WO2016177824A1 - Verfahren zum scherschneiden hochfester werkstoffe und schneidwerkzeuganordnung - Google Patents

Verfahren zum scherschneiden hochfester werkstoffe und schneidwerkzeuganordnung Download PDF

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WO2016177824A1
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damping
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Mathias Kott
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    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
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    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/18—Yieldable, e.g. rubber, punching pads

Definitions

  • the invention relates to a method for shearing high-strength materials, in particular sheet steel and a cutting tool assembly, in particular for carrying out this method.
  • EP 0 920 932 A1 describes and claims a method and a device for punching a sheet metal workpiece (2), one side of which is exposed to a high-pressure damping fluid (D) and the other side of the workpiece (2) is subjected to the action of a a tool guided punch (10) is exposed.
  • D high-pressure damping fluid
  • AT 384 186 B describes a counterholder for an existing upper part and lower part stamping press for stampable metals, which allows to carry out fine blanking operations without great design effort.
  • a cutting plate (3) with a contour breakthrough (K) is used.
  • a counter-holder (4) and a punch (12) are arranged so that the cutting plate (3) is not in contact with the hydraulic medium or can be arranged.
  • the shearing of high-strength steel sheets is often not reliably possible by overloading the corresponding cutting dies, as well as by cold welding on the tool when punching and hole cutting steel with a tensile strength of up to 100 MPa with a small cutting gap.
  • B the cutting stroke, which leads to a high total load of the entire tool system.
  • the cutting stroke is counteracted during shear cutting by many tool technical measures, wherein usually the entire system cutting tool press ram with respect to the system tool lower part / press table outside the tool by means of press-side devices or by means of additional elements is attenuated.
  • Such a press immanent system is z. B. from DE 10 2005 021 028 B4 known. From DE 10 2009 048 483 a device for cutting impact damping for presses is known in which the machine room is elastically deformed by a force exerted by the working drive for machining the workpiece worker, and the working drive provides a control variable for determining the manpower.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method for cutting high-strength materials and a corresponding cutting tool assembly, preferably for performing this method, which does not interfere with the tool structure or the system of press and cutting tool, but at the same time an effective reduction of cutting stroke allowed in the uncomplicated structure.
  • the basic idea of the present invention is the arrangement of the cutting tool in a damping fluid reservoir which acts directly on the cutting process by immersing at least the die, including the workpiece, preferably above the lower edge of the wiper plate, in a damping fluid (damping fluid reservoir) is.
  • a damping fluid damping fluid reservoir
  • the cutting tool is located partially in a quasi pressure-tight vessel, which consists of a first damping fluid pressure chamber (Dämpfungsfluidbad) and connected thereto via a throttle point, preferably open fluid overflow chamber (overflow fluid reservoir), between which there is a throttle point, the controllable, ie in terms of their flow resistance, which opposes them to the pressurized pressure fluid from the first damping fluid chamber, controllable, or which can be regulated as a function of the working force as a measure of the cutting stroke.
  • a quasi pressure-tight vessel which consists of a first damping fluid pressure chamber (Dämpfungsfluidbad) and connected thereto via a throttle point, preferably open fluid overflow chamber (overflow fluid reservoir), between which there is a throttle point, the controllable, ie in terms of their flow resistance, which opposes them to the pressurized pressure fluid from the first damping fluid chamber, controllable, or which can be regulated as a function of the working force as a
  • the damping force can be adjusted by adjusting the flow area of the throttle point between the two damping fluid reservoirs.
  • the cutting tool is used to form the cutting tool assembly in a liquid reservoir with damping fluid, preferably lubricating oil.
  • the damping fluid (preferably a damping fluid) is displaced and the pressure of the fluid in the damping fluid chamber (fluid pressure chamber, damping fluid bath) is controlled by the flow of fluid from the damping fluid chamber into the fluid overflow chamber via a defined cross-section, i. H. the controllability of the throttle point, regulated.
  • the fluid pressure of the damping fluid entering the cutting punch during the cutting process dampens the jerky movement of the cutting punch when cutting the sheet material and thus the cutting stroke.
  • the general advantage of the method according to the invention and of the cutting tool arrangement according to the invention lies in the fact that conventionally available cutting tools, including associated presses, can be reliably used with the solution according to the invention for cutting high-strength and ultrafine steels.
  • the damping effect of the damping fluid (damping fluid) significantly reduces the tendency of the cutting die material to fracture during the cutting process. As a result, the use of very solid but fracture-prone tool materials is possible, which is the prerequisite for high levels and tool life.
  • the flushing of the cutting zone after the cutting process with the damping fluid also provides a strong relief of the active parts of the cutting tool by minimizing the friction between a stamp surface and the sheet material (sheet metal semi-finished), so that cold welds are avoided on the cutting punch; Moreover, the process heat is better dissipated by the damping fluid.
  • the damping fluid preferably lubricating oil
  • Figure 1 is a schematic representation of a cutting tool assembly with a
  • Figure 2 is a schematic representation of a cutting tool assembly of Figure 1 during a return stroke of the cutting punch after cutting or punching a workpiece
  • Figure 3 is a schematic representation of a cutting tool assembly of Figure 1 or
  • FIG. 2 shows a schematic of an operation of processing a continuously supplied sheet material from a sheet material coil.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a cutting tool arrangement 100 with a tool structure of a cutting tool 20, as used for punching or cutting (punching) sheet metal workpieces 7.
  • the cutting tool 20 essentially has a head plate 1, a pressure or hold-down plate 2, which is resiliently mounted on springs 1 1 on the top plate 1, and a connected to the top plate 1 cutting punch 3, along its front peripheral edge a cutting contour or Having cutting edge of the geometry of the workpiece.
  • the punched-out material piece 10 forms either the workpiece or the cutting waste.
  • a lower tool or cutting die or cutting plate 4 is provided which has a cutting contour of the cutting punch 3 corresponding cutting contour breakthrough 4a, with the usual leave a corresponding cutting gap to the cutting punch.
  • the cutting tool 20 is so far of conventional design, but is for cutting high-strength sheet materials such as high-strength steels, which lead to a considerable cutting impact, thereby formed into a cutting tool assembly that the cutting tool 20 with respect to the lower tool or the cutting plate 4 and the area, in the workpiece 7 is located, but preferably is arranged up to or over a lower edge of the pressure or hold-down plate 2 in a Dampfungsfluidvorrat (damping fluid), which is preferably lubricating oil and on the one hand in a quasi pressure-tight (or pressure-building) closed vessel 5 and thus also within the cutting contour breakthrough 4a of the cutting plate (cutting die) 4 and is designated in the figures with 8, but in the present case also in an overflow chamber (fluid overflow chamber, overflow fluid reservoir) 6 is added.
  • a Dampfungsfluidvorrat Damping fluid
  • the shear cutting process thus takes place counter to the damping fluid counterforce which is located in the basically quasi pressure-tight vessel closed damping fluid 8 and the damping fluid, so that the cutting shock is substantially damped and an effective reduction of the dynamic load of the cutting punch 3 takes place.
  • the pressure-tight vessel (fluid pressure chamber, damping fluid bath, Dämpfungsfluidvorrat) 5 preferably via a controllable throttle point 9 with a fluid overflow chamber (overflow fluid reservoir) 6 is connected to the z.
  • the pressure-tight vessel fluid pressure chamber, damping fluid bath, Dämpfungsfluidvorrat
  • a fluid overflow chamber overflow fluid reservoir
  • damping force adjustment mechanism can be selected by z. B. resulting from the punch movement pressure increase within the fluid pressure chamber 5 are formed by elastic wall internals in this for receiving the displaced fluid volume. Also, the entire system, including the fluid overflow chamber 6, i. H. be formed with appropriate default fixed damping forces, so that greater damping force can be specified depending on the process parameters of the shear cutting process, so it may then be a closed system (waiving an overflow chamber).
  • the lubricating oil 8 as damping fluid extends at least preferably over a lower edge (the edge in the cutting direction of the cutting punch 3 edge) of the pressure or hold-down plate 2, so that all essential for the shear cutting process elements, in particular the cutting contour breakthrough 4a in the cutting plate (cutting die) 4 are located under the pressure influence of the damping fluid reservoir (damping fluid) 8 and are disposed within the same.
  • the damping fluid 8 is accordingly caused to increased damping back pressure, or deliberately displaced and the pressure increase of the damping fluid 8 in the fluid pressure chamber 5 (damping fluid bath) is here preferably by the Regulation of the overflow of the damping fluid 8 from the fluid pressure chamber (Dämpfungsfluidbad) 5 regulated in the overflow chamber 6 by means of preferably adjustable with respect to their flow cross-section throttle body. 9
  • the cutting impact occurring during the cutting of the workpiece is effectively reduced by fluid back pressure and the material of the cutting punch is substantially relieved, in particular in the region of the peripheral cutting edge, so that the problem of cold welding on the cutting punch 3 is also solved by this embodiment.
  • the arrow pointing upwards in addition to the throttle point 9 indicates the flow direction of the damping fluid 8 during the shearing cutting operation.
  • FIG. 3 clarifies the unchanged possibility of carrying out the shearing process of the workpieces from a sheet metal material coil (coil), as is a customary series method for the shearing of sheet metal material.
  • the sheet material winding is denoted by (12).
  • the cutting tool assembly 100 with the damping fluid reservoir allows the use of conventional and commonly available cutting tools 20 for shearing ultra high strength and ultra high strength steels while achieving high process reliability.
  • the damping effect of the damping fluid 8 significantly reduces the tendency of the cutting die material to fracture during the cutting process.
  • the use of very strong, but fracture-prone tool materials is possible, a prerequisite for high levels of tool life and an economical useful application of the same.
  • the flushing of the cutting zone during shear cutting after the shear cutting process and separation of the workpiece or cutting waste with the damping fluid 8, in particular lubricating oil additionally a strong relief of the active parts (cutting punch 3, cutting plate 4), by the significant relief of all active parts in Result of minimizing the friction between the lateral surface of the cutting punch 3 and the sheet material 7, d. H. the workpiece material 7 from which the cutting or punching of the cutting piece 10) is carried out.
  • cold welds are reduced on the cutting punch and also achieved a cooling effect by dissipating process heat occurring.
  • the invention is particularly suitable for shearing high-strength steel sheet parts.
  • the invention relates to a method and a cutting tool arrangement for shearing high-strength materials, which are characterized in that the shear cutting takes place counter to a fluid-based damping force of a Dämpfungsfluidvorrat, and the cutting tool assembly, in particular for performing this method, a cutting tool angeord- net, in a Dampfungsfluidvorrat in the region of a cutting contour breakthrough 4a of a cutting plate or cutting die of the cutting tool has.
  • the Dampfungsfluidvorrat preferably lubricating oil or another, possibly to the damping force as a counterforce to a cutting force of the cutting punch also contributing by their viscosity damping fluid leads during the shear cutting process to a drag on the cutting punch and thus to a significant reduction of a cutting stroke, so that conventional cutting tools can be used reliably for shear cutting of high-strength sheet steel materials.
  • Cutting tool arrangement for shearing high-strength materials in particular for carrying out a method according to one of the preceding embodiments 1 to 10, comprising a cutting tool in a damping fluid supply in the region of a cutting contour breakthrough (4a) of a cutting plate (4) of the cutting tool (20).
  • Cutting tool assembly according to Example 1 comprising a first, in particular pressure-tight closed damping fluid chamber (5) containing the region of a cutting contour breakthrough (4a) of the cutting plate (4) and one, preferably acted upon by atmospheric pressure, fluid overflow chamber (6), with the first damping fluid pressure chamber (5) by a, preferably controllable, throttle point (9) is connected.
  • Cutting tool assembly according to embodiments 1 1 or 12, wherein the cutting tool (20) at least to above a lower edge of a pressure plate (2) in a damping fluid assembly (8) added, in particular in lubricating oil, is used.
  • Cutting tool assembly according to at least one of the preceding embodiments 1 1 to 14 wherein the cutting tool (20) has a head plate (1), a pressure plate (2), at least one cutting punch (3) with cutting contour and at least one cutting die (4) with a cutting contour breakthrough (4a ) having.

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Abstract

Verfahren zum Scherscheiden hochfester Werkstoffe und Schneidwerkzeuganordnung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schneidwerkzeuganordnung zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe, die sich dadurch auszeichnen, dass das Scherschneiden entgegen einer fluidbasierten Dämpfungskraft eines Dämpfungsfluidvorrates (8) erfolgt, und die Schneidwerkzeuganordnung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens, ein Schneidwerkzeug (20) angeordnet, in einem Dämpfungsfluidvorrat (8) im Bereich eines Schneidkonturdurchbruches (4a) einer Schnittplatte bzw. Schneidmatrize (4) des Schneidwerkzeuges (20) aufweist. Der Dämpfungsfluidvorrat (8), vorzugsweise Schmieröl oder eine andere, ggf. zur Dämpfungskraft als Gegenkraft zu einer Schnittkraft des Schneidstempels (3) auch durch ihre Viskosität beitragende Dämpfungsflüssigkeit führt während des Scherschneidprozesses zu einer Gegenkraft auf den Schneidstempel (3) und damit zu einer deutlichen Reduzierung eines Schnittschlages, so dass auch herkömmliche Schneidwerkzeuge prozesssicher zum Scherschneiden hochfester Stahlblechmaterialien einsetzbar werden.

Description

Verfahren zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe und Schneidwerkzeuganordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe, insbesondere von Stahlblech sowie eine Schneidwerkzeuganordnung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens.
EP 0 920 932 A1 beschreibt und beansprucht ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lochen eines Blech-Werkstückes (2), wobei dessen eine Seite einem unter Hochdruck stehenden Dämpfungsfluid (D) ausgesetzt wird und die andere Seite des Werkstückes (2) der Einwirkung eines in einem Werkzeug geführten Stempels (10) ausgesetzt ist.
AT 384 186 B beschreibt einen Gegenhalter für eine aus Oberteil und Unterteil bestehende Stanzpresse für stanzfähige Metalle, der es gestattet, Feinstanzvorgänge ohne großen konstruktiven Aufwand auszuführen. Hierfür wird eine Schnittplatte (3) mit einem Konturdurchbruch (K) verwendet. Zwischen dieser Schnittplatte (3) und einem Hydraulikmedium ist in dem Unterteil B ein Gegenhalter (4) und ein Stempel (12) angeordnet, so dass die Schnittplatte (3) nicht in Kontakt mit dem Hydraulikmedium steht oder anordenbar ist.
Das Scherschneiden hochfester Stahlbleche ist vielfach durch Überlastung der entsprechenden Schnittstempel, wie auch durch Kaltaufschweißungen am Werkzeug beim Stanzen und Lochschneiden von Stahl mit einer Zugfestigkeit von bis zu 100 MPa bei geringem Schneidspalt nicht prozesssicher möglich.
Eine besondere Rolle spielt in diesem Zusammenhang der bei hoch- und höchstfesten Stahlgüten bedeutende Einfluss sekundärer Effekte, wie z. B. des Schnittschlages, der zu einer hohen Gesamtbelastung des gesamten Werkzeugsystems führt. Der Schnittschlag wird beim Scherschneiden durch vielerlei werkzeugtechnische Maßnahmen bekämpft, wobei zumeist das Gesamtsystem Schneidwerkzeug-Pressenstößel gegenüber dem System Werkzeugunterteil/Pressentisch außerhalb des Werkzeuges mittels pressenseitiger Vorrichtungen oder mittels Zusatzelementen gedämpft wird.
So ist es z. B. bekannt, durch außerhalb des Werkezeuges zwischen Pressentisch und Pressenstößel angeordnete Dämpfungszylinderanordnungen (sog. Schnittschlagdämpfern) auf eine Verringerung des Schnittschlages hinzuwirken.
Diese Art der Dämpfung verhindert die dynamische Belastung der Schneidstempel beim Schneidprozess jedoch nicht. Beim Fein- oder Genauschneiden ist es desweiteren üblich, den Schnittschlag direkt am Schneidelement zu dämpfen, wobei hierzu ein gefederter Gegenhalter eingesetzt wird. Ein solcher Werkzeugaufbau ist jedoch aufwendig und kostenintensiv, da der Gegenhalter unabhängig vom Pressenhub angetrieben werden muss, um den Schneidabfall nicht durch den gelochten Streifen zu schieben. Außerdem muss der aus der Matrize herausgedrückte Abfall vor jedem erneuten Hub durch eine weitere horizontale Bewegung ausgeworfen werden.
Ein solches pressenimmanentes System ist z. B. aus der DE 10 2005 021 028 B4 bekannt. Aus der DE 10 2009 048 483 ist eine Vorrichtung zur Schnittschlagdämpfung für Pressen bekannt, bei der der Maschinenraum durch eine vom Arbeitsantrieb zur Bearbeitung des Werkstückes ausgeübter Arbeitskraft elastisch verformt wird, und der Arbeitsantrieb eine Steuergröße zur Ermittlung der Arbeitskraft vorsieht.
Auf diese Weise werden zwar schnittschlagbedingte Werkzeugbeanspruchungen vermindert, allerdings wird dies mit einer Verringerung der Steifigkeit des Pressenrahmens erkauft.
Ähnliche Lösungen für Schnittschlagreduktionen finden sich auch in den Druckschriften DE 10 2009 038 715 A1 , WO2005/120 741 A2, DE 10 2005 045 454 A1 oder DE 10 2013 015 180 A1 ; allerdings wird hierbei stets in das sensible System von Pressenstößel, Werkzeugaufbau und Pressentisch eingegriffen, zum Teil unter Verringerung der prozessbedingt erwünschten maximalen Rahmensteifigkeit der Presse, so dass das Problem der Schnittschlagbekämpfung auf andere Weise als bisher gelöst werden sollte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe und eine entsprechende Schneidwerkzeuganordnung, vorzugsweise zur Durchführung dieses Verfahrens, anzugeben, das ohne Eingriffe in den Werkzeugaufbau bzw. das System aus Presse und Schneidwerkzeug auskommt, zugleich aber eine wirksame Verringerung des Schnittschlages beim unkompliziertem Aufbau gestattet.
Außerdem sollen herkömmliche Schneidwerkzeuge verwendbar sein und auch auf einfache Weise ein Nachrüsten bestehender Pressen-Schneidwerkzeug-Systeme möglich sein.
Diese Aufgaben werden hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Hinsichtlich der Schneidwerkzeuganordnung erfolgt die erfindungsgemäße Lösung gemäß Patentanspruch 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung des Schneidwerkzeuges in einem Dämpfungsfluidbad bzw. einem Dämpfungsfluid (Dämpfungsfluidvorrat), der unmittelbar auf den Scheidvorgang einwirkt, indem zumindest die Matrize einschließlich des Werkstückes, vorzugsweise bis über die Unterkante der Abstreiferplatte, in einen Dämpfungsfluid (Dämpfungsfluidvorrat) eingetaucht ist. Beim Schneidprozess, d. h. bei dem kontinuierlichen Durchdringen des Schneidstempels durch den Blechwerkstoff, wird das Dämpfungsfluid (das sich unterhalb des Durchdringungsbereiches des Schneidstempels durch das Werkstück befindet), verdrängt, wobei durch die mit dem Eintauschen des Stempels in den Dämpfungs- bzw. Druckfluidvorrat einhergehende Druckerhöhung der Schnittschlag deutlich reduziert wird. Vorzugsweise findet sich das Schneidwerkzeug partiell in einem quasi druckdichten Gefäß, das aus einer ersten Dämpfungsfluid-Druckkammer (Dämpfungsfluidbad) und einer mit dieser über eine Drosselstelle verbundenen, vorzugsweise offenen Fluid-Überlaufkammer (Überlauf-Fluidvorrat) besteht, zwischen denen sich eine Drosselstelle befindet, die steuerbar, d. h. hinsichtlich ihres Strömungswiderstandes, den sie dem unter Druck geratenden Druckfluid aus der ersten Dämp- fungsfluidkammer entgegensetzt, steuerbar, bzw. die in Abhängigkeit von der Arbeitskraft als ein Maß für den Schnittschlag regelbar ist.
Durch die nach Durchtrennen des Werkstückes mittels des Schneidstempels, der in die Dämp- fungsfluidkammer eintritt, erfolgende Verdrängung des Fluids in die Überlaufkammer, lässt sich die Dämpfungskraft durch Einstellung es Strömungsquerschnittes der Drosselstelle zwischen den beiden Dämpfungsfluidvorräten einstellen.
Vorzugsweise ist das Schneidwerkzeug zur Bildung der Schneidwerkzeuganordnung in einen Flüssigkeitsvorrat mit Dämpfungsflüssigkeit, vorzugsweise Schmieröl, eingesetzt.
Beim Schneidprozess wird das Dämpfungsfluid (vorzugsweise eine Dämpfungsflüssigkeit) verdrängt und der Druck des Fluides in des Dämpfungsfluidkammer (Fluid-Druckkammer, Dämpfungsfluidbad) wird durch das Überströmen des Fluides aus der Dämpfungsfluidkammer in die Fluid-Überlaufkammer mittels eines definierten Querschnittes, d. h. der Steuerbarkeit der Drosselstelle, geregelt.
Der Fluiddruck des Dämpfungsfluides in das der Schneidstempel während des Schneidprozesses eintritt, dämpft die stoßartige Bewegung des Schneidstempels beim Durchtrennen des Blechwerkstoffes und damit den Schnittschlag.
Beim Rückhub des Schneidstempels baut sich über die regelbare Drosselstelle in umgekehrter Richtung ein Druckgleichgewicht zwischen Fluid-Druckkammer (Dämpfungsfluid) und Fluid- Überlaufkammer auf (Rückfluss des Dämpfungsfluides). Der generelle Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuganordnung liegen darin, dass konventionell verfügbare Schneidwerkzeuge einschließlich zugehöriger Pressen mit der erfindungsgemäßen Lösung prozesssicher für das Schneiden höchstfester und ultrafester Stähle benutzt werden können. Die dämpfende Wirkung des Dämpfungsfluides (Dämpfungsflüssigkeit) senkt die Bruchneigung des Schneidstempelwerkstoffes während des Schneidprozesses erheblich. Dadurch wird die Verwendung sehr fester aber bruchanfälliger Werkzeugwerkstoffe möglich, die die Voraussetzung für hohe Standmengen und Standzeiten der Werkzeuge ist. Die Umspülung der Schnittzone nach dem Schnittprozess mit dem Dämpfungsfluid, vorzugsweise Schmieröl, sorgt zusätzlich für eine starke Entlastung der Aktivteile des Schneidwerkzeuges durch einen Minimierung der Reibung zwischen einer Stempelmantelfläche und dem Blechwerkstoff (Blechhalbzeug), so dass Kaltauf- schweißungen am Schneidstempel vermieden werden; überdies wird die Prozesswärme durch das Dämpfungsfluid besser abgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Schneidwerkzeuganordnung mit einem
Schneidwerkzeug in einer Dämpfungsfluidanordnung während eines Scherschneidprozesses;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Schneidwerkzeuganordnung nach Figur 1 während eines Rückhubes des Schneidstempels nach Ausschneiden bzw. Lochen eines Werkstückes, und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Schneidwerkzeuganordnung nach Figur 1 oder
2 in schematischer in einer Arbeitsweise der Verarbeitung eines kontinuierlich zugeführten Blechwerkstoffes von einem Blechwerkstoffwickel (Coil).
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Schneidwerkzeuganordnung 100 mit einem Werkzeugaufbau eines Schneidwerkzeuges 20, wie es zum Lochen oder Ausschneiden (Stanzen) von Blechwerkstücken 7 verwendet wird. Das Schneidwerkzeug 20 weist im Wesentlichen eine Kopfplatte 1 , eine Andruck- oder Niederhalterplatte 2, die federelastisch über Federn 1 1 an der Kopfplatte 1 gelagert ist, sowie einen mit der Kopfplatte 1 verbundenen Schneidstempel 3 auf, der entlang seiner stirnseitigen Umfangskante eine Schneidkontur bzw. Schneidkante der Geometrie des Werkstückes aufweist. Je nachdem, ob es sich um Lochen oder Ausschneiden handelt, bildet das ausgestanzte Materialstück 10 (siehe Figur 2) entweder das Werkstück oder den Schneidabfall. Zusammen mit diesen, ein Oberwerkzeug bildenden Elementen, ist ein Unterwerkzeug oder Schneidmatrize bzw. Schnittplatte 4 vorgesehen, die einen der Schneidkontur des Schneidstempels 3 entsprechenden Schneidkonturdurchbruch 4a aufweist, unter üblicher Belassung eines entsprechenden Schneidspaltes zum Schneidstempel 3.
Das Schneidwerkzeug 20 ist insoweit von konventionellem Aufbau, ist jedoch zum Scherschneiden von hochfesten Blechwerkstoffen wie hochfester Stähle, die zu einem erheblichen Schnittschlag führen, dadurch zu einer Schneidwerkzeuganordnung weitergebildet, dass das Schneidwerkzeug 20 hinsichtlich des Unterwerkzeuges bzw. der Schnittplatte 4 und des Bereiches, in dem sich das Werkstück 7 befindet, vorzugsweise aber bis zu oder über einen Unterkante der Andruck- oder Niederhalterplatte 2 in einem Dampfungsfluidvorrat (Dämpfungsfluid) angeordnet ist, bei dem es sich vorzugsweise um Schmieröl handelt und der sich einerseits in einem quasi druckdicht (oder druckaufbauend) abgeschlossenen Gefäß 5 und damit auch innerhalb des Schneidkonturdurchbruches 4a der Schnittplatte (Schneidmatrize) 4 befindet und in den Figuren mit 8 bezeichnet ist, im vorliegenden Fall aber auch in einer Überlaufkammer (Fluid-Überlaufkammer, Überlauf-Fluidvorrat) 6 aufgenommen ist.
Der Scherschneidprozess erfolgt also entgegen der Dämpfungsfluid-Gegenkraft, der in dem grundsätzlich quasi druckdicht abgeschlossenen Gefäß befindlichen Dämpfungsflüssigkeit 8 bzw. des Dämpfungsfluides, so dass der Schnittschlag wesentlich gedämpft ist und eine wirksame Reduktion der dynamischen Belastung des Schneidstempels 3 erfolgt.
Für eine Steuerung der Dämpfungskraft ist es vorgesehen, dass das druckdichte Gefäß (Fluid- Druckkammer, Dämpfungsfluidbad, Dämpfungsfluidvorrat) 5 vorzugsweise über eine steuerbare Drosselstelle 9 mit einer Fluid-Überlaufkammer (Überlauf-Fluidvorrat) 6 verbunden ist, auf die z. B. nur der Atmosphärendruck einwirkt und die für eine Aufnahme der aus dem druckdichten Gefäß 5 in Verbindung mit dem Eintauchen des Schneidstempels in diese verdrängten Flüssigkeitsvolumens der Dämpfungsflüssigkeit (Dämpfungsfluid) 8 vorgesehen ist.
Eine derartige, entweder die Fluid-Druckkammer 5 innerhalb oder außerhalb der Dämpfungsanordnung mit der Fluid-Überlaufkammer 6 verbindende, steuerbare Drosselstelle 9, gestattet durch Steuerbarkeit des Strömungswiderstandes für die Verdrängung des Dämpfungsfluides bzw. der Dämpfungsflüssigkeit, hier vorzugsweise von Schmieröl, in Verbindung mit dem Scherschneidvorgang die Einstellung der den Schnittschlag zumindest teilweise kompensierenden Dämpfungskraft.
Es ist selbstverständlich, dass die hier nur schematisch dargestellte Behälteranordnung mit dem Gefäß bzw. der Fluid-Druckkammer (Dämpfungsfluidvorrat, Dämpfungsfluidbad) 5 und der Fluid-Überlaufkammer (Überlauf-Fluidvorrat) 6 hinsichtlich ihrer Wandungen entsprechend druckwiderständig zu dimensionieren sind.
Selbstverständlich können auch andere Arten eines Dämpfungskraft-Einstellmechanismus gewählt werden, indem z. B. die aus der Stempelbewegung resultierende Druckerhöhung innerhalb der Fluid-Druckkammer 5 durch elastische Wandeinbauten in dieser zur Aufnahme des verdrängten Flüssigkeitsvolumens ausgebildet sind. Auch kann das gesamte System einschließlich der Fluid-Überlaufkammer 6, d. h. unter entsprechender Vorgabe fest einstellbarer Dämpfungskräfte ausgebildet sein, so dass größere Dämpfungskraft in Abhängigkeit von den Prozessparametern des Scherschneidprozesses vorgegeben werden kann, es also sich dann um ein geschlossenes System handeln kann (Verzicht auf eine Überlaufkammer). Das Schmieröl 8 als Dämpfungsflüssigkeit reicht zumindest vorzugsweise bis über eine untere Kante (die in Schneidrichtung des Schneidstempels 3 vorauslaufende Kante) der Andruck- oder Niederhalterplatte 2, so dass alle für den Scherschneidprozess wesentlichen Elemente, hier insbesondere der Schneidkonturdurchbruch 4a in der Schnittplatte (Schneidmatrize) 4 sich unter dem Druckeinfluss des Dämpfungsfluidvorrates (Dämpfungsfluid) 8 befinden und innerhalb desselben angeordnet sind.
Beim Scherschneidprozess, d. h. bei dem kontinuierlichen Durchdringen des Schneidstempels 3 durch den Blechwerkstoff 7 wird entsprechend das Dämpfungsfluid 8 zu einem erhöhten Dämpfungs-Gegendruck veranlasst, bzw. gezielt verdrängt und der Druckanstieg des Dämp- fungsfluides 8 in der Fluid-Druckkammer 5 (Dämpfungsfluidbad) wird hier vorzugsweise durch die Regelung des Überströmens des Dämpfungsfluides 8 aus der Fluid-Druckkammer (Dämpfungsfluidbad) 5 in die Überlaufkammer 6 mittels der vorzugsweise hinsichtlich ihres Strömungsquerschnittes regelbaren Drosselstelle 9 geregelt. Auf diese Weise wird der beim Durchtrennen des Werkstückes entstehende Schnittschlag durch Fluid-Gegendruck wirksam reduziert und das Material des Schneidstempels insbesondere im Bereich der umlaufenden Schneidkante wesentlich entlastet, so dass auch das Problem von Kaltaufschweißungen an dem Schneidstempel 3 durch dieses Ausführungsbeispiel gelöst wird.
In Figur 1 zeigt der neben der Drosselstelle 9 nach oben gerichtete Pfeil die Strömungsrichtung des Dämpfungsfluides 8 während des Scherschneidvorganges an.
In Figur 2 ist das Schneidwerkzeug nach Durchtrennen des Werkstoffmateriales und Trennen des Materialstückes 10 aus dem Werkstoffverbund 7 gezeigt. In Verbindung mit der sich hieraus ergebenden in Pfeilrichtung (siehe Kopfplatte 1 ) ergebenden Bewegung des Schneidstempels 3 und der Druckentlastung des Dämpfungsfluides 8 innerhalb der Fluid-Druckkammer 5, kommt es zu einem Rückfluss von Dämpfungsfluid 8 aus der Fluid-Überlaufkammer 6 (Über- lauf-Fluidvorrat) in die Druckkammer 5 (was in Figur 2 durch den neben der Drosselstelle 9 dargestellten, nach unten weisenden Pfeil symbolisiert ist).
Es entsteht in diesem Zusammenhang also ein Druckausgleich zwischen Fluid-Druckkammer (Dämpfungsfluidbad) 5 und Fluid-Überlaufkammer 6, die es auch gestattet, dass schergeschnittene Materialstück 10 aus der Fluid-Druckkammer 5 zu entfernen. Dieses sinkt entweder unter Schwerkrafteinfluss auf den Boden der Fluid-Druckkammer 5 oder wird in einer hier nicht näher dargestellten Weise ggf. auch durch ein spezielles Abförderungssystem aus der Fluid- Druckkammer 5 abgefördert.
Figur 3 verdeutlicht die unveränderte Möglichkeit der Verfahrensführung des Scherschneidens der Werkstücke von einem Blechwerkstoffwickel (Coil), wie dies ein übliches Serienverfahren für das Scherschneiden von Blechmaterial ist. Der Blechmaterialwickel ist mit (12) bezeichnet.
Die Schneidwerkzeuganordnung 100 mit dem Dämpfungsfluidvorrat gestattet die Verwendung konventioneller und in üblicherweise verfügbarer Schneidwerkzeuge 20 für das Scherschneiden höchstfester und ultrahochfester Stähle zu nutzen und hierbei eine hohe Prozesssicherheit zu erreichen.
Die Dämpfungswirkung des Dämpfungsfluides 8 reduziert die Bruchneigung des Schneidstempelwerkstoffes während des Schneidprozesses erheblich. Dadurch wird die Verwendung sehr fester, aber bruchanfälliger Werkzeugwerkstoffe möglich, eine Voraussetzung für hohe Standmengen der Werkzeuge und für eine wirtschaftliche sinnvolle Anwendung derselben. Überdies bedingt die Umspülung der Schnittzone während des Scherschneidens nach dem Scher- schneidprozess und Abtrennen des Werkstückes bzw. Schneidabfalles mit dem Dämpfungsfluid 8, insbesondere Schmieröl, zusätzlich eine starke Entlastung der Aktivteile (Schneidstempel 3, Schnittplatte 4), durch die deutliche Entlastung aller Aktivteile in Folge einer Minimierung der Reibung zwischen der Mantelfläche des Schneidstempels 3 und dem Blechwerkstoff 7, d. h. dem Werkstückmaterial 7 aus dem das Ausschneiden bzw. Lochen des Schneidstückes 10) erfolgt ist. Hierdurch werden Kaltaufschweißungen am Schneidstempel vermindert sowie überdies ein Kühlungseffekt durch Ableiten auftretender Prozesswärme erreicht. Die Erfindung ist für das Scherschneiden höchstfester Stahlblechteile besonders geeignet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schneidwerkzeuganordnung zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe, die sich dadurch auszeichnen, dass das Scherschneiden entgegen einer fluidbasierten Dämpfungskraft eines Dämpfungsfluidvorrates erfolgt, und die Schneidwerkzeuganordnung, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens, ein Schneidwerkzeug angeord- net, in einem Dampfungsfluidvorrat im Bereich eines Schneidkonturdurchbruches 4a einer Schnittplatte bzw. Schneidmatrize des Schneidwerkzeuges aufweist.
Der Dampfungsfluidvorrat, vorzugsweise Schmieröl oder eine andere, ggf. zur Dämpfungskraft als Gegenkraft zu einer Schnittkraft des Schneidstempels auch durch ihre Viskosität beitragende Dämpfungsflüssigkeit führt während des Scherschneidprozesses zu einer Gegenkraft auf den Schneidstempel und damit zu einer deutlichen Reduzierung eines Schnittschlages, so dass auch herkömmliche Schneidwerkzeuge prozesssicher zum Scherschneiden hochfester Stahlblechmaterialien einsetzbar werden.
Liste bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 . Verfahren zum Scherscheiden hochfester Werkstoffe, insbesondere von Stahlblech, wobei das Scherschneiden entgegen einer fluidbasierten Dämpfungskraft eines Dämp- fungsfluidvorrates (8) erfolgt.
2. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1 , wobei das Scherschneiden in einem Dämpfungs- fluidbad (8) erfolgt.
3. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei ein Schneidstempel (3) nach Durchtrennen eines Werkstückmaterials einem auf eine Stirnfläche des Schneidstempels (3) wirkenden dämpfungsfluidbasierten Dämpfungs-Gegendruck ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 3, wobei zumindest eine Schneidmatrize (4) eines Schneidwerkzeuges (20) in einem Dämpfungsfluidvorrat (8) angeordnet wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei eine Dämpfungskraft von einem im Wesentlichen abgeschlossenen Dämpfungsfluidvorrat (5) zum Kontakt mit einem Schneidstempel (3) aufgebracht wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 5, wobei mit einem in einer Fluid-Druckkammer (5) abgeschlossenen Dämpfungsfluidvorrat (8) über eine Drosselstelle(9) ein Überlauf-Fluidvorrat (6) verbunden wird.
7. Verfahren nach Ausführungsbeispiel 6, wobei der Überlauf-Fluidvorrat (6) vom Atmosphärendruck beaufschlagt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei sich zumindest eine Unterkante einer Andruckplatte (2), die während eines Schneidvorganges in Kontakt mit einem in einem Schneidwerkzeug (20) zum Scherschneiden angeordneten Werkstückmaterial (7) ist, in dem Dämpfungsfluidvorrat (8) befindet. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 8, wobei das Dämpfungsfluid eine Dämpfungsflüssigkeit (8), insbesondere Schmieröl ist. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 9, umfassend einen Schneidvorgang unter Zuführung eines Werkstückmateriales (7) von einem Blechmaterialwickel (12) (Coil). Schneidwerkzeuganordnung zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 bis 10, umfassend ein Schneidwerkzeug in einen Dämpfungsfluidvorrat im Bereich eines Schneidkonturdurchbruches (4a) einer Schnittplatte (4) des Schneidwerkzeugs (20). Schneidwerkzeuganordnung nach Ausführungsbeispiel 1 1 , umfasssend eine erste, insbesondere druckdicht abgeschlossene Dämpfungsfluidkammer (5), die den Bereich eines Schneidkonturdurchbruches (4a) der Schnittplatte (4) enthält und eine, vorzugsweise vom Atmosphärendruck beaufschlagte, Fluid-Überlaufkammer (6), die mit der ersten Dämpfungsfluiddruckkammer (5) durch eine, vorzugsweise steuerbare, Drosselstelle (9) verbunden ist. Schneidwerkzeuganordnung nach Ausführungsbeispielen 1 1 oder 12, wobei das Schneidwerkzeug (20) zumindest bis oberhalb einer Unterkante einer Andruckplatte (2) in einer Dämpfungsfluidanordnung (8) aufgenommen, insbesondere in Schmieröl, eingesetzt ist. Schneidwerkzeuganordnung nach Ausführungsbeispielen 12 oder 13, wobei die, vorzugsweise steuerbare, Drosselstelle (9) außerhalb einer Gefäßanordnung, die das Dämpfungsfluid (8) enthält, angeordnet ist. Schneidwerkzeuganordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1 1 bis 14, wobei das Schneidwerkzeug (20) eine Kopfplatte (1 ), eine Andruckplatte (2), zumindest einen Schneidstempel (3) mit Schneidkontur sowie zumindest eine Schneidmatrize (4) mit einem Schneidkonturdurchbruch (4a) aufweist. Schneidwerkzeuganordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ausführungs beispiele 1 1 bis 15, wobei ein Werkstoffmaterial (7) als Werkstoffmaterialband von ei nem Blechwickel (12) (Coil) zuführbar ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Scherscheiden hochfester Werkstoffe, insbesondere von Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidmatrize (4) eines Schneidwerkzeuges (20) in einem Dämpfungsfluid (8) angeordnet wird, und das Scherschneiden entgegen einer fluidbasierten Dämpfungskraft des Dämpfungsfluids (8) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Scherschneiden in einem Dämpfungsfluidbad (5) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schneidstempel (3) nach Durchtrennen eines Werkstückmaterials einem auf eine Stirnfläche des Schneidstempels (3) wirkenden dämpfungsfluidbasierten Dämpfungs-Gegendruck ausgesetzt wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungskraft von dem im Wesentlichen abgeschlossenen Dämpfungsfluidbad (5) zum Kontakt mit dem Schneidstempel (3) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem in dem Dämpfungsfluidbad (5) abgeschlossenen Dämpfungsfluid (8) über eine Drosselstelle (9) eine Fluid-Überlaufkammer (6) verbunden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluid-Überlaufkammer (6) vom Atmosphärendruck beaufschlagt wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest eine Unterkante einer Andruckplatte (2), die während eines Schneidvorganges in Kontakt mit einem in einem Schneidwerkzeug (20) zum Scherschneiden angeordneten Werkstückmaterial (7) ist, in dem Dämpfungsfluid (8) befindet.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsfluid eine Dämpfungsflüssigkeit (8) ist.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schneidvorgang unter Zuführung eines Werkstückmateriales (7) von einem Blechmaterialwickel (12) (Coil).
10. Schneidwerkzeuganordnung zum Scherschneiden hochfester Werkstoffe zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Schneidwerkzeug, das im Bereich eines Schneidkonturdurchbru- ches (4a) einer Schneidmatrize (4) des Schneidwerkzeugs (20) in einem Dampfungsfluid ist.
1 1. Schneidwerkzeuganordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein erstes abgeschlossenes Dämpfungsfluidbad (5), das den Bereich eines Schneidkonturdurchbru- ches (4a) der Schnittplatte (4) enthält und eine vom Atmosphärendruck beaufschlagbare Fluid-Überlaufkammer (6), die mit dem ersten Dämpfungsfluidbad (5) durch eine Drosselstelle (9) verbunden ist.
12. Schneidwerkzeuganordnung nach Anspruch 10 oder 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (20) zumindest bis oberhalb einer Unterkante einer Andruckplatte (2) in dem Dämpfungsfluid (8) aufgenommen ist.
13 Schneidwerkzeuganordnung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (9) außerhalb einer Gefäßanordnung, die das Dämpfungsfluid (8) enthält, angeordnet ist.
14. Schneidwerkzeuganordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidwerkzeug (20) eine Kopfplatte (1 ), eine Andruckplatte (2), zumindest einen Schneidstempel (3) mit Schneidkontur sowie die Schneidmatrize (4) mit einem Schneidkonturdurchbruch (4a) aufweist.
15. Schneidwerkzeuganordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstoffmaterial (7) als Werkstoffmaterialband von einem Blechwickel (12) (Coil) zuführbar ist.
16. Schneidwerkzeuganordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (9) steuerbar ist.
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