Der Werkzeugbau METALLTECHNIK FACHBILDUNG. Eberhard Keller. EUROPA-FACHBUCHREIHE für Metallberufe

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1 EUROPA-FACHBUCHREIHE für Metallberufe Heiner Dolmetsch Detlef Holznagel Eberhard Keller Wolfgang Klein Thomas Odenwald METALLTECHNIK FACHBILDUNG Der Werkzeugbau Stanztechnik 5 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau Formenbau 6 Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren 3 Vorrichtungsbau 7 Beispielsammlung 4 Messgeräte und Lehren 8 Lernfelder 5. Auflage VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße Haan-Gruiten Europa-Nr.: 0889

2 Autoren Dolmetsch, Heiner Dipl.-Gwl., Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Metzingen Holznagel, Detlev Dipl.-Ing., Studiendirektor Emmendingen Keller, Eberhard Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Ulm Klein, Wolfgang Staatl. gepr. Maschinenbautechniker, Pforzheim Studiendirektor Odenwald, Thomas Dipl.-Gwl., Dipl.-Ing. (FH), Studiendirektor Bruchsal Lektorat und Leitung des Arbeitskreises: Wolfgang Klein Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel GmbH & Co., Ostfildern Umschlaggestaltung Michael M. Kappenstein Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen Rechtschreibregeln erstellt. Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Blätter und der VDI-Richtlinien zugrunde gelegt. Verbindlich sind jedoch nur die DIN-Blätter und die VDI-Richtlinien selbst. Verlag für die DIN-Blätter: Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstraße 6, 0787 Berlin. 5. Auflage 0 Druck Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind. ISBN Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. 0 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 478 Haan-Gruiten Satz: rkt, 4799 Leichlingen, Druck: Konrad Triltsch, Print und digitale Medien GmbH, 9799 Ochsenfurt-Hohestadt

3 Vorwort 3 Vorwort Dieses Fachbuch wendet sich vor allem an die Auszubildenden der Berufe Werkzeugmechanikerin und Werkzeugmechaniker bzw. Feinwerkmechanikerin und Feinwerkmechaniker Schwerpunkt Werkzeugbau. Wer sich persönlich weiterbilden oder auf eine MeisteroderTechnikerprüfung vorbereiten möchte, wird in diesem Buch viele Anregungen finden. Insbesonders die Abschnitte und 5 sind auch für die Verfahrensmechaniker/in für Kunststoff- und Kautschuktechnik interessant. Die 5. Auflage wurde sorgfältig durchgesehen und korrigiert. Um die geforderte Handlungskompetenz zu stärken, ist am Schluss der Abschnitte Stanztechnik, Formenbau und Vorrichtungsbau je ein Fallbeispiel eingefügt. Diese eignen sich besonders für den Unterricht im Lernfeld, weil sie neben den fachlichen Aspekten in der Technologie und der Werkstofftechnik auch noch Inhalte der Arbeitsplanung und technische Berechnungen enthalten. Die Autoren haben hierbei besonderen Wert auf den Anwendungsbezug und die Problemorientierung gelegt. Um das Unterrichtskonzept Lernen im Lernfeld zu stärken, werden am Schluss des Buches die Lernfelder 5 bis 4 für Werkzeugmechaniker bearbeitet. Für jedes dieser Lernfelder wird ein Vorschlag für einen Lerngegenstand gemacht und das Lernfeld in Lernsituationen aufgeteilt. Dem Lehrbuch ist eine CD beigelegt, auf der über 700 Bilder und Tabellen aus diesem Buch gespeichert sind. Besonders zu empfehlen sind Bilder der CD aus den Abschnitten Beispielsammlung und Lernfelder. Auf der CD finden die Nutzer auch Lösungsvorschläge für die im Buch gestellten Wiederholungsfragen sowie Animationen und Präsentationen aus dem Fertigungsbereich Stanz- und Umformtechnik. Im Sachwortbereich werden die technischen Fachbegriffe sowohl in deutscher als auch in englischer Sprache angeben, um das Textverständnis englischer Fachliteratur zu fördern. Besonderen Dank gilt den auf Seite 345 aufgeführten Firmen und Organisationen, die den Autoren wertvolle Unterstützung gewährten. Für Anregungen und kritische Hinweise an die -Adresse lektorat@europa-lehrmittel.de, die zu einer weiteren Vervollständigung und Verbesserung des Buches beitragen können, sind Autoren und Verlag aufgeschlossen und dankbar. Eisingen, im Frühjahr 0 Wolfgang Klein Stanztechnik Seite 7 07 Formenbau Seite Vorrichtungsbau Seite Messgeräte und Lehren Seite Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau Seite Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren Seite Beispielsammlung mit Analysen Seite Lernfelder mit Lernsituationen Seite

4 4 Inhaltsverzeichnis Stanztechnik Begriffsbestimmungen Zerteilen Scherschneiden Scherschneidverfahren Lage der Schneiden beim Scherschneiden Schneidvorgang Schneidwerkzeuge Einteilung nach dem Fertigungsverfahren Einteilung nach dem Fertigungsablauf Einteilung nach dem konstruktiven Aufbau Besondere Schneidwerkzeuge Bauelemente der Schneidwerkzeuge Grundplatte Streifenführungselemente Führungsplatte Spannplatte Schneidstempel Aufschlagstücke Stempelplatte Druckplatte Kopfplatte Einspannzapfen Säulengestelle Federelemente Vorschubbegrenzung Werkstück- und Abfallentfernung Werkstoffbeispiele für die Bauteile eines Schneidwerkzeuges Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen Schneidspalt und Spiel Schnittgrat Schneidkraft Lage der Einspannzapfen Werkstoffausnutzung Keilschneiden Messerschneiden Stechen Unfallverhütung an Schneidwerkzeugen Fallbeispiel: Folgeschneidwerkzeug Aufgabenstellung Vorüberlegungen Werkzeugaufbau Verfahren der Umformtechnik Druckumformen Zug-Druckumformen Zugumformen Biegeumformen Umformwerkzeuge mit Wirkmedien Verbundwerkzeuge Folgeverbundwerkzeuge Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge Gesamtverbundwerkzeuge Pressen und Hilfseinrichtungen der Stanztechnik Pressenarten Wirkungsweise der Pressen Auswahl von Pressen Zusatzgeräte an Pressen Werkzeugeinbau und -überwachung Schutzeinrichtungen an Pressen Wartung von Pressen und Werkzeugen 06 Formenbau Fertigungsverfahren Kokillengießen Druckgießen Warmkammerverfahren Kaltkammerverfahren Druckgießmaschinen Richtlinien für die Gestaltung von Druckgießteilen Aufbau der Druckgießwerkzeuge Eingießen von Fremdmetallteilen Kühlen der Form Form- und Spritzpressen Formpressen Spritzpressen Beheizung von Press- und Spritzpresswerkzeugen Spritzgießen Vorgänge beim Spritzgießen Spritzgießmaschine Gestaltung von Spritzgießteilen Aufbau von Spritzwerkzeugen Gießformen aus Normalien Sonderbauarten von Werkzeugen Sonderverfahren beim Spritzgießen Prototypenherstellung Extrudieren Vollstabwerkzeug Rohrwerkzeug Blasformen von Hohlkörpern Warmumformen Urformen von Sinterwerkstoffen Allgemeines Aufbau und Wirkungsweise eines Presswerkzeuges Kontrolle und Erprobung von Werkzeugen Instandhaltung und Wartung von Werkzeugen Instandhaltung Wartung

5 Inhaltsverzeichnis 5.0 Fallbeispiel: Spritzgießwerkzeug Aufgabenstellung Vorüberlegungen Werkzeugaufbau Vorrichtungsbau Allgemeines Begriffsbestimmung Verwendungszweck Einteilung der Vorrichtungen Aufbau einer Vorrichtung Vorgänge bei der Bedienung einer Vorrichtung Grundlagen des Vorrichtungsbaues Lagebestimmung Wahl der Bestimmflächen Bestimmelemente Einlegen und Entnehmen des Werkstückes Spannen des Werkstückes Spannkräfte Spannelemente Hilfsspannelemente Bedienelemente Vorrichtungsverschlüsse Feststellelemente Vorrichtungskörper Aufnahme der Vorrichtung in der Werkzeugmaschine Vorrichtungsarten Bohrvorrichtungen Fräsvorrichtungen Drehvorrichtungen Fügevorrichtungen Werkstückträger Werkstückträger für Transferstraßen Werkstückträger für Bearbeitungszentren Vorrichtungsbaukasten Baukastensysteme Bauelemente Vorgehensweise bei der Erstellung einer Vorrichtung Anwendung Fallbeispiel: Fräsvorrichtung Aufgabenstellung Vorüberlegungen Vorrichtungsaufbau Messgeräte und Lehren Allgemeines Begriffsbestimmung Prüfmittel Maßverkörperungen Strichmaße Parallelendmaße Anzeigende Messgeräte Grundbegriffe Messverfahren Messschrauben Messuhren und Feinzeiger Optische Messgeräte Messmikroskop Profilprojektor Optisch-elektrische Messgeräte Inkrementale Messtaster Elektrische Messgeräte Allgemeines Induktive Messtaster Induktive Messdorne Mehrstellenmessgeräte Pneumatische Messgeräte Messverfahren Messaufnehmer Messanordnung Winkelprüfung Winkelendmaße Sinuslineal Koordinaten-Messgeräte Einkoordinaten-Messgeräte Dreikoordinaten-Messgeräte Lehren Allgemeines Lehrenarten Überprüfen und Instandsetzen von Prüfmitteln Beschriften der Lehren Bewehren von Messflächen Digitalisieren von Modellen Digitalisiervorgang Aufbereiten der Abtastdaten Messraum Gestaltung Ausstattung Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau Allgemeine Verfahren Vorrichten und Anreißen Stoßen Fräsen mit konventioneller Fräsmaschine Fräsen mit CNC-Fräsmaschinen Nachformfräsen Hochgeschwindigkeitsfräsen Schleifen Profilschleifen Tiefschleifen Koordinatenschleifen Abtragen Funkenerosionsverfahren Funkenerosives Senken Funkenerosives Schneiden

6 6 Inhaltsverzeichnis Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren Werkstoffe im Vorrichtungs- und Werkzeugbau Einteilung der Stähle Baustähle Werkzeugstähle Sinterwerkstoffe Beschichtete Werkstoffe Nichteisenmetalle Allgemeine Beschreibung der Wärmebehandlungsverfahren Glühen Härten Anlassen Maßänderung beim Härten und Anlassen Altern Wärmebehandlung der Werkzeugstähle Unlegierte Werkzeugstähle Kaltarbeitsstähle Warmarbeitsstähle Wärmebehandlung der Baustähle Vergüten Einsatzhärten Nitrieren Beispielsammlung mit Analysen Folgeverbundwerkzeug (plattengeführt) Folgeverbundwerkzeug (säulengeführt) Zweifach-Spritzgießwerkzeug Spritzgießwerkzeug (Backenwerkzeug) Fräsvorrichtung Bohrvorrichtung Messvorrichtung Baukastenvorrichtung Lernfeld 9: Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen Lernfeld 0: Fertigung von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung Lernfeld : Herstellen der technischen Systeme des Werkzeugbaus Lernfeld : Inbetriebnahme und Instandhalten von technischen Systemen des Werkzeugbaus Lernfeld 3: Planen und Fertigen technischer Systeme des Werkzeugbaus Lernfeld 4: Ändern und Anpassen techischer Systeme des Werkzeugbaus Normblattverzeichnis Quellenverzeichnis Sachwortverzeichnis Inhaltsverzeichnis der CD Bilder und Tabellen aus dem Werkzeugbau interaktiv Wiederholungsfragen und Beispielsammlung mit Lösungen 3 Lernfelder 4 Sachwortverzeichnis deutsch englisch 5 Sachwortverzeichnis englisch deutsch 6 Animation Firma Hasco 7 Präsentation Technikerarbeit Lernfelder Lernfeld 5: Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung Lernfeld 6: Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus Lernfeld 7: Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Lernfeld 8: Planen und Inbetriebnahme steuerungstechnischer Systeme

7 6 Stanztechnik.3.3 Einteilung nach dem konstruktiven Aufbau Werden Schneidwerkzeuge nach ihrem konstruktiven Aufbau unterteilt, so wird die Art der Stempelführung zur Bezeichnung verwendet (Bild ) Schneidwerkzeuge ohne Führung (Freischneidwerkzeuge) Beim Schneidwerkzeug ohne Führung wird der Schneidstempel zum Werkzeugunterteil innerhalb des Schneidwerkzeuges nicht geführt. Die Führung erfolgt allein durch den Pressenstößel (Bild ). Schneidwerkzeuge ohne Führung sind einfache, kostengünstig herzustellende Schneidwerkzeuge. Sie werden meist als Einverfahrwerkzeuge zum Schneiden runder Scheiben oder von anderen einfachen Formen mit geringer Stückzahl verwendet. ohne Stempelführung Schneidwerkzeuge Führungssäule Führungsplatte Bild : Schneidwerkzeuge nach der Art der Stempelführung Pressenstößelführung mit Stempelführung Werkzeugunterteil Pressenstößel.3.3. Schneidwerkzeuge mit Führung Bei diesen Werkzeugen erfolgt die Führung des Schneidstempels mit Hilfe von Führungsplatten, durch Führungssäulen oder durch die. Grundplatte Spanneisen Schneidspalt Schneidstempel Abstreifer Schnittstreifen Schneidwerkzeuge mit Plattenführung 5} Bei einem Schneidwerkzeug mit Plattenführung werden die einzelnen Stempel durch eine mit dem Werkzeug fest verbundene Führungsplatte in die geführt (Bild 3). Führungs- und, Zwischenlagen und die Grundplatte sind mit Zylinderstiften fixiert und verschraubt. Die Stempel können daher seitlich nicht ausweichen und die beschädigen (Bild, Seite 7). Die Zwischenlagen, die gleichzeitig als Streifenführung dienen, sollen nur 5 mm bis 8 mm hoch sein, um die Stempel bis dicht über die zu führen. Außerdem kann mit den Fingern nicht zwischen Stempel und hineingegriffen werden. Die geschlossene Bauweise erschwert die Überwachung des Schneidvorganges und des Werkstofftransportes. Nachteilig sind auch die relativ kurzen Gleitführungen und die oft nicht immer günstigen Gleitverhältnisse. Dies führt, vor allem bei seitlichen Kräften, schnell zu Verschleiß. Schneidstempel Führungsplatte Werkzeugoberteil Grundplatte Pressentisch Bild : Schneidwerkzeug ohne Führung Zwischenlage Zylinderstift Bild 3: Schneidwerkzeug mit Plattenführung

8 Schneidwerkzeuge 7 B - B Kopfplatte Stempelplatte C - C A A Führungsplatte Grundplatte Abschneidstempel A-A C Schnittstreifen fertiges Werkstück B B C Einschneiden Formseitenschneiden Formlochen Leerstufe Abschneiden Bild : Plattenführungswerkzeug Schneidwerkzeuge mit Säulenführung Bei einem Schneidwerkzeug mit Säulenführung erfolgt die Führung der Stempel durch zwei, bei großen Werkzeugen auch durch vier gehärtete, geschliffene und geläppte Säulen (Bild ). Oberteil Die Säulen sitzen in der Regel mit Übermaß im Werkzeugunterteil. Im Gegensatz zur Plattenführung wird bei der Säulenführung nicht der einzelne Stempel geführt, sondern das ganze Oberteil. Durch den großen Abstand der Führungssäulen ergibt sich eine wesentlich bessere Führung als bei einer Plattenführung. Führungssäule Schneidstempel Abstreifplatte Außerdem besteht eine viel größere Lebensdauer, weil die längeren Gleitflächen und die bessere Abstimmung der Gleitwerkstoffe auch bei ungünstigen Kraftverhältnissen nur geringen Verschleiß zulassen. Unterteil Schnittstreifen Bild : Schneidwerkzeug mit Säulenführung

9 8 Stanztechnik B-B Kugelführung C-C Kopfplatte Federelement Druckplatte Führungssäule Stempelplatte Führungsplatte Streifen- Führungselement Kugelführung Distanzstück Aufnahmeplatte Oberteil abgehoben, ohne Streifen C Grundplatte neinsatz B B Schnittstreifen Schnittteil Lochung für Suchstifte Lochung für Werkstück Suchen Lochung für Innenform Suchen Ausschneiden Bild : Säulenführungswerkzeug C Für dünne Stempel muss auch hier eine Führungsplatte eingebaut werden (Bild ). Schneidwerkzeuge mit nführung Bei Schneidwerkzeugen mit nführung erfolgt die Führung des Stempels durch die. Der nicht schneidende Teil des Stempels wird so weit verlängert, dass dieser in den ndurchbruch eintaucht. Mit Knabberschneidwerkzeugen (Bild ) werden Blechteile an ihren Rändern beschnitten. Die Blechbewegung kann durch Entlangfahren an einer Schablone oder durch eine NC-Steuerung erfolgen. Ausklinkwerkzeuge (Bild 3) verwendet man zum Schneiden von Formen am Rand eines Werkstückes, unter anderem zum Ausklinken großer Rotor- und Statorteile, sowie zum Ausklinken grob gezahnter Sägen. Stempel geführt durch Bild : Knabberschneidwerkzeug Stempel Streifenführung Grundplatte Stempelführung Streifenführung Bild 3: Ausklinkwerkzeug Schablone auf Werkstück geklemmt Werkstück Anschlagfläche Grundplatte Stempel

10 4 Stanztechnik.6 Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen.6. Schneidspalt und Spiel Schneidspalt u = Spiel u a u Spiel = a-a Stempel Zwischen der Schneidkante des Stempels und der entsprechenden Schneidkante des ndurchbruches muss, rechtwinklig zur Schneidenebene gemessen, ein Schneidspalt vorhanden sein (Bild ). Die Größe des Schneidspaltes hängt von der Dicke und von den Festigkeitseigenschaften des zu schneidenden Werkstoffes ab sowie von der Art des Werkzeugaufbaues und der geforderten Qualität der Schnittflächen (Tabellen und ). In der Regel beträgt der Schneidspalt bis 5 % der Blechdicke, wobei der untere Wert für kleinere Blechdicken gilt. Nur wenn der Schneidspalt die richtige Größe und überall das gleiche Maß hat, erhält man Schnittteile mit normalen Grathöhen. Von der Größe und Lage des Schneidspaltes wird vor allem auch die Standzeit der Werkzeuge beeinflusst. Unter Standmenge versteht man bei Schneidwerkzeugen die Anzahl der Schnittteile, die mit einem scharfgeschliffenen Werkzeug geschnitten werden können, bis ein neuer Scharfschliff notwendig wird. Ist der Schneidspalt an einer Stelle enger als an der gegenüberliegenden, so wird der Stempel abgedrängt. Dadurch sind die Führungen einem erhöhten Verschleiß unterworfen, die Standzeit verringert sich, die Schneidkraft wird größer und die Gratbildung am Schnittteil wird unregelmäßig. Ob die richtige Größe des Schneidspaltes eingehalten worden ist, erkennt man an der Schnittfläche und am Grat (Tabelle 3). Die Überprüfung des Schneidspaltes geschieht am einfachsten mit einem Höhenmess- oder Winkelprüfgerät mit Digitalanzeige. Die Größe des Schneidspaltes beeinflusst die folgenden Merkmale: Grathöhe am Schnittteil Oberflächengüte der Schnittflächen Maßgenauigkeit Schneidkraft Verschleiß des Werkzeugs (Standmenge) Bild : Schneidspalt und Spiel å Schneidspalt = Sp iel u = a a Tabelle : Schneidspalt u für å = 0 Dicke s Scherfestigkeit ab in N/mm mm bis ,4 0,6 0,05 0,0 0,05 0,7 0,8 0,05 0,03 0,04 0,9 0,03 0,04 0,05,5 0,05 0,06 0,08 0,08 0,0 Tabelle : Schneidspalt u für å > 0 Dicke s Scherfestigkeit ab in N/mm mm bis ,4 0,6 0,00 0,05 0,00 0,7 0,8 0,05 0,0 0,03 0,9 0,0 0,03 0,04,5 0,03 0,04 0,05 0,05 0,07 Tabelle 3: Auswirkungen verschiedener Schneidspalte Schneidspalt Schnittfläche Grat zu groß rau, brüchig stark gezackt zu klein glänzend fein, hoch richtig / 3 s ) glänzend ) normal / 3 s matt ungleich rau, brüchig stark gezackt und glänzend und fein, hoch und glänzend/ und normal matt ) s = Werkstoffdicke ) bei härteren Werkstoffen verringert sich der glänzende Anteil von s. a

11 Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen 43 Berechnung der Stempel- und nmaße Bezeichnungen: u Schneidspalt a ; b ; d Maße der Stempel a; b; d Maße der ndurchbrüche Um maßgenaue Außen- und Innenformen bei Schnittteilen zu erhalten, müssen folgende Grundsätze beachtet werden: Beim Lochen (Innenformen) ist der Lochstempel bestimmend und erhält das Sollmaß des Schnittteiles. Der ndurchbruch wird um das Spiel (= Schneidspalt) größer (Bild ). Bild : Lochen a = a + u Bild : Ausschneiden a = a u Beim Ausschneiden (Außenformen) ist der ndurchbruch bestimmend und erhält das Sollmaß des Schnittteiles. Der Lochstempel wird um das Spiel kleiner (Bild ). Beispiel: Das Schnittteil Bild 3 soll aus 3 mm dickem Stahlblech hergestellt werden. Für einen Schneidspalt von 0,08 mm sind die Maße für die ndurchbrüche und die Lochstempelmaße zu ermitteln. Lösung: Lochen Bild 3: Schnittteil mit Stempeln und Der Lochstempel erhält das Sollmaß des Schnittteiles. d =8mm ndurchbruch d = d + u =8mm + 0,08 mm = 8,6 mm Lösung: Ausschneiden Der ndurchbruch erhält die Sollmaße des Schnittteiles. Länge a = 30 mm; Breite b = 5 mm. Ausschneidstempelmaße: a = a u = 30 mm 0,08 mm = 9,84 mm b = b u = 5 mm 0,08 mm = 4,84 mm r = r u = 4 mm mm 0,08 = 3,9 mm Berücksichtigung der Schnittteiltoleranzen Durch Abnutzung der Schneidstempel und der ndurchbrüche verändern sich auch die Maße des Schnittteils. Damit die Toleranz T trotzdem über einen längeren Zeitraum eingehalten werden kann, empfiehlt VDI 3368 folgende Regeln: Lochen Lochstempel d = G 0 0, T Bezugsgröße sind die Höchstmaße G 0 der ndurchbruch d = d Lochung + u Ausschneiden ndurchbruch a = G u + 0, T Bezugsgrößen sind die Mindestmaße G u des Ausschneidstempelmaße a Schnittteils. = a u Bei genaueren Lochungen in dicken Blechen federt der Werkstoff nach dem Schneidvorgang zurück, d. h., das geschnittene Loch wird kleiner als der Lochstempel. Um den geforderten Lochdurchmesser trotzdem zu erhalten, wird der den Lochstempel zusätzlich um das halbe Spiel, das sog. Quellmaß, größer gefertigt.

12 44 Stanztechnik.6. Schnittgrat Bei Schneidwerkzeugen mit normalem Schneidspalt entsteht am Schnittteil immer ein Schnittgrat (Bild ). Die Schnittgrathöhe nimmt mit der Werkstoffdicke zu und mit der Zugfestigkeit des zu schneidenden Werkstoffes ab. Außerdem wird sie von der Fertigungsgenauigkeit (Schneidspalt, Genauigkeit der Werkzeugmaschine und des Werkzeugs) beeinflusst. Werden gratfreie Werkstücke gefordert, so müssen die Schnittteile im Anschluss an den Schneidvorgang z. B. durch Gleitschleifen im Trommelverfahren nachbearbeitet werden..6.. Arten und Ursachen der Gratbildung Ein Abreißgrat entsteht, wenn der Schneidspalt zu groß wird. Die unten und oben entstehenden Risse treffen nicht mehr aufeinander, so dass ein Teil des Werkstoffes nach unten gezogen wird und abreißt. Der Grat ist kräftig und stark gezackt (Bild a). Ein Ziehgrat entsteht, wenn der Schneidspalt zu klein ist. Der Werkstoff wird nicht getrennt, da die Risse aneinander vorbeilaufen. Der niedergehende Stempel zieht einen Teil des Werkstoffes durch den zu engen Spalt. Der Grat ist dünn und hoch (Bild b). Ein Biegegrat entsteht, wenn der Werkstoff um die abgestumpften Schneidkanten von Stempel und n gebogen wird (Bild c)..6.. Lage des Grates Die Lage des Grates ist abhängig vom vorgesehenen Schneidverfahren. Beim Abschneiden ohne Steg liegt ein Grat unten und der andere oben (Bild 3 a). Beim Abschneiden mit Steg bilden sich beide Grate auf einer Seite (Bild 3 b). Beim Lochen liegt der Grat am Schnittteil auf der Seite, die beim Schneidvorgang der zugewandt ist (Bild 3 c). Beim Ausschneiden liegt die Gratseite auf der dem Stempel zugewandten Seite (Bild 3 d). Bei Folgeschneidwerkzeugen mit Lochstempeln und Ausschneidstempel liegt der Grat für die Innenform (Lochen) auf der einen, der Grat für die Außenform auf der anderen Seite (Bild 3 e). Bei Gesamtschneidwerkzeugen ist der Ausschneidstempel gleichzeitig für die von der anderen Seite schneidenden Lochstempel der Innenform. Die Gratseiten der Innen- und Außenform liegen daher auf einer Seite (Bild 3 f). Bild : Schnittgrat nach DIN Bild : Gratarten Bild 3: Lage des Grates

13 Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen Schneidkraft Die Berechnung der Schneidkraft ist notwendig, um für ein Schnittteil die Mindestgröße der Presse festzulegen. Beim Ausschneiden eines Schnittteiles aus dem Schnittstreifen muss die Scherfestigkeit des Werkstoffes überwunden werden. Die Größe der Schneidkraft ist abhängig von der Größe der Schnittfläche (Bild ) und von der maximalen Scherfestigkeit des zu schneidenden Werkstoffes. Bezeichnungen: F Schneidkraft S Schnittfläche ab max Maximale Scherfestigkeit s Länge der Schnittlinie s Blechdicke d Lochdurchmesser Maximale Zugfestigkeit R m max Beispiel: Für das aus S 35J R (St 37-) gefertigte Schnittteil von Bild soll die Schneidkraft berechnet werden. Lösung: S = s s = (30 8) mm + Bild : Schnittfläche F = S ab max S = s s ab max 0,8 R m max = ( ) s π mm + 4 = (03, + 5, + 5,) mm 3 mm + (5 8) mm R m max = 459,9 mm = 03, mm = 470 N/mm (aus Tabellen) ab max 0,8 R m max = 3 = π 8 mm = 0,8 470 N/mm = 376 N/mm =5,mm F = S ab max = 459,9 mm 376 N = 7 9 N m m F 73 kn Die verwendete Presse muss eine Mindestkraft von 73 kn erzeugen. Bild : Maße zur Berechnung der Schnittlinie und Schnittfläche Um die Reibung zwischen Stempel und Führungsplatte, Stempel und Schnittstreifen oder um die Abstumpfung der Schneidkanten sowie die Blechdickentoleranzen zu berücksichtigen, rechnet man auch oft mit einer um 0 % erhöhten Schneidkraft. Im obigen Beispiel ergäbe sich hiermit eine Kraft von rund 08 kn Verminderung der Schneidkraft Bei hoch belasteten Schneidwerkzeugen, z. B. beim Schneiden dicker Bleche, kann der harte Pressenschlag durch dachförmiges oder welliges Schleifen des Stempels oder der gemildert werden (Bild, Seite 46). Die Werkzeuge sind so anzuschrägen, dass das Schnittteil gerade bleibt. Beim Ausschneiden von Außenformen erhält deshalb die die Anschrägung, während beim Lochen der Stempel angeschrägt wird. Auf diese Weise wird nur der Abfall verbogen. Die Überhöhung h der Arbeitsfläche am Stempel oder an der soll etwa das 0,6- bis 0,9fache der Blechdicke betragen. Dabei gelten die kleinen Werte für spröde, die größeren für das

14 46 Stanztechnik Schneiden zäher Werkstoffe. Der Anschrägungswinkel soll bei Stempeln nicht größer als 5 werden, da sonst die Schneidkanten durch auftretende Seitenkräfte beschädigt werden können. Der Durchbruch in einer angeschrägten muss mindestens so weit parallele Flächen haben, wie die schräg geschliffen ist. Wäre der Durchbruch von der Schneidkante aus hinterstellt, wo würde man z. B. mit einem Schneidwerkzeug für runde Scheiben unrunde Teile erhalten. Stempel eben eben h Ausschneiden Schnittteil eben Streifen verbogen Stempel dachförmig eben Lochen Abfall verbogen h Stempel dachförmig erhaben eben Lochen Abfall verbogen Stempel eben dachförmig h Ausschneiden Schnittteil eben Streifen verbogen Durch das dachförmige oder wellige Anschleifen der Arbeitsflächen von Schneidwerkzeugen erreicht man eine wesentliche Minderung der notwendigen Schneidkraft (Bild ). Das Nachschleifen wird allerdings erheblich erschwert. Die von der Presse aufgewendete Arbeit ist die gleiche wie bei ebener Arbeitsfläche, jedoch verteilt sie sich auf einen längeren Weg des Stempels. Durch den dabei entstehenden ziehenden Schnitt werden Werkzeug und Presse geschont. Bild : Dachförmiger Anschliff am Stempel oder an der Schneidkraft Aufsetzen des Stempels ebener Stempel und ebene Stempel oder dachförmig Ende des Schneidvorganges.6.3. Schneidkraft und Flächenpressung Bei weichen Werkstoffen baut man im Allgemeinen dann eine Druckplatte ein, wenn der Stempeldurchmeser kleiner als die 3fache Blechdicke ist. Eine gehärtete Druckplatte verhindert, dass sich Stempel in die weiche Kopfplatte eindrücken. Die Größe der Flächenpressung ist für die Verwendung einer gehärteten Druckplatte entscheidend. Bei einer Fächenpressung p > 50 N/mm wird eine gehärtete Druckplatte empfohlen. Beispiel: Die Schneidkraft für den Lochstempel Bild 3 beträgt F = N. Es ist zu überprüfen, ob die Flächenpressung für eine Druckplatte aus S75JR den kritischen Wert 50 N/mm übersteigt. Stempelweg Bild : Schneidkraft bei verschiedenen Anschliffen p Flächenpressung F Schneidkraft A Berührungsfläche 60} œ0 p p = A F Druckplatte Lösung: p = F A = 4 F = N = 39 N/mm π d π ( 0 mm) Lochstempel F = N Da die berechnete Flächenpressung größer als 50 N/mm ist, muss eine gehärtete Druckplatte eingebaut werden. œ8h6 Bild 3: Lochstempel mit Druckplatte

15 Spritzgießen Gießformen aus Normalien Normalien sind Bauelemente oder Baugruppen, die in ihren Abmessungen vereinheitlicht sind und in Serie gefertigt werden (Bild ). Da fast alle Gießformen aus den gleichen Grundelementen bestehen, hat sich eine Vereinheitlichung dieser Elemente angeboten. Es handelt sich hierbei um Normteile, die nach DIN oder anderen Normen (z. B. Werksnormen) festgelegt sind (Bild ). Durch die Verwendung von Normalien ergeben sich folgende Vorteile: Bauelemente sind aufeinander abgestimmt Einsparung von Konstruktionsarbeit Senkung der Herstellkosten der Form Verringerung des Kalkulationsaufwands Der Werkzeugbaubetrieb greift bei der Auswahl der Normalien entweder auf fertig montierte Formen, sogenannte Stammformen, zurück, oder er stellt sich für seinen speziellen Bedarf aus den verschiedenen Bauelementen einen Formaufbau zusammen. Für die Konstruktion und Kalkulation stellen die Normalienhersteller entsprechende Software zur Verfügung. Mit dieser kann die Auswahl der Elemente und deren Bestellung rechnergestützt am Bildschirm erfolgen (Bild ). Die wichtigsten als Normalien verwendeten Bauelemente bzw. Baugruppen werden im folgenden beschrieben. Bild : CAD-Normalienkatalog für Gießformen Führungsbuchse DIN 6 76 Ringschraube DIN 580 Führungssäule DIN 6 76 Zentrierhülse DIN Auswerfer DIN 530- Stützsäule DIN Auswerferplatten, nicht gebohrt DIN Leisten, gebohrt DIN Aufspann- und Formplatten, gebohrt DIN Zentrierflansch DIN Angießbuchse DIN 6 75 Zylinderschrauben ISO 476 Angusshaltebuchse DIN Bild : DIN/ISO-Normen für Formbauelemente

16 48 Formenbau.5.5. Normalien für den Formaufbau Nach der Art des Aufbaus werden Zweiplatten-, Dreiplatten- und Backenwerkzeugnormalien unterschieden. Auswerferplatten Zentrierhülse bewegliche Aufspannplatte Zwischenplatte Formplatte, bewegliche Seite Nach dem Vorfertigungsgrad sind zwei Ausführungen üblich, nämlich Formaufbauten mit gebohrten und solche mit nicht gebohrten Platten. Bei den gebohrten Platten sind die Bohrungen für die Führungs-und Verbindungselemente bereits gebohrt. Formaufbau für Zweiplattenwerkzeuge Zweiplattenwerkzeuge sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine feste und eine bewegliche Formplatte haben. Sie gehören zu den meist verwendeten Werkzeugarten. Der Formaufbau besteht neben den Aufspann-, Form- und Zwischenplatten aus den Zwischenleisten und den Auswerferplatten (Bild ). Die bewegliche Aufspannplatte wird über Zentrierhülsen mit den Zwischenleisten und der Zwischenplatte sowie der beweglichen Formplatte fixiert und mit Innensechskantschrauben verbunden. Die feste Aufspann- und die Formplatte führen über Säulenführungen die anderen Platten. Die Auswerferplatten nehmen die Auswerferelemente auf. Dieser Formaufbau kommt zur Anwendung bei Formteilen, die einfach zu entformen sind (Bild ). Er eignet sich für Einfach- und Mehrfachwerkzeuge, bei denen die Formteile über Auswerferstifte entformt werden (Bild 3). Führungsbuchse Zwischenleiste Führungssäule Formplatte, feste Seite Bild : Aufbau Zweiplattenwerkzeug 3 37 Bild : Lagerzapfen 5 œ5,8 8,4-0, feste Aufspannplatte Wanddicken: 3 mm Gießradien: R= 0,3 mm Entformungsschräge:,5} Werkstoff: PS Aufspannplatte, bewegliche Seite Zwischenplatte Aufspannplatte, feste Seite Zentrierhülse Auswerfereinheit Flach- Auswerfer Zwischenleisten Formeinsatz Formplatte, bewegliche Seite Formplatte, feste Seite Bild 3: Zweiplattenspritzgießwerkzeug für Lagerzapfen

17 Spritzgießen 49 Beim Werkzeug Bild 3 Seite 48 wird die Kavität durch die feste Formplatte, die bewegliche Formplatte und durch die Formeinsätze gebildet. Da das Formteil keine Hinterschneidungen aufweist, wurde aus Kostengründen ein Aufbau als Zweiplattenwerkzeug gewählt. Die Formteile werden seitlich über einen Tunnelanguss angegossen. Zwei Ausführungsformen des Anschnitts zeigt Bild. Die stumpfkegelige Ausführung ergibt einen elliptischen Übergang zum Formhohlraum, die spitzkegelige einen etwas kleineren, punktförmigen. Da das Formteil recht klein ist, wurde bei diesem Werkzeug der spitz-kegelige Anschnitt gewählt. Die Entformung des Formteils erfolgt durch je zwei Flachauswerfer. Das Angusssystem wird durch einen zentral angeordneten Auswerferstift entformt. Das Werkzeug arbeitet mit zwei Temperierkreisläufen, was bei diesem Formteil sicher ausreichend ist. Formaufbau für Dreiplattenwerkzeuge Der Aufbau für Dreiplattenwerkzeuge ist dadurch gekennzeichnet, dass er drei Formplatten aufweist. 0,7... s w Auswerferplatten }...3} 0}...50} D A max. 40 a) stumpfkegelig D A = bis,3 s w +mm Bild : Tunnelanguss Aufspannplatte, bewegliche Seite min., 30} d 45} b) spitzkegelig d= 0,6 bis 0,8 s w Formplatte, bewegliche Seite Formplatte, feste Seite Die in der feststehenden Werkzeughälfte angeordnete erste Formplatte wird meist als Angussplatte bezeichnet (Bild ). Da alle drei Formplatten zueinander beweglich sein können, ergeben sich bis zu drei Trennebenen. Die Steuerung der Öffnungsbewegungen erfolgt über Klinkensysteme oder mittels Zugbolzen (vergleiche Bild, Seite 50). Durch diese Bauweise ist es möglich das Formteil und den Anguss in der Form automatisch zu trennen und über einen eigene Trennebene auszuwerfen. Hierdurch lässt sich das Angussrecycling direkt an der Maschine durchführen. Ferner können die Formteile durch eine Handlingseinrichtung leichter entnommen werden. Der Aufbau ist je nach Entformung mit oder ohne Auswerferplatten gestaltet. Der Formaufbau für Dreiplattenwerkzeuge kommt zur Anwendung, wenn Formteile in einer Form mittig angegossen werden sollen und aus Kostengründen ohne Heißkanalsystem gearbeitet wird. Mittiges Angießen ist bei scheibenförmigen Formteilen wichtig um einen symmetrischen Füllvorgang zu erreichen. Der Abschlussdeckel Bild 3 weist z.t. sehr kleine Toleranzen auf und soll in größeren Stückzahlen ohne Heißkanalsystem gegossen werden. Ferner muss beim Auswerfvorgang eine Trennung zwischen Formteil und Angusssystem erfolgen. Aus diesen Gründen wird ein Aufbau für Dreiplattenwerkzeuge gewählt. Zwischenleiste Führungssäule Angussplatte Bild : Aufbau Dreiplattenwerkzeug R R6 s œ Bild 3: Abschlussdeckel 5-0, 8-0, Aufspannplatte, feste Seite Wanddicke: mm Gießradien: R= 0,5 mm Entformungsschräge: 0,5} Werkstoff: ABS

18 50 Formenbau Das Dreiplattenwerkzeug für den Abschlussdeckel zeigt Bild. Bei dem Zweifachwerkzeug werden die Teile zentral angegossen und durch die. Formplatte und dem Formeinsatz der. Formplatte geformt. Nach dem Gießvorgang öffnet das Werkzeug in der Nebentrennebene. Durch das Klinkensystem und den Angusshaltestift bleiben zunächst die Trennebene 3 und geschlossen. Nachdem der Zugbolzen zur Anlage gekommen ist, öffnet die Ebene und das Angusssystem wird durch die Auswerferhülse ausgeworfen. Das über eine Kurve gesteuerte Klinkensystem gibt jetzt die Haupttrennebene 3 frei und die Auswerferstifte können die Formteile auswerfen. Die Temperierung des Werkzeugs erfolgt durch je einen Kreislauf in den Formplatten. Klinkensystem Blattfeder Steuerkurve Führungssäule Rückdrückstift bewegliche Aufspannplatte a) Werkzeug geschlossen Zugbolzen Angusshaltestift Angussauswerferhülse. Formplatte. Formplatte Angussplatte Auswerfersystem Stützrolle Auswerfer b) Werkzeug geöffnet 3... Formeinsatz Formteil Angusssystem Bild : Dreiplattenwerkzeug für Abschlussdeckel

19 Spritzgießen 5 Formaufbau für Backenwerkzeuge Backenwerkzeuge werden dann eingesetzt, wenn umlaufende Außenhinterschneidungen entformt werden müssen. Backenführung Formbacken Backenschließplatte Aufbauten für Backenwerkzeuge (Bild ) bestehen aus einer prismatisch ausgesparten Backenschließplatte, die mit der festen Aufspannplatte verschraubt ist. Wichtige Bauteile sind ferner die senkrecht zur Werkzeugachse beweglich angeordneten Backen, die über Flachführungen in der Backengrundplatte genau geführt werden. Die Bewegung der Backen kann über in der Backenschließplatte gelagerte Schrägbolzen oder über seitlich an dieser angebrachte Entriegelungsleisten geschehen. Die Zuhaltung der Backen erfolgt über die Backenschließplatte. Die übrigen Platten und Führungselemente entsprechen denen bei den anderen Aufbauten. Die Vorteile von Backenwerkzeugen sind: große Backenöffnungswege große Backenzuhaltekräfte freier Fall der entformten Teile Ein typisches Anwendungsbeispiel für Backenwerkzeuge ist der Spulenkörper Bild. Die Ränder an der Unter- und Oberseite des Formteils ergeben große Hinterschneidungen, die nur über entsprechende Backenbewegungen entformt werden können. Das entsprechende Werkzeug zeigt Bild 3. Bei diesem Werkzeug handelt es sich um ein Backenwerkzeug, bei dem die Backenbewegung über Entriegelungsleisten erfolgt. Backengrundplatte œ30 œ Schrägbolzen Bild : Aufbau Backenwerkzeug , Bild : Spulenkörper œ30-0, Aufspannplatte, feste Seite Wanddicke: mm Gießradien: R= 0,5 mm Entformungsschräge: 0,5} Werkstoff: PS Backengrundplatte Auswerferführung Formbacken Druckleiste Backenschließplatte Angießbuchse Formkern Zentrierbuchse Formteil Untergriffleiste Backenführungsplatte Entriegelungsleiste Bild 3: Backenwerkzeug für Spulenkörper

20 88 Formenbau.0 Fallbeispiel Spritzgießwerkzeug 0,5},5 3,4+0, R3,5 7,5.0. Aufgabenstellung Für die Netztaste (Bild ) ist ein Spritzgießwerkzeug unter folgenden Vorgaben zu planen:, œ6 4,5 R0,5 R, 0,8 6,3+0,,7+0,,5 Werkstoff: ABS schlagfest Schwindmaß: 0,6 % Maschine: 00 kn Schließkraft Spritzgewicht 40 g Stückzahl: 0 000/Jahr 30 Bild : Netztaste nicht bemaßte Radien R = 0, = umlaufend.0. Vorüberlegungen Für die Vorüberlegungen müssen die Verarbeitungsbedingungen für den Werkstoff des Spritzgießteils bekannt sein. Sie können der Tabelle, Seite 3 und Bild entnommen werden. Wie viele Teile sollten je Schuss gespritzt werden? Da das Teil nicht in sehr großen Stückzahlen gefertigt wird, erscheint eine Kavitätszahl von als wirtschaftlich. Welches Angusssystem ist zu wählen? Damit die Deckflächen des Spritzgießteils frei bleiben von Angussmarkierungen, wird die Spritzmasse seitlich über einen Tunnelanguss zugeführt. Mit diesem Anguss wird durch die Öffnungsbewegung des Werkzeuges eine automatische Angussabtrennung möglich (Bild 3). Werkstückgröße, Stückzahl, Maschinengröße... Formmasse, Oberfläche, Werkstückform, Zykluszeit Werkstückform, Anguss, Formmasse... Bild : Lösungsschritte Hinterschneidung Formhälfte (Schließseite) Stangenanguss Werkstück Kern Abscherkante Kernstift Kavitätszahl Angusssystem, Temperierung Entformung Temperierkanal (Düsenseite) Angussbuchse Werkstück Verteilerkanal Temperierkanal (Schließseite) Ist eine Werkzeugtemperierung vorzusehen? Um die verlangte Maßgenauigkeit zu erreichen und die Fertigungszeit klein zu halten, wird mit Temperierung gearbeitet. Für die Düsen- und Schließseite wird je ein Kreislauf vorgesehen. Welches Entformungssystem ist anwendbar? Um die Hinterschneidung (R0,5) am Mittelzapfen des Spritzgießteils ausformen zu können, wird ein Mehrstufenauswerfer verwendet (Bild 4). In der ersten Stufe des Entformungsvorganges wird das Spritzgießteil durch den Hub des Auswerfersystems aus dem Kern ausgeformt. Gleichzeitig wird durch diese Bewegung der Anguss ausgeworfen. In der zweiten Stufe (Hub ) kann das Teil dann durch die Weiterbewegung der Auswerferstifte von dem jetzt feststehenden Kernstift abgestreift werden, da ein Aufweiten im Bereich der Hinterschneidung jetzt möglich ist. Bild 3: Anguss- und Temperiersystem Formhälfte (Düsenseite) Gießstellung Werkstück Auswerfer Zweistufenauswerfersystem Entformungsstellung Kernstift Auswerferplatten Bild 4: Entformumgssystem Hub Hub. Stufe. Stufe

21 Fallbeispiel Spritzgießwerkzeug Werkzeugaufbau Das Werkzeug soll weitgehend mit handelsüblichen Normalien aufgebaut werden. Welcher Werkzeugaufbau ist geeignet? Auf Grund des einfachen Spritzgießteils und der wenigen Kavitäten wird ein plattenförmiger Aufbau mit einer Trennebene gewählt (Bild ). Die einzelnen Platten des Werkzeugs werden durch Führungsbolzen (Pos. 5) und Buchsen (Pos. 7) geführt. Damit die Bohrungen für die Führungselemente in den Platten zusammen gefertigt werden können, haben sie gleiche Außendurchmesser. Die Führungselemente fixieren gleichzeitig die Platten zueinander, z. B. Pos. 3 mit Pos. 4. Wie arbeitet das Auswerfersystem? Das Auswerfersystem ist in der beweglichen Werkzeughälfte untergebracht und arbeitet mit einem handelsüblichen Zweistufenauswerfersystem. Nach dem Öffnen des Werkzeugs läuft der Ausstoßbolzen (Pos. 5) gegen den feststehenden Maschinenanschlag. Da der Ausstoßbolzen über Segmentstücke (Pos. 8) formschlüssig mit der Schieberhülse (Pos. 9) verbunden ist, führen alle Auswerferelemente den Hub gemeinsam aus. Beim Anschlagen der Schieberhülse (Pos. 9) an der Spannbuchse (Pos. 6) wird der Hub begrenzt. In dieser Stellung treten die Segmentstücke in die Vertiefung A und geben den Ausstoßbolzen für den Hub frei und fixieren gleichzeitig die Schieberhülse und damit die Auswerferplatte (Pos. 4) und den Kernstift (Pos. ). Der sich weiter bewegende Ausstoßbolzen drückt über die Auswerfergrundplatte (Pos. ) die obere Auswerferplatte (Pos. 3) mit den Auswerfern (Pos. 0 + ) weiter, wodurch das Spritzgießteil ausgeworfen wird. Die Auswerferplatte wird mittels Rückdrückstiften (Pos. 0) in ihre Ausgangslage gebracht. Bild : Stückliste (Auszug) Bild : Spritzgießwerkzeug