Waldemar Hellwig. Spanlose Fertigung: Stanzen

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1 Waldemar Hellwig Spanlose Fertigung: Stanzen

2 Waldemar Hellwig Spanlose Fertigung: Stanzen Grundlagen für die Produktion einfacher und komplexer Präzisions-Stanzteile 9., aktualisierte Auflage Mit187 Abbildungen und 26 Tabellen STUDIUM

3 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über < abrufbar. Der Autor Prof. Dr.-Ing. Waldemar Hellwig lehrte nach jahrelanger Praxis in der Werkzeugmaschinenbranche das Fach Werkzeugmaschinen und Konstruktion an der Fachhochschule Konstanz. Er übernahm das Buch als Autor ab der 3. Auflage. Der Begründer Dipl.-Ing. Erwin Semlinger, Oberstudienrat i. R. und Fachberater an der Technikerschule für Blechverarbeitung, Sindelfingen, begründete das Werk als Ausbildungshilfe in den 1960er Jahren und arbeitete aktiv noch in den 1980er Jahren daran mit. Die ersten beiden Auflagen erschienen unter dem Titel Stanztechnik im gleichen Verlag. 1. Auflage , verbesserte Auflage , durchgesehene Auflage , verbesserte Auflage , überarbeitete und erweiterte Auflage , verbesserte Auflage , vollständig überarbeitete Auflage , aktualisierte und ergänzte Auflage , aktualisierte Auflage 2009 Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009 Lektorat: Thomas Zipsner Imke Zander Vieweg+Teubner ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, 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. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: Krips b.v., Meppel Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in the Netherlands ISBN

4 V Vorwort zur 9. Auflage Das Buch Spanlose Fertigung: Stanzen erscheint jetzt in der 9. Auflage. Die erste Auflage, von Herrn Oberstudienrat Dipl.-Ing. Erwin Semlinger unter dem Titel Stanztechnik verfasst, erschien Das Buch zeichnete sich bereits damals durch besondere Sachkenntnis und pädagogisches Geschick aus. Seit der 4. Auflage wird es von dem Unterzeichnenden bearbeitet. Es wurde in jeder Folge erweitert und stets auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Seit der 8. Auflage lautet der Titel Spanlose Fertigung: Stanzen mit dem Untertitel Grundlagen für die Produktion einfacher und komplexer Präzisions- Stanzteile. Das Stanzen ist zu einer integrierenden Fertigung geworden, das Schneiden, Biegen, Prägen, Ziehen, Fügen, Nieten, Gewindeschneiden bzw. -prägen, Widerstandsund Laserschweißen in einem Arbeitsablauf ausführen kann. Die modular aufgebauten Systeme können teilweise oder vollständig automatisiert werden, sodass komplexe Teile aus Bändern komplett in einem Arbeitsgang hergestellt werden können. Industriell unterscheidet man noch häufig das konventionelle Stanzen, das Hochleistungsstanzen und das Feinstanzen, letzteres auch Feinschneiden genannt. Mit konventionellem Stanzen werden meistens in Handwerksbetrieben oder der Kleinindustrie einfache Stanzteile in verschiedenen Losgrößen aus Bändern verschiedener Dicke mittlerer bis hoher Qualität hergestellt. Mit Hochleistungsstanzen produziert man Stanzteile aus Bändern bis zu 3 mm Dicke oder aus Folien meistens in großen Losgrößen mit Hubfrequenzen bis zu 2000 H/min. Mit Feinschneiden werden aus Blechen bis zu 15 mm Dicke hochgenaue komplexe Stanzteile mit Hubfrequenzen bis zu 150 H/min gefertigt. In dem Buch zeigen eingangs einige Beispiele das Fertigungsspektrum der Stanztechnik. Danach werden die Grundlagen der Stanztechnik, der Aufbau von Schneid-, Biege- und Ziehwerkzeugen bis zum Einsatz des Lasers im Stanzwerkzeug behandelt. Die Grundsätze der Stanztechnik sind für Studierende und Praktiker verständlich und praxisbezogen dargestellt. Für den Praktiker sind hilfreiche Angaben in Schaubildern und Tabellen enthalten. Beispielhafte Aufgaben und deren Lösungen sind im Anhang angegeben. Der Konstrukteur erhält oft wertvolle Hinweise zur Lösung seiner Aufgaben. Die neueste Werkstoffentwicklung im Hinblick auf den Einsatz in Stanzwerkzeugen ist berücksichtigt und die aktuellen Normen, Arbeitsblätter, Richtlinien und Fachliteratur sind aufgezeigt. Da in dem Buch die Grundlagen der Stanztechnik behandelt werden, eignet es sich als Lehrbuch für Auszubildende der Produktionstechnik, besonders Werkzeugmacher und für Studierende des Maschinenbaus an Fachhochschulen und Technischen Universitäten sowie als Handbuch zur Weiterbildung in der Industrie. Für das Management gibt es Hinweise auf neue Produktionsmöglichkeiten. Den auskunftsbereiten Firmen sei für die Anregungen und die Überlassung von Unterlagen zur Bearbeitung des Buches gedankt. Möge das Buch weiterhin den Studierenden, den Konstrukteuren und der Fachwelt als anerkanntes Werk der Stanztechnik dienen. Arbon, im Januar 2009 Waldemar Hellwig

5 VI Inhaltsverzeichnis Vorwort... V 1 Was bietet die Stanztechnik der globalen Wirtschaft? Verfahren und Begriffe der Stanztechnik Werkstoffe für Stanzteile Werkstoffe für Stanzteile der Hochleistungsstanztechnik Nichtmetallische Werkstoffe Metallische Werkstoffe Eisenwerkstoffe Nichteisenmetalle Werkstoffe für Stanzteile der Feinstanztechnik Stähle Nichteisenmetalle Grundlagen des Schneidens Schneidvorgang und Schneidarten Oberflächenbeschaffenheit von Schnittflächen Maßtoleranzen geschnittener Teile Schneidkraft Bestimmung der Schneidkraft Wirkung der Schneidkraft auf Werkzeug und Maschine Minderung der Schneidkraft durch geneigte Schneiden Minderung der Schneidkraft durch versetzte Stempelhöhen Abstreifkraft Ringzackenkraft beim Feinschneiden Gegenkraft beim Feinschneiden Schneidarbeit Schneidleistung Grundlagen und Richtlinien für Schneidwerkzeuge Schneidspalt und Stempelspiel Hochreißen der Lochabfälle Steg- und Randbreiten Schneidwerkzeuge Schneidwerkzeuge ohne Führung... 31

6 Inhaltsverzeichnis VII Grundlagen Ausschneidwerkzeuge Lochwerkzeuge Ausklinkwerkzeuge mit Schneidplattenführung Schneidwerkzeuge mit Plattenführung Formgebung der Bauteile Ausgegossene Stempelführungs- und Halteplatte Säulengeführte Werkzeuge Grundlagen Säulenführungen Führungselemente Schneidwerkzeuge mit Säulenführung Ausschneidwerkzeuge in Gesamtbauweise Gesamtschneidwerkzeuge Nachschneid- und Kantenglättezugwerkzeuge Führungen für Werkzeuge in Modulbauweise Streifenführung und Vorschubbewegung Streifenführung und Streifenzentrierung Vorschubbegrenzung einfacher Streifen Vorschubbegrenzung bei Wendestreifen Stempel- und Schneidplattenausführungen Abschneidwerkzeuge Mehrteilige Stempel und Schneidplatten Schneidwerkzeuge mit Hartmetallbestückung Einspannen von Werkzeugen Grundlagen Einspannzapfen Schrauben Ziehende Spannelemente Lagebestimmung der Kraftresultierenden Allgemeines Lagebestimmung mit Schneidkräften einzelner Stempel Lagebestimmung mit den Längen der Schnittlinien Lagebestimmung mit Linienschwerpunkten Lagebestimmung bei Mehrfachschneidwerkzeugen Streifeneinteilung und Stückzahlberechnung je Tafel Grundlagen des Biegeumformens Biegeverfahren und -kräfte Spannungen im Band beim Biegen Rückfederung beim Biegen Berechnung der Zuschnittlänge... 89

7 VIII Inhaltsverzeichnis 7 Biegewerkzeuge Grundlagen Aufnahme der Umformkräfte im Werkzeug Einlaufkante Aufnahmeformen für Zuschnitte Federeinbau Anwendung von Kunstharzen Waagerechtbewegung im Werkzeug Rollbiegen Lage des Einspannzapfens Grundlagen des Tiefziehens Tiefziehverfahren und -kräfte Prinzip des Tiefziehens Tiefziehverhältnis Ziehspalt Ziehkantenradius beim Ziehen mit Blechhalter Tiefziehkraft Niederhalterkraft Tiefziehenergie Tiefziehleistung Schmierung beim Tiefziehen Wärmebehandlung zwischen Folgezügen Allgemeines Rekristallisationsglühen Abhängigkeit des Werkzeugaufbaus von der Pressenart Der Blechhalter beim Werkzeugentwurf Ziehen über Wülste Ermittlung der Zuschnitte für Tiefziehteile Zuschnittgröße runder Näpfe Zuschnittform unrunder Ziehteile mit senkrechten Zargenwänden Ziehwerkzeuge Werkzeuge für doppeltwirkende Ziehpressen Bauteile Ausführungsformen von Napf-Ziehwerkzeugen Werkzeuge für einfachwirkende Pressen mit Ziehkissen Ziehen zylindrischer, runder Näpfe Ziehen unrunder Hohlteile mit senkrechten Zargenwänden Berechnungsgrundlagen zur Werkzeugkonstruktion

8 Inhaltsverzeichnis IX 9.3 Ziehfehler beim Ziehen mit Blechhalter Blechhalterloses Tiefziehen Abstreckziehen Werkstoffe für Tiefziehwerkzeuge Verbundwerkzeuge Grundlagen Einteilung und Bauweisen der Werkzeuge Richtlinien für den Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge Lage des Druckmittelpunktes (Kraftresultierende) Ausführung einiger Folgeverbundwerkzeuge FVW in Plattenbauweise FVW in offener Plattenbauweise FVW in Plattenbauweise mit federnder Streifenfestklemmung FVW mit Säulengestell und starrem Abstreifer FVW mit federnder Führungsplatte Berechnung der wirksamen Umformkräfte für federnde Führungsplatte FVW säulengeführt, mit getrennt federnden Platten Berechnung der wirksamen Umformkräfte für getrennt federnde Platten FVW säulengeführt mit Wippe FVW für Rollbiegen mit Umformungen in Stößelbewegung 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

9 X Inhaltsverzeichnis 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 Federn im Werkzeugbau Einbau von Druckfedern Federanordnung Federführung Spielraum über dem Kopf der Hubbegrenzungsschraube Federüberbeanspruchung Zylindrische Schraubendruckfedern Tellerfedern Elastomer-Druckfedern Gasdruckfedern Einbezug verschiedener Technologien in den Stanzprozess Stanzpaketieren mit Durchsetzungen Stanz-Laser-Paketieren Berechnung der erforderlichen Laserleistung 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

10 Inhaltsverzeichnis XI 17 Überwachung von Stanzwerkzeugen Auswertbare Messgrößen Messstellen für das Überwachen Abschätzen der Messgrößen Anforderungen und Auswahlkriterien Kraftmessungen Lichtschnitt-Messungen Bildverarbeitung Auswertung von Messergebnissen 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 Automatisierung des Stanzprozesses Peripheriegeräte und Stanzzentren Steuerung von Stanzprozessen Berechnungsbeispiele

11 XII Inhaltsverzeichnis 21 Literatur, Normen und Richtlinien Im Text erwähnte Literatur Zeitschriften Fachbücher Seminarunterlagen Normen und Richtlinien Begriffe der Stanztechnik Stanzteile Werkzeuge der Stanztechnik Schnittflächenqualität beim Schneiden Federn für die Stanztechnik Zylindrische Schraubendruckfedern Gasdruckfedern Elastomer-Druckfedern Pressen Sachwortverzeichnis