Spanlose Fertigung Stanzen

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2 Spanlose Fertigung Stanzen

3 Waldemar Hellwig Matthias Kolbe Spanlose Fertigung Stanzen Integrierte Fertigung komplexer Präzisions-Stanzteile 10., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 187 Abbildungen und 26 Tabellen STUDIUM

4 Waldemar Hellwig ( ) Prof. Dr.-Ing. Matthias Kolbe Westsächsische Hochschule Zwickau Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Vieweg+Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden 1967, 1973, 1987, 1990, 1994, 1996, 2001, 2006, 2009, 2012 Die ersten beiden Auflagen erschienen unter dem Titel Stanztechnik mit dem Autor Erwin Semlinger im Vieweg Verlag. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Lektorat: Thomas Zipsner/Imke Zander Einbandentwurf: KünkelLopka GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media

5 Vorwort zur 10. Auflage Das Buch eignet sich als Lehrbuch für Auszubildende und Studierende der Produktionstechnik im Automobil- und Maschinenbau sowie als Fachbuch zur Weiterbildung in der Industrie. Für das Management gibt es Hinweise auf neue Produktionsmöglichkeiten. Mit großer Sachkenntnis und pädagogischem Geschick verfasste Herr Oberstudienrat Dipl.-Ing. Erwin Semlinger im Jahre 1967 die erste Auflage und begründete eine bis heute andauernde erfolgreiche Entwicklung dieses Fachbuchs. Wesentlichen Anteil an der Aktualität und wissenschaftlichen Präzision hatte Herr Professor Dr.-Ing. Waldemar Hellwig, der seit der vierten Auflage als Verfasser agierte. Das Buch gibt einen Überblick über den Stand der umformenden Fertigungsverfahren Biegen, Prägen, Ziehen, Gewindeformen sowie weiterer Verfahren, die mit dem in der Praxis üblichen Begriff,,Stanzen verbunden werden, wie das Scherschneiden, umformende Fügen, Gewindeschneiden, Widerstands- und Laserschweißen u. a. Das Stanzen ist zu einer integrierten Fertigung geworden, die diese Verfahren in einem Arbeitsablauf ausführen kann. Die modular aufgebauten Systeme können teilweise oder vollständig automatisiert werden, so dass komplex gestaltete Bauteile aus Bändern komplett in einem Arbeitsgang hergestellt werden können. Der vorliegende Band behandelt eingangs Beispiele zur Verdeutlichung des Fertigungsspektrums der Stanztechnik. Die Grundlagen der wesentlichen Umformverfahren, der Aufbau von Schneid-, Biege- und Ziehwerkzeugen bis zum Einsatz des Lasers im Werkzeug werden den Studierenden und Praktikern verständlich und praxisbezogen dargestellt. Besonders unterstützen anschaulich Bilder und Tabellen die Möglichkeiten des industriellen Einsatzes. Beispielhafte Aufgaben und deren detailierte Lösungswege runden die einzelnen Kapitel ab und geben dem Konstrukteur von Werkzeugen wertvolle Hinweise. Durch Vergleich verschiedener Werkzeugausführungen werden Optimierungen möglich. Studierende erhalten mit der Darstellung von Detaillösungen für Stanzwerkzeuge in vielfältiger Gestaltungsvariation einen umfassenden Überblick. V

6 VI Vorwort zur 10. Auflage Den auskunftsbereiten Firmen sei auch in dieser Ausgabe für die Anregungen und die Überlassung von Unterlagen zur Bearbeitung des Buches gedankt, hervorgehoben sei insbesondere Herr Dipl. Ing. HTL Josef Hafner (BRUDERER AG Frasnacht, Schweiz) für die vielen Hinweise aus der Praxis. Ich widme diese 10. Auflage dem bisherigen Autor, Herrn Waldemar Hellwig ( 2010), mit dem ich noch gemeinsam die Manuskripterarbeitung durchführen konnte. Mein Dank gilt auch meinem Lektor, Herrn Dipl.-Ing. Thomas Zipsner, für die sehr konstruktive Unterstützung der Neuauflage. Möge das Buch weiterhin den Studierenden, den Konstrukteuren und der Fachwelt als anerkanntes Werk der Stanztechnik dienen. Zwickau, im Frühjahr 2012 Matthias Kolbe

7 Inhaltsverzeichnis 1 Was bietet die Stanztechnik der globalen Wirtschaft? Verfahren und Begriffe der Stanztechnik Literatur Werkstoffe für Stanzteile WerkstoffefürStanzteilederHochleistungsstanztechnik Nichtmetallische Werkstoffe Metallische Werkstoffe WerkstoffefürStanzteilederFeinstanztechnik Stähle Nichteisenmetalle Literatur Grundlagen des Schneidens SchneidvorgangundSchneidarten OberflächenbeschaffenheitvonSchnittflächen Maßtoleranzengeschnittener Teile Schneidkraft Bestimmung der Schneidkraft Wirkung der Schneidkraft auf Werkzeug und Maschine Minderung der Schneidkraft durch geneigte Schneiden Minderung der Schneidkraft durch versetzte Stempelhöhen VII

8 VIII Inhaltsverzeichnis Abstreifkraft Ringzackenkraft beim Feinschneiden Gegenkraft beim Feinschneiden Schneidarbeit Schneidleistung GrundlagenundRichtlinien fürschneidwerkzeuge Schneidspalt und Stempelspiel Hochreißen der Lochabfälle Steg- und Randbreiten Literatur Schneidwerkzeuge Schneidwerkzeuge ohneführung Grundlagen Ausschneidwerkzeuge Lochwerkzeuge AusklinkwerkzeugemitSchneidplattenführung Schneidwerkzeuge mitplattenführung Formgebung der Bauteile Ausgegossene Stempelführungs- und Halteplatte SäulengeführteWerkzeuge Grundlagen Säulenführungen Führungselemente Schneidwerkzeuge mit Säulenführung Ausschneidwerkzeuge in Gesamtbauweise Gesamtschneidwerkzeuge Nachschneid- und Kantenglättezugwerkzeuge Führungen für Werkzeuge in Modulbauweise StreifenführungundVorschubbewegung Streifenführung und Streifenzentrierung Vorschubbegrenzung einfacher Streifen Vorschubbegrenzung bei Wendestreifen Stempel-undSchneidplattenausführungen Abschneidwerkzeuge

9 Inhaltsverzeichnis IX Mehrteilige Stempel und Schneidplatten Schneidwerkzeuge mit Hartmetallbestückung EinspannenvonWerkzeugen Grundlagen Einspannzapfen Schrauben Ziehende Spannelemente LagebestimmungderKraftresultierenden Allgemeines Lagebestimmung mit Schneidkräften einzelner Stempel Lagebestimmung mit den Längen der Schnittlinien Lagebestimmung mit Linienschwerpunkten Lagebestimmung bei Mehrfachschneidwerkzeugen Streifeneinteilung undstückzahlberechnung jetafel Literatur Grundlagen des Biegeumformens Biegeverfahrenund-kräfte SpannungenimBandbeimBiegen Rückfederung beimbiegen BerechnungderZuschnittlänge Literatur Biegewerkzeuge Grundlagen Aufnahme der Umformkräfte im Werkzeug Einlaufkante Aufnahmeformen für Zuschnitte Federeinbau AnwendungvonKunstharzen Waagerechtbewegung imwerkzeug Rollbiegen LagedesEinspannzapfens Grundlagen des Tiefziehens Tiefziehverfahrenund-kräfte

10 X Inhaltsverzeichnis Prinzip des Tiefziehens Tiefziehverhältnis Ziehspalt Ziehkantenradius beim Ziehen mit Blechhalter Tiefziehkraft Niederhalterkraft Tiefziehenergie Tiefziehleistung SchmierungbeimTiefziehen WärmebehandlungzwischenFolgezügen Allgemeines Rekristallisationsglühen AbhängigkeitdesWerkzeugaufbaus vonderpressenart DerBlechhalter beimwerkzeugentwurf ZiehenüberWülste ErmittlungderZuschnittefürTiefziehteile Zuschnittgröße runder Näpfe Zuschnittform unrunder Ziehteile mit senkrechten Zargenwänden 162 Literatur Ziehwerkzeuge WerkzeugefürdoppeltwirkendeZiehpressen Bauteile Ausführungsformen von Napf-Ziehwerkzeugen WerkzeugefüreinfachwirkendePressenmitZiehkissen Ziehen zylindrischer, runder Näpfe Ziehen unrunder Hohlteile mit senkrechten Zargenwänden Berechnungsgrundlagen zur Werkzeugkonstruktion ZiehfehlerbeimZiehenmitBlechhalter Blechhalterloses Tiefziehen Abstreckziehen WerkstoffefürTiefziehwerkzeuge Verbundwerkzeuge Grundlagen

11 Inhaltsverzeichnis XI Einteilung und Bauweisen der Werkzeuge Richtlinien für den Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge Lage des Druckmittelpunktes (Kraftresultierende) Ausführung einiger Folgeverbundwerkzeuge FVW in Plattenbauweise FVW in Modulbauweise Verbundwerkzeuge,,Schneiden-Ziehen Auswahl des geeigneten Werkzeuges Verbundwerkzeug Ziehen-Beschneiden Verbundwerkzeug Ausschneiden-Ziehen-Lochen Verbundwerkzeug Lochen-Ausschneiden-Kragendurchziehen Verbundwerkzeug Ausschneiden-Ziehen-Flanschbeschneiden Verbundwerkzeug Formbiegen-Ziehen-Lochen-Beschneiden Verbundwerkzeug Ausschneiden-Ziehen-Lochen-Beschneiden Werkstoffe für den Werkzeugbau Aufbau und Umformwerkstoffe Formgebung gehärteter Teile Hartmetalle im Werkzeugbau Sorten und deren Anwendungsbereiche Verarbeitung Oberflächenbeschichtung von Hartmetallen Hinweise zur Befestigung von Hartmetallen Hochtitancarbidhaltige Hartmetalle (CERMETS) Werkzeuge der Feinschneidtechnik Werkzeugarten Werkzeugausführungen Gesamtschneidwerkzeug System beweglicher Stempel Gesamtschneidwerkzeug System fester Stempel Folgewerkzeuge und Folgeverbundwerkzeuge Werkstoffe für Feinschneidwerkzeuge Schmierung beim Feinschneiden Berechnung ausgewählter Werkzeugwerkstoffe Literatur

12 XII Inhaltsverzeichnis 14 Federn im Werkzeugbau Einbau von Druckfedern Federanordnung Federführung Spielraum über dem Kopf der Hubbegrenzungsschraube Federüberbeanspruchung Zylindrische Schraubendruckfedern Tellerfedern Elastomer-Druckfedern Gasdruckfedern Literatur Einbezug verschiedener Technologien in den Stanzprozess Stanzpaketieren mit Durchsetzungen Stanz-Laser-Paketieren Berechnung der erforderlichen Laserleistung Literatur Kriterien für Hochleistungswerkzeuge Allgemeine Anforderungen und Konstruktionshinweise Berücksichtigung hoher Hubfrequenzen Schneidwerkstoffe Hinweise zur Modulbauweise Maßnahmen bei hoher Hubfrequenz Erprobung und Abnahme der Werkzeuge beim Hersteller Überwachung von Stanzwerkzeugen Auswertbare Messgrößen Messstellen für das Überwachen Abschätzen der Messgrößen Anforderungen und Auswahlkriterien Kraftmessungen Lichtschnitt-Messungen Bildverarbeitung Auswertung von Messergebnissen Literatur

13 Inhaltsverzeichnis XIII 18 Pressen für Stanzwerkzeuge und Vorschubapparate Allgemeine Anforderungen Berechnungsgrundlagen Stanzkraft Verfügbares Arbeitsvermögen Erforderliche Antriebsleistung Statische Genauigkeit von Pressen Statische Genauigkeit ohne Last Statische Genauigkeit unter Last Dynamische Genauigkeit der Presse Dynamische Genauigkeit ohne Last Dynamische Genauigkeit unter Last Konstruktive Lösungen für schnelllaufende Hochleistungspressen Hochleistungspresse mit Massenausgleich für hohe Hubfrequenzen Führungen für den Stößel in der Bandlaufebene Thermisch neutrale Führungen Vierpunktantrieb des Pressenstößels Konstruktive Lösungen für Feinstanzpressen Mechanischer Antrieb Hydraulischer Antrieb Pressengestelle Vorschubapparate Literatur Automatisierung des Stanzprozesses Peripheriegeräte und Stanzzentren Steuerung von Stanzprozessen Glossar Weiterführende Literatur Sachverzeichnis

14 Was bietet die Stanztechnik der globalen Wirtschaft? 1 Die Fertigungstechnik bestimmt weitgehend den Stand der technischen Entwicklung. Fertigungstechniker bestimmen, ob ein erdachter Gegenstand verwirklicht werden kann und mit welchen Verfahren er optimal hergestellt wird. Die überwiegenden Fertigungsaufgaben sind jedoch, die existierenden Werkstücke durch ein neues oder anderes Fertigungsverfahren zu verbessern und preiswert auf den Markt zu bringen. Dem nach Fertigungsmöglichkeiten suchenden Praktiker soll eingangs an einigen Beispielen gezeigt werden, welche Vielfalt von Werkstücken, d. h. Stanzteilen,mitderHochleistungs- und der Feinstanztechnik produziert werden kann. Die mit der Hochleistungsstanztechnik erzeugten Werkstücke werden beispielsweise in der Elektro-, Computer-, Telekommunikation-, Fernsehgeräte-, Video-, Automobil-, Uhren-, Messgeräte-, Haushaltsgeräte-, Leuchten-, Getränke- und Konservenindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau und der Feinwerktechnik verwendet. Stanzteile sind in fast allen Geräten des täglichen Gebrauchs, aber auch im Schmuck anzutreffen. Mit der Feinstanztechnik werden Präzisionsteile aus Blechen bis zu 15 mm Dicke mit glatten Schnittflächen vorwiegend für hoch belastbare Teile im Fahrzeug-, Getriebe und Gerätebau, in der Hausgeräte- und Schlosstechnik sowie Bestecke hergestellt. Eine Aufzählung kann hier nur unvollständig sein. Sie soll aber die Fantasie zu weiteren Anwendungen der Stanztechnik anregen, die in einem Arbeitsgang mehrere Fertigungsverfahren integrieren kann. Abbildungen 1.1, 1.2 und 1.3 zeigen einige Beispiele für charakteristische Stanzteile. Die Bildunterschriften geben technische Hinweise zur Einsatzfähigkeit der abgebildeten Teile. Stanzteile dieser Art werden in Millionenlosgrößen in der Weltwirtschaft verwendet. Das Stanzen ist ein spanloses Fertigungsverfahren, das mit optimaler Werkstoffausnutzung bei geringem Abfall große Mengen von sehr präzisen und komplizierten Werkstücken aus Metall oder anderen Werkstoffen in kurzer Zeit herzustellen erlaubt und das in der globalen Wirtschaft eine wachsende Bedeutung erlangt. Stanzteile werden aus Bändern oder Platten in einer oder mehreren Arbeitsfolgen innerhalb einer Stanzmaschine spanlos gefertigt. Das gesamte Verfahren Stanzen kann sich W. Hellwig, M. Kolbe, Spanlose Fertigung Stanzen, DOI / _1, Vieweg+Teubner Verlag Springer Fachmedien Wiesbaden

15 2 1 Was bietet die Stanztechnik der globalen Wirtschaft? Abb. 1.1 Beispiele von Erzeugnissen der Hochleistungsstanztechnik für verschiedene Industriebranchen: Computer-, Getränke-, Elektro-, Photo-, Möbelindustrie und weitere Abb. 1.2 Beispiele von Erzeugnissen der Hochleistungsstanztechnik aus der Elektroindustrie: Rotoren, Statoren für kleine Elektromotoren und Trafos Abb. 1.3 Beispiele von Erzeugnissen der Feinstanztechnik für die Automobilindustrie z. B. für Sicherheitsgurte mit glatten Schnittflächen sowie für Verstellmechanismen an Fahrzeugen mit stark belasteten Funktionsflächen