungen durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der von Schneidplatte und Schneidstempel bestimmten Schnittlinie kein Material bewegt wird.
  10. Vorrichtung zum Herstellen eines Stanzteiles mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zweiteiligen Werkzeug, das mindestens ein Schneidstempel (5), eine Führungsplatte (4) für den Schneidstempel (5), eine an der Führungsplatte angeordnete Ringzacke (3), einen Ausstosser (6), eine Schneidplatte (7) und einen Auswerfer (9) umfasst, wobei der Bandstreifen zwischen Führungsplatte (4) und Schneidplatte (7) eingespannt ist und die Ringzacke in den Bandstreifen eingedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein in entgegen der Schneidrichtung (SR) wirkender, der Schneidstufe vorgeordneter Prägestempel (13) zum negativen Vorformen eines an den erwarteten Kanteneinzug (E) angepassten Materialvolumens (V) an der Einzugsseite vorgesehen ist, wobei der Prägestempel (13) und der Auswerfer in der Schneidstufe jeweils an ihrer Aktivseite eine Kontur (15) bzw. einen Vorformwinkel (α) aufweisen, die bzw. der an die Geometrie des erwarteten Kanteneinzugs zuzüglich einer Zugabe angepasst ist, wobei der Auswerfer (13) den vorgeformten Bereich beim Schneiden abstützt.
  11. Vorrichtung zum Herstellen eines Stanzteiles mit vergrößerter Funktionsfläche, insbesondere Feinschneiden eines Werkstücks aus einem Bandstreifen, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem zweiteiligen Werkzeug, das mindestens ein Schneidstempel (5), eine Führungsplatte (4) für den Schneidstempel (5), eine an der Führungsplatte angeordnete Ringzacke (3), einen Ausstosser (6), eine Schneidplatte (7) und einen Auswerfer (9) umfasst, wobei der Bandstreifen zwischen Führungsplatte (4) und Schneidplatte (7) eingespannt ist und die Ringzacke in den Bandstreifen eingedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein in entgegen der Schneidrichtung (SR) wirkender, der Schneidstufe zugeordneter Auswerfer (13) zum negativen Vorformen eines an den erwarteten Kanteneinzug (E) angepassten Materialvolumens (V) an der Einzugsseite vorgesehen ist, wobei der Auswerfer (13) an seiner Aktivseite eine Kontur (15) bzw. einen Vorformwinkel (α) aufweist, die bzw. der an die Geometrie des erwarteten Kanteneinzügs zuzüglich einer Zugabe angepasst ist, wobei der Auswerfer den vorgeformten Bereich beim Schneiden abstützt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformwinkel (α) am Prägestempel und Auswerfer (13) 20° bis 90°, vorzugsweise 30° beträgt.
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