WO2023213853A1 - Stanzvorrichtung und stanzverfahren - Google Patents

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WO2023213853A1
WO2023213853A1 PCT/EP2023/061625 EP2023061625W WO2023213853A1 WO 2023213853 A1 WO2023213853 A1 WO 2023213853A1 EP 2023061625 W EP2023061625 W EP 2023061625W WO 2023213853 A1 WO2023213853 A1 WO 2023213853A1
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WO
WIPO (PCT)
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workpiece
punching
force
die part
die
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/061625
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Niessner
Original Assignee
TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/34—Perforating tools; Die holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/14—Dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/16—Shoulder or burr prevention, e.g. fine-blanking

Definitions

  • the invention relates to a punching device and a punching method according to the preamble of the independent claims as well as to a punching machine with a corresponding punching device.
  • Punching machines for punching or cutting various materials are widely used in industrial and commercial use.
  • the components to be punched or separated are primarily made of metal, such as flat sheets of metal.
  • metal such as flat sheets of metal.
  • undesirable deformations can occur along the material as a result, for example curvatures can occur along a large flat punched sheet.
  • the processing result does not always meet the quality requirements.
  • An object of the invention is to provide a punching device for a punching machine and a punching method which meets high quality requirements.
  • a further object of the invention is to provide a cost-effective punching device for a punching machine and a cost-effective punching method.
  • a punching device is provided with a punch for applying a force FP to a workpiece against an associated die for punching or cutting the workpiece, the die comprising a fixed die part and a movable die part.
  • a punching process is provided for punching or cutting a workpiece with the following process steps:
  • a punching machine with a corresponding punching device is also provided.
  • the fixed die part is connected to the movable die part by means of at least one spring with a spring force FF, wherein during operation the movable die part engages the workpiece and the spring force FF counteracts the force FP applied by the punch.
  • the at least one spring is inexpensive and appropriately fulfills the feature of the relative movement between the movable die part and the fixed die part connected thereto.
  • the process force FP which is applied in a controlled manner, determines the depth of penetration of the fixed die part of the die into the underside of the workpiece, which regulates a tension balance in the cutting process itself.
  • a directivity is regulated by the penetration depth.
  • the fixed die part and the movable die part are circular and the fixed die part has an inclined surface from a punching edge on the inside towards the outside. With this training, a punched edge is provided on the outside, which attacks the workpiece and creates advantageous mechanical stress conditions in the workpiece.
  • the fixed die part and the movable die part are circular and the fixed die part has a straight flat surface from a punched edge on the inside towards the outside.
  • other mechanical stress states can be created in the workpiece.
  • the die and the punch are designed to cut the workpiece by means of shear cutting, the punch and the die being arranged offset from one another in the horizontal direction.
  • shear cutting of the workpiece is made possible, with the punch and the die forming two cutting edges that move past each other and cut the workpiece.
  • a scraper rests on the workpiece on the side facing the punch and acts on the workpiece with a force FA.
  • the wiper acts with the force FA of the same magnitude as the opposite spring force FF during operation in a balance of forces.
  • the force Fpan acting from the stamp is adapted to changing process conditions.
  • the force Fpan is adapted to a geometry of the die that has changed due to wear or abrasion of the cutting edge of the die.
  • the process conditions change as a result of changed geometries on the cutting elements or the cutting edge of the die. Due to the changed points of contact of the cutting edge on the workpiece due to the worn die, the stress conditions in the workpiece change during and after the cutting process.
  • the force FP By adjusting the force FP, the undesirably changed tension states are compensated for.
  • Fig. 1 shows a schematic side section of a punching device of an example of the invention with a punch, a die with a fixed die part with an inclined surface and a movable die part connected thereto, and a workpiece between the punch and the die;
  • FIG. 3 shows a further mechanical stress distribution in a workpiece during a punching process similar to FIG. 2 with a punching device of an example of the invention according to FIG. 1;
  • Fig. 4 shows a schematic side section of a punching device with a punch, a die with a fixed die part with a flat surface and a movable die part connected thereto, and a workpiece between the punch and the die similar to Fig. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic side section of a punching device 1 of an example of the invention for punching or separating workpieces 12 in a punching machine.
  • the workpiece 12 can be made of any material and with different shapes, in this case the workpiece 12 shown in FIG. 1 is a flat sheet of metal.
  • the workpiece 12 is usually fed to the punching machine in a controlled manner on a workpiece support and processed by the punching device 1 in the punching machine, whereby the workpiece 12 is usually divided, for example a part of the workpiece 12 is removed. In this way, almost any geometric figures, such as holes, are cut into the workpiece 12 brought in.
  • the punching device 1 here comprises a solid stamp 4, which is controlled in a vertical direction from above with a force FP to the workpiece 12 and exerts the force Fpan on the top of the workpiece 12.
  • the punching device 1 On the underside of the workpiece 12 opposite the punch 4, the punching device 1 comprises a die 6.
  • the punch 4 and the die 6 usually work together for the purpose of separating or punching, with the punch 4 and the die 6 from opposite sides attack the workpiece 12 and exert forces on the workpiece 12.
  • the die 6 essentially comprises the components designated by a bracket in FIG. 1. In Fig.
  • the die 6 comprises a fixed die part 7, which is firmly attached to the punching machine during operation of the punching device 1 and is not movable.
  • the fixed die part 7 has a flat first section 19 and a higher, upwardly projecting second section 20 with a punched edge 11 on the inside of the die 6, on the left in Fig. 1.
  • the first section 19 and the second section 20 are separated by a dashed line for purposes of illustration.
  • the punching edge 11 engages the workpiece 12 during operation.
  • the fixed die part 7 has an inclined surface 13, which extends from the punching edge 11 on the inside towards the outside of the die 6, so that during operation the punching edge 11 on the inside of the die 6 essentially contacts the workpiece 12 attacks, while the remaining surfaces of the inclined surface 13 do not attack the workpiece 12.
  • a force exerted on the workpiece 12 consequently acts along the punching edge 11.
  • the die 6 further comprises a movable die part 8, which executes a movement in the vertical direction according to FIG. 1 during operation of the punching device 1.
  • the movable die part 8 is connected to the fixed die part 7, in this example with a spring 9 with a spring force FF.
  • a plurality of springs 9 can also be provided, which ensure the fixed Mechanically connect the die part 7 and the movable die part 8 to one another.
  • the workpiece 12 is moved in the horizontal direction between the punch 4 and the die 6 up to a position at which the workpiece 12 is punched.
  • the workpiece 12 is usually stopped for a short time, the stamp 4 and a scraper 14 or hold-down device are guided to the workpiece 12 from above.
  • the scraper 14, which acts on the top of the workpiece 12 with a force FA, is flat and usually serves to prevent undesirable vertical lifting of the workpiece 12 when the stamp 4 is moved back.
  • the wiper 14 also serves to achieve a tension balance in the workpiece 12 by means of the force FA, which counteracts the spring force FF.
  • the stamp 4 fed to the workpiece 12 exerts a vertical force FP on the top of the workpiece 12 from above.
  • the force FP is counteracted by a correspondingly equal counterforce FR through the fixed die part 7 of the die 6 on the underside of the workpiece 12.
  • the spring force FF also acts in a vertical direction on the movable die part 8, which is fed to the workpiece 12 from below before the punching process. Accordingly, the force FP from the stamp 4 and the force FA from the wiper 14 counteract the spring force FF.
  • the force FP from the stamp 4 causes the stamp 4 to move vertically downwards and the workpiece 12 to the positions of the punching edge
  • the movable die part 8 also moves vertically downwards, whereby the spring 9 is compressed.
  • the movable die part 8 moves in the direction of the first section 19 along the side of the second section 20 of the fixed die part 7.
  • the spring 9 is further compressed and the movable die part 8 is pressed further downwards until the pressure initiated by the stamp 4 Force FP or process force and the mechanical resistance of the workpiece to be machined
  • the movable die part 8 is moved upwards by the spring force FF of the tensioned spring 9. During this movement of the movable die part 8 upwards into a starting position before cutting, only the force FA of the scraper 14 acts against the spring force FF. After the workpiece 12 has been cut, the stamp 4 is moved upwards into a starting position.
  • FIG. 1 shows a mechanical stress distribution in a workpiece 12 during a punching process with a punching device according to the prior art.
  • the workpiece 12 is shown in side section.
  • the two arrows in the upper and lower part of the workpiece 12 represent force effects that occur during the punching process and contribute to the stress distribution in the workpiece 12.
  • a first material zone 16 is shown dark and denotes areas in the workpiece 12 with a high mechanical stress, in the example from approximately -70MPa (megapascal) to -100MPa
  • a second material zone 17 is shown slightly lighter and denotes areas in the workpiece 12 with a lower tension , in the example from approximately -30MPa (megapascal) to -40MPa
  • a third material zone 18 is shown brightly and denotes areas in the workpiece 12 with an even lower stress, in the example from approximately -40MPa (megapascal) to 30MPa.
  • the mechanical stresses depend on various influencing factors, such as the cutting clearance, the cutting speed, the shear strength, the hardness of the material and the sheet thickness.
  • the first material zone 16 is largely present in the upper region of the workpiece 12, while the second material zone 17 is largely present in the lower region of the workpiece 12. It can be seen that the stress distribution in the workpiece 12 is uneven. The uneven stress distribution shown, in particular between the upper and lower regions of the workpiece 12, can lead to deformations of the workpiece 12 as a result of the punching process.
  • FIG. 3 shows a further mechanical stress distribution in a workpiece 12 during a punching process similar to FIG. 2 with a punching device 1 of an example of the invention according to FIG. 1.
  • the first material zone 16 which characterizes the above-mentioned high stresses, in the upper region of the workpiece 12 is significantly reduced, in particular is not present at the upper edge of the upper region.
  • the second material zone 17 according to FIG. 3 is present more uniformly in the workpiece 12 than the second material zone 17 according to FIG. 2 according to the prior art.
  • FIG. 4 shows a schematic side section of a punching device 1 before the punching process, similar to FIG. 1.
  • the stamp 4 exerts the force Fp on the workpiece 12
  • the die 6 includes the fixed die part 7 and the movable die part 8 connected to it by means of the spring 9.
  • the second section 20 of the fixed die part 6 shown on the left in FIG. 4 is in contrast 1, a straight or flat surface 23 on the top formed, which attacks the workpiece 12 from below during the punching process.
  • the scraper 14 or hold-down device exerts the force FA on the workpiece 12 from above.
  • the flat surface 23 of the fixed die 6 has no inclination like the inclined surface 13 of the embodiment according to FIG. 1. Consequently, the entire flat surface 23 touches the workpiece 12 during the punching process.
  • the punching process is carried out as described.
  • the stamp 4 acts in a controlled manner with the force Fp from above on the workpiece 12, with the movable die part 8 being pressed downwards against the spring force FF.
  • the workpiece 12 is moved accordingly and pressed against the second section 20 of the protruding fixed die part 7.
  • the punch 4 and the second section 20 of the fixed die part 7 function as cutting edges that move past each other.
  • the workpiece 12 is separated at the left edge of the flat surface 23 of the fixed die part 7 according to FIG. 4.
  • the separated part of the workpiece 12 falls through the recess 10 and is usually disposed of in the containers or containers assigned to the punching machine.
  • the punching device 1 in the embodiment according to FIG. 4 has similar advantages with regard to the stress conditions in the material of the workpiece 12, as described.
  • the stress distribution during punching or cutting in the workpiece 12 is considerably more balanced, particularly between the upper and lower areas, and the mechanical stresses are more evenly distributed. As a result, the workpiece 12 is much less prone to deformation, with larger sheets in particular deforming less.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stanzvorrichtung und auf ein Stanzverfahren. Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Stanzvorrichtung für eine Stanzmaschine und ein Stanzverfahren bereitzustellen, welches hohe Qualitätsanforderungen erfüllt. Vorgesehen ist eine Stanzvorrichtung mit einem Stempel zum Aufbringen einer Kraft FP an ein Werkstück gegen eine zugeordnete Matrize für das Stanzen oder Trennen des Werkstücks, wobei die Matrize ein feststehendes Matrizenteil und ein bewegliches Matrizenteil umfasst. Außerdem ist ein Stanzverfahren für das Stanzen oder Trennen eines Werkstücks vorgesehen mit den Verfahrensschritten: - Aufbringen einer Kraft FP von einem Stempel an ein Werkstück; - Bereitstellen einer Matrize umfassend ein feststehendes Matrizenteil und ein verbundenes bewegliches Matrizenteil, welches an der entgegengesetzten Seite des Werkstücks angreift; - Bewegen des beweglichen Matrizenteils relativ zum feststehenden Matrizenteil durch die Kraft FP im Betrieb.

Description

Stanzvorrichtung und Stanzverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stanzvorrichtung und auf ein Stanzverfahren nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche sowie auf eine Stanzmaschine mit einer entsprechenden Stanzvorrichtung.
Stanzmaschinen zum Stanzen oder Trennen verschiedener Materialien sind vielfältig im industriellen und gewerblichen Einsatz verbreitet. Die zu stanzenden oder trennenden Bauteile sind vorwiegend aus Metall ausgebildet, etwa flächige Bleche. Bei derartigen und ähnlichen Materialien kann es bei gewöhnlichen Stanzmaschinen oder Stanzverfahren vorkommen, dass entlang des Materials im Ergebnis unerwünschte Verformungen auftreten, etwa können Wölbungen entlang eines großen flächigen gestanzten Blechs auftreten. Das Bearbeitungsergebnis entspricht als Folge hieraus nicht in jedem Fall den gestellten Qualitätsanforderungen. Im Stand der Technik ist zum Beheben der Verformungen vorgeschlagen, ein gestanztes Werkstück nach dem Stanzen oder Trennen in einem weiteren Bearbeitungsschritt zu richten, entweder in derselben verwendeten Stanzmaschine oder in einer weiteren zugeordneten Maschine.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Stanzvorrichtung für eine Stanzmaschine und ein Stanzverfahren bereitzustellen, welches hohe Qualitätsanforderungen erfüllt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine kostengünstige Stanzvorrichtung für eine Stanzmaschine und ein kostengünstiges Stanzverfahren bereitzustellen.
Zum Lösen dieser Aufgaben ist vorgesehen eine Stanzvorrichtung mit einem Stempel zum Aufbringen einer Kraft FP an ein Werkstück gegen eine zugeordnete Matrize für das Stanzen oder Trennen des Werkstücks, wobei die Matrize ein feststehendes Matrizenteil und ein bewegliches Matrizenteil umfasst. Außerdem ist ein Stanzverfahren für das Stanzen oder Trennen eines Werkstücks vorgesehen mit den Verfahrensschritten:
- Aufbringen einer Kraft Fpvon einem Stempel an ein Werkstück;
- Bereitstellen einer Matrize umfassend ein feststehendes Matrizenteil und ein verbundenes bewegliches Matrizenteil, welches an der entgegengesetzten Seite des Werkstücks angreift;
- Bewegen des beweglichen Matrizenteils relativ zum feststehenden Matrizenteil durch die Kraft FP im Betrieb.
Ferner ist vorgesehen eine Stanzmaschine mit einer entsprechenden Stanzvorrichtung.
Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Bei einem Beispiel der Erfindung ist das feststehende Matrizenteil mittels wenigstens einer Feder mit einer Federkraft FF mit dem beweglichen Matrizenteil verbunden, wobei im Betrieb das bewegliche Matrizenteil an das Werkstück angreift und die Federkraft FF der vom Stempel aufgebrachten Kraft FP entgegenwirkt. Die wenigstens eine Feder ist kostengünstig und erfüllt das Merkmal der Relativbewegung zwischen dem beweglichen Matrizenteil und dem damit verbundenen feststehenden Matrizenteil in geeigneter Weise.
Die kontrolliert eingebrachte Prozesskraft FP bestimmt eine Eindringtiefe des feststehenden Matrizenteils der Matrize in die Unterseite des Werkstücks, wodurch ein Spannungsgleichgewicht im Trennprozess selbst geregelt wird. Insbesondere wird durch die Eindringtiefe eine Richtwirkung geregelt.
Bei einem weiteren Beispiel sind das feststehende Matrizenteil und das bewegliche Matrizenteil kreisförmig ausgebildet und das feststehende Matrizenteil weist von einer Stanzkante an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine geneigte Fläche auf. Mit dieser Ausbildung ist eine Stanzkante an der Außenseite vorgesehen, welche an das Werkstück angreift und vorteilhafte mechanische Spannungszustände im Werkstück erzeugt.
Bei einem alternativen Beispiel der Erfindung sind das feststehende Matrizenteil und das bewegliche Matrizenteil kreisförmig ausgebildet und das feststehende Matrizenteil weist von einer Stanzkante an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine gerade verlaufende ebene Fläche auf. Mit diesem alternativen Beispiel können andere mechanische Spannungszustände im Werkstück erzeugt werden.
Bei einem weiteren Beispiel sind die Matrize und der Stempel dazu ausgebildet, das Werkstück mittels Scherschneiden zu zertrennen, wobei der Stempel und die Matrize in horizontaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Mit dieser Anordnung der Stanzvorrichtung wird das Scherschneiden des Werkstücks ermöglicht, wobei der Stempel und die Matrize zwei sich aneinander vorbeibewegende Schneiden bilden, welche das Werkstück zerteilen.
Bei einem weiteren Beispiel liegt ein Abstreifer im Betrieb an der dem Stempel zugerichteten Seite am Werkstück an und wirkt mit einer Kraft FA auf das Werkstück. Bevorzugt wirkt der Abstreifer mit der Kraft FA mit der gleichen Größe wie die entgegengesetzte Federkraft FF im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht.
Bei einem weiteren Beispiel wird die vom Stempel wirkende Kraft Fpan veränderte Prozessbedingungen angepasst. Insbesondere wird die Kraft Fpan eine durch Verschleiß oder Abrieb der Schneidkante der Matrize veränderte Geometrie der Matrize angepasst. Die Prozessbedingungen ändern sich infolge geänderter Geometrien an den Schneidelementen oder der Schneidkante der Matrize. Durch die geänderten Angriffspunkte der Schneidkante am Werkstück aufgrund der verschleißten Matrize verändern sich die Spannungszustände im Werkstück während und nach dem Trennvorgang. Durch ein Anpassen der Kraft FP werden die hierdurch unerwünscht geänderten Spannungszustände ausgeglichen. Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft anhand der Zeichnungen wie folgt in Einzelheiten beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung eines Beispiels der Erfindung mit einem Stempel, einer Matrize mit einem feststehenden Matrizenteil mit einer geneigten Fläche und einem damit verbundenen beweglichen Matrizenteil sowie einem Werkstück zwischen dem Stempel und der Matrize;
Fig. 2 zeigt eine mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück während eines Stanzvorgangs mit einer Stanzvorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 zeigt eine weitere mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück während eines Stanzvorgangs ähnlich zu Fig. 2 mit einer Stanzvorrichtung eines Beispiels der Erfindung nach Fig. 1 ;
Fig. 4 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung mit einem Stempel, einer Matrize mit einem feststehenden Matrizenteil mit einer ebenen Fläche und einem damit verbundenen beweglichen Matrizenteil sowie einem Werkstück zwischen dem Stempel und der Matrize ähnlich zu Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung 1 eines Beispiels der Erfindung für das Stanzen oder Trennen von Werkstücken 12 in einer Stanzmaschine. Das Werkstück 12 kann aus einem beliebigen Material und mit verschiedenen Formen ausgebildet sein, hierbei ist das in Fig. 1 gezeigte Werkstück 12 ein flächiges Blech aus Metall. Das Werkstück 12 wird gewöhnlich der Stanzmaschine gesteuert auf einer Werkstückauflage zugeführt und von der Stanzvorrichtung 1 in der Stanzmaschine bearbeitet, wobei das Werkstück 12 gewöhnlich zerteilt wird, etwa wird ein Teil des Werkstücks 12 entfernt. Derart werden nahezu beliebige geometrische Figuren, etwa Löcher, in das Werkstück 12 eingebracht. Die Stanzvorrichtung 1 umfasst hierbei einen massiven Stempel 4, welcher gesteuert in senkrechter Richtung von oben mit einer Kraft FP zum Werkstück 12 geführt wird und die Kraft Fpan der Oberseite des Werkstücks 12 ausübt. An der dem Stempel 4 entgegengesetzten Unterseite des Werkstücks 12 umfasst die Stanzvorrichtung 1 eine Matrize 6. Gewöhnlich wirken bei Stanzvorrichtungen 1 der Stempel 4 und die Matrize 6 zusammen zu dem Zweck des Trennens oder Stanzens, wobei der Stempel 4 und die Matrize 6 von entgegengesetzten Seiten an das Werkstück 12 angreifen und Kräfte auf das Werkstück 12 ausüben. Die Matrize 6 umfasst im Wesentlichen die in Fig. 1 mit einer Klammer bezeichneten Bauteile. In Fig. 1 ist im Seitenschnitt nur ein Teil der Matrize 6 dargestellt, links von der strichpunktierten Linie ist die Matrize 6 entsprechend symmetrisch ausgebildet, so dass der Stempel 4 sich gewöhnlich in Richtung einer Aussparung 10 in der Matrize 6 bewegt. Die Aussparung 10 entspricht im Wesentlichen der von der Stanzvorrichtung 1 auszustanzenden Geometrie. Die Matrize 6 umfasst ein feststehendes Matrizenteil 7, welches im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 fest in der Stanzmaschine angebracht ist und nicht beweglich ist. Das feststehende Matrizenteil 7 weist bei diesem Beispiel einen flachen ersten Abschnitt 19 auf und einen höher ausgebildeten nach oben hervorstehenden zweiten Abschnitt 20 mit einer Stanzkante 11 an der Innenseite der Matrize 6, links in Fig. 1 . In Fig. 1 sind der erste Abschnitt 19 und der zweite Abschnitt 20 zum Zweck der Darstellung mit einer gestrichelten Linie getrennt. Die Stanzkante 11 greift im Betrieb an das Werkstück 12 an. Das feststehende Matrizenteil 7 weist bei diesem Bespiel eine geneigte Fläche 13 auf, welche sich von der Stanzkante 11 an der Innenseite in Richtung zur Außenseite der Matrize 6 erstreckt, so dass im Betrieb im Wesentlichen die Stanzkante 11 an der Innenseite der Matrize 6 an das Werkstück 12 angreift, während die übrigen Flächen der geneigten Fläche 13 nicht an das Werkstück 12 angreifen. Eine auf das Werkstück 12 ausgeübte Kraft wirkt folglich entlang der Stanzkante 11 . Die Matrize 6 umfasst weiter ein bewegliches Matrizenteil 8, welches im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 eine Bewegung in senkrechter Richtung nach Fig. 1 ausführt. Das bewegliche Matrizenteil 8 ist mit dem feststehenden Matrizenteil 7 verbunden, bei diesem Beispiel mit einer Feder 9 mit einer Federkraft FF. Ferner kann auch einer Mehrzahl von Federn 9 vorgesehen sein, welche das feststehende Matrizenteil 7 und das bewegliche Matrizenteil 8 miteinander mechanisch verbinden. Im Betrieb der Stanzvorrichtung 1 wird das Werkstück 12 zwischen dem Stempel 4 und der Matrize 6 in horizontaler Richtung bewegt bis zu einer Position, an welcher das Werkstück 12 gestanzt wird. Kurzzeitig wird das Werkstück 12 gewöhnlich angehalten, der Stempel 4 sowie ein Abstreifer 14 oder Niederhalter werden von oben an das Werkstück 12 geführt. Der Abstreifer 14, welcher an der Oberseite des Werkstücks 12 mit einer Kraft FA angreift, ist flach ausgebildet und dient gewöhnlich dazu, bei einem Zurückfahren des Stempels 4 ein unerwünschtes senkrechtes Anheben des Werkstücks 12 zu verhindern. Hierbei im Rahmen der Offenbarung dient der Abstreifer 14 auch dazu, mittels der Kraft FA, welche der Federkraft FF entgegenwirkt, ein Spannungsgleichgewicht im Werkstück 12 zu erzielen. Der dem Werkstück 12 zugeführte Stempel 4 übt von oben eine senkrecht wirkende Kraft FP auf die Oberseite des Werkstücks 12 auf. Der Kraft FP wirkt eine entsprechend gleichgroße Gegenkraft FR durch das feststehende Matrizenteil 7 der Matrize 6 auf der Unterseite des Werkstücks 12 entgegen. An der Unterseite des Werkstücks 12 wirkt ferner die Federkraft FF in senkrechter Richtung an das bewegliche Matrizenteil 8, welches vor dem Stanzvorgang dem Werkstück 12 von unten zugeführt wird. Demnach wirken die Kraft FP vom Stempel 4 und die Kraft FA vom Abstreifer 14 der Federkraft FF entgegen. Die Kraft FP vom Stempel 4 bewirkt, dass der Stempel 4 senkrecht nach unten fährt und das Werkstück 12 an den Positionen der Stanzkante
11 zerteilt wird. Während dieses Stanzvorgangs bewegt sich auch das bewegliche Matrizenteil 8 senkrecht nach unten, wobei die Feder 9 zusammengepresst wird. Das bewegliche Matrizenteil 8 bewegt sich in Richtung des ersten Abschnitts 19 entlang der Seite des zweiten Abschnitts 20 des feststehenden Matrizenteils 7. Dabei wird die Feder 9 so lange weiter zusammengepresst und das bewegliche Matrizenteil 8 weiter nach unten gedrückt, bis die durch den Stempel 4 eingeleitete Kraft FP oder Prozesskraft und der mechanische Widerstand, den das zu bearbeitende Werkstück
12 dem mechanischen Eindringen der Schneide 11 entgegensetzt, im Gleichgewichtszustand stehen. Durch das Eindringen der Schneide 11 auf der Unterseite des Werkstücks 12 kann ein vorteilhafter Spannungsgleichgewichtszustand über die Bauteildicke des Werkstücks 12 im Trennprozess erzeugt werden. Die Eindringtiefe der Schneide 11 und die Wiederherstellung des Spannungsgleichgewichts nach dem Trennprozess wird durch die wirkende Kraft FP und dem dieser entgegensetzten mechanischen Widerstand beim mechanischen Eindringen der Schneide 11 auf der Bauteilunterseite 12 bestimmt. Aufgrund der fehlenden Kraft FP des Stempels 4, die nach dem Zertrennen nicht mehr gegen die Federkraft FF wirkt, wird das bewegliche Matrizenteil 8 von der Federkraft FF der gespannten Feder 9 nach oben bewegt. Bei dieser Bewegung des beweglichen Matrizenteils 8 nach oben in eine Ausgangslage vor dem Zertrennen wirkt nur noch die Kraft FA des Abstreifers 14 gegen die Federkraft FF. Nach dem Zertrennen des Werkstücks 12 wird der Stempel 4 nach oben in eine Ausgangslage gefahren.
Wirkungen der beschriebenen Stanzvorrichtung 1 werden im Folgenden anhand von Diagrammen dargestellt, welche mechanische Spannungsverteilungen im Werkstück 12 zeigen. Fig. 2 zeigt eine mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück 12 während eines Stanzvorgangs mit einer Stanzvorrichtung nach dem Stand der Technik. Das Werkstück 12 ist im Seitenschnitt dargestellt. Die zwei Pfeile im oberen und unteren Teil des Werkstücks 12 stellen Kraftwirkungen dar, welche beim Stanzverfahren auftreten und zu der Spannungsverteilung im Werkstück 12 beitragen. Im oberen Teil wirken Kräfte hauptsächlich in die linke Richtung, mit dem linksgerichteten Pfeil dargestellt, im unteren Teil wirken Kräfte hauptsächlich in die rechte Richtung, mit dem rechtsgerichteten Pfeil dargestellt. Aufgrund solcher Kraftverteilungen und Spannungszustände können bei Stanzvorrichtungen nach dem Stand der Technik unerwünschte Verformungen im Werkstück 12 auftreten. In Fig. 2 sind drei verschiedene Materialzonen 16, 17, 18 dargestellt, welche anhand eines beispielhaften Werkstücks 12 unterschiedliche mechanische Spannungen im Werkstück 12 zeigen. Eine erste Materialzone 16 ist dunkel dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer hohen mechanischen Spannung, im Beispiel von etwa -70MPa (Megapascal) bis -100MPa, eine zweite Materialzone 17 ist geringfügig heller dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer geringeren Spannung, im Beispiel von etwa -30MPa (Megapascal) bis -40MPa, eine dritte Materialzone 18 ist hell dargestellt und bezeichnet Bereiche im Werkstück 12 mit einer noch geringeren Spannung, im Beispiel von etwa -40MPa (Megapascal) bis 30MPa. Die mechanischen Spannungen sind abhängig von verschiedenen Einflussgrößen, etwa dem Schnittspiel, der Schnittgeschwindigkeit, der Scherfestigkeit, der Härte des Werkstoffs und der Blechdicke. Insbesondere die erste Materialzone 16 ist größtenteils im oberen Bereich des Werkstücks 12 vorhanden, während die zweite Materialzone 17 größtenteils im unteren Bereich des Werkstücks 12 auftritt. Erkennbar ist, dass die Spannungsverteilung im Werkstück 12 ungleichmäßig ist. Die dargestellte ungleichmäßige Spannungsverteilung, insbesondere zwischen dem oberen und unteren Bereich des Werkstücks 12, kann zu Verformungen des Werkstücks 12 als Folge des Stanzverfahrens führen.
Fig. 3 zeigt eine weitere mechanische Spannungsverteilung in einem Werkstück 12 während eines Stanzvorgangs ähnlich zu Fig. 2 mit einer Stanzvorrichtung 1 eines Beispiels der Erfindung nach Fig. 1. Erkennbar ist, dass die erste Materialzone 16, welche die vorstehend genannten hohen Spannungen kennzeichnet, im oberen Bereich des Werkstücks 12 erheblich verringert ist, insbesondere am oberen Rand des oberen Bereichs nicht vorhanden ist. Weiter ist aus dem Diagramm der Spannungsverteilung zu erkennen, dass die zweite Materialzone 17 nach Fig. 3 gleichmäßiger im Werkstück 12 vorhanden ist als die zweite Materialzone 17 nach Fig. 2 nach dem Stand der Technik. Im Ergebnis des Stanzverfahrens, welches mit der Erfindung durchgeführt wird, werden gegenläufige mechanische Spannungen im Werkstück 12 verringert und eine gleichmäßigere Verteilung von Spannungen entlang der Dicke oder Höhe des Werkstücks 12 in Richtung des Stanzhubs, welcher der Bewegungsrichtung des Stempels 4 entspricht, erreicht. Unerwünschte Verformungen am Werkstück 12 aufgrund mechanischer Kräfte beim Stanzverfahren werden weitgehend vermieden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenschnitt einer Stanzvorrichtung 1 vor dem Stanzvorgang ähnlich zu Fig. 1 . Der Stempel 4 übt die Kraft Fpauf das Werkstück 12 aus, die Matrize 6 umfasst das feststehende Matrizenteil 7 und das damit mittels der Feder 9 verbundene bewegliche Matrizenteil 8. Am in der Fig. 4 links dargestellten zweiten Abschnitt 20 des feststehenden Matrizenteils 6 ist im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 an der Oberseite eine gerade oder ebene Fläche 23 ausgebildet, welche beim Stanzvorgang von unten an das Werkstück 12 angreift. Der Abstreifer 14 oder Niederhalter übt von oben die Kraft FA auf das Werkstück 12 aus. Die ebene Fläche 23 der feststehenden Matrize 6 weist keine Neigung auf wie die geneigte Fläche 13 der Ausführungsform nach Fig. 1. Folglich berührt die gesamte ebene Fläche 23 das Werkstück 12 beim Stanzvorgang. Das Stanzverfahren wird wie beschrieben durchgeführt. Der Stempel 4 wirkt gesteuert mit der Kraft Fpvon oben auf das Werkstück 12, wobei das bewegliche Matrizenteil 8 nach unten gedrückt wird gegen die Federkraft FF. Das Werkstück 12 wird entsprechend bewegt und gegen den zweiten Abschnitt 20 des hervorstehenden feststehenden Matrizenteils 7 gedrückt. Der Stempel 4 und der zweite Abschnitt 20 des feststehenden Matrizenteils 7 funktionieren hierbei als sich aneinander vorbeibewegende Schneiden. Das Werkstück 12 wird hierbei zertrennt bei der linken Kante der ebenen Fläche 23 des feststehenden Matrizenteils 7 nach Fig. 4. Das abgetrennte Teil des Werkstücks 12 fällt durch die Aussparung 10 und wird gewöhnlich in der Stanzmaschine zugeordneten Behältern oder Containern entsorgt. Aufgrund der nach dem Zertrennen fehlenden Kraft FP drückt die Federkraft FF der gespannten Feder 9 das bewegliche Matrizenteil 8 und das anliegende Werkstück 12 nach oben. Der Stempel 4 wird gesteuert nach oben gefahren in eine Ausgangsposition. Nach dem Zertrennen wird das Werkstück 12 in horizontaler Richtung weiterbewegt bis zur nächsten zu stanzenden Position. Die Stanzvorrichtung 1 in der Ausführungsform nach Fig. 4 hat ähnliche Vorteile bezüglich der Spannungsverhältnisse im Material des Werkstücks 12, wie beschrieben. Die Spannungsverteilung beim Stanzen oder Trennen im Werkstück 12 ist insbesondere zwischen den oberen und unteren Bereichen erheblich ausgeglichener, die mechanischen Spannungen sind gleichmäßiger verteilt. Als Ergebnis daraus neigt das Werkstück 12 wesentlich weniger zu Verformungen, wobei sich insbesondere größere Bleche weniger verformen. Bezugszeichenliste
Stanzvorrichtung
Stempel
Matrize feststehendes Matrizenteil bewegliches Matrizenteil Feder
Aussparung
Stanzkante
Werkstück geneigte Fläche
Abstreifer erste Materialzone zweite Materialzone dritte Materialzone erster Abschnitt zweiter Abschnitt ebene Fläche

Claims

Patentansprüche Stanzvorrichtung (1 ) mit einem Stempel (4) zum Aufbringen einer Kraft FP an ein Werkstück (12) gegen eine zugeordnete Matrize (6) für das Stanzen oder Trennen des Werkstücks (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (6) ein feststehendes Matrizenteil (7) und ein verbundenes bewegliches Matrizenteil (8) umfasst. Stanzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Matrizenteil (7) mittels wenigstens einer Feder (9) mit einer Federkraft FF mit dem beweglichen Matrizenteil (8) verbunden ist, wobei im Betrieb das bewegliche Matrizenteil (8) an das Werkstück (12) angreift und die Federkraft FF der vom Stempel (4) aufgebrachten Kraft FP entgegenwirkt. Stanzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Matrizenteil (7) und das bewegliche Matrizenteil (8) kreisförmig ausgebildet sind und das feststehende Matrizenteil (7) von einer Stanzkante (11) an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine geneigte Fläche (13) aufweist. Stanzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Matrizenteil (7) und das bewegliche Matrizenteil (8) kreisförmig ausgebildet sind und das feststehende Matrizenteil (7) von einer Stanzkante (11) an der Innenseite in Richtung zur Außenseite eine gerade verlaufende ebene Fläche (23) aufweist. Stanzvorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (6) und der Stempel (4) dazu ausgebildet sind, das Werkstück (12) mittels Scherschneiden zu zertrennen, wobei der Stempel (4) und die Matrize (6) in horizontaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Stanzvorrichtung (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstreifer (14) im Betrieb an der dem Stempel (4) zugerichteten Seite am Werkstück (12) anliegt und mit einer Kraft FA auf das Werkstück (12) wirkt. Stanzverfahren für das Stanzen oder Trennen eines Werkstücks (12) mit den Verfahrensschritten:
- Aufbringen einer Kraft Fpvon einem Stempel (4) an ein Werkstück (12);
- Bereitstellen einer Matrize (6) umfassend ein feststehendes Matrizenteil (7) und ein verbundenes bewegliches Matrizenteil (8), welches an der entgegengesetzten Seite des Werkstücks (12) angreift;
- Bewegen des beweglichen Matrizenteils (8) relativ zum feststehenden Matrizenteil (7) durch die Kraft Fp im Betrieb. Stanzverfahren nach Anspruch 7 mit den Verfahrensschritten:
- Anordnen des Stempels (4) in horizontaler Richtung versetzt zur Matrize (6);
- Wirken einer Federkraft FF von wenigstens einer Feder (9) entgegen der Kraft Fpvom Stempel (4) im Betrieb;
- Bewegen des Stempels (4) und des beweglichen Matrizenteils (8) in vertikaler Richtung verursacht durch die Kraft FP bis zum Trennen des Werkstücks (12);
- Bewegen des beweglichen Matrizenteils (8) in die entgegengesetzte vertikale Richtung durch die Federkraft FF nach dem Trennen des Werkstücks (12). Stanzverfahren nach Anspruch 7 oder 8 mit dem Verfahrensschritt:
- Wirken einer Kraft von einem am Werkstück (12) anliegenden Abstreifer (14) entgegen der Federkraft FF. Stanzverfahren nach Anspruch 9, mit dem Verfahrensschritt:
- Wirken der Kraft FA mit der gleichen Größe wie die Federkraft FF im Betrieb in einem Kräftegleichgewicht. Stanzverfahren nach einem der vorigen Ansprüche, mit dem Verfahrensschritt:
- Anpassen der Kraft Fpan veränderte Prozessbedingungen. Stanzverfahren nach Anspruch 11 , mit dem Verfahrensschritt:
- Anpassen der Kraft Fpan eine durch Verschleiß der Schneidkante der Matrize (6) veränderte Geometrie der Matrize (6). Stanzmaschine mit einer Stanzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis
6.
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