EP3793759A1 - Verfahren und vorrichtung zum schneiden eines werkstücks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum schneiden eines werkstücks

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Publication number
EP3793759A1
EP3793759A1 EP19718340.3A EP19718340A EP3793759A1 EP 3793759 A1 EP3793759 A1 EP 3793759A1 EP 19718340 A EP19718340 A EP 19718340A EP 3793759 A1 EP3793759 A1 EP 3793759A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
workpiece
cutting edge
contact surface
cutting means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19718340.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Flehmig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3793759A1 publication Critical patent/EP3793759A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D35/00—Tools for shearing machines or shearing devices; Holders or chucks for shearing tools
    • B23D35/001—Tools for shearing machines or shearing devices; Holders or chucks for shearing tools cutting members

Definitions

  • the invention relates to a method for cutting a workpiece, in particular a circuit board or a component, comprising the steps of: inserting the workpiece into a cutting device, the cutting device having a first tool half with at least one workpiece holder and at least one first cutting means, which has a first cutting edge and a Contact surface comprises, and a second mold half having at least a second cutting means having a second cutting edge and a contact surface, clamping the workpiece by means of the workpiece holder and the abutment surface of the second cutting means, cutting the workpiece by means of the cutting means. Furthermore, the invention relates to a device for cutting a workpiece, in particular a circuit board or to
  • trimming component with a first mold half and a second
  • first mold half comprises at least one workpiece holder and at least one first cutting means having a first cutting edge and a contact surface and wherein the second mold half comprises at least a second cutting means having a second cutting edge and a contact surface.
  • Shear cutting and laser cutting The aim of cutting processes is to produce as high-quality cutting edges as possible, which are characterized by a large amount of smooth cut, little or no burr,
  • Curing in the edge occurs predominantly in soft or tough
  • Cutting material is more and more removed.
  • high-strength materials especially steels
  • steels are used. These can be both cold and hot formed, have tensile strengths up to 1900 MPa or even more and / or be very tough. In particular, the mechanical trimming this
  • Cut edge quality can not be satisfactorily achieved.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a fast and reliable method and an apparatus for cutting a workpiece, with which the wear of the device, in particular the wear of the
  • the workpiece prior to cutting, has both a first pre-bend, which is generated substantially counter to the cutting direction, in particular its maximum stress is substantially in the area of the contact surface of the second cutting means at a defined distance from the cutting location. as well as (preferably temporally after the first pre-bend) a second pre-bend in the cutting direction, in particular for the cutting process, which in particular both in the field of
  • Cutting agent located in the immediate vicinity of the cutting site experiences.
  • the direction of cutting, in which the first cutting means moves is understood to mean in particular the direction of the cutting.
  • a first pre-bend, in particular at the cutting location is produced, which can be larger if necessary, and in particular much larger than identical pre-bends in the prior art.
  • the bending process of the particular second, large pre-bending of the workpiece can be carried out until immediately before the actual cutting process. This is accomplished by having a portion of the pre-bend in the area of action of the first cutting means and the other in that of the second cutting means. That is, before both the first cutting means and the second cutting means start the actual cutting process, said second, large pre-bend is already introduced into the corresponding area of action.
  • the convex portion is related to the
  • the toolholder mold preferably behaves complementary to the S-shape and preferably extends only to the rising region of the convex region, as described in detail above with respect to the device according to the invention.
  • Cutting edge for example, up to 1690 MPa.
  • an even higher von Mises stress of, for example, up to 1800 MPa is produced at the second cutting edge.
  • inventive method » realized for example by a slightly S-shaped curvature of the contact surface of the second cutting means » have the first and the second cutting edge during the pre-bending on the way to the gate no contact with the workpiece.
  • slightly rounded cutting edges counteract further stress concentrations.
  • the low-cut portion which hardly exists in high-strength materials, avoids the formation of burrs on the underside of the sheet metal, so that substantially burr-free edges can be produced by the method according to the invention.
  • a significantly lower cutting edge wear can be achieved, which the maintenance and
  • the trimmed workpiece can either be in the
  • Cutting device further processed or removed from the cutting device.
  • the method is especially for cutting high-strength and brittle
  • Pre-bending parameters can also be used for cutting soft and tough materials.
  • the workpiece is preferably a steel material.
  • the workpiece is made of a high strength, high strength, or high strength steel material (eg, having a tensile strength greater than 500 MPa, greater than 700 MPa, or even greater than 1000 MPa). It has been shown that especially workpieces with
  • Procedure can be edited.
  • thin sheets having a thickness of 0.1 mm to 5.0 mm are preferably processed by the method according to the invention.
  • the first tool half and the first cutting means are preferably an upper mold half with an upper cutting means.
  • the second tool half and the second cutting means are preferably a lower tool half with a lower cutting means.
  • the first and the second cutting means are designed as knives, in particular each with a slightly rounded cutting edge.
  • the workpiece holder is preferably at least one
  • the contact surface of the second cutting means is preferably a specially designed bearing surface for the mounting or inserting of a workpiece to be cut, wherein the workpiece holder has a contact surface, which preferably offset by the workpiece thickness, and preferably
  • the tensile stress generated in the workpiece by the first pre-bend is either smaller than its yield strength, essentially corresponds to its yield strength or is greater than its yield strength.
  • the bending moment is set at such a large value that the resulting maximum tensile stress is close to or greater than the yield strength of the respective material.
  • the specification essentially means in particular a range of ⁇ 15% to the yield strength and ⁇ 5% to the tensile strength. For such a biased material then satisfies a relatively low shear stress by the cutting means for initiating and carrying out the separation process.
  • the workpiece preferably experiences the first pre-bend when clamping between the workpiece holder or its contact surface and the contact surface (bearing surface) of the second cutting means.
  • the first pre-bend pre-bend in terms of time, preferably before the second pre-bend
  • the workpiece is bent upwards, with none of the cutting edges still making contact with the workpiece and thus no load occurring thereon.
  • the workpiece holder is in particular with such a large force
  • the workpiece undergoes the second pre-bending during lowering of the first cutting means and when contacting the contact surface of the first cutting means with the workpiece.
  • the second pre-bending of the workpiece takes place in the opposite direction of the first pre-bend.
  • the workpiece preferably comes first
  • Vorbiegungsanteil the first pre-bend which is initiated by the contour of the workpiece holder in conjunction with the contour of the contact surface, only to hold so large that the sheet underneath does not plastically deformed.
  • the prebending angle is then material-dependent. The higher the strength and the thinner the material, the bigger it can be and vice versa.
  • Both Vorbiegevorlandais in connection with the clamping of the workpiece for example, both surfaces of the workpiece to be cut between a tightening of the workpiece "is fixed to the workpiece holder and the bearing surface of the second cutting means so that it is not prevented from the area to be cut of the bearing surface of the second cutting means substantially and thereby the quality of the cut edges is further increased.
  • the first and / or the second pre-bend are elastic. That is, the workpiece is claimed in the claimed area substantially not beyond its elastically deformable area by the elastic pre-bending springs the snipped workpiece after the cutting process back to its original shape. Thus, the bending and cutting process does not affect the shape of the workpiece.
  • an open cut is produced by the cutting process by means of the cutting means.
  • a typical cutting process for forming cut lines is open cutting "wherein the open Schnit may be embodied for example as a substantially straight cutting line. In a closed section, two cuts are made at the same time "so forcibly recorded the opposite sides of the workpiece, such as when punching. In this case, the workpiece clamp is not single but two-sided. Then stay the
  • Cutting areas appear in appearance.
  • the effects mentioned are unavoidable. Therefore, it is particularly advantageous » to reduce the at least second prebending angles of the opposing cutting locations, for example by at least one third.
  • the method is a one-step method.
  • the area of the contact surface is preferably the cutting edge of the second
  • Cutting means from the highest point of the convex portion on which the workpiece rests, spaced. In conjunction with said depression (sloping region), the level of the cutting edge is deeper, so that neither the cutting edge of the first cutting means nor the cutting edge of the second cutting means is in contact with the workpiece during the execution of the second pre-bend.
  • the cutting angle of the cutting edge of the first cutting means is formed as an obtuse angle, which means that the adjacent contact surface is obliquely to the general workpiece position.
  • the surface which adjoins the cutting edge of the first cutting means and hits the workpiece during pre-bending / cutting is formed obliquely, wherein it is not necessary for the entire surface to have such a shape.
  • crack initiation in the cutting area occurred earlier than in the conventional concepts of the prior art and thus to reduce the compressive stresses on the cutting edge.
  • the blunt cutting angle and the lead (abutment surface) with respect to the cutting edge are preferably selected so that the tensile stress in the workpiece to be cut on the cutting contour has barely reached the typical material tensile strength when the cutting edge of the first cutting means is on the workpiece impinges to cut the workpiece.
  • the bevel has an angle of 8 ° relative to the flat workpiece position, or in other words, the obtuse angle of the cutting edge of the first cutting means is for example 98 °.
  • the first cutting edge and / or the second cutting edge at an obtuse angle wherein in the case of the open section, the angle of the first cutting edge preferably corresponds to the second cutting edge.
  • the cutting edge angles therefore have values above 90 °, in particular between 95 ° and 110 °, which prolongs the service life of the cutting edges.
  • the first cutting edge and / or the second cutting edge at an obtuse angle wherein in the case of the closed section, the angle of the first
  • Cutting edge is preferably smaller than the angle of the second cutting edge.
  • the first and / or the second cutting edge is rounded, wherein the first and / or the second cutting edge in particular a defined rounding (radius of the
  • Cutting edge preferably rounded in the range between 0.01 and 1 mm.
  • the cutting edges are rounded differently, more preferably, the first cutting edge is smaller rounded compared to the second cutting edge, preferably the first cutting edge with 0.05 mm and the second cutting edge with 0.1 mm rounded.
  • Cutting device provides for an enlargement of the contact zone between the cutting edge and the workpiece and thus for an optimized distribution of the force with effect on the local stresses during penetration of the tip into the workpiece surface. This reduces the surface pressure on the tool and thus reduces the stresses. This can be a further improvement of
  • Cutting device is provided between the tool holder and the first cutting means a gap, wherein the gap is preferably selected so large that the tool holder is located behind the highest point of the convex portion of the contact surface. This embodiment ensures that, in particular during the first pre-bending of the workpiece, the non-clamped area can lift upwards more or less from the contact surface of the second cutting means.
  • the tool holder is preferably complementary and / or offset from the shape of the contact surface of the second cutting means, preferably around the workpiece thickness educated.
  • the workpiece holder preferably has the shape of the contact surface of the second cutting means as a convex offset to the contact surface.
  • the convex curvature of the workpiece holder is preferably open in the direction of the cutting location forward. This configuration, in conjunction with the particular underlying second cutting edge for 'that the workpiece until reaching the desired pre-bending no contact with the second cutting edge of the second cutting means gets
  • the device according to the invention can be integrated in thermoforming and trimming operations of a press or be implemented singularly in a guillotine.
  • the device according to the invention can advantageously be used integrated in a guillotine cutter or in a cutting tool.
  • Fig. 1 is a full section of an embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows a full section of the device in a schematic representation during the method step clamping and the introduction of a first pre-bend in the workpiece to be cut
  • FIG. 3 is a full sectional view of the device in a schematic representation during the placement of the first cutting means to one
  • FIG. 4 shows a full section of the device in a schematic representation during the further lowering of the first cutting means and the introduction of a second pre-bend in the workpiece to be cut
  • FIG. 6 shows a full section of the device in a schematic representation immediately after the process step cutting
  • FIG. 7 shows a full section of the device in a schematic illustration during the process step.
  • Fig. 1 shows a full section of an embodiment of a device according to the invention in a schematic representation during the process step insert.
  • the device performs an embodiment of a method according to the invention.
  • the device has a first upper mold half 1 with a first cutting means 11 in the form of an upper knife, which comprises a first cutting edge 111 and a contact surface 112, and a workpiece holder 12 in the form of a hold-down.
  • the device has a second tool half 2 with a second cutting means 21 in the form of a lower blade, which comprises a second cutting edge 211 and a contact surface 212.
  • the first upper mold half 1 with a first cutting means 11 in the form of an upper knife, which comprises a first cutting edge 111 and a contact surface 112, and a workpiece holder 12 in the form of a hold-down.
  • the device has a second tool half 2 with a second cutting means 21 in the form of a lower blade, which comprises a second cutting edge 211 and a contact surface 212.
  • Tool half 1 preferably consists of a solid as possible, lowerable composite part, which is lowered in a substantially vertical movement.
  • the workpiece holder 12 and the first cutting means 11, wherein the first cutting edge 111 adjoins the contact surface 112, are separated from one another vertically lowerable.
  • the second tool half 2 is substantially in one piece, wherein the second cutting edge 211 adjoins the contact surface 212, which has a convex portion 213 aul Vietnamese.
  • the first mold half 1 preferably has not shown
  • a workpiece 3 is inserted in the form of a sheet metal blank.
  • the abutment surface 212 of the second cutting means 21 rises from a substantially planar level, in particular the region facing away from the cutting edge 211 (right part of the second cutting means 21) forms, in particular near or in the cutting edge 211 facing region (left part of second cutting means 21), a convex portion and falls to the second cutting edge 211 of the second cutting means 21 out again.
  • the abutment surface 112 of the first cutting means H is essentially coming from a plane level, in particular the area facing away from the cutting edge 111 (left part of the first cutting means 11), and goes into an inclined area, in particular near or in the cutting edge 111 facing area (left part the first cutting means 11), over.
  • the described bending stresses produce an increasing, particularly high bending tensile stress in the region of the cutting contour to be produced, both in the area of action of the first and the second cutting means 11, 21. With further downward movement, the tensile stress increases, the tensile stress generated being preferably smaller than the tensile strength of the workpiece or this may preferably be close.
  • the first and second cutting edges 111, 211 strike the workpiece 3 and begin to apply a shear stress to it.
  • the shear stress results together with the introduced
  • Cutting edges and associated with low tool wear are achieved.
  • the illustrated cutting device is integrated into the already required deep-drawing and trimming operations of a press.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem einVerfahren zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines Bauteils, umfassend die Schritte: Einlegen des Werkstücks (3) in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte (1) mit mindestens einem Werkstückhalter (12) und mindestens einem ersten Schneidmittel (11), welches eine erste Schneidkante (111) und eine Anlagefläche (112) umfasst, sowie eine zweite Werkzeughälfte (2) mit mindestens einem zweiten Schneidmittel (21) mit einer zweiten Schneidkante (211) und einer Anlagefläche (212) umfasst, Klemmen des Werkstücks (3) mittels des Werkstückhalters (12) und der Anlagefläche (212) des zweiten Schneidmittels, Schneiden des Werkstücks (3) mittels der Schneidmittel (11, 21), das Werkstück (3) vor dem Schneiden sowohl eine erste Vorbiegung, welche im Wesentlichen in entgegengesetzter entgegen der Schnittrichtung erzeugt wird, und als auch danach eine zweite Vorbiegung in Schnittrichtung erfährt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines Bauteils, umfassend die Schritte: Einlegen des Werkstücks in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem Werkstückhalter und mindestens einem ersten Schneidmittel, welches eine erste Schneidkante und eine Anlagefläche umfasst, sowie eine zweite Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten Schneidmittel mit einer zweiten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst, Klemmen des Werkstücks mittels des Werkstückhalters und der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels, Schneiden des Werkstücks mittels der Schneidmittel. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines zu
beschneidenden Bauteils, mit einer ersten Werkzeughälfte und einer zweiten
Werkzeughälfte, wobei die erste Werkzeughälfte mindestens einen Werkstückhalter und mindestens ein erstes Schneidmittel mit einer ersten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst und wobei die zweite Werkzeughälfte mindestens ein zweites Schneidmittel mit einer zweiten Schneidkante und einer Anlagefläche umfasst.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Schneidprozesse zum Schneiden von Werkstücken bekannt. Bei Werkstücken handelt es sich üblicherweise um Bleche oder (Blech-) Platinen, aber auch um durch Umformung und/oder Fügen gefertigte Teile, die im Rahmen von Herstellungsprozessen in der Regel eine Mehrzahl an Schneidoperationen erfahren. Vor der Produktion eines Werkstücks wird entschieden, welche Maschine und welches Schneidverfahren für diese Schneidoperationen am geeignetsten sind. Zu diesen Schneidoperationen zählen beispielsweise das
Scherschneiden und das Laserschneiden. Das Ziel von Schneidprozessen ist es, möglichst hochwertige Schnittkanten zu erzeugen, die durch einen großen Glattschnittanteil, geringen oder keinen Grat,
Einzug und Ausbruch, geringe oder keine Kantenaufhärtung sowie durch einen möglichst senkrechten Schnittverlauf gekennzeichnet sind.
Je nach Material und Werkzeuggestaltung können diese Anforderungen mehr oder weniger gut erfüllt werden. Tendenziell neigen beim Scherschneiden weiche und zähe Werkstoffe zu einem hohen Glattschnittanteil und geringem Ausbruch, bei einem senkrechten Schnittverlauf. Im Gegenzug müssen dafür aber höhere Werte für den Einzug und den Grat in Kauf genommen werden.
Bei hochfesten und spröden Werkstoffen ist es umgekehrt, da diese sehr feinkörnig sind. Werden sie geschnitten, gibt es so gut wie keinen Einzug und keinen Grat. Es finden sich relativ geringe oder keine Glattschnittanteile und sehr viel Bruchanteil, der, wenn er exakt verläuft, Kantenrissgefahren im Vergleich zu verdichteten
Scherkanten vermindern kann, weil Aufhärtungen in der Schnittfläche nicht auftreten.
Aufhärtungen in der Kante entstehen überwiegend bei weichen oder zähen
Werkstoffen. Sie sind die Folge von massiven Versetzungsänderungen entlang und in die Tiefe der Kante.
Hinsichtlich der Prozessgrößen werden geringe Schneidspalte und geringe
Schneidkräfte angestrebt. Die Realisierung ist allerdings vor allem für offene Schnitte schwierig, da Querkräfte während des Schnitts eine Spaltaufweitung verursachen. Diese führt zwar zu geringeren Schneidkräften, sorgt aber für größere Einzüge, Grate und schräge Schnittflächen.
Als besonders schwierig erweist sich das Schneiden hochfester und spröder
Werkstoffe. Aufgrund der sehr hohen Streckgrenzen der Stähle steigen die
Prozesskräfte und damit die Belastung der Schneidwerkzeuge stark an. Besonders belastet sind dabei deren Schneidkanten und die daran angrenzenden Flächen (Stirn- und Mantelflächen]. Die Schneidkanten werden im Laufe der Zeit stumpfund/oder brechen aus, während das Material der Stirn- und Mantelflächen durch die ständige Wechselbelastung ermüdet und in Verbindung mit einem abrasiv wirkenden
Schnittwerkstoff mehr und mehr abgetragen wird.
In der modernen Fertigung von Fahrzeugteilen werden zudem vorzugsweise hochfeste Werkstoffe, insbesondere Stähle, eingesetzt. Diese können sowohl kalt- als auch warmumgeformt sein, Zugfestigkeiten bis 1900 MPa oder auch mehr besitzen und/oder sehr zäh sein. Insbesondere das mechanische Beschneiden dieser
Werkstoffe verursacht hohe Werkzeugbelastungen, sodass die Werkzeuge relativ schnell verschleißen. Zudem verursachen verschlissene Werkzeuge höhere
Maschinenbelastungen und schlechte Schnittkantenqualitäten.
Um diesen Effekten zu begegnen, erfolgten zahlreiche Untersuchungen und
Maßnahmen für Schneidprozesse mit hochfesten Stählen. So wäre es denkbar, die Schneidwinkel der Messer zu variieren, die Geometrie der Schneidkanten zu modifizieren, vorgeschnittene Kanten nachzuschneiden oder ein Feinschneiden einzusetzen. Allerdings konnte ein geringer Verschleiß bei hoher
Schnittkantenqualität nicht zufriedenstellend erreicht werden.
Aus der Druckschrift EP 1 623 782 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem das zu schneidende Blech zunächst durch das Obermesser im Wirkungsbereich des
Obermessers vorgebogen wird, wobei im Blech Zug- und Druckspannungen entstehen. Diese sorgen dafür, dass der Kontakt zur Obermesser-Schneide erst dann entsteht, wenn die Biegespannungen im Blech schon sehr hohe Werte erreicht haben. Dies entlastet die Schneide des Obermessers und es kommt früher zur Rissinitiierung im Schnittbereich und damit zur Reduzierung der Druckspannungen auf die Schneide des Obermessers.
Insbesondere bei hoch- und höherfesten Stahlwerkstoffen kann eine derart erzielte Vorbiegung dafür sorgen, dass beim Kontakt der Obermesser-Schneide bereits sehr hohe Zugspannungen an der Blechoberseite auftreten und damit das Obermesser entlastet wird. Das Zugspannungsmaximum liegt in diesem Fall jedoch nicht im Schneidort, sondern davor, im Bereich des Obermessers. Dadurch belasten die Druckspannungen an der Unterseite die Untermesser-Schneide besonders stark, weshalb ein geringerer Schneidmittel-Verschleiß bei hoher Schnittkantenqualität nicht zufriedenstellend erreicht werden kann. Bei geschlossenen Schnitten belasten die Druckspannungen durch das Vorbiegen des Blechs auch die Mantel- und
Stirnfläche des Obermessers.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und verlässliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks anzugeben, mit denen der Verschleiß der Vorrichtung, insbesondere der Verschleiß der
Schneidmittel, bei gleicher oder sogar verbesserter Schnittkantenqualität gesenkt wird.
Die zuvor aufgeführte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Werkstück vor dem Schneiden sowohl eine erste Vorbiegung, welche im Wesentlichen entgegen der Schnittrichtung erzeugt wird, insbesondere deren Spannungsmaximum sich im Wesentlichen im Bereich der Anlagenfläche des zweiten Schneidmittels in einer definierten Entfernung vom Schneidort befindet, als auch (vorzugswiese zeitlich nach der ersten Vorbiegung) eine zweite Vorbiegung in Schnittrichtung, insbesondere für den Schneidvorgang, welche sich insbesondere sowohl im Bereich der
Anlagefläche des zweiten Schneidmittels als auch der Anlagefläche des ersten
Schneidmittels in unmittelbarer Nähe zum Schneidort befindet, erfährt. Unter der Schnittrichtung wird dabei insbesondere die Richtung verstanden, in die sich das erste Schneidmittel bewegt.
Mit Hilfe des genannten Verfahrens wird also zunächst eine erste Vorbiegung, insbesondere am Schneidort erzeugt, die bei Bedarf größer, insbesondere viel größer sein kann als artgleiche Vorbiegungen im Stand der Technik. Der Biegevorgang der insbesondere zweiten, großen Vorbiegung des Werkstücks kann bis unmittelbar vor Durchführung des eigentlichen Schneidvorgangs erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, dass sich ein Teil der Vorbiegung im Wirkungsbereich des ersten Schneidmittels und der andere in dem des zweiten Schneidmittels befindet. Das heißt, bevor sowohl das erste Schneidmittel als auch das zweite Schneidmittel mit dem eigentlichen Schneidvorgang beginnen, ist bereits die genannte zweite, große Vorbiegung in den entsprechenden Wirkungsbereich eingebracht. Erreichen lässt sich dies wiederum beispielsweise dadurch, dass nicht nur die Schneidkante des ersten Schneidmittels mit einem stumpfen Winkel von größer 90° mit beispielsweise bis zu 10° angeschrägt ist, sondern auch die Schneidkante des zweiten Schneidmittels derart abgesenkt ist, dass sich ein stumpfer Winkel von größer 90 ergibt, wobei dessen vorteilhafterweise ebene Anlagefläche vor der eigentlichen Schneidkante zunächst um einen definierten Betrag ansteigt (ansteigender Bereich) und anschließend wieder um einen weiteren, vorzugsweise davon abweichenden Betrag derart zur Schneidkante hin abfällt, dass sich ein stumpfer Winkel von größer 90° ergibt, also einen konvexen Bereich ausbildet. Beispielsweise ist der konvexe Bereich bezogen auf die
vorteilhafterweise ebene Anlagefläche leicht S-förmig nach oben gewölbt. Die
Werkzeughalterform verhält sich vorzugsweise komplementär zur S-Form und reicht vorzugsweise nur bis zum ansteigenden Bereich des konvexen Bereichs, wie im Einzelnen noch in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben.
Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders geringe Spannungen an den Schneidkanten der Schneidvorrichtung liefert. So wurde im Rahmen von Simulationsversuchen gezeigt, dass die von Mises-Spannungen an den Schneiden und im Werkstück während des Anschnitts auf diese Weise um bis zu 40% reduziert werden können. So steigen die von Mises-Spannungen an den Schneiden während des Anschnitts bzw. des Schneidvorgangs eines hochfesten Werkstoffs beim konventionellen Schneiden sowohl an der ersten als auch an der zweiten
Schneidkante beispielsweise bis auf 1690 MPa. Im Fall einer Vorbiegung lediglich im Bereich des ersten Schneidmittels entsteht an der zweiten Schneidkante sogar eine noch höhere von Mises-Spannung von beispielsweise bis zu 1800 MPa. Durch das erfindungsgemäße Verfahren» realisiert beispielsweise durch eine leicht S- förmige Wölbung der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels» haben die erste und die zweite Schneidkante während des Vorbiegens auf dem Weg bis zum Anschnitt keinen Kontakt zum Werkstück. Im Anschnitt selbst wirken dann gezielt gesetzte, vorzugsweise leicht verrundete Schneidkanten weiteren Spannungskonzentrationen entgegen. Im Ergebnis werden für den eigentlichen Schneidvorgang nur besonders geringe Spannungswerte von lediglich bezogen auf genanntes Beispiel 1050 MPa an den Schneidkanten erzielt. Beide Schneidkanten müssen somit bei Berührung mit dem Werkstück nur noch eine geringe zusätzliche Kraft aufwenden, bis dieses an der gewünschten Stelle geschnitten wird, beziehungsweise bei hochfesten Werkstoffen bricht.
Vorteilhaft wird durch die größere und gleichmäßig verteilte Vorbiegung zum
Schneidbeginn das Spannungsmaximum des Werkstücks vorzugsweise in den
Schneidort verlegt und verbleibt nicht im Bereich des ersten Schneidmittels wie im Falle einer einseitigen Vorbiegung. Durch die Reduktion bzw. die Aufhebung der auf die Schneidmittel wirkenden Querkräfte wird insbesondere die Kantenbelastung der Werkzeuge und der daran angrenzenden Flächen der Werkzeuge (Stirn- und
Mantelflächen) weiterhin reduziert, was wiederum eine bessere Schnittqualität des zu schneidenden Werkstücks bedingt. Der bei hochfesten Werkstoffen kaum vorhandene Glattschnittanteil vermeidet die Bildung von Graten an der Blechunterseite, sodass durch das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen gratfreie Kanten erzeugt werden können. Zudem lässt sich im Gegensatz zum Stand der Technik ein erheblich geringerer Schneidkantenverschleiß erreichen, was den Wartungs- und
Reparaturaufwand reduzieren sowie die Werkzeugstandzeiten deutlich verlängern kann.
Nach dem Schneiden kann das beschnittene Werkstück entweder in der
Schneidvorrichtung weiterverarbeitet oder aus der Schneidvorrichtung entnommen werden. Das Verfahren Ist besonders für das Schneiden von hochfesten und spröden
Werkstoffen geeignet, kann aber bei entsprechender Modifizierung der
Vorbiegeparameter auch für das Schneiden von weichen und zähen Werkstoffen verwendet werden.
Das Werkstück ist vorzugsweise ein Stahlwerkstoff. Beispielsweise ist das Werkstück aus einem hochfesten, höherfesten oder höchstfesten Stahlwerkstoff (beispielsweise mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, mehr als 700 MPa oder sogar mehr als 1000 MPa) hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Werkstücke mit
Zugfestigkeiten von bis zu 1900 MPa und mehr mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren bearbeitet werden können. Bevorzugt werden insbesondere Feinbleche mit einer Dicke von 0,1 mm bis 5,0 mm durch das erfindungsgemäße Verfahren bearbeitet.
Die erste Werkzeughälfte und das erste Schneidmittel sind vorzugsweise eine obere Werkzeughälfte mit einem oberen Schneidmittel. Die zweite Werkzeughälfte und das zweite Schneidmittel sind vorzugsweise eine untere Werkzeughälfte mit einem unteren Schneidmittel. Bevorzugt sind das erste und das zweite Schneidmittel als Messer, insbesondere mit je einer leicht verrundeten Schneidkante, ausgebildet. Bei dem Werkstückhalter handelt es sich vorzugsweise um wenigstens einen
Niederhalter. Die Anlagefläche des zweiten Schneidmittels ist vorzugsweise eine speziell gestaltete Auflagefläche für das Auf- beziehungsweise Einlegen eines zu schneidenden Werkstücks, wobei der Werkstückhalter eine Anlagefläche aufweist, welche vorzugsweise um die Werkstückdicke offsetiert und vorzugsweise
komplementär zur Anlagefläche des zweiten Schneidmittels ausgebildet ist. Die Anlagefläche des ersten Schneidmittels ist derart ausgebildet, dass sie eine (zweite) Vorbiegung des Werkstücks in Schnittrichtung ermöglicht, bevor die Schneidkanten mit dem Werkstück in Kontakt gelangen. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die durch die erste Vorbiegung erzeugte Zugspannung im Werkstück entweder kleiner ist als dessen Streckgrenze, im Wesentlichen dessen Streckgrenze entspricht oder größer ist als dessen Streckgrenze.
In dem Werkstück am Schneidort eingebrachte Zugspannungen werden durch die Biegebeanspruchung des Werkstücks erzeugt, wobei die in dem Werkstück erzeugten Zugspannungen bzw. Zugkraftkomponenten im Wesentlichen quer zu der
gewünschten, zu erzeugenden Schnittlinie wirken und dadurch die Einleitung der Werkstücktrennung begünstigen.
Im eigentlichen Schneidvorgang wird die durch die gleichzeitige Biege- und
Scherbeanspruchung des zu trennenden Werkstücks die Ausbildung einer
Trennebene in dem zu trennenden Werkstück wesentlich begünstigt. Abgesehen von den Biegekräften, die insbesondere durch die Anlageflächen der Schneidmesser eingeleitet werden, kommt es zu einer drastischen Verminderung der eigentlichen Schnittkräfte und einer ebenso drastischen Verminderung des Werkzeugverschleißes bei gleichzeitiger Verbesserung der Schnittflächenqualität.
Vorzugsweise wird das Biegemoment auf einen so großen Wert festgelegt, dass die sich einstellende maximale Zugspannung bis nahe an die Streckgrenze des jeweiligen Materials heranreicht oder größer als diese ist. Die Angabe im Wesentlichen meint dabei insbesondere einen Bereich von ± 15 % zur Streckgrenze und von ± 5 % zur Zugfestigkeit. Für ein derart vorgespanntes Material genügt dann eine relativ geringe Schubspannung durch die Schneidmittel zur Einleitung und Durchführung des Trennvorgangs.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfährt das Werkstück die erste Vorbiegung vorzugsweise beim Klemmen zwischen dem Werkstückhalter bzw. dessen Anlagefläche und der Anlagefläche (Auflagefläche) des zweiten Schneidmittels erfährt. Durch ein Absenken des Werkstückhalters vor dem Absenken des ersten Schneidmittels wird die hier als erste Vorbiegung bezeichnete Vorbiegung in zeitlicher Hinsicht vorzugsweise vor der zweiten Vorbiegung
eingeleitet Das Werkstück wird bevorzugt nach oben gebogen, wobei noch keine der Schneidkanten Kontakt zu dem Werkstück hat und damit keine Belastung an diesen auftritt. Der Werkstückhalter wird insbesondere mit einer derart großen Kraft
beaufschlagt, dass die durch die Vorbiegung in das Blech eingeleiteten
Zugspannungen die Klemmung nicht aufheben können.
Im weiteren Verlauf und gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfährt das Werkstück die zweite Vorbiegung beim Absenken des ersten Schneidmittels und beim Inkontakttreten der Anlagefläche des ersten Schneidmittels mit dem Werkstück. Vorzugsweise und gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die zweite Vorbiegung des Werkstücks dabei in entgegengesetzter Richtung der ersten Vorbiegung. Das Werkstück gelangt dabei vorzugsweise zunächst,
insbesondere mit der durch den stumpfen Schneidkantenwinkel und die daraus resultierende voreilende, insbesondere schräge Anlagefläche des ersten
Schneidmittels in Kontakt. Dies ermöglicht die (zweite) Vorbiegung des Werkstücks im Wesentlichen an die oben beschriebenen Spannungswerte, ohne dass während des Vorbiegevorgangs die Schneidkanten in Kontakt mit dem Werkstück sind. Dieser Vorgang erfolgt vorzugsweise bis unmittelbar vor dem Einsetzen des
Schneidvorgangs.
Für einen qualitätsgerechten Schnitt/Bruch kann es notwendig sein, den
Vorbiegungsanteil der ersten Vorbiegung, der durch die Kontur des Werkstückhalters in Verbindung mit der Kontur der Anlagefläche eingeleitet wird, nur so groß zu halten, dass sich das Blech darunter nicht plastisch verformt. Der Vorbiegewinkel ist dann materialabhängig. Je höherfester und je dünner das Material ist, desto größer kann er sein und umgekehrt.
Durch beide Vorbiegevorgänge in Verbindung mit dem Klemmen des Werkstücks werden beispielsweise beide Oberflächen des zu schneidenden Werkstücks zwischen dem Werkstückhalter und der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels derart fixiert» dass ein Nachziehen des Werkstücks aus dem nicht zu schneidenden Bereich der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels im Wesentlichen verhindert und dadurch die Qualität der Schnittkanten weiter erhöht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die erste und/oder die zweite Vorbiegung elastisch. Das heißt das Werkstück wird im beanspruchten Bereich im Wesentlichen nicht über seinen elastisch verformbaren Bereich hinaus beansprucht Durch die elastische Vorbiegung federt das beschnitene Werkstück nach dem Schneidvorgang zurück in seine Ausgangsform. Damit nimmt der Biege- und Schneidvorgang keinen Einfluss auf die Gestalt des Werkstücks.
Zusätzlich können durch die» nahezu symmetrisch zum Schneidort ausgerichtete» zweite Vorbiegung im Wesentlichen identische Querkräfte entstehen» und sich aufgrund ihrer gegenläufigen Richtung zumindest weitestgehend aufheben. Dadurch kann die Belastung der Schneidmittel weiter reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel ein offener Schnitt erzeugt.
Offene Schnitte werden im Rahmen der Erfindung als diejenigen Schnitte
charakterisiert» welche im betreffenden Schnittbereich keine geschlossene Schnittlinie aufweisen. Ein typischer Schneidprozess zum Erzeugen von offenen Schnittlinien ist das Abschneiden» wobei der offene Schnit beispielsweise als eine im Wesentlichen geradlinige Schnittlinie ausgeführt sein kann. Bei einem geschlossenen Schnitt werden zwei Schnitte gleichzeitig ausgeführt» also zwangsweise auch die gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks mitgeschnitten, beispielsweise beim Lochen. In diesem Fall ist die Werkstückklemmung nicht ein- sondern zweiseitig. Verbleiben dann die
Vorbiegewinkel bei der gegenüberliegenden Seiten im genannten hohen Bereich» würde dies zwangsläufig zu unzulässig erhöhten Gesamtspannungen im Werkstück und zum vorzeitigen Versagen führen» da neben den Biegespannungen auch zusätzliche Zugspannungen zwischen den beiden sich gegenüberliegenden
Schnittbereichen in Erscheinung treten. Die genannten Effekte sind unvermeidbar. Deshalb ist es insbesondere vorteilhaft» die mindestens zweiten Vorbiegewinkel der sich gegenüberliegenden Schneidorte zu reduzieren, beispielsweise um mindestens ein Drittel.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Verfahren ein einstufiges Verfahren. Eine einstufige Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine Verringerung der notwendigen Verarbeitungsschritte des Werkstücks und bewirkt somit vorteilhaft eine
Kostenersparnis.
Die zuvor angeführte Aufgabe wird gemäß einer zweiten Lehre außerdem durch eine Vorrichtung zum Schneiden gelöst, die insbesondere dazu eingerichtet ist,
vorzugsweise das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen. Dies erfolgt, indem die Anlagefläche des zweiten Schneidmittels von einem im Wesentlichen ebenen Niveau kommend ansteigt, einen konvexen Bereich ausbildet und zur zweiten
Schneidkante des zweiten Schneidmittels hin wieder abfällt. Die hierdurch bedingten Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ausführungen zu dem zuvor genannten erfindungsgemäßen Verfahren.
Bevorzugt ist der Bereich der Anlagefläche zur Schneidkante des zweiten
Schneidmittels vom höchsten Punkt des konvexen Bereichs, an dem das Werkstück aufliegt, beabstandet. In Verbindung mit der genannten Absenkung (abfallender Bereich) liegt das Niveau der Schneidkante tiefer, sodass weder die Schneidkante des ersten Schneidmittels noch die Schneidkante des zweiten Schneidmittels während der Ausführung der zweiten Vorbiegung mit dem Werkstück in Kontakt ist.
Wie bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, lässt sich mit einer solchen Vorrichtung ein qualitativ hochwertiger Schnitt mit, bei Bedarf, hohem Bruchteil erzeugen und gleichzeitig der Verschleiß der Schneidmittel reduzieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung ist der Schneidwinkel der Schneidkante des ersten Schneidmittels als stumpfer Winkel ausgebildet, was dazu führt, dass sich die angrenzende Anlagefläche schräg zur allgemeinen Werkstücklage befindet. Insbesondere ist die Fläche, die sich an die Schneidkante des ersten Schneidmittels anschließt und beim Vorbiegen/Schneiden auf das Werkstück trifft (Anlagefläche), schräg ausgebildet, wobei es nicht notwendig ist, dass die gesamte Fläche eine derartige Form aufweist. Vorteilhaft soll jedoch gewährleistet sein, dass das erste Schneidmittel zunächst mit einem von der
Schneidkante entfernten Teil zeitlich vor der ersten Schneidkante auf das Werkstück aufsetzt, um dieses insbesondere mit der zweiten Vorbiegung zu versehen. So kommt es früher zur Rissinitiierung im Schnittbereich als bei den konventionellen Konzepten aus dem Stand der Technik und damit zur Reduzierung der Druckspannungen auf die Schneidkante.
Der stumpfe Schneidenwinkel und die Voreilung (der Anlagefläche) in Bezug auf die Schneidkante sind vorzugsweise so gewählt, dass die Zugspannung in dem zu trennenden Werkstück an der Schnittkontur die material typische Zugfestigkeit gerade noch nicht erreicht hat, wenn die Schneidkante des ersten Schneidmittels auf dem Werkstück auftrifft, um das Werkstück zu schneiden. So weist die Schräge bezogen auf die ebene Werkstücklage beispielsweise einen Winkel von 8° auf oder anders ausgedrückt, der stumpfe Winkel der Schneidkante des ersten Schneidmittels beträgt beispielsweise 98°.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist die erste Schneidkante und/oder die zweite Schneidkante einen stumpfen Winkel auf, wobei im Fall des offenen Schnitts der Winkel der ersten Schneidkante vorzugsweise dem der zweiten Schneidkante entspricht. Die Schneidkantenwinkel weisen demnach Werte oberhalb von 90°, insbesondere zwischen 95° und 110° auf, was die Lebensdauer der Schneidkanten verlängert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist die erste Schneidkante und/oder die zweite Schneidkante einen stumpfen Winkel auf, wobei im Fall des geschlossenen Schnitts der Winkel der ersten
Schneidkante vorzugsweise kleiner als der Winkel der zweiten Schneidkante ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung ist die erste und/oder die zweite Schneidkante verrundet, wobei die erste und/oder die zweite Schneidkante insbesondere eine definierte Verrundung (Radius der
Schneidkante) besitzt, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,01 und 1 mm verrundet ist. Besonders bevorzugt sind die Schneidkanten unterschiedlich verrundet, weiter bevorzugt ist die erste Schneidkante im Vergleich zur zweiten Schneidkante kleiner verrundet, vorzugsweise sind die erste Schneidkante mit 0,05 mm und die zweite Schneidkante mit 0,1 mm verrundet. Eine derartige Ausgestaltung der
erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung sorgt für eine Vergrößerung der Kontaktzone zwischen Schneidkante und Werkstück und damit für eine optimierte Verteilung der Kraft mit Wirkung auf die lokalen Spannungen beim Eindringen der Spitze in die Werkstückoberfläche. Dies reduziert die Flächenpressung am Werkzeug und senkt damit die Spannungen. Dadurch lassen sich eine weitere Verbesserung der
Schnittqualität und eine weitere Reduktion des Verschleißes der Schneidmittel erzielen. In der Folge werden größere Standzeiten erreicht.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Schneidvorrichtung ist zwischen dem Werkzeughalter und dem ersten Schneidmittel ein Spalt vorgesehen, wobei der Spalt vorzugsweise so groß gewählt ist, dass sich der Werkzeughalter hinter dem höchsten Punkt des konvexen Bereichs der Anlagefläche befindet. Diese Ausgestaltung sorgt dafür, dass insbesondere beim ersten Vorbiegen des Werkstücks der nicht geklemmte Bereich nach oben von der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels mehr oder weniger abheben kann.
Bevorzugt ist außerdem der Werkzeughalter komplementär und/oder offsetiert zur Form der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels bevorzugt um die Werkstückdicke ausgebildet. Der Werkstückhalter hat vorzugsweise die Form der Anlagefläche des zweiten Schneidmittels als konvexes Offset zur Anlagefläche. Die konvexe Wölbung des Werkstückhalters ist dabei bevorzugt in Richtung des Schneidorts nach vorne offen. Diese Gestaltung sorgt in Verbindung mit der insbesondere tiefer liegenden zweiten Schneidkante dafür» dass das Werkstück bis zum Erreichen der gewünschten Vorbiegung keinen Kontakt zur zweiten Schneidkante des zweiten Schneidmittels bekommt
Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Tiefzieh- und Beschnitt- Operationen einer Presse integriert werden oder singulär in einer Tafelschere umgesetzt werden. Somit kann die erfinduegsgemäße Vorrichtung vorteilhaft integriert in einer Tafelschere oder in einem Schneidwerkzeug verwendet werden.
Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 einen Vollschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des
Verfahrensschritts Einlegen»
Fig. 2 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Klemmen und dem Einbringen einer ersten Vorbiegung in das zu schneidende Werkstück, Fig. 3 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels auf ein zu
schneidendes Werkstück,
Fig. 4 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des weiteren Absenkens des ersten Schneidmittels und dem Einbringen einer zweiten Vorbiegung in das zu schneidende Werkstück,
Fig. 5 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung beim gemeinsamen Auftreffen der ersten und zweiten Schneidkante auf das Werkstück,
Fig. 6 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung unmittelbar nach dem Verfahrensschritt Schneiden, und
Fig. 7 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Entnehmen.
Fig. 1 zeigt einen Vollschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Einlegen. Die Vorrichtung führt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch. Die Vorrichtung weist eine erste obere Werkzeughälfte 1 mit einem ersten Schneidmittel 11 in Form eines Obermessers, welches eine erste Schneidkante 111 und eine Anlagefläche 112 umfasst, sowie einem Werkstückhalter 12 in Form eines Niederhalters auf. Daneben weist die Vorrichtung eine zweite Werkzeughälfte 2 mit einem zweiten Schneidmittel 21 in Form eines Untermessers auf, welches eine zweite Schneidkante 211 und eine Anlagefläche 212 umfasst. Die erste
Werkzeughälfte 1 besteht vorzugsweise aus einem möglichst massiven, absenkbaren Verbundteil, welches in einer im Wesentlichen vertikalen Bewegung absenkbar ist. Dabei sind der Werkstückhalter 12 und das erste Schneidmittel 11, wobei sich die erste Schneidkante 111 an die Anlagefläche 112 anschließt, getrennt voneinander vertikal absenkbar. Die zweite Werkzeughälfte 2 ist im Wesentlichen einstückig, wobei sich die zweite Schneidkante 211 an die Anlagefläche 212 anschließt, welche einen konvexen Bereich 213 aulweist.
Weiter besitzt die erste Werkzeughälfte 1 vorzugsweise nicht dargestellte
Führungselemente, die eine exakte Relativbewegung und Schneidspalteinstellung zwischen beiden Werkzeughälften 1 und 2 ermöglichen. In die Vorrichtung wird ein Werkstück 3 in Form einer Blechplatine eingelegt. Die Anlagefläche 212 des zweiten Schneidmittels 21 steigt von einem im Wesentlichen ebenen Niveau kommend an, insbesondere der von der Schneidkante 211 abgewandte Bereich (rechter Teil des zweiten Schneidmittels 21), bildet, insbesondere nahe bzw. im der Schneidkante 211 zugewandte Bereich (linke Teil des zweiten Schneidmittels 21), einen konvexen Bereich aus und fällt zur zweiten Schneidkante 211 des zweiten Schneidmittels 21 hin wieder ab. Die Anlagefläche 112 des ersten Schneidmittels Hist im Wesentlichen von einem ebenen Niveau kommend, insbesondere der von der Schneidkante 111 abgewandte Bereich (linker Teil des ersten Schneidmittels 11), und geht in einen geneigten insbesondere nahe bzw. im der Schneidkante 111 zugewandte Bereich (linker Teil des ersten Schneidmittels 11), über.
Bei Durchführung des Schneidvorgangs setzt, wie in Fig. 2 und folgenden dargestellt, zunächst der Werkstückhalter 12 auf dem Werkstück 3 auf und presst dieses mit hinreichend großer Anpresskraft gegen die Anlagefläche 212, sodass das zu schneidende Werkstück 3 derart fixiert ist, dass ein Verrutschen oder Nachfließen im Wesentlichen verhindert wird. Mit dem Absenken des Werkstückhalters 12 erfährt das Werkstück 3 gleichzeitig, eine erste, vorzugsweise elastische Vorbiegung nach oben.
Danach bewegt sich, wie in Fig. 3 dargestellt, das erste Schneidmittel 11 weiter nach unten, während der W erkstückhalter 12 auf dem Werkstück 3 aufgesetzt verbleibt. Durch die schräge Form des ersten Schneidmittels 11 trifft dieses zunächst mit einer der ersten Schneidkante 111 voreilenden Anlagefläche 112 auf dem Werkstück 3 auf und biegt das Werkstück 3 in seiner weiteren Abwärtsbewegung nach unten (zweite
Vorbiegung).
Fig. 4 zeigt den Zwischenzustand beim Absenken des Schneidmittels 11. Es ist erkennbar, dass auch zu diesem Zeitpunkt noch keine der beiden Schneidkanten 111, 211 mit dem Werkstück 3 in Kontakt steht, obwohl sich das Werkstück 3 schon in einem relativ stark, vorgebogenen Zustand befindet
Durch die beschriebenen Biegebeanspruchungen entsteht eine zunehmende, besonders hohe Biegezugspannung im Bereich der zu erzeugenden Schnittkontur, sowohl im Wirkungsbereich des ersten als auch des zweiten Schneidmittels 11, 21. Mit weiterer Abwärtsbewegung nimmt die Zugspannung zu, wobei die erzeugte Zugspannung bevorzugt kleiner ist als die Zugfestigkeit des Werkstücks oder dieser vorzugsweise nahe sein kann.
Es treffen dann, wie in Fig. 5 veranschaulicht, die erste und die zweite Schneidkante 111, 211 auf das Werkstücks 3 auf und beginnen dieses mit einer Schubspannung zu beaufschlagen. Die Schubspannung ergibt zusammen mit der eingeleiteten
Zugspannung eine Vergleichsspannung, die zur Materialtrennung führt. Dies veranschaulicht Fig. 6. Mit Abschluss des Trennvorgangs entspannen sich die bislang gebogenen Werkstückabschnitte 31, 32 wieder, bis, im Idealfall, sie schließlich wieder komplett in ihre Ausgangsform zurückfedern, wie in der Entnahmeposition in Fig. 7 gezeigt.
Der insoweit beschriebene Schneidvorgang geht mit geringen Kräften an den
Schneidkanten und mit geringem Werkzeugverschleiß einher. Es werden hohe Trennflächen- oder Schnittflächenqualitäten erreicht. Bevorzugt ist die dargestellte Schneidvorrichtung in die ohnehin benötigten Tiefzieh- und Beschnitt-Operationen einer Presse integriert.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines Bauteils, umfassend die Schritte:
- Einlegen des Werkstücks (3) in eine Schneidvorrichtung,
insbesondere in eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte (1) mit mindestens einem Werkstückhalter (12) und mindestens einem ersten Schneidmittel (11), welches eine erste Schneidkante (111) und eine Anlagefläche (112) umfasst, sowie eine zweite Werkzeughälfte (2) mit mindestens einem zweiten
Schneidmittel (21) mit einer zweiten Schneidkante (211) und einer Anlagefläche (212) umfasst,
- Klemmen des Werkstücks (3) mittels des Werkstückhalters (12) und der Anlagefläche (212) des zweiten Schneidmittels,
- Schneiden des Werkstücks (3) mittels der Schneidmittel (11, 21),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkstück (3) vor dem Schneiden sowohl eine erste Vorbiegung, welche im Wesentlichen entgegen der Schnittrichtung erzeugt wird, als auch eine zweite Vorbiegung in Schnittrichtung erfährt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die durch die erste Vorbiegung erzeugte Zugspannung im Werkstück (3) kleiner ist als dessen Streckgrenze, im Wesentlichen dessen Streckgrenze entspricht oder größer ist als dessen Streckgrenze.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (3) die erste Vorbiegung beim Klemmen zwischen dem
Werkstückhalter (12) und der Anlagefläche (212) des zweiten Schneidmittels (21) erfährt
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkstück (3) die zweite Vorbiegung beim Absenken des ersten
Schneidmittels (11) und beim Inkontakttreten der Anlagefläche (112) des ersten Schneidmittels (11) mit dem Werkstück (3) erfährt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite Vorbiegung elastisch sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Vorbiegung des Werkstücks (3) in entgegengesetzter Richtung der ersten Vorbiegung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel (11, 21)ein offener Schnitt erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel (11, 21) ein geschlossener Schnitt erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einstufig ist.
10. Vorrichtung zum Schneiden eines Werkstücks, insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, insbesondere zur Durchführung eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
- mit einer ersten Werkzeughälfte (1) und
- einer zweiten Werkzeughälfte (2),
- wobei die erste Werkzeughälfte (1) mindestens einen Werkstückhalter (12) und mindestens ein erstes Schneidmittel (11) mit einer ersten Schneidkante (111) und einer Anlagefläche (112) umfasst und
- wobei die zweite Werkzeughälfte (2 ) mindestens ein zweites Schneidmittel (21) mit einer zweiten Schneidkante (211) und einer Anlagefläche (212) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlagefläche (212) des zweiten Schneidmittels (21) von einem im
Wesentlichen ebenen Niveau kommend ansteigt, einen konvexen Bereich (213) ausbildet und zur zweiten Schneidkante (211) des zweiten Schneidmittels (21) hin wieder abfällt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlagefläche (211) des ersten Schneidmittels (11) schräg ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Schneidkante (111) und/oder die zweite Schneidkante (211) einen stumpfen Winkel aufweist, wobei der Winkel der ersten Schneidkante (111) beim offenen Schnitt vorzugsweise dem der zweiten Schneidkante (112) entspricht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schneidkante (111) und/oder die zweite Schneidkante (112) einen stumpfen Winkel aufweist, wobei beim geschlossenen Schnitt der Winkel der ersten Schneidkante (111) vorzugsweise kleiner als der Winkel der zweiten Schneidkante (112) ist
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste und/oder die zweite Schneidkante (111, 112) verrundet ist, wobei vorzugsweise die erste und die zweite Schneidkante (111, 112) unterschiedlich verrundet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Werkstückhalter (12) und dem ersten Schneidmittel (11) ein Spalt vorgesehen ist, wobei der Spalt vorzugsweise so groß gewählt ist, dass sich der
Werkstückhalter (12) hinter dem höchsten Punkt des konvexen Bereichs (213) der Anlagefläche (212) befindet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anlagefläche des Werkstückhalters (12) komplementär und/oder offsetiert zur Form der Anlagefläche (212) des zweiten Schneidmittels (21) ausgebildet ist.
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