WO2019076693A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM REIß-SCHERSCHNEIDEN EINES WERKSTÜCKS - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM REIß-SCHERSCHNEIDEN EINES WERKSTÜCKS Download PDF

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WO2019076693A1
WO2019076693A1 PCT/EP2018/077530 EP2018077530W WO2019076693A1 WO 2019076693 A1 WO2019076693 A1 WO 2019076693A1 EP 2018077530 W EP2018077530 W EP 2018077530W WO 2019076693 A1 WO2019076693 A1 WO 2019076693A1
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crack
cut
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Thomas Flehmig
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • 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
    • 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
    • B23D31/00—Shearing machines or shearing devices covered by none or more than one of the groups B23D15/00 - B23D29/00; Combinations of shearing machines
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    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
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    • B26D1/04—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member
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    • B26D1/065—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a linearly-movable cutting member wherein the cutting member reciprocates for thin material, e.g. for sheets, strips or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
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    • B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
    • B26F3/002—Precutting and tensioning or breaking
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    • B26D2001/006—Cutting members therefor the cutting blade having a special shape, e.g. a special outline, serrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
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    • B26D1/0006—Cutting members therefor
    • B26D2001/0066—Cutting members therefor having shearing means, e.g. shearing blades, abutting blades

Definitions

  • the invention relates to a method for shearing a workpiece
  • a circuit board or a component to be trimmed comprising the steps of: inserting the workpiece to be cut into a cutting device, the cutting device having a first mold half with at least one first cutting means and a second mold half with at least one second mold
  • the invention relates to a
  • Cutting device for shearing a workpiece comprising a first mold half with at least one first cutting means and a second
  • Tool half with at least one second cutting means.
  • Workpieces are usually sheet metal or (sheet) circuit boards or components that usually undergo a plurality of cutting operations during manufacturing processes. Before the production of a workpiece, it is decided which machine and cutting method are most suitable for these cutting operations. These cutting operations include, for example, the
  • Shear cutting and laser cutting The aim of cutting processes is to produce the highest possible cutting edges, which are characterized by a large amount of smooth cut, little or no burr, indentation and
  • Curing in the edge occurs mainly on soft or tough materials. They are the result of massive displacement changes along and in the depth of the edge.
  • high-strength materials especially steels
  • These can be both cold and hot formed, have tensile strengths up to 1900 MPa and / or be very tough.
  • the mechanical trimming of these materials causes high
  • a (total) shear angle of a cutting means is understood to mean the angle between the cutting edges of the first cutting means and the second cutting means.
  • the (total) shear angle can be composed of the individual (partial) shear angles, which are each formed between the respective cutting edge and the workpiece surface (horizontal).
  • a cutting line describes the contour of the cut along which you want to cut.
  • the punching in turn provides a very well controlled cut, but also the highest loads on the cutting edges, since there is no relief of the cutting surfaces.
  • the invention is therefore based on the object, a method and a
  • Apparatus for shearing a workpiece in particular made of high-strength materials, specify, with which the wear of the cutting means is lowered with the same or even improved cutting edge quality.
  • Shearing in particular a circuit board or a component to be trimmed, comprising the steps of inserting the workpiece to be cut in one
  • Cutting device and cutting of the workpiece by means of the cutting means along a cutting line in a cutting region wherein the cutting device comprises a first mold half with at least a first cutting means and a second
  • Tool half having at least one second cutting means, achieved in that by means of the first cutting means in the cutting area at least one crack is introduced into the workpiece and the at least one crack during the
  • Cutting process along the cutting line is driven.
  • the shear cutting takes place at a shear angle> 0 °.
  • a cutting line describes the contour of the cut along which the cut is to be made, in particular along the surface of the work piece, so that after cutting
  • nachgeringem penetration of the respective cutting means in the workpiece breaks the Workpiece and forms a break or crack. This in particular already when penetrating with a penetration depth of less than 20% or preferably less than 10% of the sheet thickness. Furthermore, the fracture or crack, triggered by the respective knife contour, propagates continuously, controlled and guided in the cutting area along the cutting line. He rushes the respective cutting means (slightly) along the cutting line until the complete separation of the workpiece along the cutting line
  • Cut line is done. In the area of the cut, the workpiece is then bounded by the cut surface. Since the cutting edges no longer really need to make a cut, but only have to produce the guided crack after cutting or piercing, the cutting edges are only slightly in contact with the workpiece and therefore almost completely relieved, resulting in long service life.
  • the method may be referred to as a tear shear cutting.
  • Cut surface of fractions are not disadvantageous. Because very hard materials always also have fine-grained microstructures, the process according to the invention also produces very fine-grained fractured surfaces, so that no or only very little grain is separated by the grain boundaries
  • an additional advantage of the method lies in the fact that the continuous cracks do not cause cutting impacts with corresponding transverse force oscillations. Rather, the cutting means when shear cutting with breaking or tearing produce a relatively uniform cutting force curve with low cutting forces, which does not produce an abrupt return of the force to zero after severing.
  • the hardly existing smooth cut portion also avoids the formation of burrs, so that substantially burr-free edges can be produced by the method according to the invention.
  • the method is particularly suitable for cutting high-strength and brittle materials, but (with appropriate modifications) can also be used for cutting soft and tough materials.
  • the workpiece is made of steel, in particular a high-strength steel.
  • the workpiece is a cold or hot formed steel workpiece. It has been found that in particular workpieces with tensile strengths of up to 1900 MPa and more can be processed by the method according to the invention.
  • thin sheets having a thickness of 0.1 mm to 5 mm are preferably processed by the method according to the invention.
  • the first cutting means in the longitudinal direction of the first cutting means at least one
  • triangular area preferably two, more preferably three or more
  • the workpiece is clamped before cutting with a workpiece holder (hold-down).
  • the clamping can cause slippage of the workpiece during the process
  • the crack or crack propagation produced by the first cutting means is controlled such that the at least one crack does not exceed a maximum distance which preferably corresponds approximately to the workpiece thickness, in particular not more than 2 mm, preferably not more than 1.5 mm, particularly preferably not more than 1 mm ahead of the (respective) contact location of the first cutting means with the workpiece along the cutting line.
  • the crack removes in one embodiment not more than 1% to 100%, in particular 2% to 90%, preferably 5% to 80% of the workpiece thickness of the contact location of the first cutting means with the Workpiece.
  • the contact location is understood to mean the region at which the cutting means is in force-acting, direct contact with the material.
  • an open cut or a closed cut is produced by the cutting operation by means of the cutting means.
  • the opposite sides of the workpiece are forcibly cut.
  • the cutting system is thus largely free of lateral forces. This leads to a low cutting edge load and thus low wear.
  • open cuts are those cuts which do not have a closed cutting line.
  • a typical cutting process for creating open cuts is clipping.
  • the open section may have a substantially straight line of intersection.
  • the stroke of the first cutting means is set equal to or less than the workpiece thickness.
  • a cutting gap is provided between the first and the second cutting means, wherein the cutting gap is less than 10%, preferably less than 6% of the workpiece thickness.
  • the cutting gap is less than 10%, preferably less than 6% of the workpiece thickness.
  • Cutting means and introduced thereby at least one crack is made to the comments on the first cutting means.
  • the second cutting means has a triangular area, preferably two, more preferably three or more triangular areas.
  • the cutting means are moved toward each other during the cutting operation, preferably equally, so that the cracks introduced by the two cutting means are controlled
  • the triangular areas of the second cutting means are arranged directly opposite or longitudinally offset from the triangular areas of the first cutting means. Due to the double-sided design, the shear angle set at the first and / or second cutting means can be reduced to half the value of the shear angle at a
  • the equivalent unilateral method according to the invention can be reduced. For example, if a sheet metal with a sheet thickness of 2 mm in the one-sided process shear angle of 9 ° with a leg length of 15 to 30 mm set, the (partial) shear angle in the double-sided design of the first and the second cutting means to 4.5 ° are reduced, since in sum, a total shear angle of 9 ° results.
  • the tips of the triangular-shaped regions are opposite one another and are moved toward one another during cutting.
  • a longitudinal displacement of the tips to each other is conceivable in which the tips are arranged offset and not to move directly to each other when cutting, but longitudinally offset each other over.
  • the first and / or the second cutting means define a (total) shear angle of 1 ° to 20 °, preferably 2 ° to 15 °, particularly preferably 3 ° to 10 ° and more preferably 7 ° to 9 °.
  • the (total) shear angle is understood to mean the angle between the cutting edges of the first and second cutting means, which, however, consists of the two partial shear angles between the respective cutting edge of a cutting edge
  • Cutting means in particular one side of a triangular area
  • the workpiece surface can assemble.
  • two partial shear angles of 0.5 ° to 10 °, preferably 1 ° to 7.5 °, particularly preferably 1.5 ° to 5 ° and more preferably 3.5 ° to 4.5 ° are provided.
  • the shear angle should be so great, in particular in conjunction with the distance between the individual tips of the triangular-shaped regions, that the crack can not move far away from the contact location of the first cutting means with the workpiece. It has been recognized that the smaller the shear angle and the greater the sheet thickness and material strength, the farther away the crack from the point of contact and vice versa.
  • the method is a one-step method.
  • a single-stage embodiment of the method according to the invention allows a reduction of the necessary processing steps of the workpiece and thus causes a cost savings.
  • a cut surface is produced on the workpiece which is substantially more than 50%, preferably more than 80% or more than 90% and particularly preferably more than 99% a fracture surface.
  • the shear cutting is performed as counter-cutting and / or as a double-cut method.
  • a correspondingly shaped cutting means can be used, for example, as a cutting means during counter cutting.
  • a double-cut method (which can also be performed as counter-cutting) is a cutting method, wherein the first cutting means has two cutting edges on its end facing the workpiece, so that a double cut is produced during the cutting operation by means of the cutting means.
  • Both sides of the workpiece to be cut are used to clamp the workpiece
  • the first cutting means is not yet in contact with the workpiece during the clamping step. It is further preferred that the two workpiece holders move synchronously toward the workpiece and react like a component rigidly connected to one another.
  • the first cutting means is arranged between the two workpiece holders, so that a double cut can be carried out.
  • the clamping force of the workpiece holder is dimensioned such that slipping of the workpiece is almost prevented. To create the double cut are on the workpiece facing
  • Front side of the first cutting means preferably arranged two identical cutting edges, so that the quality of cut in both sections is substantially identical.
  • the cutting angle of each cutting edge of the first cutting means is preferably greater than 90 °, optimally the cutting angle is approximately in the range of 98 °. As a double cut thus a section is called, which is composed of two separate (offset parallel) cutting lines.
  • transverse forces arising during the cutting act advantageous against each other in the double cut and thus at least largely cancel each other so that hardly any transverse forces act on the first cutting means or the cutting edges arranged on the first cutting means.
  • the situation is similar with the second cutting means and third cutting means, so that these components in the
  • one or both cutting edges of the first cutting means can now be designed such that a controlled crack is produced, in particular one or both cutting edges of the first cutting means can have triangular regions.
  • Method comprising a first mold half with at least a first
  • Cutting means achieved in that the first cutting means is designed such that At least one crack can be introduced into the workpiece by means of the first cutting means in the cutting area and the at least one crack can be driven (controlled) along the cutting line during the cutting process.
  • the first cutting means is designed such that At least one crack can be introduced into the workpiece by means of the first cutting means in the cutting area and the at least one crack can be driven (controlled) along the cutting line during the cutting process.
  • such a device can be used to produce high-quality cuts with a high fraction of fractions and at the same time reduce wear on the cutting means.
  • the first cutting means in the longitudinal direction at least one triangular area, preferably two, more preferably three or more triangular areas, wherein the pointing away from the cutting means tips of the triangular areas are optionally rounded.
  • the first tool half preferably also comprises at least one workpiece holder, which is preferably a hold-down device.
  • Cutting agent can be further reduced.
  • the tip of the triangular-shaped areas or points are directed to the workpiece surface substantially in the direction of movement of the cutting means.
  • the necessary, conventionally relatively long stroke is reduced to a size which corresponds at most to the sheet thickness, since cutting is effected simultaneously at several points of the workpiece.
  • the hub preferably be designed less than the sheet thickness, so that even can be dispensed with an overlap of the cutting means. This in turn has the advantage that very small cutting gaps can be adjusted, so that the unfavorable shear forces during shearing are greatly reduced and a very good cutting quality is achieved.
  • the triangular or triangular regions are configured in the longitudinal direction such that a shear angle ⁇ of 1 ° to 20 °, preferably 2 ° to 15 °, particularly preferably 3 ° to 10 ° or more preferably 7 ° to 9 is produced.
  • a shear angle ⁇ of 1 ° to 20 °, preferably 2 ° to 15 °, particularly preferably 3 ° to 10 ° or more preferably 7 ° to 9 is produced.
  • the second cutting means is designed such that at least one crack can be introduced into the workpiece by means of the second cutting means in the cutting area and the at least one crack can be driven along the cutting line during the cutting process.
  • the second cutting means can in particular be designed in such a way as already explained in connection with the first cutting means.
  • the second cutting means in the longitudinal direction at least one triangular area, preferably two, more preferably three or more triangular areas, wherein the pointing away from the cutting means tips of the triangular areas are optionally rounded.
  • the tips of the triangular regions of the first and the second cutting means are arranged, for example, directly opposite one another and / or offset in the longitudinal direction from one another.
  • the second cutting means in construction substantially corresponds to the first cutting means. Due to the double-sided design reduces the first or second
  • Cutting means set shear angle to half the value in one-sided procedure. For example, in a sheet metal with a sheet thickness of 2 mm in the one-sided process shear angle of 9 ° with a leg length of 15 to 30 mm set so reduces the shear angle in the double-sided design at the first and the second cutting means to 4.5 °, so sum in total
  • Shear angle of 9 ° results.
  • the tips of the triangular areas are opposite each other.
  • a transverse displacement of the tips to each other may be useful.
  • a further acceleration of the shear cutting process is achieved.
  • the device according to the invention can be integrated into the anyway required deep-drawing 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 a cutting tool.
  • Fig. 1 is a full section of an embodiment of an inventive
  • FIG. 3 shows a full section of the device in a schematic representation during the placement of the first cutting means on a workpiece to be cut, and the crack propagation during the
  • Fig. 4 is a full section of the device in a schematic representation after the process step cutting and
  • FIG. 5 shows a full section of the double-sided embodiment of the device in a schematic representation during the placement of the first cutting means on a workpiece to be cut, and the crack propagation during the process step cutting.
  • Fig. 1 shows a full section of a first embodiment of a
  • the inventive device in one-sided execution in a schematic representation during the process step insert, this full section and the full sections of the following Fig. 2 to 5 are each in the cutting area.
  • the device has a first upper mold half 1 with a first cutting means, in the form of an upper knife 11 and a workpiece holder, in the form of a hold-down 12.
  • the first cutting means has three triangular areas 13 extending in the longitudinal direction of the first cutting means with slightly rounded tips 14 and legs 15, the triangular areas 13 each having an opening angle 16, so that overall a shear angle 17 of approximately 8 ° is set in this case ,
  • the device has a second tool half 2 with a second cutting means, in the form of a conventional longitudinally planar lower blade 21, on.
  • the first tool half 1 preferably not shown guide elements which engage in the second mold half 2 and allow an exact relative movement and cutting gap adjustment between the two mold halves 1 and 2.
  • a workpiece in the form of a sheet 3 is inserted, so that in the illustrated sectional plane on the upper side of the sheet 3, the desired cutting line 31 is located.
  • a full section of the device is shown in a schematic representation during the process step terminals.
  • the hold-down 12 of the first mold half 1 is lowered, so that the sheet 3 to be cut is fixed such that slipping of the material is substantially prevented.
  • a shear angle 17 and a tip 14 of a triangular area 13 are shown only as examples and representative of all marked triangular areas 13.
  • FIG. 3 shows a full section of the device in a schematic representation during placement of the first cutting means 11 on a sheet 3 to be cut.
  • the first cutting means 11 is guided in such a way that only a substantially vertical movement of the first cutting means 11 in the cutting direction 4 is made possible.
  • detail view 301 the first penetration or cutting of the sheet metal surface along the desired cutting line 31 is first of all shown.
  • Fig. 5 shows a full section of the double-sided embodiment of the device in a schematic representation during placement of the first cutting means 11 on a workpiece to be cut, and in detail 502 the crack propagation during the process step cutting.
  • ThePolscherwinkel between the cutting edges of the two cutting means 11, 21 is then in this case about 16 °.
  • the first cutting means 11 moves in the direction 4 and the second cutting means 21 substantially vertically to the first cutting means 11 in the direction 7, wherein both cutting means 11, 21 have an identical stroke and move at the same speed.
  • the tips 14 of the first cutting means 11 and the tips 24 of the second cutting means 21 move straight towards each other and penetrate substantially simultaneously into the respective surface of the sheet 3.
  • a crack 5a and from a triangular region 23 of the second cutting means 21 a crack 5b is introduced into the sheet 3, which are in each case propelled in a controlled manner, in particular along the direction 51, ie along the cutting means 11, 21 or along the section line 31.
  • the two cracks 5a and 5b already merge substantially at half the sheet thickness, so that a further acceleration of the
  • triangular regions 13 of the first and second cutting means 11, 21 are arranged directly opposite one another, it is alternatively also possible to arrange the triangular regions 13 of the first and second cutting means 11, 21 offset from one another along the cutting line 31.

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  • Shearing Machines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scherschneiden eines Werkstücks (3), insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, umfassend die Schritte: Einlegen des zu schneidenden Werkstücks in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte (1) mit mindestens einem ersten Schneidmittel (11) und eine zweite Werkzeughälfte (2) mit mindestens einem zweiten Schneidmittel (21) aufweist und Schneiden des Werkstücks (3) mittels der Schneidmittel entlang einer Schnittlinie in einem Schnittbereich. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Scherschneiden eines Werkstücks (3). Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Scherschneiden eines Werkstücks (3), insbesondere aus hochfesten Werkstoffen, anzugeben, mit denen der Verschleiß der Schneidmittel gesenkt, wird bei einem Verfahren dadurch gelöst, dass mittels des ersten Schneidmittels (11) in dem Schnittbereich mindestens ein Riss (5, 5a, 5b) in das Werkstück eingebracht wird und der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie vorangetrieben wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reiß-Scherschneiden eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Scherschneiden eines Werkstücks,
insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, umfassend die Schritte: Einlegen des zu schneidenden Werkstücks in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem ersten Schneidmittel und eine zweite Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten
Schneidmittel aufweist und Schneiden des Werkstücks mittels der Schneidmittel entlang einer Schnittlinie in einem Schnittbereich. Weiter betrifft die Erfindung eine
Schneidvorrichtung zum Scherschneiden eines Werkstücks aufweisend eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem ersten Schneidmittel und eine zweite
Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten Schneidmittel.
Bei Werkstücken handelt es sich üblicherweise um Bleche oder (Blech-) Platinen oder Bauteile, 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, 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 hohem 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. Dort finden sich relativ geringe oder keine Glattschnittanteile an der Schnittfläche und viel Bruchanteil an der gesamten Schnittfläche, der teilweise für nicht senkrechte Schnittflächen und Ausbrüche sorgen kann. Dafür treten minimale Einzüge und Grate auf. Ist der Bruch grob, wirkt er wie eine Kerbe. Dies erhöht die Kantenrissempfindlichkeit einer geschnittenen Kante.
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 stumpf und/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.
Um diesen Effekten insbesondere bei hochfesten Stählen zu begegnen, wäre es beispielsweise denkbar, die Schneidwinkel der Messer mit Werten oberhalb von 90° zu versehen, die Geometrie der Schneidkanten zu modifizieren, Schnittschläge durch steife Werkzeuge und geeignete Dämpfer zu vermeiden, vorgeschnittene Kanten
nachzuschneiden oder das Feinschneiden einzusetzen. Beim Feinschneiden kann ein hoher Glattschnittanteil bei hoher Gratfreiheit und hoher Rechtwinkligkeit der Schnittfläche in Bezug auf die Werkstückoberfläche durch den Einsatz von Ringzacken bei kleinen Schneidspalten erreicht werden.
Zur Reduktion der Schneidenbelastung kommt auch ein Konterschneiden mit
Anschneiden, Gegenschneiden und Durchschneiden zur Herstellung von gratfreien Schnittflächen, insbesondere mit hohem Glattschnittanteil von mehr als 80 %, in Betracht, jedoch liegt die Gesamtschneidkraft beim Konterschneiden höher als beim Scherschneiden. Außerdem erfordert das Konterschneiden aufgrund benötigter
Spannungsüberlagerungen einen geschlossenen Schnitt. Ein geringer Verschleiß bei hoher Schnittkantenqualität kann damit allerdings auch nicht zufriedenstellend erreicht werden.
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 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 möglichst hohe Schnittqualitäten erzielen zu können, haben sich in der Praxis des Scherschneidens von Platinen und Bauteilen hochfester Werkstoffe Scherwinkel von unter 1° etabliert. Dies um unkontrollierte Rissverläufe im Material zu vermeiden, die dadurch entstehen, dass sich ein Riss mit fortschreitender Schneidlänge immer weiter von der Schnittstelle entfernt. Unter einem (Gesamt-) Scherwinkel eines Schneidmittels wird hierbei der Winkel zwischen den Schneidkanten des ersten Schneidmittels und des zweiten Schneidmittels verstanden. Der (Gesamt-) Scherwinkel kann sich dabei aus den einzelnen (Teil-) Scherwinkeln zusammensetzen, welche jeweils zwischen der jeweiligen Schneidkante und der Werkstückoberfläche (Horizontalen) gebildet werden. Eine Schnittlinie beschreibt den Konturverlauf des Schnittes entlang der geschnitten werden soll. Bei hochfesten Stählen wird auf ein Scherschneiden mit Scherwinkeln häufig ganz verzichtet (das heißt Scherwinkel = 0°), die Kontur also nur ausgestanzt. Das Ausstanzen wiederum liefert zwar einen sehr gut kontrollierten Schnitt, aber auch die höchsten Belastungen auf die Schneidkanten, da keine Entlastung der Schneidflächen erfolgt.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Scherschneiden eines Werkstücks, insbesondere aus hochfesten Werkstoffen, anzugeben, mit denen der Verschleiß der Schneidmittel bei gleicher oder sogar verbesserter Schnittkantenqualität gesenkt wird.
Die zuvor aufgeführte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum
Scherschneiden, insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, umfassend die Schritte Einlegen des zu schneidenden Werkstücks in eine
Schneidvorrichtung und Schneiden des Werkstücks mittels der Schneidmittel entlang einer Schnittlinie in einem Schnittbereich, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem ersten Schneidmittel und eine zweite
Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten Schneidmittel aufweist, dadurch gelöst, dass mittels des ersten Schneidmittels in dem Schnittbereich mindestens ein Riss in das Werkstück eingebracht wird und der mindestens eine Riss während des
Schneidvorgangs längs der Schnittlinie vorangetrieben wird.
Das Scherschneiden erfolgt dabei unter einem Scherwinkel > 0°. Wie bereits
beschrieben, wird unter dem (gesamten) Scherwinkel der Winkel zwischen den
Schneidkanten der ersten und zweiten Schneidmittel verstanden. Eine Schnittlinie beschreibt den Konturverlauf des Schnittes, entlang der geschnitten werden soll, insbesondere entlang der Oberfläche des Werkstücks, sodass nach dem
Schneidevorgang eine Schnittkante des Werkstücks existiert.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird insbesondere zunächst ein Anschneiden oder Anstechen des Werkstücks durch das Schneidmittel verursacht. Aber schon
nachgeringem Eindringen des jeweiligen Schneidmittels in das Werkstück bricht das Werkstück und bildet dabei einen Bruch bzw. Riss aus. Dies insbesondere schon beim Eindringen mit einer Eindringtiefe von unter 20 % oder bevorzugt unter 10 % der Blechdicke. Im Weiteren breitet sich der Bruch bzw. Riss, ausgelöst durch die jeweilige Messerkontur fortlaufend, kontrolliert und geführt im Schnittbereich entlang der Schnittlinie aus. Dabei eilt er dem jeweiligen Schneidmittel (geringfügig) entlang der Schnittlinie voraus bis die vollständige Trennung des Werkstücks entlang der
Schnittlinie erfolgt ist. Im Bereich des Schnitts ist das Werkstück anschließend durch die Schnittfläche begrenzt. Da die Schneidkanten nun nicht mehr wirklich einen Schnitt ausführen, sondern nach einem Anschneiden oder Anstechen nur noch den geführten Riss erzeugen müssen, sind die Schneidkanten nur gering mit dem Werkstück in Kontakt und daher nahezu vollständig entlastet, was zu langen Standzeiten führt. Das Verfahren kann insofern als ein Reiß-Scherschneiden bezeichnet werden.
In Abkehr von den üblichen Methoden beim Scherschneiden, die insbesondere auf eine Erhöhung des Glattschnittanteils abzielen, wurde erfindungsgemäß der Brucheffekt benutzt, der bei hochfesten Werkstoffen schon bei geringen Eindringtiefen wirkt. Die „Einstechbereiche" weisen dadurch nur sehr geringe Glattschnittanteile auf. Durch den fortlaufenden, voreilenden Bruch bzw. Riss bestehen alle weiteren Bereiche der
Schnittfläche aus Bruchanteilen. Die hohen Bruchanteile an der geschnittenen Fläche sind nicht von Nachteil. Weil sehr harte Werkstoffe immer auch feinkörnige Gefüge besitzen, entstehen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch sehr feinkörnige Bruchflächen, so dass durch die Korngrenzen keine oder nur sehr geringe
Kerbwirkungen entstehen können. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass die Bruchstellen keine Randaufhärtungen, die die Rissanfälligkeit erhöhen könnten, besitzen.
Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens liegt schließlich darin, dass die fortlaufenden Risse keine Schnittschläge mit entsprechenden Querkraftschwingungen verursachen. Vielmehr erzeugen die Schneidmittel beim Scherschneiden mit Brechen bzw. Reißen einen relativ gleichmäßigen Schnittkraftverlauf mit geringen Schnittkräften, der nach dem Durchtrennen kein abruptes Zurückgehen der Kraft auf Null erzeugt. Zudem vermeidet der kaum vorhandene Glattschnittanteil auch die Bildung von Graten, sodass durch das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen gratfreie Kanten erzeugt werden können. Das Verfahren ist besonders für das Schneiden von hochfesten und spröden Werkstoffen geeignet, kann aber (mit entsprechenden Modifikationen) auch für das Schneiden von weichen und zähen Werkstoffen verwendet werden.
Beispielsweise besteht das Werkstück aus Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl. Beispielsweise ist das Werkstück ein kalt- oder warmumgeformtes Stahlwerkstück. 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 mm durch das erfindungsgemäße Verfahren bearbeitet.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das erste Schneidmittel in Längsrichtung des ersten Schneidmittels mindestens einen
dreiecksförmigen Bereich, bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr
dreiecksförmige Bereiche auf.
Da im Falle von mehreren (im Längsschnitt des Schneidmittels gesehen)
dreieckförmigen Bereichen das Werkstück an mehreren Stellen (gleichzeitig) getrennt wird, reduziert sich der notwendige ansonsten relativ lange Hub beim Scherschneiden mit Scherwinkeln auf eine Größe, die vorzugsweise höchstens der Werkstückdicke entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstück vor dem Schneiden mit einem Werkstückhalter (Niederhalter) geklemmt. Durch die Klemmung kann ein Verrutschen des Werkstücks während des
Schneidvorgangs im Wesentlichen verhindert und die Schnittqualität weiter erhöht werden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der durch das erste Schneidmittel mindestens eine erzeugte Riss bzw. Rissfortschritt derart kontrolliert geführt, dass der mindestens eine Riss nicht weiter als eine maximale Entfernung, die vorzugsweise etwa der Werkstückdicke entspricht, insbesondere nicht weiter als 2 mm, bevorzugt nicht weiter als 1,5 mm, besonders bevorzugt nicht weiter als 1 mm dem (jeweiligen) Kontaktort des ersten Schneidmittels mit dem Werkstück entlang der Schnittlinie vorauseilt.
In Bewegungsrichtung des ersten Schneidmittels gesehen (insbesondere senkrecht zur Werkstückoberfläche) entfernt sich der Riss in einer Ausgestaltung nicht weiter als 1 % bis 100 % , insbesondere 2 % bis 90 %, vorzugsweise 5 % bis 80 % der Werkstückdicke vom Kontaktort des ersten Schneidmittels mit dem Werkstück.
Unter dem Kontaktort wird hierbei der Bereich verstanden, an dem das Schneidmittel mit dem Werkstoff in kraftwirkendem, direkten Kontakt steht.
Mit einem derart kontrolliert geführten Riss lassen sich besonders hoch qualitative Schnittflächen mit wenig bis keinen negativen Auswirkungen erzeugen. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel ein offener Schnitt oder ein geschlossener Schnitt erzeugt. Bei der Anwendung auf einem geschlossenen Schnitt, beispielsweise beim Lochen, werden zwangsweise auch die gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks mitgeschnitten. Das Schneidsystem ist damit weitgehend querkraftfrei. Dies führt zu einer geringen Schneidkantenbelastung und damit geringem Verschleiß. Als offene Schnitte werden im Rahmen der Erfindung diejenigen Schnitte bezeichnet, die keine geschlossene Schnittlinie aufweisen. Ein typischer Schneidprozess zum Erzeugen von offenen Schnitten ist das Abschneiden. Beispielsweise kann der offene Schnitt eine im Wesentlichen geradlinige Schnittlinie aufweisen. Das Verfahren hat sich für offene Schnitte als besonders vorteilhaft herausgestellt, da hiermit auch bei offenen Schnitten nur geringe Querkraftwirkungen erzeugt werden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Hub des ersten Schneidmittels gleich der oder geringer als die Werkstückdicke eingestellt. Durch den im Vergleich zum konventionellen Scherschneiden (mit einem Hub größer als der Werkstückdicke) verringerten Hub lässt sich das Schneiden beschleunigen. Wird der Hub geringer als die Werkstückdicke ausgelegt, kann sogar auf eine Überdeckung der ersten und zweiten Schneidmittel (im Längsschnitt gesehen) verzichtet werden, sodass sich insbesondere auch kleinere Schneidspalte realisieren lassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zwischen dem ersten und dem zweiten Schneidmittel ein Schneidspalt vorgesehen, wobei der Schneidspalt kleiner als 10 %, bevorzugt kleiner als 6 % der Werkstückdicke beträgt. Durch solch kleine Schneidspalte wird die Qualität, insbesondere die Rechtwinkligkeit der Schnittfläche verbessert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zudem mittels des zweiten Schneidmittels in dem Schnittbereich mindestens ein Riss in das Werkstück eingebracht und der mindestens eine Riss wird während des
Schneidvorgangs längs der Schnittlinie (auf der dem zweiten Schneidmittel
zugewandten Werkstückoberfläche) vorangetrieben. In Bezug auf das zweite
Schneidmittel und den dadurch eingebrachten mindestens einen Riss wird auf die Ausführungen zum ersten Schneidmittel verwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das zweite Schneidmittel einen dreiecksförmigen Bereich, bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmigen Bereiche auf. Vorzugsweise werden die Schneidmittel während des Schneidvorgangs, bevorzugt gleichermaßen, aufeinander zu bewegt, sodass die durch die beiden Schneidmittel eingebrachten Risse kontrolliert
vorangetrieben werden. Beispielsweise sind die dreiecksförmigen Bereiche des zweiten Schneidmittels direkt gegenüberliegend oder in Längsrichtung versetzt zur den dreiecksförmigen Bereichen des ersten Schneidmittels angeordnet. Durch die doppelseitige Auslegung kann der am ersten und/oder zweiten Schneidmittel eingestellte Scherwinkel auf die Hälfte des Werts des Scherwinkels bei einem
äquivalenten erfindungsgemäßen einseitigen Verfahren reduziert werden. Sind beispielsweise bei einem Blech mit einer Blechdicke von 2 mm im einseitigen Verfahren Scherwinkel von 9° mit einer Schenkellänge von 15 bis 30 mm eingestellt, so kann der (Teil-) Scherwinkel bei der doppelseitigen Auslegung beim ersten und beim zweiten Schneidmittel auf 4,5° reduziert werden, da sich in Summe ein Gesamt-Scherwinkel von 9° ergibt. In der Regel stehen sich bei der doppelseitigen Ausführung die Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche gegenüber und werden beim Schneiden gerade aufeinander zu bewegt. Jedoch ist auch eine Längs-Verschiebung der Spitzen zueinander denkbar, bei der die Spitzen versetzt angeordnet sind und sich beim Schneiden nicht direkt aufeinander zu bewegen, sondern längs versetzt aneinander vorbei.
Damit wird eine weitere Beschleunigung des Scherschneidverfahrens erzielt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens definieren die ersten und/oder die zweiten Schneidmittel einen (Gesamt-) Scherwinkel von 1° bis 20°, bevorzugt 2° bis 15°, besonders bevorzugt 3° bis 10° und weiter bevorzugt 7° bis 9°. Wie ausgeführt, wird unter dem (gesamten) Scherwinkel der Winkel zwischen den Schneidkanten der ersten und zweiten Schneidmittel verstanden, welcher sich jedoch aus den beiden Teilscherwinkeln zwischen der jeweiligen Schneidkante eines
Schneidmittels (insbesondere einer Seite eines dreiecksförmigen Bereichs) und der Werkstückoberfläche zusammensetzen kann. Bei der doppelseitigen Auslegung sind dann beispielsweise zwei Teilscherwinkel von 0,5° bis 10°, bevorzugt 1° bis 7,5°, besonders bevorzugt 1,5° bis 5° und weiter bevorzugt 3,5° bis 4,5° vorgesehen. Zur Kontrolle der Rissausbreitung sollte der Scherwinkel insbesondere in Verbindung mit dem Abstand der einzelnen Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche zueinander so groß sein, dass sich der Riss nicht weit vom Kontaktort des ersten Schneidmittels mit dem Werkstück entfernen kann. Es wurde erkannt, dass je kleiner der Scherwinkel und je größer die Blechdicke und die Werkstofffestigkeit sind, desto weiter entfernt sich der Riss vom Kontaktort und umgekehrt. Die im Vergleich zum konventionellen Scherschneiden mit Scherwinkeln unter 1° verhältnismäßig großen Scherwinkel von 1° bis 20° bevorzugt 2° bis 15°, besonders bevorzugt 3° bis 10 oder weiter bevorzugt 7° bis 9°, erlauben hierbei eine besonders gute Kontrolle über das Fortschreiten des Risses und somit wird eine besonders gute Qualität der Schnittfläche erzielt.
Durch diese verhältnismäßig großen Scherwinkel können sehr hohe Bruchanteile an der Schnittfläche erzeugt werden und somit die Qualität des Schnitts weiter gesteigert werden. Durch die Einstellung der Scherwinkel kann ein kontrolliertes, dem fortschreitenden Eindringen der Schneidmittel vorauseilendes Versagen des Materials besonders zuverlässig bewirkt werden, sodass die Schneidmittel entlastet werden und durch den geringeren Verschleiß eine lange Lebensdauer der Schneidmittel erreicht wird. Zudem erzeugen derartige Scherwinkel der Schneidmittel einen relativ gleichmäßigen Schnittkraftverlauf mit geringen Schnittkräften, der nach dem Durchschneiden kein abruptes Zurückgehen der Kraft auf Null erzeugt. Auch ein Wegdrängen entlang der Schnittlinie der Platine oder des Teils kann nicht auftreten, da die horizontalen
Kraftvektoren stets gegeneinander gerichtet sind.
Da die Schneidkanten der Schneidmittel nach dem ersten Kontakt nur noch den geführten Riss erzeugen müssen, sind insbesondere bis auf die Spitzen der
dreiecksförmigen Bereiche die Schneidkanten nur gering mit dem Werkstoff des Werkstücks in Kontakt und daher nahezu vollständig entlastet, was zu einer
Verringerung des Verschleißes der Schneidmittel führt.
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 eine Kostenersparnis. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an dem Werkstück eine Schnittfläche erzeugt, die im Wesentlichen zu mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 80 % oder mehr als 90 % und besonders bevorzugt mehr als 99% eine Bruchfläche ist.
Die hohen Bruchanteile an der Schnittfläche sind bei harten Werkstoffen sehr feinkörnig. Demzufolge lassen die Korngrenzen keine oder nur sehr geringe
Kerbwirkungen entstehen. Zudem besitzen die Bruchflächen keine Randaufhärtungen, die die Rissanfälligkeit erhöhen könnten. Daher ist ein hoher Anteil der Bruchfläche an der Schnittfläche vorteilhaft für die Qualität des Schnitts.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Scherschneiden als Konterschneiden und/oder als Doppelschnittverfahren ausgeführt. So kann ein entsprechend ausgeformtes Schneidmittel etwa als ein Schneidmittel beim Konterschneiden eingesetzt werden. Ein Doppelschnittverfahren (welches ebenfalls als Konterschneiden durchgeführt werden kann) ist ein Schneidverfahren, wobei das erste Schneidmittel an seiner dem Werkstück zugewandten Stirnseite zwei Schneidkanten aufweist, so dass während des Schneidvorgangs mittels der Schneidmittel ein doppelter Schnitt erzeugt wird.
Dabei werden zum Klemmen des Werkstücks beide Seiten des zu schneidenden
Werkstücks zwischen einem Werkstückhalter und einer oder mehreren Anlageflächen derart fixiert, dass ein Verrutschen des Werkstücks während des Schneidvorgangs im Wesentlichen verhindert wird. Bevorzugt ist das erste Schneidmittel während des Klemmschritts noch nicht in Kontakt mit dem Werkstück. Weiter ist es bevorzugt, dass sich die beiden Werkstückhalter synchron auf das Werkstück zubewegen und wie ein starr miteinander verbundenes Bauteil reagieren. Das erste Schneidmittel ist zwischen den beiden Werkstückhaltern angeordnet, damit ein Doppelschnitt durchgeführt werden kann. Die Klemmkraft der Werkstückhalter ist dabei derart dimensioniert, dass ein Verrutschen des Werkstücks nahezu verhindert wird. Zum Erzeugen des doppelten Schnitts sind an der dem Werkstück zugewandten
Stirnseite des ersten Schneidmittels bevorzugt zwei identische Schneidkanten angeordnet, sodass die Schnittqualität bei beiden Schnitten im Wesentlichen identisch ist. Außerdem ist der Schneidwinkel jeder Schneidkante des ersten Schneidmittels vorzugsweise größer als 90°, optimal liegt der Schneidwinkel etwa im Bereich um 98°. Als Doppelschnitt wird somit ein Schnitt bezeichnet, der sich aus zwei voneinander getrennten (parallel versetzten) Schnittlinien zusammensetzt.
Die während des Schneidens entstehenden Querkräfte wirken bei dem doppelten Schnitt vorteilhaft gegeneinander und heben sich somit zumindest weitestgehend auf, so dass auf das erste Schneidmittel bzw. die an dem ersten Schneidmittel angeordneten Schneidkanten kaum Querkräfte wirken. Ähnlich verhält es sich auch mit dem zweiten Schneidmittel und dritten Schneidmittel, so dass auch auf diese Bauteile im
Wesentlichen kaum Querkräfte wirken.
Durch die Reduktion bzw. die Aufhebung der auf die Schneidmittel wirkenden
Querkräfte wird die Kantenbelastung der Werkzeuge und der daran angrenzenden Flächen der Werkzeuge (Stirn- und Mantelflächen) weiterhin reduziert, was wiederum eine längere Standzeit der Werkzeuge und eine bessere Schnittqualität des zu schneidenden Werkstücks bedingt.
Hierbei können nun eine oder beide Schneidkanten des ersten Schneidmittels derart ausgestaltet sein, dass ein kontrollierter Riss erzeugt wird, insbesondere können eine oder beide Schneidkanten des ersten Schneidmittels dreiecksförmige Bereiche aufweisen.
Gemäß einer zweiten Lehre wird die oben angegebene Aufgabe bei einer
Schneidvorrichtung, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, aufweisend eine erste Werkzeughälfte mit mindestens einem ersten
Schneidmittel und eine zweite Werkzeughälfte mit mindestens einem zweiten
Schneidmittel, dadurch gelöst, dass das erste Schneidmittel derart ausgestaltet ist, dass mittels des ersten Schneidmittels in dem Schnittbereich mindestens ein Riss in das Werkstück eingebracht werden kann und der mindestens eine Riss während des Schneidvorgangs (kontrolliert) längs der Schnittlinie vorangetrieben werden kann. Mit einer solchen Vorrichtung lassen sich, wie oben bereits beschrieben, qualitativ hochwertige Schnitte mit hohem Bruchanteil erzeugen und gleichzeitig der Verschleiß der Schneidmittel reduzieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist das erste Schneidmittel in Längsrichtung mindestens einen dreiecksförmigen Bereich, bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmigen Bereiche auf, wobei die vom Schneidmittel wegzeigenden Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche optional abgerundet sind. Vorzugsweise umfasst die erste Werkzeughälfte zudem mindestens einen Werkstückhalter, welcher vorzugsweise ein Niederhalter ist.
Wie zum erfindungsgemäßen Verfahren bereits ausgeführt, lassen sich durch eine derartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung, weitere
Verbesserung der Schnittqualität und eine weitere Reduktion des Verschleißes der Schneidmittel erzielen. Bevorzugt sorgt eine Abrundung der Spitze eines
dreiecksförmigen Bereichs für eine optimierte Verteilung der Kraftwirkung beim Eindringen der Spitze in die Werkstückoberfläche, sodass der Verschleiß des
Schneidmittels weiter reduziert werden kann.
Insbesondere ist die Spitze des oder sind die Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche im Wesentlichen in Bewegungsrichtung der Schneidmittel auf die Werkstückoberfläche gerichtet.
Weist das Schneidmittel in Längsrichtung insbesondere zwei, drei, vier oder mehr dreiecksförmige Bereiche auf, wird der notwendige, konventionell relativ lange Hub auf eine Größe verringert, die maximal der Blechdicke entspricht, da an mehreren Stellen des Werkstücks gleichzeitig geschnitten wird. Wie bereits ausgeführt, kann der Hub bevorzugt geringer als die Blechdicke ausgelegt sein, sodass sogar auf eine Überdeckung der Schneidmittel verzichtet werden kann. Dies wiederum hat den Vorteil, dass sehr kleine Schneidspalte eingestellt werden können, sodass die ungünstigen Querkräfte beim Scherschneiden stark reduziert werden und eine sehr gute Schnittqualität erzielt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der oder die dreiecksförmigen Bereiche in Längsrichtung so ausgestaltet, dass ein Scherwinkel σ von 1° bis 20°, bevorzugt 2° bis 15°, besonders bevorzugt 3° bis 10° oder weiter bevorzugt 7° bis 9°, erzeugt wird. Beispielsweise ergibt sich bei gleicher Länge der Schenkel bzw. der offenliegenden Seiten der dreiecksförmigen Bereiche der
Öffnungswinkel α (zwischen den gleichlangen Schenkeln) des dreiecksförmigen
Bereichs zu α = 180° - 2 σ. Die Länge eines Schenkels bzw. einer Seite eines
dreiecksförmigen Bereichs wird bevorzugt in Abhängigkeit von dem definierten
Scherwinkel, der Blechdicke und/oder dem Hub ermittelt. Aus der gewünschten Schnittlänge kann dann unter Berücksichtigung der Scherwinkel und der
Schenkellängen die benötigte Anzahl an nebeneinander längs der Schnittlinie angeordneten dreiecksförmigen Bereichen abgeleitet werden. Wie bereits zum erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt, sorgt eine entsprechende
Ausformung der Schneidmittel insbesondere für eine Verbesserung der Rissführung und damit der Schnittqualität.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist zudem das zweite Schneidmittel derart ausgestaltet ist, dass mittels des zweiten Schneidmittels in dem Schnittbereich mindestens ein Riss in das Werkstück eingebracht werden kann und der mindestens eine Riss während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie vorangetrieben werden kann. Das zweite Schneidmittel kann dabei insbesondere derart ausgestaltet sein, wie bereits in Zusammenhang mit dem ersten Schneidmittel ausgeführt. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schneidvorrichtung weist das zweite Schneidmittel in Längsrichtung mindestens einen dreiecksförmigen Bereich, bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmige Bereiche auf, wobei die vom Schneidmittel wegzeigenden Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche optional abgerundet sind. Die Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche des ersten und des zweiten Schneidmittels sind beispielsweise direkt gegenüberliegend und/oder in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Beispielsweise entspricht das zweite Schneidmittel im Aufbau im Wesentlichen dem ersten Schneidmittel. Durch die doppelseitige Auslegung reduziert sich der am ersten bzw. zweiten
Schneidmittel eingestellte Scherwinkel auf die Hälfte des Werts beim einseitigen Verfahren. Beispielsweise sind bei einem Blech mit einer Blechdicke von 2 mm im einseitigen Verfahren Scherwinkel von 9° mit einer Schenkellänge von 15 bis 30 mm eingestellt, so reduziert sich der Scherwinkel bei der doppelseitigen Auslegung beim ersten und beim zweiten Schneidmittel auf 4,5°, sodass sich in Summe ein Gesamt-
Scherwinkel von 9° ergibt. Üblicherweise stehen sich bei der doppelseitigen Ausführung die Spitzen der dreiecksförmigen Bereiche gegenüber. In besonderen Fällen kann aber auch eine Quer-Verschiebung der Spitzen zueinander sinnvoll sein. Damit wird eine weitere Beschleunigung des Scherschneidverfahrens erzielt.
Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in die sowieso benötigten Tiefzieh- und Beschnittoperationen einer Presse integriert werden oder singulär in einer Tafelschere umgesetzt werden. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft integriert in einer Tafelschere oder 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,
Fig. 3 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels auf ein zu schneidendes Werkstück, sowie die Rissausbreitung während des
Verfahrensschrittes Schneiden,
Fig. 4 einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung nach dem Verfahrensschritt Schneiden und
Fig. 5 einen Vollschnitt der doppelseitigen Ausführung der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels auf ein zu schneidendes Werkstück, sowie die Rissausbreitung während des Verfahrensschrittes Schneiden.
Fig. 1 zeigt einen Vollschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung in einseitiger Ausführung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Einlegen, wobei dieser Vollschnitt sowie die Vollschnitte der folgenden Fig. 2 bis 5 jeweils im Schnittbereich liegen. Die Vorrichtung weist eine erste obere Werkzeughälfte 1 mit einem ersten Schneidmittel, in Form eines Obermessers 11 und einem Werkstückhalter, in Form eines Niederhalters 12 auf. Das erste Schneidmittel weist drei sich in Längsrichtung des ersten Schneidmittels erstreckende dreiecksförmige Bereiche 13 mit leicht abgerundeten Spitzen 14 und Schenkeln 15 auf, wobei die dreiecksförmigen Bereiche 13 jeweils einen Öffnungswinkel 16 aufweisen, sodass insgesamt ein Scherwinkel 17 von in diesem Fall etwa 8° eingestellt ist. Daneben weist die Vorrichtung eine zweite Werkzeughälfte 2 mit einem zweiten Schneidmittel, in Form eines konventionellen in Längsrichtung ebenen Untermessers 21, auf. Weiter besitzt die erste Werkzeughälfte 1 vorzugsweise nicht dargestellte Führungselemente, die in die zweite Werkzeughälfte 2 eingreifen und eine exakte Relativbewegung und Schneidspalteinstellung zwischen beiden Werkzeughälften 1 und 2 ermöglichen. In die Vorrichtung wird ein Werkstück in Form eines Blechs 3 eingelegt, sodass in der dargestellten Schnittebene auf der Oberseite des Blechs 3 die gewünschte Schnittlinie 31 liegt.
In der Fig. 2 ist ein Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Verfahrensschritts Klemmen dargestellt. In dieser Darstellung ist der Niederhalter 12 der ersten Werkzeughälfte 1 abgesenkt, sodass das zu schneidende Blech 3 derart fixiert ist, dass ein Verrutschen des Werkstoffs im Wesentlichen verhindert wird. Der Übersichtlichkeit halber werden nur noch exemplarisch und stellvertretend für alle eingezeichneten dreiecksförmigen Bereiche 13 ein Scherwinkel 17 und eine Spitze 14 eines dreiecksförmigen Bereichs 13 dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Vollschnitt der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels 11 auf ein zu schneidendes Blech 3.
Das erste Schneidmittel 11 ist dabei derart geführt, dass nur eine im Wesentlichen vertikale Bewegung des ersten Schneidmittels 11 in Schneidrichtung 4 ermöglicht wird. In der Detailansicht 301 wird zunächst das erste Eindringen bzw. Anschneiden der Blechoberfläche entlang der gewünschten Schnittlinie 31 dargestellt. Durch das
Anschneiden des Blechs 3 durch das Eindringen der dreiecksförmigen Bereiche 13 in das Blech 3 wird schon bei geringer Eindringtiefe ein Riss 5 ausgehend von der Spitze 14 in das Blech 3 eingebracht. Dieser Riss 5 wird danach, wie in Detailansicht 302 dargestellt, aufgrund des eingestellten Scherwinkels 17 kontrolliert im Schnittbereich, insbesondere in Richtung 51, welche dem Verlauf der Schnittlinie 31 folgt,
vorangetrieben bis das Blech durch Vereinigung der durch die drei dreiecksförmigen Bereiche 13 jeweils vorangetriebenen Risse 5, wie in Fig. 4 mit Detailansicht 303 dargestellt, vollständig entlang der Schnittlinie 31 getrennt ist, sodass eine qualitativ hochwertige Schnittfläche 6 entsteht. Dadurch, dass der Riss 5 den Seiten und der Spitze 14 des dreiecksförmigen Bereiches 13 vorauseilt, werden die dreiecksförmigen Bereiche 13 und damit das erste Schneidmittel 11 entlastet, sodass dessen Lebensdauer gegenüber konventionellen Schneidmitteln zum Scherschneiden deutlich erhöht ist.
Fig. 5 zeigt einen Vollschnitt der doppelseitigen Ausführung der Vorrichtung in einer schematischen Darstellung während des Aufsetzens des ersten Schneidmittels 11 auf ein zu schneidendes Werkstück, sowie in Detailansicht 502 die Rissausbreitung während des Verfahrensschrittes Schneiden.
In der doppelseitigen Ausführung weist das zweite Schneidmittel 21, analog zum ersten Schneidmittel 11, drei sich in Längsrichtung des zweiten Schneidmittels 21 erstreckende dreiecksförmige Bereiche 23 mit leicht abgerundeten Spitzen 24 auf, wobei die dreiecksförmigen Bereiche 23 jeweils einen Öffnungswinkel 26 aufweisen, sodass ein (Teil-) Scherwinkel 27 von 8° eingestellt ist. Der Gesamtscherwinkel zwischen den Schneidkanten der beiden Schneidmittel 11, 21 beträgt in diesem Fall dann etwa 16°. In dieser Ausführung bewegt sich das erste Schneidmittel 11 in Richtung 4 und das zweite Schneidmittel 21 im Wesentlichen vertikal auf das erste Schneidmittel 11 in Richtung 7 zu, wobei beide Schneidmittel 11, 21 einen identischen Hub haben und sich mit gleicher Geschwindigkeit bewegen. Wie in Detailansicht 501 dargestellt, bewegen sich die Spitzen 14 des ersten Schneidmittels 11 und die Spitzen 24 des zweiten Schneidmittels 21 gerade aufeinander zu und dringen im Wesentlichen gleichzeitig in die jeweilige Oberfläche des Blechs 3 ein. Beim ersten Eindringen in die Oberfläche des Blechs 3 wird von einem dreiecksförmigen Bereich 13 des ersten Schneidmittels 11 ein Riss 5a und von einem dreiecksförmigen Bereich 23 des zweiten Schneidmittels 21 ein Riss 5b in das Blech 3 eingebracht, die jeweils insbesondere entlang der Richtung 51, also längs der Schneidmittel 11, 21 bzw. entlang der Schnittlinie 31, kontrolliert vorangetrieben werden. Die beiden Risse 5a und 5b vereinigen sich dabei schon im Wesentlichen auf der Hälfte der Blechdicke, sodass eine weitere Beschleunigung des
Scherschneidverfahrens erzielt wird.
Während in der hier dargestellten Ausführungsform die dreiecksförmigen Bereiche 13des ersten und zweiten Schneidmittels 11, 21 direkt gegenüberliegend angeordnet sind, ist es alternativ ebenfalls möglich, die dreiecksförmigen Bereiche 13 des ersten und zweiten Schneidmittels 11, 21 entlang der Schnittlinie 31 zueinander versetzt anzuordnen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Scherschneiden eines Werkstücks (3), insbesondere einer Platine oder eines zu beschneidenden Bauteils, umfassend die Schritte:
Einlegen des zu schneidenden Werkstücks in eine Schneidvorrichtung, wobei die Schneidvorrichtung eine erste Werkzeughälfte (1) mit mindestens einem ersten Schneidmittel (11) und eine zweite Werkzeughälfte (2) mit mindestens einem zweiten Schneidmittel (21) aufweist,
Schneiden des Werkstücks (3) mittels der Schneidmittel (11, 21) entlang einer Schnittlinie (31) in einem Schnittbereich,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels des ersten Schneidmittels (11) in dem Schnittbereich mindestens ein Riss (5, 5a, 5b) in das Werkstück (3) eingebracht wird und der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie (31) vorangetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Schneidmittel (11) in Längsrichtung des ersten Schneidmittels (11) mindestens einen dreiecksförmigen Bereich (13), bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmige Bereiche (13) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Werkstück (3) vor dem Schneiden mit einem Werkstückhalter (12) geklemmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der durch das erste
Schneidmittel (11) mindestens eine erzeugte Riss (5, 5a, 5b) derart kontrolliert geführt wird, dass der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) nicht weiter als eine maximale Entfernung, die vorzugsweise der Werkstückdicke entspricht, insbesondere nicht weiter als 2 mm, bevorzugt nicht weiter als 1,5mm, besonders bevorzugt nicht weiter als 1mm dem Kontaktort des ersten
Schneidmittels (11) mit dem Werkstück (3) entlang der Schnittlinie vorauseilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei durch den Schneidvorgang mittels der Schneidmittel (11, 21) ein offener Schnitt oder ein geschlossener Schnitt erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hub des ersten
Schneidmittels (11) gleich der oder geringer als die Werkstückdicke eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Schneidmittel ein Schneidspalt vorgesehen ist, wobei der
Schneidspalt kleiner als 10 %, bevorzugt kleiner als 6 % der Werkstückdicke beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zudem mittels des zweiten Schneidmittels (21) in dem Schnittbereich mindestens ein Riss (5, 5a, 5b) in das Werkstück (3) eingebracht wird und der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie (31) vorangetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zweite Schneidmittel (21) einen dreiecksförmigen Bereich (23), bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmigen Bereiche (23) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die ersten und/oder zweiten Schneidmittel (11, 21) einen Scherwinkel (17, 27) von 1° bis 20°, bevorzugt 2° bis 15°, besonders bevorzugt 3° bis 10 und weiter bevorzugt 7° bis 9°, definieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren
einstufiges Verfahren ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erzeugte Schnittfläche (6) zu im Wesentlichen mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 80 % oder mehr als 90 % und besonders bevorzugt mehr als 99% eine Bruchfläche ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Scherschneiden als Konterschneiden und/oder als Doppelschnittverfahren ausgeführt wird.
Schneidvorrichtung zum Scherschneiden eine Werkstücks, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend eine erste Werkzeughälfte (1) mit mindestens einem ersten Schneidmittel (11) und eine zweite Werkzeughälfte (2) mit mindestens einem zweiten Schneidmittel (21),
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Schneidmittel (11) derart ausgestaltet ist, dass mittels des ersten Schneidmittels (11) in dem Schnittbereich mindestens ein Riss (5, 5a, 5b) in das Werkstück (3) eingebracht werden kann und der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie (31) vorangetrieben werden kann.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das erste Schneidmittel (11) in Längsrichtung mindestens einen dreiecksförmigen Bereich (13), bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmigen Bereiche (13) aufweist, wobei die vom Schneidmittel (11) wegzeigenden Spitzen (14) der dreiecksförmigen Bereiche (13) optional abgerundet sind.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei zudem das zweite
Schneidmittel (21) derart ausgestaltet ist, dass mittels des zweiten
Schneidmittels (21) in dem Schnittbereich mindestens ein Riss (5, 5a, 5b) in das Werkstück (3) eingebracht werden kann und der mindestens eine Riss (5, 5a, 5b) während des Schneidvorgangs längs der Schnittlinie (31) vorangetrieben werden kann.
Schneidvorrichtung nach Anspruch 16, wobei das zweite Schneidmittel (21) in Längsrichtung mindestens einen dreiecksförmigen Bereich (23), bevorzugt zwei, weiter bevorzugt drei oder mehr dreiecksförmige Bereiche (23) aufweist, wobei die vom Schneidmittel (21) wegzeigenden Spitzen (24) der dreiecksförmigen Bereiche (23) optional abgerundet sind.
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US6041639A (en) * 1999-02-09 2000-03-28 The Boeing Company Method and apparatus for stretch-forming and shearing sheet metal

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