EP2722194B1 - Werkzeug zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen - Google Patents

Werkzeug zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen Download PDF

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EP2722194B1
EP2722194B1 EP12189482.8A EP12189482A EP2722194B1 EP 2722194 B1 EP2722194 B1 EP 2722194B1 EP 12189482 A EP12189482 A EP 12189482A EP 2722194 B1 EP2722194 B1 EP 2722194B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
ball
workpiece
outer peripheral
peripheral zone
Prior art date
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Active
Application number
EP12189482.8A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2722194A1 (de
Inventor
Markus Wilhelm
Martin Decker
Alexander Heinz
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Publication date
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Priority to CN201310498996.9A priority patent/CN103770042B/zh
Priority to DE102013111607.8A priority patent/DE102013111607A1/de
Publication of EP2722194A1 publication Critical patent/EP2722194A1/de
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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
    • B21D17/00—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles
    • B21D17/04—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44—DECORATIVE ARTS
    • B44B—MACHINES, APPARATUS OR TOOLS FOR ARTISTIC WORK, e.g. FOR SCULPTURING, GUILLOCHING, CARVING, BRANDING, INLAYING
    • B44B5/00—Machines or apparatus for embossing decorations or marks, e.g. embossing coins
    • B44B5/02—Dies; Accessories
    • B44B5/022—Devices for holding or supporting work

Definitions

  • the invention relates to a tool for machining workpieces, in particular sheets, which has an upper tool with a machining tool and a lower tool with a counter-holder, wherein the upper tool and the lower tool are arranged opposite each other, so that the counter-holder on one side and the machining tool on the other side of an intermediate workpiece can be positioned.
  • a burr-removing machine which includes a tool therefor.
  • This consists of an upper tool with a machining tool, such as a striker, and a lower tool, which is a counter-holder receives.
  • the counter-holder is designed as a spring-loaded ball made of steel.
  • the steel ball abuts on one side of a cutting edge of the workpiece.
  • a striker used to remove the burr, the ball counteracts the work force of the striker.
  • the invention has for its object to provide a method for processing workpieces, in particular sheets, in which a Damage to the workpiece surface of the workpiece to be machined is missing, which engages a counter-holder of the tool.
  • the counter-holder embodied as a ball is softer than the workpiece to be machined or the workpiece surface to be machined, whereby, despite the contact pressure between the upper tool and the lower tool, there is no denting on or into the workpiece surface of the workpiece, no scratches on the workpiece Surface of the workpiece are formed. As a result, the processing quality of such workpieces can be increased.
  • the outer edge zone of the ball is formed as a coating, which is applied to a core. This can be done on the one hand, a simple production of such a counter-holder. On the other hand, this coating can also be used as a wear indicator. Once this coating has damage, flaking or perforations, wear of the counter-holder can be detected and replaced.
  • the outer edge zone can also be formed by a sheath which is applied to the inner core.
  • a jacket is usually much thicker than a coating educated. This also provides a wider choice of different materials that can form such a sheath. This also makes it possible to use different production methods.
  • the jacket can be produced both by vulcanization and by further polymerization processes. Such a jacket, like the coating, can form a wear indicator.
  • the core of the ball may be formed of a harder material than the coating or sheath.
  • An alternative embodiment of the invention provides that the ball is formed of a solid material whose surface hardness is lower than that of the workpiece to be machined. This allows a cost-effective production of such an anvil.
  • the at least outer edge zone of the ball or the ball itself is made of a thermoset, a thermoplastic, a thermoplastic elastomer or an elastomer, a synthetic fiber material, a non-ferrous metal, or a resilient natural product, such as e.g. a natural fiber, felt, cork, fur, leather, made.
  • a thermoset e.g. a thermoplastic, a thermoplastic elastomer or an elastomer
  • synthetic fiber material such as e.g. a natural fiber, felt, cork, fur, leather, made.
  • a non-ferrous metal such as brass or the like, can be used for the outer edge zone or a ball made of solid material, which are, for example, softer than the mostly made of steel workpieces.
  • a coating can be applied to the outer edge zone of the ball.
  • This can be, for example, a paint or varnish layer.
  • Such an additionally applied paint or varnish layer serves as a wear indicator in order to enable a timely replacement of the counter-holder if signs of wear occur.
  • an alternative embodiment of the counter-holder provides that the outer edge zone consists of two or more layers with divergent material properties, wherein the outer layer is more resistant to wear than the inner layer, but the outer layer has a lower surface hardness than the workpiece to be machined or having machined workpiece surface.
  • the outer edge zone may be yielding to the core of the ball, but still have an increased wear potential, but without affecting the workpiece surface.
  • the counter-holder can be arranged in a receptacle of the lower tool, which is open towards the workpiece, wherein the counter-holder is arranged with a holding device for positioning the counter-holder in the receptacle, through which the counter-holder is resiliently received along a longitudinal axis of the lower tool in the receptacle , This allows a compliance of the counter-holder in a predetermined tolerance range during the machining of the workpiece in order to avoid an overload on the workpiece surface.
  • the holding device may be formed as a spring element which has a receiving portion for the arrangement of the counter-holder and fastening portions for fixing the spring element to the receptacle of the lower tool and comprises strip-shaped expansion portions in between.
  • a further preferred embodiment of the holding device provides that when an overload of the lower tool, the counter-holder completely immersed in the receptacle with respect to an outer edge of the receptacle and the Dehnabête the holding device are plastically deformed.
  • the holding device serves as overload protection and simultaneously as an indicator of an overload, which may be caused for example by unevenness of the sheet, incorrect machining parameters, collisions, sheet metal vibrations or incorrect operation.
  • the machining tool in the upper tool or lower tool can be designed, for example, as a marking, embossing, film-separating, engraving, roll-deburring or roll-forming tool, in particular a rolling-punching tool.
  • the ball-shaped counter-holder can be used with at least one outer edge zone, which has a lower surface hardness than the workpiece to be machined or the workpiece surface to be machined.
  • the method according to the invention provides that in a workpiece to be machined with a Vickers hardness in a range of 1000 to 10,000 MPa (N / mm 2 ), such as steel, a steel alloy or stainless steel, at least the outer edge zone of the ball is formed with a Vickers hardness in a range of 200 to 1,000 MPa, preferably from 200 to 500 MPa, in particular when using non-ferrous metals.
  • a Vickers hardness in a range of 1000 to 10,000 MPa (N / mm 2 )
  • N / mm 2 such as steel, a steel alloy or stainless steel
  • at least the outer edge zone of the ball is formed with a Vickers hardness in a range of 200 to 1,000 MPa, preferably from 200 to 500 MPa, in particular when using non-ferrous metals.
  • the method according to the invention provides alternatively that, in a workpiece to be machined with a Vickers hardness in a range between 200 to 1000 MPa, preferably from 200 to 500 MPa, which is in particular made of a non-ferrous metal, at least the outer edge zone of the ball with a llickers hardness of less than 200 MPa is formed.
  • a Vickers hardness in a range between 200 to 1000 MPa, preferably from 200 to 500 MPa, which is in particular made of a non-ferrous metal
  • at least the outer edge zone of the ball with a llickers hardness of less than 200 MPa is formed.
  • at least the outer edge zone of the ball is formed of plastic.
  • FIG. 1 is perspective view of a machine tool 11 for machining workpieces 12, in particular plate-shaped workpieces 12, such as sheets, shown.
  • the machining of workpieces may include punching, bending, signing, embossing, engraving, deburring, roll forming, in particular rolling pin, as well as a film roll of a film on the workpiece surface.
  • the machine tool 11 has a C-shaped base frame 14 with an upper frame leg 15 and a lower frame leg 16. In a throat space between the upper frame leg 15 and the lower frame leg 16, a conventional coordinate guide 16 is housed. This serves for positioning or movement of the workpiece 12 relative to a processing station 18 of the machine tool 11 as well as for storage and replacement and replacement of tools 20 at the processing station 15th
  • a tool 20 is exchanged, which comprises an upper tool 21 and a lower tool 22.
  • the lower tool 22 is arranged in a lower tool holder 23 on a machine table 25, which in turn rests on the lower frame legs 16 of the machine frame 14.
  • the upper tool 21 is mounted on an upper tool holder 24 of a plunger 26. This is on the upper frame leg 15 of the frame 14 in the direction of a double arrow 27, for example, hydraulically movable up and down.
  • both the upper tool 21 and the lower tool 22 in the direction of a double arrow 29 are adjustable or deliverable.
  • Corresponding feed movements are controlled by means of a schematically illustrated control 30 of the machine tool 11.
  • the workpiece 12 is held by means of a gripping device 32 during machining with the tool 20 and positioned the workpiece 12, which rests on the machine table 25, relative to the processing station 18. After completing a machined workpiece 34 this example, by lowering a table segment 35 of Machine table 25 led out of the processing station 18.
  • FIG. 2 is shown schematically enlarged, the tool 20, wherein, for example, an upper tool 21 above and a lower tool 22 below the workpiece 12 is arranged.
  • the arrangement of the upper tool 21 and the lower tool 22 may also be reversed.
  • the representation in Figur2 is only an example.
  • the upper tool 21 comprises a main body 41, which comprises a holding shaft 42 and a downwardly open receptacle 43.
  • a counter-holder 45 is arranged with a counter-holder receptacle 46, which is resiliently mounted with a holding device 47.
  • the counter-holder 45 is designed as a ball 48, which is freely rotatably mounted in the counter-holder receptacle 46.
  • the counterholder receptacle 46 has a cylindrical guide section 49, which is displaceably guided along a longitudinal axis 50 of the tool 20 in a recess 51 in the main body 41.
  • the holding device 47 receives the counter-holder 45 in such a way that a region of the counter-holder 45 or a spherical segment protrudes from an outer edge 52 of the holder 43.
  • the formed as a ball 48 counter-holder 45 is made according to a first embodiment of a core 54 and an outer edge zone 55, which completely surrounds the core 54.
  • the outer edge zone 55 forms a rolling surface.
  • the outer edge zone is formed of a material which has a lower surface hardness than the workpiece 12 to be machined or the workpiece surface to be machined.
  • the outer edge zone 55 is softer than the workpiece surface to be machined.
  • the surface hardness is determined by the Shore hardness of a material.
  • the thickness or thickness of the outer edge zone 55 may be formed in the form of a coating. Likewise, this may be formed by a sheath or casing, which may include, for example, the half or three-quarter radius of the ball 48.
  • the core 24 may for example be formed of a harder material than the outer edge zone 55.
  • the core 54 may also be formed of a softer material than the outer edge zone 55.
  • the core 54 and the outer edge zone 55 may be made of the same material, that is, the ball 48 is made of a material.
  • the ball 48 may be formed as a hollow ball or as solid material ball. However, the material used for this purpose is selected such that it has a lower surface hardness than the workpiece 12 to be machined or the workpiece surface to be machined. Furthermore, the ball 48 may alternatively consist solely of the outer edge zone 55, without further components or components are provided.
  • the counter-holder 45 may include a paint or varnish coating, which serves as a wear indicator.
  • the outer edge zone 55 itself serve as a wear indicator. Wear is indicated when the outer edge zone or coating has damage, perforations or flaking, that is, damage has occurred to the outer edge zone 55 of the anvil 45 as the ball 48 rolls on the workpiece surface of the workpiece 12.
  • the upper tool 21 opposite the lower tool 22 is arranged, which may also be referred to as a die.
  • a base body 61 of the lower tool 22 receives a machining tool 62, which is driven by a plunger, not shown, which is guided by the lower frame legs 16.
  • the lower tool 22 is mounted with its support shoulder 64 on the lower tool holder 23.
  • the machining tool 62 is received in a receptacle 63.
  • the receptacle 63 is received by a guide 65, which forms a part of a support plane 67 on the outside thereof.
  • the receptacle 63 is positioned and biased by one or more force storage elements 68 to the guide 65.
  • the receptacle 63 and the machining tool 62 which are connected to one another, can be displaced downward into the main body 61 in the event of an overload.
  • the counter-holder 65 is associated with the upper tool 21 and the machining tool 62 with the lower tool 22.
  • This arrangement can be reversed as well as the positioning of the upper tool 21 and lower tool 22 to the workpiece 12. That is, for example, that the upper tool 21 can receive the machining tool 62 and the lower side of the workpiece 12 is assigned. Likewise, a permutation can be provided.
  • the tool 20 is arranged in a starting position 66 at the beginning or end of a machining step, that is, the upper tool 21 and lower tool 22 are positioned at a distance from the respective workpiece surface of the workpiece 12.
  • the upper tool 21 and the lower tool 22 are supplied to the workpiece surface of the workpiece 12.
  • Such a processing position 69 of the tool 20 is shown in FIG.
  • the machining tool 62 engages or engages a side of the workpiece 12 on the workpiece surface, such as in signing or engraving, as shown in FIG FIG. 3 is shown. Opposite lying the counter-holder 45 engages the workpiece 12 and counteracts the force acting on the workpiece 12 by the power tool 62 to avoid deformation. During the processing of the workpiece 12, the workpiece 12 can be moved relative to the tool 20 or the processing station 12. In this case, the machining tool 62 engages permanently or alternately on or at the workpiece surface of the workpiece 12. The ball 48 is located during the movement on the workpiece surface of the workpiece 12 continuously or alternately.
  • FIG. 4 shows the tool 20 in an overload position 71.
  • this overload position 71 of the outer edge 52 of the receptacle 43 of the upper tool 21 rests on the workpiece surface of the workpiece 12, wherein the ball 48 is completely immersed in the receptacle 43.
  • the holding device 47 absorbs this immersion movement and retains this after lifting the upper tool 21 from the workpiece 12, as follows FIG. 5 is described. This ensures, on the one hand, that there is no effect on the workpiece surface for introducing deformations or other damage to the surface. On the other hand, the existing overload is signaled.
  • the holding device 47 has for carrying out these functions by way of example an embodiment according to FIG. 5 on.
  • the holding device 47 is formed as a spring element, which is made for example of a plate-shaped workpiece.
  • a receiving portion 73 which is formed for example circular, allows easy arrangement and positioning of the counter-holder receptacle 46, which is preferably cylindrical.
  • the guide portion 49 of the anvil holder 46 is insertable into the receiving portion 73 and abuts the receiving portion 73 with a shoulder of the anvil holder 46.
  • the holding device 45 is preferably fixed in the receptacle 43.
  • strip-shaped expansion portions 75 are formed, which are indeed elastically deformable within a predetermined stroke or compression movement, but are plastically deformed under a load according to the overload position 71. Such a plastic deformation can be determined and selected by the choice of material as well as the cross section of the expansion sections 75.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen, welche ein Oberwerkzeug mit einem Bearbeitungswerkzeug und ein Unterwerkzeug mit einem Gegenhalter aufweist, wobei das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug einander gegenüberliegend anordenbar sind, so dass der Gegenhalter auf der einen Seite und das Bearbeitungswerkzeug auf der anderen Seite eines dazwischen anordenbaren Werkstücks positioniert wird.
  • Aus der EP 2 450 120 A1 ist eine Gratentfernungsmaschine bekannt geworden, welche ein Werkzeug hierfür umfasst. Dieses besteht aus einem Oberwerkzeug mit einem Bearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise einem Schlagstift, und einem Unterwerkzeug, welches einen Gegenhalter aufnimmt. Der Gegenhalter ist als gefederte Kugel aus Stahl ausgebildet. Während der Bearbeitung des Werkstücks liegt die Stahlkugel auf einer Seite einer Schnittkante des Werkstücks an. Auf der gegenüberliegenden Seite der Schnittkante kommt ein Schlagstift zum Einsatz, um den Grat zu entfernen, wobei die Kugel der Arbeitskraft des Schlagstifts entgegenwirkt.
  • Aus der US 2006/0042341 A1 geht ein Entgratungswerkzeug hervor, bei dem ebenfalls auf einer Seite des zu bearbeitenden Werkstücks ein Oberwerkzeug mit einem Bearbeitungswerkzeug und auf der gegenüberliegenden Seite ein Unterwerkzeug mit einem Gegenhalter vorgesehen ist. Zur Entgratung des Werkstücks wird vorgeschlagen, dass sowohl das Bearbeitungswerkzeug als auch das Unterwerkzeug jeweils als Kugel ausgebildet sind, welche aus Stahl bestehen, um durch eine Anpresskraft den Grat während einer Verfahrbewegung zu egalisieren.
  • Aus der US 2007/0122224 A1 geht ein weiteres Werkzeug zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen, hervor. Ein Oberwerkzeugs nimmt als Bearbeitungswerkzeug ein Markierwerkzeug auf. Gegenüberliegend umfasst das Unterwerkzeug als Gegenhalter eine Kugel. Analoges geht aus der US 2007/0105488 A1 hervor.
  • Zum Bearbeiten der Werkstücke mit den vorgenannten Werkzeugen werden diese zwischen dem Ober- und Unterwerkzeug verfahren, wobei das Ober- und Unterwerkzeug auf das Werkstück zugeführt sind und anliegen, so dass einerseits die Kugel auf der einen Seite des Werkstücks anliegt und gegenüberliegend das Bearbeitungswerkzeug an dem Werkstück angreift und mit Druck gegen die gegenüberliegende Kugel arbeitet. Dabei können auf der der Kugel zugwandten Seite des Werkstücks an der Oberfläche Kratzer, Abdrücke oder Eindellungen entstehen, welche die Qualität des Werkstücks beeinträchtigen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere Blechen, vorzuschlagen, bei dem eine Beschädigung der Werkstückoberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks ausbleibt, an welcher ein Gegenhalter des Werkzeugs angreift.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch wird der als Kugel ausgebildete Gegenhalter weicher als das zu bearbeitende Werkstück bzw. die zu bearbeitende Werkstückoberfläche des Werkstücks ausgebildet, wodurch es trotz der Anpresskraft zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug weder zu Eindrücken an oder in die Werkstückoberfläche des Werkstücks kommt, noch Kratzer auf der Oberfläche des Werkstücks gebildet werden. Dadurch kann die Bearbeitungsqualität solcher Werkstücke erhöht werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Randzone der Kugel als Beschichtung ausgebildet, welche auf einem Kern aufgebracht ist. Dadurch kann zum einen eine einfache Herstellung eines solchen Gegenhalters erfolgen. Zum anderen kann diese Beschichtung auch als Verschleißindikator eingesetzt werden. Sobald diese Beschichtung Schädigungen, Abplatzungen oder Durchbrechungen aufweist, kann eine Abnutzung des Gegenhalters erkannt und ein Austausch durchgeführt werden.
  • Alternativ kann die äußere Randzone auch durch eine Ummantelung ausgebildet werden, welche auf dem innenliegenden Kern aufgebracht ist. Eine solche Ummantelung ist zumeist deutlich dicker als eine Beschichtung ausgebildet. Dadurch steht auch eine größere Auswahl an verschiedenen Materialien zur Verfügung, die eine solche Ummantelung bilden können. Dies ermöglicht auch den Einsatz von verschiedenen Herstellungsverfahren, Beispielsweise kann die Ummantelung sowohl durch ein Aufvulkanisieren als auch durch weitere Polymerisationsverfahren hergestellt werden. Eine solche ummantelung kann, wie auch die Beschichtung, einen Verschleißindikator bilden. Der Kern der Kugel kann aus einem härteren Material als die Beschichtung oder Ummantelung ausgebildet sein.
  • Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Kugel aus einem Vollmaterial ausgebildet ist, deren Oberflächenhärte geringer als die des zu bearbeitenden Werkstücks ist. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung solcher Gegenhalter.
  • Bevorzugt ist die zumindest äußere Randzone der Kugel oder die Kugel selbst aus einem Duroplasten, aus einem Thermoplasten, aus einem thermoplastischen Elastomer oder einem Elastomer, aus einem Kunstfaserwerkstoff, aus einem Buntmetall, oder aus einem elastischen Naturprodukt, wie z.B. einer Naturfaser, Filz, Kork, Fell, Leder, hergestellt. Diese Materialien eignen sich insbesondere zur Vermeidung von Kratzern an der Oberfläche und Einbringung von Deformationen. Gleichzeitig kann eine kostengünstige Herstellung erfolgen. Ebenso können für die äußere Randzone oder eine aus Vollmaterial bestehende Kugel Buntmetalle, wie beispielsweise Messing oder dergleichen, eingesetzt werden, welche beispielsweise weicher sind als die zumeist aus Stahl bestehenden Werkstücke.
  • Des Weiteren kann auf die äußere Randzone der Kugel eine Beschichtung aufgebracht sein. Dies kann beispielsweise eine Farb- oder Lackschicht sein. Eine solche zusätzlich aufgebrachte Farb- oder Lackschicht dient als Verschleißindikator, um bei auftretenden Verschleißerscheinungen rechtzeitig einen Austausch des Gegenhalters zu ermöglichen.
  • Eine alternative Ausgestaltung des Gegenhalters sieht vor, dass die äußere Randzone aus zwei oder mehreren Schichten mit voneinander abweichenden Materialeigenschaften besteht, wobei die äußere Schicht verschleißfester als die innere Schicht ausgebildet ist, jedoch die äußere Schicht eine geringere Oberflächenhärte als das zu bearbeitende Werkstück oder die zu bearbeitende Werkstückoberfläche aufweist. Dadurch kann die äußere Randzone gegenüber dem Kern der Kugel nachgiebig sein, jedoch noch ein erhöhtes Verschleißpotenzial aufweisen, ohne jedoch die Werkstückoberfläche zu beeinträchtigen.
  • Der Gegenhalter kann in einer Aufnahme des Unterwerkzeugs angeordnet sein, welche zum Werkstück weisend offen ausgebildet ist, wobei der Gegenhalter mit einer Halteeinrichtung zur Positionierung des Gegenhalters in der Aufnahme angeordnet ist, durch weiche der Gegenhalter entlang einer Längsachse des Unterwerkzeugs in der Aufnahme nachgiebig aufgenommen ist. Dies ermöglicht eine Nachgiebigkeit des Gegenhalters in einem vorgegebenen Toleranzbereich während der Bearbeitung des Werkstücks, um eine Überbelastung auf die Werkstückoberfläche zu vermeiden.
  • Die Haltevorrichtung kann als Federelement ausgebildet sein, welches einen Aufnahmeabschnitt zur Anordnung des Gegenhalters sowie Befestigungsabschnitte zur Fixierung des Federelementes an der Aufnahme des Unterwerkzeuges aufweist und dazwischenliegend streifenförmig Dehnabschnitte umfasst. Durch ein solches Federelement wird konstruktiv in einfacher Weise eine Positionierung des Gegenhalters zum Unterwerkzeug ermöglicht, Gleichzeitig kann durch die streifenförmigen Dehnabschnitte der Haltevorrichtung in einfacher Weise die Nachgiebigkeit des Gegenhalters relativ zum Unterwerkzeug eingestellt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Halteeinrichtung sieht vor, dass bei einer Überbelastung des Unterwerkzeugs der Gegenhalter vollständig gegenüber einem äußeren Rand der Aufnahme in die Aufnahme eintaucht und die Dehnabschnitte der Halteeinrichtung plastisch verformt sind. Somit dient die Haltevorrichtung als Überlastschutz und gleichzeitig als Indikator für eine Überlast, welche beispielsweise durch Unebenheiten des Blechs, falsche Bearbeitungsparameter, Kollisionen, Blechschwingungen oder Fehlbedienungen ausgelöst sein können.
  • Das Bearbeitungswerkzeug im Oberwerkzeug bzw. Unterwerkzeug kann beispielsweise als Signier-, Präge-, Folientrenn-, Gravier-, Rollentgratoder Rollumformwerkzeug, insbesondere Rollkneifwerkzeug, ausgebildet sein. Bei all diesen Bearbeitungswerkzeugen kann der als Kugel ausgebildete Gegenhalter mit zumindest einer äußeren Randzone, welche eine geringere Oberflächenhärte als das zu bearbeitende Werkstück oder die zu bearbeitende Werkstückoberfläche aufweist, eingesetzt werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht vor, dass bei einem zu bearbeitenden Werkstück mit einer Vickershärte in einem Bereich von 1000 bis 10.000 MPa (N/mm2), wie beispielsweise aus Stahl, aus einer Stahllegierung oder aus Edelstahl, zumindest die äußere Randzone der Kugel mit einer Vickershärte in einem Bereich von 200 bis 1.000 MPa, vorzugsweise von 200 bis 500 MPa, insbesondere beim Einsatz von Buntmetallen ausgebildet ist. Dadurch kann die Bearbeitungsqualität solcher Werkstücke bevorzugt erhöht werden.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht alternativ vor, dass bei einem zu bearbeitenden Werkstück mit einer Vickershärte in einem Bereich zwischen 200 bis 1.000 MPa, vorzugsweise von 200 bis 500 MPa, welches insbesondere aus einem Buntmetall ausgebildet ist, zumindest die äußere Randzone der Kugel mit einer llickershärte von weniger als 200 MPa ausgebildet ist. Bei diesem Anwendungsfall, wenn es zur Bearbeitung von Buntmetallen geht, wird zumindest die äußere Randzone der Kugel aus Kunststoff ausgebildet.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine,
    Figur 2
    eine schematische Schnittdarstellung eines Werkzeugs für eine Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 mit einem Ober- und einem Unterwerkzeug in einer Ausgangsposition,
    Figur 3
    eine schematische Schnittdarstellung des Werkzeugs gemäß Figur 2 in einer Bearbeitungsposition,
    Figur 4
    eine schematische Schnittdarstellung des Werkzeugs gemäß Figur 2 in einer Überlastsituation und
    Figur 5
    eine schematische Ansicht einer Haltevorrichtung zur Aufnahme eines Gegenhalters im Unterwerkzeug gemäß Figur 2.
  • In Figur 1 ist perspektivisch eine Werkzeugmaschine 11 zum Bearbeiten von Werkstücken 12, insbesondere plattenförmigen Werkstücken 12, wie beispielsweise Blechen, dargestellt. Die Bearbeitung von Werkstücken kann dabei das Stanzen, Biegen, Signieren, Prägen, Gravieren, Entgraten, Rollumformen, insbesondere Rollkneifen, als auch ein Folientrennen einer Folie auf der Werkstückoberfläche umfassen. Die Werkzeugmaschine 11 besitzt ein C-förmiges Grundgestell 14 mit einem oberen Gestellschenkel 15 und einem unteren Gestellschenkel 16. In einem Rachenraum zwischen dem oberen Gestellschenkel 15 und dem unteren Gestellschenkel 16 ist eine herkömmliche Koordinatenführung 16 untergebracht. Diese dient zur Positionierung bzw. Bewegung des Werkstücks 12 gegenüber einer Bearbeitungsstation 18 der Werkzeugmaschine 11 sowie zur Magazinierung und zum Ein- und Auswechseln von Werkzeugen 20 an der Bearbeitungsstation 15.
  • An der Bearbeitungsstation 18 ist ein Werkzeug 20 eingewechselt, welches ein Oberwerkzeug 21 und ein Unterwerkzeug 22 umfasst. Das Unterwerkzeug 22 ist in einer Unterwerkzeugaufnahme 23 an einem Maschinentisch 25 angeordnet, der seinerseits auf dem unteren Gestellschenkel 16 des Maschinengestells 14 ruht. Das Oberwerkzeug 21 ist an einer Oberwerkzeugaufnahme 24 eines Stößels 26 gelagert. Dieser ist an dem oberen Gestellschenkel 15 des Gestells 14 in Richtung eines Doppelpfeils 27 beispielsweise hydraulisch auf und ab bewegbar. Um eine Hubachse 28 des Stößels 26 sind sowohl das Oberwerkzeug 21 als auch das Unterwerkzeug 22 in Richtung eines Doppelpfeils 29 einstellbar bzw. zustellbar. Entsprechende Zustellbewegungen werden ebenso wie die übrigen wesentlichen Maschinenfunktionen mittels einer schematisch dargestellten Steuerung 30 der Werkzeugmaschine 11 gesteuert.
  • Das Werkstück 12 wird mittels einer Greifvorrichtung 32 während der Bearbeitung mit dem Werkzeug 20 gehalten und positioniert das Werkstück 12, welches auf dem Maschinentisch 25 aufliegt, relativ zur Bearbeitungsstation 18. Nach dem Fertigstellen eines bearbeiteten Werkstücks 34 wird dieses beispielsweise durch Absenken eines Tischsegmentes 35 des Maschinentischs 25 aus der Bearbeitungsstation 18 herausgeführt.
  • In Figur 2 ist schematisch vergrößert das Werkzeug 20 dargestellt, wobei beispielsweise ein Oberwerkzeug 21 oberhalb und ein Unterwerkzeug 22 unterhalb des Werkstücks 12 angeordnet ist. Die Anordnung des Oberwerkzeugs 21 und des Unterwerkzeugs 22 kann auch vertauscht sein. Die Darstellung in Figur2 ist nur beispielhaft.
  • Das Oberwerkzeug 21 umfasst einen Grundkörper 41, welcher einen Halteschaft 42 sowie eine nach unten offene Aufnahme 43 umfasst. In dieser Aufnahme 43 ist ein Gegenhalter 45 mit einer Gegenhalteraufnahme 46 angeordnet, der mit einer Haltevorrichtung 47 federnd gelagert ist. Der Gegenhalter 45 ist als Kugel 48 ausgebildet, welche frei drehbar in der Gegenhalteraufnahme 46 gelagert ist. Die Gegenhalteraufnahme 46 weist einen zylindrischen Führungsabschnitt 49 auf, der längs einer Längsachse 50 des Werkzeugs 20 verschiebbar in einer Vertiefung 51 im Grundkörper 41 geführt ist.
  • In einer Ausgangsposition nimmt die Haltevorrichtung 47 den Gegenhalter 45 derart auf, dass ein Bereich des Gegenhalters 45 bzw. ein Kugelsegment gegenüber einem äußeren Rand 52 der Aufnahme 43 herausragt. Der als Kugel 48 ausgebildete Gegenhalter 45 besteht gemäß einer ersten Ausführungsform aus einem Kern 54 sowie einer äußeren Randzone 55, welche den Kern 54 vollständig umgibt. Die äußere Randzone 55 bildet eine Abrollfläche. Die äußere Randzone ist aus einem Material gebildet, welches eine geringere Oberflächenhärte als das zu bearbeitende Werkstück 12 oder die zu bearbeitende Werkstückoberfläche aufweist. Die äußere Randzone 55 ist weicher ausgebildet als die zu bearbeitende Werkstückoberfläche. Die Oberflächenhärte wird durch die Shore-Härte eines Materials bestimmt. Die Dicke oder Stärke der äußeren Randzone 55 kann in Form einer Beschichtung ausgebildet sein. Ebenso kann dies durch eine Umhüllung oder Ummantelung ausgebildet sein, welche beispielsweise auch den halben oder dreiviertel Radius der Kugel 48 umfassen kann. Der Kern 24 kann beispielsweise aus einem härteren Material als die äußere Randzone 55 ausgebildet sein. Ebenso kann der Kern 54 auch aus einem weicheren Material als die äußere Randzone 55 gebildet werden.
  • In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel können der Kern 54 und die äußere Randzone 55 aus demselben Material hergestellt sein, das heißt, dass die Kugel 48 aus einem Material hergestellt ist. Die Kugel 48 kann dabei als Hohlkugel oder auch als Vollmaterialkugel ausgebildet sein. Das dafür verwendete Material ist jedoch derart ausgewählt, dass dieses eine geringere Oberflächenhärte als das zu bearbeitende Werkstück 12 oder die zu bearbeitende Werkstückoberfläche aufweist. Des Weiteren kann die Kugel 48 alternativ ausschließlich aus der äußeren Randzone 55 bestehen, ohne dass weitere Komponenten oder Bestandteile vorgesehen sind.
  • Des Weiteren kann der Gegenhalter 45 eine Farb- oder Lackbeschichtung umfassen, welche als Verschleißindikator dient. Ebenso kann die äußere Randzone 55 selbst als Verschleißindikator dienen. Ein Verschleiß wird dann angezeigt, wenn die äußere Randzone oder die Beschichtung Beschädigungen, Durchbrechungen oder Abplatzungen aufweist, das heißt, dass es beim Abrollen der Kugel 48 auf der Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 zu Beschädigungen an der äußeren Randzone 55 des Gegenhalters 45 gekommen ist.
  • Dem Oberwerkzeug 21 gegenüberliegend ist das Unterwerkzeug 22 angeordnet, welches auch als Matrize bezeichnet werden kann. Ein Grundkörper 61 des Unterwerkzeugs 22 nimmt ein Bearbeitungswerkzeug 62 auf, welches mit einem nicht näher dargestellten Stößel angetrieben wird, der durch den unteren Gestellschenkel 16 geführt ist. Das Unterwerkzeug 22 ist mit seiner Auflageschulter 64 auf der Unterwerkzeugaufnahme 23 gelagert. Das Bearbeitungswerkzeug 62 ist in einer Aufnahme 63 aufgenommen. Die Aufnahme 63 ist durch eine Führung 65 aufgenommen, welche auf deren Außenseite ein Teil einer Auflageebene 67 bildet. Des Weiteren ist die Aufnahme 63 durch ein oder mehrere Kraftspeicherelemente 68 zur Führung 65 positioniert und vorgespannt. Die Aufnahme 63 und das Bearbeitungswerkzeug 62, die miteinander verbunden sind, können im Überlastfall nach unten in den Grundkörper 61 verschoben werden.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist beispielsweise der Gegenhalter 65 dem Oberwerkzeug 21 und das Bearbeitungswerkzeug 62 dem Unterwerkzeug 22 zugeordnet. Diese Anordnung kann ebenso vertauscht sein wie die Positionierung des Oberwerkzeugs 21 und Unterwerkzeugs 22 zum Werkstück 12. Das heißt beispielsweise, dass das Oberwerkzeug 21 das Bearbeitungswerkzeug 62 aufnehmen kann und der unteren Seite des Werkstücks 12 zugeordnet ist. Ebenso kann eine Vertauschung vorgesehen sein.
  • In Figur 2 ist das Werkzeug 20 in einer Ausgangsposition 66 zum Beginn oder Ende eines Bearbeitungsschrittes angeordnet, das heißt, dass das Oberwerkzeug 21 und Unterwerkzeug 22 mit Abstand zur jeweiligen Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 positioniert sind.
  • Zum Bearbeiten des Werkstücks 12 wird das Oberwerkzeug 21 und das Unterwerkzeug 22 auf die Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 zugeführt. Eine solche Bearbeitungsposition 69 des Werkzeuges 20 ist in Figur 3 dargestellt.
  • Das Bearbeitungswerkzeug 62 greift an einer Seite des Werkstücks 12 an der Werkstückoberfläche an oder ein, wie beispielsweise beim Signieren oder Gravieren, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Gegenüber liegend greift der Gegenhalter 45 an dem Werkstück 12 an und wirkt der auf das Werkstück 12 einwirkenden Kraft durch das Bearbeitungswerkzeug 62 zur Vermeidung von Verformungen entgegen. Während dem Bearbeiten des Werkstücks 12 kann das Werkstück 12 gegenüber dem Werkzeug 20 bzw. der Bearbeitungsstation 12 verfahren werden. Dabei greift das Bearbeitungswerkzeug 62 dauernd oder alternierend an der Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 an oder ein. Die Kugel 48 liegt während der Verfahrbewegung an der Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 dauernd oder alternierend an. In einer solchen Bearbeitungsposition 69 kommt es zu keiner oder einer nur geringen Auslenkung der Haltevorrichtung 47, so dass ein Aufsetzpunkt der Kugel 48 auf der Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 gegenüber dem Rand 52 der Aufnahme 43 des Oberwerkstücks 21 weiterhin hervorsteht.
  • Die Figur 4 zeigt das Werkzeug 20 in einer Überlastposition 71. Bei dieser Überlastposition 71 liegt der äußere Rand 52 der Aufnahme 43 des Oberwerkzeugs 21 auf der Werkstückoberfläche des Werkstücks 12 auf, wobei die Kugel 48 in die Aufnahme 43 vollständig eintaucht. Die Haltevorrichtung 47 nimmt diese Eintauchbewegung auf und behält diese nach dem Abheben des Oberwerkzeugs 21 von dem Werkstück 12 bei, wie nachfolgend zu Figur 5 beschrieben ist. Dadurch wird zum einen sichergestellt, dass ein Einwirken auf die Werkstückoberfläche zur Einbringung von Deformationen oder sonstigen Beschädigungen der Oberfläche ausbleibt. Zum anderen wird die vorhandene Überlast signalisiert.
  • Die Haltevorrichtung 47 weist zur Ausübung dieser Funktionen beispielhaft eine Ausführungsform gemäß Figur 5 auf. Die Haltevorrichtung 47 ist als Federelement ausgebildet, welches beispielsweise aus einem plattenförmigen Werkstück hergestellt ist. Ein Aufnahmeabschnitt 73, der beispielsweise kreisförmig ausgebildet ist, ermöglicht eine einfache Anordnung und Positionierung der Gegenhalteraufnahme 46, die vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Der Führungsabschnitt 49 der Gegenhalteraufnahme 46 ist in den Aufnahmeabschnitt 73 einsetzbar und liegt mit einer Schulter der Gegenhalteraufnahme 46 an dem Aufnahmeabschnitt 73 an. Über Befestigungsabschnitte 74 ist die Haltevorrichtung 45 in der Aufnahme 43 vorzugsweise befestigt. Zwischen den Befestigungsabschnitten 74 und dem Aufnahmeabschnitt 73 sind streifenförmige Dehnabschnitte 75 ausgebildet, welche zwar innerhalb einer vorbestimmten Hubbewegung oder Einfederbewegung elastisch verformbar sind, jedoch bei einer Beanspruchung gemäß der Überlastposition 71 plastisch verformt werden. Eine solche plastische Verformung kann durch die Materialauswahl als auch den Querschnitt der Dehnabschnitte 75 bestimmt und ausgewählt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (12), insbesondere Blechen, mit einem Werkzeug (20) umfassend ein Oberwerkzeug (21), welches ein Bearbeitungswerkzeug (62) aufnimmt und ein Unterwerkzeug (22), welches einen Gegenhalter (45) aufnimmt, der als Kugel (48) ausgebildet ist, wobei das Oberwerkzeug (21) und das Unterwerkzeug (22) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass der Gegenhalter (45) auf der einen Seite und das Bearbeitungswerkzeug (62) auf der anderen Seite des dazwischen anordenbaren Werkstücks (12) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (48) zumindest eine äußere Randzone (55) aufweist, welche eine geringere Oberflächenhärte als das zu bearbeitende Werkstück (12) oder die zu bearbeitende Werkstückoberfläche des Werkstücks (12) aufweist, wobei
    - bei einem zu bearbeitenden Werkstück (12) mit einer Vickershärte in einem Bereich von 1.000 bis 10.000 MPa zumindest die äußere Randzone der Kugel (48) aus einem Material mit einer Vickershärte in einem Bereich von 200 bis 1.000 MPa oder aus einem Material mit einer Vickershärte von weniger als 200 MPa eingesetzt wird, oder
    - bei einem zu bearbeitenden Werkstück (12) mit einer Vickershärte in einem Bereich von 200 bis 1.000 MPa zumindest die äußere Randzone der Kugel (48) aus einem Material mit einer Vickershärte von weniger als 200 MPa ausgebildet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Randzone (55) der Kugel (48) als eine Beschichtung oder Ummantelung ausgebildet ist, welche auf einem innenliegenden Kern (54) aufgebracht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die außere Randzone (55) sich über den gesamten Querschnitt der Kugel (48) erstreckt und die Kugel (48) aus einem Vollmaterial ausgebildet ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest äußere Randzone (55) der Kugel (48) aus einem Duroplasten, einem Thermoplasten, einem thermoplastischen Elastomer, einem Elastomer, aus einem Kunstfaserwerkstoff, aus einem Buntmetall, oder aus einem elastischen Naturprodukt, wie z.B. einer Naturfaser, Filz, Kork, Fell, Leder, hergestellt ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die äußere Randzone (55) der Kugel (48) eine Farb- oder Lackbeschichtung aufgebracht ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Randzone (55) der Kugel (48) aus zwei oder mehreren Schichten mit voneinander abweichenden Materialeigenschaften besteht, wobei die äußere Schicht eine höhere Oberflächenhärte als die innere Schicht aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (45) in einer Aufnahme (43) des Unterwerkzeugs (22) angeordnet ist, welche zum Werkstück (12) weisend offen und zur Positionierung des Gegenhalters (45) in der Aufnahme (43) eine Haltevorrichtung (47) vorgesehen ist, durch welche der Gegenhalter (45) entlang einer Längsachse (50) des Unterwerkzeugs (22) nachgiebig aufgenommen ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (47) als Federelement ausgebildet ist, welches insbesondere einen Aufnahmeabschnitt (73) für eine Gegenhalteraufnahme (46) sowie zumindest einen Befestigungsabschnitt (74) zur Fixierung an oder in der Aufnahme (43) aufweist und dazwischenliegend streifenförmige Dehnabschnitte (75) umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überbelastung des Unterwerkzeugs (22) der Gegenhalter (45) vollständig gegenüber einem äußeren Rand (52) der Aufnahme (43) in die Aufnahme (43) eintaucht und die Dehnabschnitte (75) der Haltevorrichtung (47) plastisch verformbar sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (62) als Signier-, Präge, Folientrenn-, Gravier, Rollentgrat- oder Rollumformwerkzeug, insbesondere Rollkneifwerkzeug, ausgebildet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Randzone der Kugel (48) mit einer Vickershärte in einem Bereich von 200 bis 1.000 MPa aus Buntmetall ausgebildet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Randzone der Kugel (48) mit einer Vickershärte von weniger als 200 MPa aus Kunststoff ausgebildet wird.
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