Beleg Werkzeugkonstruktion

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1 Beleg Werkzeugkonstruktion Christian Schettler /13 (leicht modifiziert) Nicht korrigiert - Gleichungen nicht "blind" übernehmen! - 1 -

2 Inhaltsverzeichnis Seite Inhaltsverzeichnis...2 Bilderverzeichnis...4 Bilderverzeichnis...4 Tabellenverzeichnis...4 Verzeichnis der Formelzeichen...5 Quellenverzeichnis Aufgabenstellung Zuschnittermittlung Ermittlung der gestreckten Länge Platinenabmessungen bzw. Bandabmessungen Festlegung des Ausgangsmaterials Ermittlung der Rand- und Stegbreiten sowie des Seitenschneiderabfalls Wahl des günstigsten Streifenbildes Streifenbildvarianten Ermittlung des Materialbedarfs und -kosten Gesamtbewertung mit weiteren Kriterien Biegen Berechnung der Rückfederung Biegeradius Untersuchung ob Lochen vor oder nach Biegen Untersuchung von Werkzeugbauarten

3 7.1 Getrenntes Schneid- und Biegewerkzeug Folgewerkzeug Gesamtwerkzeug Gewählte Werkzeugbauart Arbeitsstufenfolgen (Varianten) Entwurf von Werkzeugvarianten Berechnung des Kraftbedarfs Berechnung der Schneidkräfte Berechnung der Abstreif- bzw. Rückzugskraft Biegekraftberechnung Auswahl der Federn Arbeitsbedarf Schneidarbeit Biegearbeit Federarbeit Gesamtarbeitsbedarf Zusammenfassung Auswahl der Presse Berechnung des erforderlichen Stößelhubes H Berechnung des Einbauraums bei HR 40 / 550 NL Presskraft Abschätzung des möglichen Arbeitsvermögens Auswahl der Presse Zusatzangaben auf der Zeichnung Anlagen

4 Bilderverzeichnis Bild Bildunterschrift Seite 1 Gestreckte Länge 11 2 Platinen- bzw. Bandabmessungen 12 3 Streifenbildvariante Streifenbildvariante Streifenbildvariante Mindestabstand der Biegung zu den Löchern 19 7 Arbeitsstufen 37 8 Belastungsbereich nach /6/ 40 9 Erläuterungen Federwege nach /6/ Federdiagramm Kraftverlauf 47 Tabellenverzeichnis Tabelle Tabellenüberschrift Seite 1 Rand- und Stegbreite, Seitenschneiderabfall 14 2 Materialbedarf, Materialkosten 16 3 Streifenbildbewertung, gesamt 17 4 Schnittlängen und Schnittkräfte 37 5 Arbeitsbedarf 45 6 Kraftbedarf 47 7 Pressenauswahl 48 8 Zusatzangaben für Zeichnung

5 Verzeichnis der Formelzeichen Formelzeichen Einheit Bedeutung α Biegewinkel α w Winkel am Werkzeug a mm Randbreite a min mm Mindestabstand einer Bohrung zum Biegeradius B mm Bandbreite; Streifenbreite c C-Faktor für den minimalen Biegeradius C R Abstreiffaktor D h mm Minimaler Einbauraum für die Feder F Abstreif,erf N Erforderliche Abstreifkraft F Abstreif,vorh N Vorhandene (tatsächliche) Abstreifkraft F B N Maximale Biegekraft F B max N Maximale Kraft für den Biegeprozess F EN N Endkraft zum Nachdrücken beim Biegen ohne Gegenhalter F R(i) N Rückzugskraft / Abstreifkraft (der i-ten Bearbeitungsstufe) F R,ges N Gesamte Rückzugskraft / Abstreifkraft F S(i) N Maximale Schneidkraft (der i-ten Bearbeitungsstufe) F S,ges N Gesamte maximale Schneidkraft F n N Nennfederkraft (maximal zulässige Federkraft) F 6 N Federkraft bei 62 % Federvorspannung e mm Stegbreite f Korrekturfaktor für Stempelanschliff H mm Stößelhub mit Vorschubschritt H gew mm Gewählter Stößelhub mit Vorschubschritt H max mm Maximaler Stößelhub der Presse h Einbauraum mm Einbauraumhöhe der Presse h B mm Biegeweg h vu mm Mindeststößelhub ohne Vorschubschritt - 5 -

6 Formelzeichen Einheit Bedeutung 1 ' h z mm Abstand Umgriff - Schneidplatte h z mm Höhe der Führungsleiste i mm Seitenschneiderabfall i F St. Anzahl der Federn im Werkzeug K mm K-Faktor (Rückfederungsfaktor für die Biegung) L mm Streifenlänge L 0 mm Unbelastete Federlänge l 0 mm Gestreckte Länge l,, l2 3 l mm Schekellängen des gebogenen Teil l a mm Randlänge l B mm Länge aller Biegekanten l e mm Steglänge l S(i) mm Schnittlinienlängen (der i-ten Bearbeitungsstufe) l Ü mm Überstand des Suchstiftes über die Streifendruckplatte m a kg/a Materialmasse pro Jahr m S Korrekturfaktor für Schneidarbeit m B Korrekturfaktor für Biegearbeit N a St./a Jahrestückzahl an Werkstücken p mm Parallelanteil des Schneiplattendurchbruches P Materialkosten für die gesamte Laufzeit p a /a Materialkosten pro Jahr p m /kg Spezifischer Materialpreis r i mm Biegewinkel r i,min mm Minimaler Biegeradius r iw mm Radius am Biegeeinsatz R N/mm Federkonstante (Federsteife) R m N/mm² Zugfestigkeit ρ kg/m³ Materialdichte - 6 -

7 Formelzeichen Einheit Bedeutung s 0 mm Blechdicke S Abstreif Abstreifsicherheit s A6 mm Zulässiger Federhub (mit Belastung bis 62 % von s n ) s A6,erf mm erforderlicher Federhub (mit Belastung bis 62 % von s n ) s n mm Maximaler Federweg (Nennfederweg) s 6 mm Federweg bei 62% Federvorspannung s v6 mm Erforderliche Federvorspannung für Dauerfestigkeit und Belastung bis 62% des Nennfederweges s v6,gew mm Gewählte Federvorspannung im Werkzeug s Vor mm Vorschubschritt t E mm Stempeleintauchtiefe in die Matrize t EF mm Eintauchtiefe der Stempelunterkante in die Streifendruckplatte t f a Fertigungsdauer t S mm Sicherheitsabstand W B Nm Biegearbeit pro DH W F Nm Federarbeit pro DH W S Nm Schneidarbeit pro DH W ges Nm Gesamter Arbeitsbedarf pro DH x Korrekturfaktor für die Biegung x F Korrekturfaktor für die Schneidkraft Z Streifen/a Jahres-Streifenstückzahl z st St. Werkstücke pro Streifen z v St. Teile je Vorschubschritt z wz St. Werkstücke, die im Werkzeug halb bearbeitet verbleiben - 7 -

8 Quellenverzeichnis /1/ Klepzig, W.: Schneid- und Umformwerkzeuge für die Blechbearbeitung (Stanzwerkzeuge), Bilder und Tafeln. Zwickau: 2002 /2/ VDI 3367 (zurückgezogen) Rand und Stegbreiten /3/ Oehler, G.; Kaiser, F.: Schnitt-, Stanz- und Ziehwerkzeuge. Berlin, Heidelberg u.a.: Springer 2001 /4/ Norm DIN 6935 Teil 1 Oktober 1975 Kaltbiegen von Flacherzeugnissen aus Stahl /5/ Norm DIN 1623 Teil 2 Februar 1986 Kaltgewalztes Band und Blech /6/ FIBRO GmbH (Hrsg.): FIBRO Normalien 3d Katalog, CD-ROM, Dateiversion , 2004 /7/ RASTER (Hrsg.): Datenblatt - 8 -

9 1 Aufgabenstellung - 9 -

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11 2 Zuschnittermittlung 2.1 Ermittlung der gestreckten Länge Bild 1: Gestreckte Länge Ermittelte Maße aus Zeichnung (mittels CATIA): Längen: Biegeradius: Blechdicke: Biegewinkel: l 1 = 33,00 mm r i = 1mm s 0 = 1mm o α = 53,130 l 2 = 3,50 mm l 3 = 12,50 mm Berechnung des Korrekturfaktors x nach /1, Bild 81/ für 0,5 x 0,3 gilt: α ( 1 1, ) α 12 r r x 0,5 1,02 + 0,25 + 0,13 lg i i 02 s0 300 s0 x 0,5 1,02 x 0,426 53, mm 1mm + 0,25 + 0,13 lg 1mm 300 1mm 53,13 ( 1 1,02 ) ( 1 ) Berechnung der gestreckten Länge l 0 nach /1, Bild 81/ π l0 = l1 + l2 + l3 + 2 α (ri + x s0 ) ( 2 ) 180 π l 0 = 33 mm + 3,5 mm + 12,5 mm ,13 (1mm + 0,426 1mm) 180 l 0 = 51,65 mm gestreckte Länge: l 0 = 51,65 mm

12 2.2 Platinenabmessungen bzw. Bandabmessungen Die Platinenabmessungen sind abhängig von der Abwicklung des Teils. Die Bandbreite B ergibt sich aus der Summe von l e und den entsprechenden Randbreiten sowie Seitenschneiderabschnitten. Bild 2: Platinen- bzw. Bandabmessungen Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 1 und 3, Bild 3 und Bild 5, S. 15): B l e + 2 i ( 3 ) B l e + 2 i = 51,65 mm + 2 1,5 mm = 54,65 mm gewählt: B = 55 mm Werkstück längs zum Streifen (Streifenbildvariante 2, Bild 4, S. 15): B l a + 2 i ( 4 ) B l a + 2 i = 25 mm + 2 1,5 mm = 28 mm gewählt: B = 30 mm

13 3 Festlegung des Ausgangsmaterials Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 1 und 3, Bild 3 und Bild 5, S. 15) Streifenbreite: B = 55 mm Streifenlänge: L = 2000 mm (angenommen) Vorschub: s Vor = 26,3 mm bzw. s Vor = 23,8 mm Werkstücke pro Streifen: L e zst = z wz ( 5 ) V 2000 mm 1.6 mm z st = 10 = = 64 bzw ,3 mm Steifenstückzahl: Na zst Z = ( 6 ) St Streifen Z = a = 4688 bzw Streifen/a St. a 64 Streifen Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 2, Bild 4, S. 15) Streifenbreite: B = 35 mm Streifenlänge: L = 2000 mm (angenommen) Vorschub: s Vor = 51,3 mm Werkstücke pro Streifen: L e zst = z wz ( 7 ) V 2000 mm 1.6 mm St. z st = 10 = = 28 51,3 mm Streifen Streifenstückzahl: Aus ( 6 ) ergibt sich: St Streifen Z = a = St. a 28 Streifen Nach Empfehlung, wird bei mehr als Z = 200 bevorzugt. gewählt: Bandverarbeitung Streifen/Jahr die Bandverarbeitung

14 4 Ermittlung der Rand- und Stegbreiten sowie des Seitenschneiderabfalls Nach /2, Tafel 1/ gilt: Bei einer Streifenbreite B 100 mm und einer Blechdicke s 0 = 1,0 mm : Tabelle 1: Rand- und Stegbreite, Seitenschneiderabfall Steg- oder Randlänge Ranbreite Stegbreite Seitenschneiderabfall l e, l a in mm a in mm e in mm i in mm (Variante 1 bis 3) 1,3 1,3 1,5 Daraus ergibt sich eine Bandbreite B für: Streifenbildvariante 1 und 3 (Bild 3 und Bild 5, S.15): Streifenbildvariante 2 (Bild 4, S. 15): B = 55 mm B = 30 mm

15 5 Wahl des günstigsten Streifenbildes 5.1 Streifenbildvarianten Bild 3: Streifenbildvariante 1 Bild 4: Streifenbildvariante 2 Bild 5: Streifenbildvariante

16 5.2 Ermittlung des Materialbedarfs und -kosten Die benötigte Materialmasse pro Jahr ergibt sich aus: m a N = s a Vor B s0 ρ ( 8 ) z v Die dafür erforderlichen Materialkosten pro Jahr betragen: p a = m p ( 9 ) a m mit spezifischer Materialpreis p m = 1 kg Die Materialkosten für der gesamte Laufzeit ergeben sich zu: P = p a t f ( 10 ) Tabelle 2: Materialbedarf, Materialkosten Variante 1 Variante 2 Variante 3 Vorschub s Vor in mm 26,30 52,95 47,60 Streifenbreite B in mm 55,00 30,00 55,00 Blechdicke s 0 in mm 1,00 1,00 1,00 Dichte ρ in kg/m Jahresstückzahl N a in St/a Teile je Vorschubschritt z v in St Spez. Materialpreis p m in /kg Fertigungsdauer t f in a Materialmasse pro Jahr m a in kg/a 3 406, , ,69 Materialkosten pro Jahr p a in /a 3 406, , ,69 Materialkosten für gesamte Laufzeit P in , , ,07 Vergleich in % Mehrkosten für die gesamte Laufzeit in 971, ,69 0 Die geringsten Materialkosten hat Variante 3. Aber auch Variante 1 ist vertretbar, weil auch nur die halbe Anzahl an Aktivelementen erforderlich ist

17 5.3 Gesamtbewertung mit weiteren Kriterien Nachfolgend ist eine Bewertung einer Auswahl von wichtigen Kriterien zu sehen: Tabelle 3: Streifenbildbewertung, gesamt Bewertungskriterien günstig mittel ungünstig Wichtungsfaktoren Streifenbildvariante Materialbedarf und -kosten 0, Lage der Biegekanten 0, Bandvorschub 0, Erwartete Kosten für das Werkzeug (z. B. Aktivelemente, Streifenheber, ) 0, Summe 1,00 2,7 1,4 2,3 Die beste Streifenbildvariante nach diesen Bewertungskriterien ist die Variante 1. Aus diesem Grund wird die Arbeitsstufenfolge nach Variante 1 ausgeführt. Eigenschaften von Variante 1: Relativ geringer Werkstoffbedarf geringe Werkstoffkosten Biegekante liegt in Vorschubrichtung Vorschub gut realisierbar Kleiner Bandvorschub geringe Werkzeuglänge nur kleine Presse nötig Aufgrund guter Lage der Schnittkontur und Biegekante: einfacher Werkzeugaufbau geringe Werkzeugkosten (keine Streifenheber erforderlich, wenig Aktivelemente, )

18 6 Biegen 6.1 Berechnung der Rückfederung Mit ermittelten Werten: Biegewinkel des Bleches: α = 53, 13 Biegeradius: r i = 1mm Blechdicke: s 0 = 1mm Werkstoff: Berechnung nach /1, Bild 84/ USt37-2 G03g U: Desoxidationsart: unberuhigt St37-2: St37 Gütegruppe 2 O3 : üblich kaltgewalzte Oberfläche g: Oberflächenausführung glatt, R a < 0,9 µm r Nach /3, S. 687/ gilt für den Werkstoff St37-2 mit i = 1 ein K-Faktor von 0,99. s Ohne Überbiegen federt das Blech auf α = K α w ( 11 ) α = 0,99 53,13 = 52, 60 zurück. Dies entspricht einer Rückfederung von Δα = α w α ( 12 ) Δα = 53,13 52,6 = 0, 53 je Biegekante. Die zulässige Abweichung von der Winkelstellung nach /4, Tabelle4/ soll für Schenkellängen bis 30 mm kleiner als ±2 sein. Da dies der Fall ist, muss das Profil normalerweise nicht überbogen werden. Weil aber der Biegewinkel kleiner als 90 ist, macht es auch keine Probleme, das Blech soviel zu überbiegen, dass es (theoretisch) genau auf 53,13 zurückfedert. Der am Werkzeug vorhandene Biegewinkel, bei dem das Blech nach Entlastung auf α = 53, 13 zurückfedert, berechnet sich wie folgt: α α w = ( 13 ) K 53,13 α w = = 53, 67 0,99 Also muss das Blech um Δα = α w α ( 14 ) Δα = 53,67 53,13 = 0, 54 überbogen werden

19 6.2 Biegeradius Die Berechnung erfolgt ebenfalls nach /1, Bild 84/ Der am Werkzeug erforderliche Radius für einen Blechteilradius r i = 1 mm berechnet sich zu: riw = ri K ( 15 ) r iw = 1mm 0.99 = 0,99 mm Der minimale Biegeradius nach /1, Bild 82/ für das Band (kaltgewalzt und rekristallisierend geglüht nach /5/) bei parallel zur Walzrichtung angeordneter Biegekante gilt: r c s mit c = 0,5 ( 16 ) i,min 0 r i, min 0,5 1mm = 0,5 mm Weil der Biegewinkel kleiner als 90 ist, ist ein Biegeradius von 1mm noch vertretbar. Sicherheit vorhanden 6.3 Untersuchung ob Lochen vor oder nach Biegen Der minimale Abstand der Außenkontur des Loches zum Beginn des Biegeradius ermittelt sich nach /1, Bild 85/ zu: a = 2 ( 17 ) min s 0 a min = 2 1mm = 2 mm Die tatsächlich vorhandenen Abstände betragen: vom Loch zum Radiusbeginn: 3,75 mm vom Langloch zum Radiusbeginn: 4,00 mm Bild 6: Mindestabstand der Biegung zu den Löchern Die Abstände sind größer als a min und es sind auch nur Allgemeintoleranzen nach DIN m einzuhalten. Deshalb kann vor dem Biegen gelocht werden

20 7 Untersuchung von Werkzeugbauarten 7.1 Getrenntes Schneid- und Biegewerkzeug Vorteile: Sehr einfacher Aufbau von Schneid- und Biegewerkzeug geringe Werkzeugherstellkosten, auch als Summe beider Werkzeuge Geringe Einbauhöhe der Werkzeuge kleine Pressen nur nötig aber 2 Stück!!! Sehr hohe Hubzahlen bei einzelnen Schneidwerkzeug möglich, aber keine Zeitersparnis durch zusätzlich zweiten Biegearbeitsgang (Nachteil!) Gute Werkstoffausnutzung Nachteile: Zusätzliche Speicher- und Handhabeeinrichtungen für den Wechsel oder Beim manuellen Einlegen und Entnehmen sind viele Arbeitskräfte nötig Nur in Niedriglohnländern produktiv einsetzbar Lange Bearbeitungs- und Maschinenbelegzeit hohe Lohn- und Maschinenkosten 7.2 Folgewerkzeug Vorteile: Für komplizierte Teile mit vielen verschiedenen Schneid- und Umformoperationen (auch kleine Teile mit geringen Konturabständen, die im Gesamtwerkzeug nicht herstellbar sind). Werkstückweitergabe durch Bandvorschub hohe Genauigkeit Nur eine Presse nötig. Für Teile mit komplizierten Formausschnitten, die in einer Operation schwer oder nicht herstellbar sind. Hohe Produktivität Kurze Bearbeitungs- und Maschinenbelegzeit geringe Lohn- und Maschinenkosten Nachteile: Oft Gratbildung auf beiden Werkstückseiten (wenn Ausschneiden in Schneidmatrize) kompliziertere Nachbehandlung (Entgraten) notwendig Durch komplexen Werkzeugaufbau ergibt sich ein hoher Entwicklungs- und Wartungsaufwand hohe Kosten für Werkzeugentwicklung, -herstellung, -wartung und -instandhaltung

21 Durch große Länge der Werkzeuge Aufkippung möglich Bei einfachem Aufbau (ohne gefederte Führungsplatte) ist Bandwölbung möglich. Aufgrund der vielen Stufen sind oft nur kleinere Werkstücke herstellbar, da sonst der Einbauraum der Presse nicht ausreicht. 7.3 Gesamtwerkzeug Vorteile: Gratbildung nur auf einer Seite einfachere Nachbehandlung Sehr genaue Lage der Innen- zur Außenkontur, weil Werkstück in einem Werkzeug in einer Stufe komplett hergestellt wird. Ebenere Platinen, da Kräfte für Ausschneiden und Lochen entgegengerichtet wirken, Band bzw. Streifen zwischen Ausschneidmatrize und gefederter Streifenauflage eingespannt ist, ggf. zusätzlich das Blech zwischen Ausschneidstempel und einem gefederten Auswerfer eingespannt ist. Sehr große Werkstücke herstellbar Nachteile Problematisch sind kleine Konturabstände Bruchgefahr an Ausschneidstempel Geringere Produktivität als Folgewerkzeuge, da komplizierter Auswerfprozess (z. B. Ausblasen) notwendig ist geringere Hubzahlen höhere Lohn- und Maschinenkosten als bei FVW Begrenzte Umformoperationen ausführbar, weil alles in einer Stufe hergestellt werden muss. 7.4 Gewählte Werkzeugbauart Für dieses Teil, welches aus Schneid- und Umformoperationen hergestellt wird, ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten das Folgverbundwerkzeug dem getrennten Schneidund Biegewerkzeug vorzuziehen. Die Herstellung in nur einer Stufe in einem Gesamtwerkzeug würde nicht oder nur schwer zu realisieren sein und eine schlechtere Produktivität ergeben. Gewählt: Folgeverbundwerkzeug

22 8 Arbeitsstufenfolgen (Varianten) Die Arbeitsstufenfolge wurden für die Streifenbildvariante 1 (Bild 3, S. 11) ausgeführt. gewählte Arbeitsstufenfolge: Variante

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27 9 Entwurf von Werkzeugvarianten Variante 1: Werkzeug mit Gleitführung mit Führungsbuchsen mit Flansch aus carboniertem Sintereisen nach DIN 9831 / ISO Wechselführungssäule mit Bund und Haltestückverschraubung Vorgespannte Federeinheit Federnde Suchstifte beim Biegen und zur Vorschubschrittkorrektur für den Seitenschneider Vorschubschrittrealisierung durch 2 Seitenschneider und 1 Suchstift Federnde Führungsplatte mit angeschraubter Streifendruckplatte kein Aufbiegen des Streifens beim Schneid- und Biegevorgang Stempelaufnahme in Stempelhalteplatte 2 Schneidplatten und 1 Biegematrize als modularerer Aufbau Streifenführung in Streifenführungsplatte mit Umgriff Werkstückabfuhr durch Abschneiden vom Band und somit Herunterrutschen des Werkstücks in letzter Stufe Abfuhr des gesamten Blechabfalls durch das Werkzeug und den Tisch der Werkzeugmaschine es bleibt kein Streifengitter am Ende der Bearbeitung übrig!! Aufnahme des Werkzeugoberteils durch Einspannzapfen nach DIN ISO (kaum für Schneidautomaten!) Befestigung des Werkzeugunterteils durch 4 Befestigungsschrauben Transportelemente: Werkzeugunterteil: Tragzapfen nach VDI 3366 Werkzeugoberteil: Tragschrauben nach VDI 3366 Variante 2: zusätzlich zu Variante 1 Werkzeug mit Kugel-Wälzführung (Kugelkäfig mit Sicherungsring und Führungsbuchse mit Flansch DIN 9831 / ISO ) Variante 3: zusätzlich zu Variante 1 Werkzeug mit Führungssäule zum Anschrauben aufgrund höherer Biegesteifigkeit. Variante 4: zusätzlich zu Variante 1 Hinterführung des Biegestempels zur Aufnahme der Biegequerkraft in der Biegematrize

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35 10 Berechnung des Kraftbedarfs 10.1 Berechnung der Schneidkräfte Die maximale Schneidkraft errechnet sich nach /1, Tafel 2/ zu: FS = x F f R m l S ( 18 ) Zugfestigkeit : N R m = ( ) mm 2 Korrekturfaktor f nach /1, Bild 58/: bei geraden Anschliff parallele Schneiden f = 1 Korrekturfaktor x F nach /1, Bild 57/: N für Kohlenstoffstähle und R m = ( ) 2 mm 171 x F = 0,36 + ( 19 ) 0,98 Rm 171 xf = 0,36 + = 0, ,7398 0,98 ( ) Demnach errechnet sich die maximale Schneidkraft wie folgt: FS = xf f Rm ls FS = (321, ,30) l S FS = 377,30 l S = (0, ,7398) 1 ( ) l S ( 20 )

36 Die einzelnen Schnittlinienlängen betragen: (aus CAD Zeichnung ausgemessen) Seitenschneider: (2 mal) l 1 S = 26,3 mm + 1,68 mm = 27,98 mm Rundloch: l 2 S = π 5,5 mm = 17,28 mm Langloch: l 3 S = π 5,5 mm ,5 mm = 46,28 mm Lochen/Freischneiden: l 4 S = 6,3 mm + 2 7,65 mm + 2 4,92 mm = 31,44 mm Freischneiden: l 5 S = 2 10 mm = 20,00 mm Abschneiden: l 6 S = 2 31mm = 62 mm

37 Bild 7: Arbeitsstufen Zusammenfassung der Ergebnisse und Schnittkraftberechnung: Tabelle 4: Schnittlängen und Schnittkräfte Arbeitsstufe Schnittlänge l Si in mm Schnittkraft FSi = 377,30 l Si in N Rückzugskraft F Ri 0,11 F Si in N 1. Seitenschneider (2 mal) 27, Rundloch 17, Langloch 46, Lochen 31, Freischneiden 20, Abschneiden 62, Σ 232, Die gesamte maximale Schneidkraft, wenn alle Schneidstempel gleichzeitig auf das Blech auftreffen und einen geraden Anschliff haben, beträgt: F S, ges 88 kn

38 10.2 Berechnung der Abstreif- bzw. Rückzugskraft Die Abstreifkraft berechnet sich nach /1, Tafel2, T2/3/ zu: F R C F ( 21 ) R S Abstreiffaktor C R nach /1, Bild 59/: Für nachfolgendes Ausschneiden und Lochen und einer Blechdicke s 0 = 1 mm gilt: C R = 0,10...0,12 C R =0,11 Rückzugskräfte F R : Bei den Bearbeitungsvorgängen 1, 2, 3, 4 und 5 werden die Stempel bei Hin- und Rückhub vollständig vom Blech umschlossen. Hier errechnet sich die Rückzugskraft mit den vollen Schneidkräften. Annahme: C R = 0,11 /1, Bild 59/ FR,voll = CR (FS1+ FS2 + FS3 + FS4 + FS5 ) F R, voll = 0,11 ( ) N = N Bei der Bearbeitungsstufe 7 (Abschneiden) wird der Stempel beim Rückhub nicht vollständig vom Blech umschlossen. Die verursachte Abstreifkraft ist somit auch geringer. Es muss mit der halben Schneidkraft gerechnet werden. Annahme: C R = 0,11 /1, Bild 59/ F R,halb FS7 = CR N = 0,11 2 F R, halb = 1287 N Somit errechnet sich die Abstreifkraft: siehe Tabelle 4,S. 37 ( ) N 8382 N FR = FR,voll + FR, halb = = F R, ges = 8382 N

39 10.3 Biegekraftberechnung Für die Biegekraftberechnung werden die Formeln für das Abbiegen genutzt. Da aber die Biegewinkel kleiner als 90 sind, ist die reale Kraft für das Biegen etwas geringer, was aber als Sicherheit anzusehen ist und bei der Berechnung nicht beachtet wird. Die maximale Biegekraft berechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/7)/ zu: FB = 0,22 s 0 l B R m ( 22 ) mit: l B = 2 20 mm = 40 mm Länge der beiden Biegekanten FB = 2 N = 0,22 1mm 40 mm 510 mm N Die Endkraft zum Nachdrücken berechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/8)/ zu: Wenn ohne Gegenhalter gebogen wird gilt: FEN = 3 F B F EN = N = N ( 23 ) Die maximale Kraft, die zum Biegen aufgebracht werden muss, errechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/12)/ zu: Da nur Biegen und Nachdrücken, aber kein Radiusprägen F B max = FEN F B max = N ( 24 )

40 11 Auswahl der Federn Die Federn sind dauerfest, wenn sich die Schwingbelastung im Bereich zwischen ( 0,13...0,30) sn s (0,45..0,62) s n befindet. Dies entspricht einem maximal zulässigen Arbeitshub von s = 0,32 s A,zul n Bild 8: Belastungsbereich nach /6/ Bild 9: Erläuterungen Federwege nach /6/

41 Erforderliche Kraft am Ende der Abstreifoperation: (Annahme: 6 Federn) F F R Abstr,erf 6 F 8382 N F R Abstr,erf = = 1397 N 6 6 Die Eintauchtiefe der Schneidstempel mit Verhinderung des Zurückkommens der Butzen und für mittlere Stückzahlen berechnet sich zu: t E = 1mm + p p = 0,5 mm + s 0 Parallelanteil für Schneidplattendurchbruch nach V3 /1, Bild 71/ p = 0,5 mm + 1mm = 1,5 mm t E = 1mm + 1,5 mm = 2,5 mm ( 25 ) Die Absteifkraft FAbstreif,erf wirken (beinhaltet Sicherheit). soll noch te 0 = + s = 2,5 mm + 1mm 3,5 mm nach dem UT Der erforderliche Arbeitsweg s A,erf der Feder errechnet sich zu: s = t + t ( 26 ) A,erf B EF s A, erf = 4 mm + 1mm = 5 mm Auswahl der Feder aus FIBRO Katalog /6/: Spezial-Schraubendruckfeder Nummer: Kennfarbe: rot N R = 271,7 L 0 = 51mm mm F n = 4483,1N s n = 16,5 mm F 6 = 2771N s 6 = 10,2 mm D h = 32 mm L n = 34,5 mm s v 6 = 5,0 mm s A 6 = 5,2 mm

42 Federdiagramm für ausgewählte Feder F F [N] F F, max = 2771 Beginn des Abstreifens, Überwindung Haftreibung F Ende Schn. = 2092 F Abstreif,vorh=1820 Ende des Abstreifens F Abstr mit Sicherheit F Niederh = 1685 F v6 = 1413 F Abstreif,erf = 1400 OT / Federvorspannung Beginn Biegen Ende Abstreifen Beginn Schneiden / Ende Schneiden s A,erf =5 Beginn Abstreifen Ende Biegen / UT / t EF,b =1 t E,b =4 t EF,s =1,5 s 0 =1 t E,s =2,5 5,2 6,2 6,7 7,7 10,2 f F [mm] s v6,gew s A6 =5,2 s v6 s 6 Bild 10: Federdiagramm

43 Kontrolle: 1. Ausreichende Abstreifkraft Unter der Annahme, dass die Feder bis zum oberen Dauerfestigkeitsbereich von s = 0,62 genutzt wird, ergibt sich F F 6 s n Abstr,vorh Abstr, vorh = ( s 3,5 mm) R = ( 0,62 s 3,5 mm) R 6 n N = ( 10,2 mm 3,5 mm) 271,7 mm = 1820 N F 1397 N i. O. ( F ) ( ) Abstr,vorh Abstr, erf = Dies entspricht einer theoretischen Abstreifsicherheit von: FAbstr,vorh SAbstr,theoretisch = = 1,3. 30% Sicherheit F Abstr,erf Die reale Abstreifsicherheit ist aber höher ist, da die Federdimensionierung für das Ende der Abstreifoperation erfolgt ist. Am Anfang der Abstreifoperation ist die Federkraft aufgrund der größeren Federvorspannung an dieser Stelle größer. Am Ende ist die erforderliche Abstreifkraft aufgrund der gegen Null gehenden Kontaktmantelfläche Stempel/Loch kleiner. zwei nicht betrachtete Sicherheiten bei der Federdimensionierung S > S ) Abstreif,real 2. Dauerfester Hubbereich Abstreif,theoretisch Die Feder ist dauerfest, wenn sich die Schwingbeanspruchung im Bereich von: sv 6 = 0,30 sn = 5,0 mm und s = 0,62 s 10,2 mm befindet. 6 n = Die gewählte Feder ist dauerfest, wenn gilt: sa6 sa,erf s = 5,2 mm s 5,0 mm i. O. ( ) ( ) A 6 A, erf = Feder ist dauerfest ausgelegt. Einzustellende Federvorspannung: sv6,gew = s6 sa,erf = 0,62 sn sa,erf sv 6, gew = 10,2 mm 5,0 mm = 5,2 mm Federeinbaulängen Im eingebauten Zustand: Im unteren Totpunkt: L = L0 sv6, gew = 51mm 5,2 mm = 45,8 mm L = L0 sv6,gew sa, erf = 51 5,2 5 = 40,8 mm

44 12 Arbeitsbedarf 12.1 Schneidarbeit Die Schneidarbeit berechnet sich nach /1, Tafel 2, (T2/6)/ zu: W S = m S FS,ges s 0 ( 27 ) Kraftverlaufsfaktor m nach /1, Bild 60/ N N mit k s = xf Rm = 0, = 377,3 und s = 1mm gilt: mm mm m S = 0,57 W S = 0, N 0,001m W S = 50,1Nm 12.2 Biegearbeit Die Biegearbeit berechnet sich nach /1, Tafel 2, (T2/12)/ zu: W B m B F B,max h B ( 28 ) Da ohne Gegenhalter gebogen wird, beträgt m B = 0,32 r + r + s = 1mm + 1mm + 1mm 3 mm hb M St 0 = W B 0, N 0,004 m W B 12,9 Nm 12.3 Federarbeit Die Federarbeit für die Federn der Streifendruckplatte berechnet sich zu: W W F 2 2 ( s s ) i F 1 = R 2 6 v6,gew ( 29 ) Federzahl: i F = 6 N Federkonstante: R = 271,7 mm s 6 = 10,2 mm sv 6, gew = 5,2 mm 1 N = 271,7 2 mm 2 2 ( 10,2 mm) ( 5,2 mm) ) 6 62,8 Nm F =

45 12.4 Gesamtarbeitsbedarf Der Gesamtarbeitbedarf errechnet sich zu: W ges = WS + WB + WF ( 30 ) W ges = ( 50,1 + 12,9 + 62,8 )Nm W ges = 125,8 Nm 12.5 Zusammenfassung Tabelle 5: Arbeitsbedarf Arbeitsanteil [Nm] Schneidarbeit Biegearbeit Federarbeit Gesamtarbeitsbedarf W S 50,1 WB 12,9 WF 62,8 Wges 125,8-45 -

46 13 Auswahl der Presse 13.1 Berechnung des erforderlichen Stößelhubes H nach /1, Bild 35/: Mindeststößelhub vom UT ohne Vorschub: h = t + t + l + t + h' vu E EF Ü S z te = tb = 4 mm Stempeleintauchtiefe in die Matrize (für Biegestempel) t EF = 1,0 mm Eintauchtiefe der Stempelunterkante in die Streifendruckplatte l Ü = 4,5 mm Überstand des Suchstiftes (50 Kegelwinkel) über die Streifendruckplatte ts 1,5 s0 = 1,5 1mm = 1,5 mm Sicherheitsabstand h' z = hz 4 mm = 8 mm 2 mm = 6 mm Abstand Umgriff Schneidplatte ( 31 ) h vu = 4 mm + 1,0 mm + 4,5 mm + 1,5 mm + 6 mm = 17 mm Erforderlicher Stößelhub mit Vorschubschritt Für Pressen mit λ < 0,1 gilt in grober Näherung: H 2 h vu ( 32 ) H 2 17 mm = 34 mm H gew = 35 mm 13.2 Berechnung des Einbauraums bei HR 40 / 550 NL Im UT bei H = 35 mm h UT 1 = h(h = Hmax ) + (Hmax Hgew ) ( 33 ) 2 1 h UT = 220 mm + (80 mm 35 mm) = 242,5 mm 2 Im OT bei H = 80 mm h = h(h = H ) + H ( 34 ) OT max max h OT = ( ) mm = 300 mm

47 13.3 Presskraft Tabelle 6: Kraftbedarf Kraftanteil [kn] Maximale Schneidkraft F 87,9 S Biegekraft F 4,5 B Maximale Kraft zum Nachdrücken FEN 13,5 Erforderliche Abstreifkraft Vorhandene Abstreifkraft FR, ges 8,4 FAbstr,vorh, ges 10,9 Kraftverlauf (qulitativ) 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 Kraft [kn] 20,0 10,0 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 h vut [mm] Schnittkraft Biegekraft Reibkraft Linear (Federkraft) Bild 11: Kraftverlauf Die maximale Presskraft bei ca. 3,2 mm vor dem UT berechnet sich zu: FPr esse = FS + FB + FR,ges + FAbstreif (hvut = F = (87,9 + 4,5 + 8,4 + 11,4) kn Pr esse = 112 kn 3,2 mm) F R,ges wäre nur als Reibkraft richtig

48 13.4 Abschätzung des möglichen Arbeitsvermögens Da keine Angaben für Arbeitsvermögen der Presse RASTER HR 40 / 550 NL vorliegen, wird dieses näherungsweise aus Nennpresskraft und Nennkraftweg der Presse berechnet. WN FN sn = 400 kn 5,345 mm = 2138 Nm Dieses Ergebnis ist jedoch von der vorhandenen Arbeitshubzahl abhängig. Da ( W 2138 Nm) >> ( W 126 Nm) kann diese Presse genommen werden. N ges = Für genauere Betrachtungen ist das entsprechende Herstellerdatenblatt (lag nicht vor) zu verwenden Auswahl der Presse Pressenparameter nach /7/ Tabelle 7: Pressenauswahl Auswahlkriterium Vorhandene Parameter (HR40/550NL) Erforderliche Parameter Presskraft 30 vor UT bei kleinster Arbeitshubzahl und mittlerem Hub kn 400 > 112 S. 47 Arbeitsvermögen Nm 2138 > 125,8 Tabelle 5, S.45 Stößelhub, verstellbar in 5 mm Stufen mm > < 34 gewählt: 35 Einbauhöhe bei 35 mm Hub im UT und Stößelverstellung oben Einbauhöhe bei größtem Hub im OT und Stößelverstellung oben mm 242,5 > 235 mm 300 > 280 Tischaufspannplatte (Länge, Breite) mm 550 x 450 > 350 x 355 Stößelfläche (Länge, Breite) mm 550 x 360 > 330 x 300 Tischplattenöffnung (Länge, Breite) mm 450 x 100 > 70 x 270 Maximale Bandbreite mm 150 > 55 Bandeinlaufhöhe über Tisch mm < >

49 14 Zusatzangaben auf der Zeichnung Tabelle 8: Zusatzangaben für Zeichnung Kriterium Erforderliche Presskraft Größe 112 kn Erforderliche Abstreifkraft Einbauhöhe (Werkzeugeinbauhöhe im UT) Stößelhub Presse 8,4 kn 230 mm 35 mm Raster HR 160/1100 NL Werkstückstoff USt 37-2G O3g (DIN ) Blechdicke Band-/Streifenbreite Vorschubschritt Werkzeugmasse Masse Oberteil Masse Unterteil 1 mm 55 mm 26,3 mm 140 kg 95 kg 45 kg Schutzgitter anbringen

50 15 Anlagen CAD - Entwurf Einspannzapfen /6/ Tragschraube /6/ Tragzapfen /6/ Wechselführungssäule mit Bund und Haltestückverschraubung /6/ Führungsbuchse mit Bund (Bronze mit Festschmierstoff) /6/ Haltestücke /6/ Schneidstempel /6/ Federn /6/ Federeinbau /6/ RASTER Stanzautomaten /7/

51 O Fehler

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