EUROPA-FACHBUCHREIHE für Metallberufe Heiner Dolmetsch Detlev Holznagel Roland Ihwe Eberhard Keller Wolfgang Klein METALLTECHNIK FACHBILDUNG Der Werkzeugbau Stanztechnik 5 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau Formenbau 6 Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren 3 Vorrichtungsbau 7 Beispielsammlung 4 Messgeräte und Lehren 8 Lernfelder 6. Auflage VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße 3 478 Haan-Gruiten Europa-Nr.: 0889
Autoren Dolmetsch, Heiner Dipl.-Gwl., Dipl.-Ing. (FH), Studiendirektor Metzingen Holznagel, Detlev Dipl.-Ing., Studiendirektor Emmendingen Keller, Eberhard Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Ulm Klein, Wolfgang Studiendirektor Pforzheim Ihwe, Roland Oberstudienrat Pforzheim Lektorat und Leitung des Arbeitskreises: Wolfgang Klein Bildbearbeitung: Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel GmbH & Co., Ostfildern Umschlaggestaltung: braunwerbeagentur, 4477 Radevormwald, unter Verwendung von Fotos der Firma Männer GmbH, Bahlingen 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. 6. Auflage 03 Druck 5 4 3 Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druck fehlern untereinander unverändert sind. ISBN 978-3-8085-99- Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. 03 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 478 Haan-Gruiten http://www.europa-lehrmittel.de Satz: rkt, 4799 Leichlingen, www.rktypo.com Druck: Konrad Triltsch, Print und digitale Medien GmbH, 9799 Ochsenfurt-Hohestadt
Vorwort 3 Vorwort Dieses Fachbuch wendet sich vor allem an die Auszubildenden der Berufe Werkzeugmechanikerin und Werkzeugmechaniker bzw. Feinwerkmechanikerin und Feinwerkmechaniker Schwerpunkt Werkzeugbau. Fort- und weiterbildungswillige Schüler und Studenten die sich auf eine Meister- oder Technikerprüfung vorbereiten möchten, oder an einer Hochschule studieren, werden in diesem Buch viele Anregungen finden. Insbesonders die Abschnitte und 5 sind auch für die Verfahrensmechaniker/in für Kunststoff- und Kautschuktechnik interessant. Die 6. Auflage wurde mit einigen zusätzlichen Kapiteln ergänzt, sorgfältig durchgesehen und korrigiert. Ergänzungen sind die Themen Rechnergestützte Konstruktionen von Stanzwerkzeugen, Instandhaltung im Werkzeugbau und Groß- werk zeuge in der Stanztechnik. Die Kapitel Vorrichtungsbau, Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau und Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren im Werkzeugbau wurden neu gestaltet. Um die geforderte Handlungskompetenz zu stärken, ist am Schluss der Abschnitte Stanztechnik, Formenbau und Vorrichtungsbau weiterhin je ein Fallbeispiel eingefügt. Diese eignen sich besonders als Lernsituationen 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 Werkzeugmecha - niker 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. Die mit roten Zahlen markierten Wieder - holungsfragen haben einen erhöhten Schwierigkeitsgrad. Im Sachwortbereich werden die technischen Fachbegriffe sowohl in deutscher als auch in englischer Sprache angeben, um das Textverständnis in englischer Fachliteratur zu fördern. Besonderer Dank gilt den auf Seite 369 aufgeführten Firmen und Organisationen, die den Autoren wertvolle Unterstützung gewährten. Für Anregungen und kritische Hinweise an die E-Mail-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 Herbst 03 Autoren und Verlag Stanztechnik Seite 7 7 Formenbau Seite 8 99 3 Vorrichtungsbau Seite 00 48 4 Messgeräte und Lehren Seite 49 78 5 Bearbeitungs - verfahren im Werkzeugbau Seite 79 306 6 Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren Seite 307 33 7 Beispielsammlung mit Analysen Seite 33 347 8 Lernfelder mit Lernsituationen Seite 348 367 3 4 5 6 7 8
4 Inhaltsverzeichnis 3 4 5 6 7 8 Stanztechnik...................... 7. Begriffsbestimmungen............. 7. Zerteilen......................... 7.. Scherschneiden................... 7.. Scherschneidverfahren............. 8..3 Lage der Schneiden beim Scherschneiden................... 9..4 Schneidvorgang................... 0.3 Schneidwerkzeuge.................3. Einteilung nach dem Fertigungsverfahren................3. Einteilung nach dem Fertigungsablauf...................3.3 Einteilung nach dem konstruktiven Aufbau.............. 6.3.4 Besondere Schneidwerkzeuge....... 9.4 Bauelemente der Schneidwerkzeuge. 4.4. Grundplatte...................... 4.4. Schneidplatte..................... 4.4.3 Streifenführungselemente.......... 6.4.4 Führungsplatte.................... 7.4.5 Spannplatte...................... 7.4.6 Schneidstempel................... 8.4.7 Aufschlagstücke................... 9.4.8 Stempelplatte..................... 30.4.9 Druckplatte....................... 30.4.0 Kopfplatte........................ 30.4. Einspannzapfen................... 30.4. Säulengestelle.................... 3.4.3 Federelemente.................... 33.4.4 Vorschubbegrenzung.............. 34.4.5 Werkstück- und Abfallentfernung..... 37.5 Werkstoffbeispiele für die Bauteile eines Schneidwerkzeuges.......... 40.6 Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen............... 4.6. Schneidspalt und Spiel............. 4.6. Schnittgrat....................... 44.6.3 Schneidkraft...................... 45.6.4 Kräfte am Werkzeug............... 47.6.5 Werkstoffausnutzung............... 50.7 Keilschneiden..................... 57.7. Messerschneiden.................. 57.8 Stechen.......................... 58.9 Unfallverhütung an Schneidwerkzeugen............... 59.0 Fallbeispiel: Folgeschneidwerkzeug.. 60.0. Aufgabenstellung.................. 60.0. Vorüberlegungen.................. 60.0.3 Werkzeugaufbau.................. 6. Verfahren der Umformtechnik....... 6.. Druckumformen................... 6.. Zug-Druckumformen............... 7..3 Zugumformen.................... 8..4 Biegeumformen................... 8..5 Umformwerkzeuge mit Wirkmedien.. 88..6 Innenhochdruckumformen.......... 89. Verbundwerkzeuge................ 9.. Folgeverbundwerkzeuge............ 9.. Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge.. 9..3 Gesamtverbundwerkzeuge.......... 95.3 Großwerkzeuge in der Stanztechnik.. 96.3. Aufbau der Werkzeuge............. 96.4 Rechnergestütze Konstruktion von Stanzwerkzeugen................. 98.4. Arbeitsschritte.................... 98.5 Alternative Verfahren zur Stanztechnik 0.6 Pressen und Hilfseinrichtungen der Stanztechnik..................... 04.6. Pressenarten...................... 04.6. Wirkungsweise der Pressen......... 09.6.3 Auswahl von Pressen...............6.4 Zusatzgeräte an Pressen............ 3.6.5 Werkzeugeinbau und Werkzeugüberwachung............. 4.6.6 Sicherheitseinrichtungen an Pressen.. 4.7 Instandhaltung im Werkzeugbau..... 5.7. Instandhaltungsstrategien.......... 5.7. Vorgehensweise im Werkzeugbau.... 6.7.3 Standort der Instandhaltung......... 7 Formenbau........................ 8. Fertigungsverfahren............... 8. Kokillengießen.................... 8.3 Druckgießen...................... 9.3. Warmkammerverfahren............ 0.3. Kaltkammerverfahren...............3.3 Druckgießmaschinen................3.4 Richtlinien für die Gestaltung von Druckgießteilen....................3.5 Aufbau der Druckgießwerkzeuge..... 3.3.6 Eingießen von Fremdmetallteilen.... 7.3.7 Kühlen der Form.................. 7.4 Form- und Spritzpressen........... 8.4. Formpressen..................... 8.4. Spritzpressen..................... 9.4.3 Beheizung von Press- und Spritzpresswerkzeugen............. 30.5 Spritzgießen...................... 3.5. Vorgänge beim Spritzgießen......... 3.5. Spritzgießmaschine................. 35.5.3 Gestaltung von Spritzgießteilen....... 39.5.4 Aufbau von Spritzwerkzeugen........ 4.5.5 Gießformen aus Normalien.......... 57.5.6 Sonderbauarten von Werkzeugen..... 75.5.7 Sonderverfahren beim Spritzgießen... 77.5.8 Prototypenherstellung............... 8.6 Extrudieren........................ 85.6. Vollstabwerkzeug................... 86.6. Rohrwerkzeug..................... 87.6.3 Blasformen von Hohlkörpern......... 88.6.4 Warmumformen................... 9.7 Urformen von Sinterwerkstoffen..... 94.7. Allgemeines...................... 94.7. Aufbau und Wirkungsweise eines Presswerkzeuges............. 95.8 Kontrolle und Erprobung von Werkzeugen...................... 95.9 Instandhaltung und Wartung von Werkzeugen.................. 96.9. Instandhaltung.................... 66.9. Wartung......................... 97
Inhaltsverzeichnis 5.0 Fallbeispiel: Spritzgießwerkzeug..... 98.0. Aufgabenstellung.................. 98.0. Vorüberlegungen.................. 98.0.3 Werkzeugaufbau.................. 99 3 Vorrichtungsbau................... 00 3. Allgemeines...................... 00 3.. Begriffsbestimmung............... 00 3.. Verwendungszweck............... 00 3..3 Einteilung der Vorrichtungen........ 00 3..4 Aufbau einer Vorrichtung........... 0 3..5 Vorgänge bei der Bedienung einer Vorrichtung...................... 0 3. Grundlagen des Vorrichtungsbaues.. 0 3.. Lagebestimmung................. 0 3.. Wahl der Bestimmflächen.......... 0 3..3 Bestimmelemente................. 0 3..4 Einlegen und Entnehmen des Werkstückes..................... 05 3..5 Spannen des Werkstückes.......... 07 3..6 Spannkräfte...................... 07 3..7 Spannelemente................... 07 3..8 Hilfsspannelemente............... 3..9 Bedienelemente.................. 6 3..0 Vorrichtungsverschlüsse........... 7 3.. Feststellelemente................. 8 3.. Vorrichtungskörper................ 9 3..3 Aufnahme der Vorrichtung in der Werkzeugmaschine................ 0 3.3 Vorrichtungsarten................ 3 3.3. Bohrvorrichtungen................ 3 3.3. Fräsvorrichtungen................. 9 3.3.3 Drehvorrichtungen................ 3 3.3.4 Fügevorrichtungen................ 35 3.4 Werkstückträger.................. 37 3.4. Palettierung...................... 37 3.4. Anwendung von Mehrfachspannsystemen................... 38 3.4.3 Nullpunktspannsysteme............ 39 3.4.4 Werkstückspanner für 5-Achsbearbeitung................. 4 3.4.5 Werkstückspanner für komplex geformte Werkstücke....... 4 3.5 Modulare Vorrichtungssysteme...... 43 3.5. Baukastensysteme................. 43 3.5. Bauelemente..................... 44 3.5.3 Vorgehensweise bei der Erstellung einer Vorrichtung................. 44 3.5.4 Anwendung...................... 45 3.5.5 Sondervorrichtungen.............. 46 3.6 Fallbeispiel: Fräsvorrichtung........ 47 3.6. Aufgabenstellung................. 47 3.6. Vorüberlegungen................. 47 3.6.3 Vorrichtungsaufbau................ 48 4 Messgeräte und Lehren............ 49 4. Allgemeines...................... 49 4.. Begriffsbestimmung............... 49 4.. Prüfmittel........................ 49 4. Maßverkörperungen............... 50 4.. Strichmaße....................... 50 4.. Parallelendmaße.................. 50 4.3 Anzeigende Messgeräte............ 5 4.3. Grundbegriffe..................... 5 4.3. Messverfahren.................... 5 4.3.3 Messschrauben................... 5 4.3.4 Messuhren und Feinzeiger.......... 5 4.4 Optische Messgeräte............... 53 4.4. Messmikroskop................... 53 4.4. Profilprojektor.................... 54 4.5 Optisch-elektrische Messgeräte...... 54 4.5. Inkrementale Messtaster............ 54 4.6 Elektrische Messgeräte............. 55 4.6. Allgemeines...................... 55 4.6. Induktive Messtaster............... 55 4.6.3 Induktive Messdorne............... 56 4.6.4 Mehrstellenmessgeräte............. 56 4.7 Pneumatische Messgeräte.......... 57 4.7. Messverfahren.................... 57 4.7. Messaufnehmer................... 58 4.7.3 Messanordnung................... 58 4.8 Winkelprüfung.................... 59 4.8. Winkelendmaße................... 59 4.8. Sinuslineal....................... 59 4.9 Koordinaten-Messgeräte........... 60 4.9. Einkoordinaten-Messgeräte......... 60 4.9. Dreikoordinaten-Messgeräte........ 6 4.9.3 Messaufnahmesysteme............ 63 4.0 Lehren........................... 64 4.0. Allgemeines...................... 64 4.0. Lehrenarten...................... 65 4.0.3 Überprüfen und Instandsetzen von Prüfmitteln....................... 70 4.0.4 Beschriften der Lehren............. 75 4.0.5 Bewehren von Messflächen......... 75 4. Digitalisieren..................... 76 4.. Digitalisieren mittels Tastkopf....... 76 4.. Digitalisieren mittels optischer Verfahren........................ 76 4..3 Digitalisieren mittels Röntgenstrahlen. 77 4..4 Aufbereiten der Abtastdaten......... 77 4. Messraum........................ 78 4.. Gestaltung....................... 78 4.. Ausstattung...................... 78 5 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau...................... 79 5. Allgemeine Verfahren.............. 79 5.. Vorrichten und Anreißen............ 79 5.. Stoßen.......................... 80 5..3 Fräsen mit konventioneller Fräsmaschine..................... 80 5. Fräsen mit CNC-Fräsmaschinen...... 8 5.. Anforderungen an die CNC-Fräsmaschine................ 8 5.. Einteilung der CNC-Fräsmaschinen... 8 5..3 Bearbeitungszentrum.............. 83 5..4 Programmieren von CNC- Fräsmaschinen.................... 84 3 4 5 6 7 8
6 Inhaltsverzeichnis 3 4 5 6 7 8 5.3 Hochgeschwindigkeitsfräsen........ 89 5.3. HSC in der Elektrodenherstellung.... 9 5.4 Schleifen......................... 9 5.4. Profilschleifen..................... 9 5.4. Tiefschleifen...................... 93 5.4.3 Koordinatenschleifen............... 93 5.5 Abtragen......................... 94 5.5. Funkenerosionsverfahren........... 94 5.5. Funkenerosives Senken............. 96 5.5.3 Funkenerosives Schneiden.......... 30 6 Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren...... 307 6. Werkstoffe im Vorrichtungs- und Werkzeugbau..................... 307 6.. Einteilung der Stähle............... 307 6.. Baustähle........................ 307 6..3 Werkzeugstähle................... 3 6..4 Sinterwerkstoffe................... 3 6..5 Beschichtete Werkstoffe............ 33 6..6 Keramische Werkstoffe............. 34 6..7 Nichteisenmetalle................. 35 6..8 Kunststoffe im Werkzeugbau........ 37 6. Allgemeine Beschreibung der Wärmebehandlungsverfahren....... 39 6.. Glühen.......................... 39 6.. Härten........................... 3 6..3 Anlassen......................... 34 6..4 Maßnahmen beim Härten und Anlassen......................... 35 6..5 Altern........................... 37 6.3 Wärmebehandlung der Werkzeugstähle................... 37 6.3. Unlegierte Werkzeugstähle.......... 37 6.3. Kaltarbeitsstähle.................. 38 6.3.3 Warmarbeitsstähle................. 38 6.4 Wärmebehandlung der Baustähle.... 39 6.4. Vergüten......................... 39 6.4. Einsatzhärten..................... 330 6.4.3 Nitrieren......................... 33 7 Beispielsammlung mit Analysen.... 33 7. Folgeverbundwerkzeug (plattengeführt)................... 33 7. Folgeverbundwerkzeug (säulengeführt).................... 334 7.3 Zweifach-Spritzgießwerkzeug....... 336 7.4 Spritzgießwerkzeug (Backenwerkzeug)................. 338 7.5 Fräsvorrichtung................... 340 7.6 Bohrvorrichtung................... 34 7.7 Messvorrichtung.................. 344 7.8 Baukastenvorrichtung.............. 346 8 Lernfelder......................... 348 8. Lernfeld 5: Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung................. 348 8. Lernfeld 6: Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus.................. 350 8.3 Lernfeld 7: Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen..... 35 8.4 Lernfeld 8: Planen und Inbetriebnahme steuerungstechnischer Systeme...... 354 8.5 Lernfeld 9: Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen............... 356 8.6 Lernfeld 0: Fertigung von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung.... 358 8.7 Lernfeld : Herstellen der technischen Systeme des Werkzeugbaus.......... 360 8.8 Lernfeld : Inbetriebnahme und Instandhalten von technischen Systemen des Werkzeugbaus.................. 36 8.9 Lernfeld 3: Planen und Fertigen technischer Systeme des Werkzeugbaus.......... 364 8.0 Lernfeld 4: Ändern und Anpassen techischer Systeme des Werkzeugbaus.......... 366 Normblattverzeichnis.............. 368 Quellenverzeichnis................. 369 Sachwortverzeichnis............... 370 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
Begriffsbestimmungen, Zerteilen 7 Stanztechnik. Begriffsbestimmungen Tabelle : Verfahren der Stanztechnik Das Stanzen gehört zu den spanlosen Fer - tigungsverfahren. Der Begriff fasst mehrere Schneid-, Umform- und Formverfahren zusammen (Tabel le ). Mit einem Stanzwerkzeug kann man beispielsweise zerteilen, umformen oder fügen. Mit Hilfe der Stanztechnik fertigt man vorwiegend Werkstücke aus Blechstreifen, Metall - bändern, Platten oder Bahnen aus Kunststoff, Papier, Leder, Textilien und aus Dichtungswerkstoffen. Die zweiteiligen, formgebundenen Werkzeuge werden meist in Pressen eingebaut und besitzen ein Ober- und ein Unterteil. Die eingesetzten Werkzeuge bezeichnet man als Zerteilwerkzeuge, Umformwerkzeuge und Fügewerkzeuge. In Verbundwerkzeugen können die einzelnen Verfahren kombiniert werden. Zerteilen ist nach DIN 8588 ein spanloses Trennverfahren. Die hauptsächlich angewendeten Verfahren sind das Scherschneiden und das Keilschneiden. Durch Umformen (DIN 858) kann an einem fe sten Körper eine bleibende Formänderung herbeigeführt werden. Die Benennung der Werkzeuge erfolgt meist durch die Angabe des Fer ti - gungs verfahrens, z. B. Biegewerkzeug. Fügen ist nach DIN 8593 das Zusammenbringen zweier oder mehrerer Werkstücke in fester Form durch Einpressen, Falzen oder Nieten.. Zerteilen.. Scherschneiden Verfahren Zerteilen Umformen Fügen Scherschneiden Werkzeug Spalt offener Spalt Verlauf der Schneiden Keilschneiden z. B. Ausschneiden z. B. Messerschneiden Falzen Biegestempel Biegen Biegegesenk Nieten geschlossener Verlauf der Schneiden Werkstück Werkzeug geschlossene Schnittlinie offene Schnittlinie am Werkstück am Werkstück a) offener Verlauf b) geschlossener Verlauf Bild : Scherschneiden Werkzeuge und Vorgang Scherschneiden ist das Zerteilen von Werkstoffen durch zwei Schneiden, die sich aneinander vorbeibewegen. Der Verlauf der Schneiden am Werkzeug und der Verlauf der Schnittlinien am Werkstück können dabei sowohl offen als auch geschlossen sein (Bild ). Begriffe, die das Werkzeug betreffen, erhalten die Stammsilbe Schneid-, wie z. B. Schneidstempel, Schneidplatte (Bild a). Begriffe, die das Werkstück betreffen, erhalten die Stamm - silbe Schnitt-, wie z. B. Schnittfläche, Schnittkante (Bild b). Werkzeug (Schneidstempel) Schneidspalt Freifläche Druckfläche Schneidkeil Freifläche Werkzeug (Schneidplatte) Schneide Schneidspalt Schnittlinie Schnittkanten Schnittteil Schnittteil Schnittkanten Schnittfläche a) Werkzeug b) Werkstück Bild : Begriffe am Werkzeug und am Werkstück
8 Stanztechnik.. Scherschneidverfahren Die Fertigungsverfahren beim Scherschneiden können unter anderem nach der Lage der Schnittlinie eingeteilt werden. Die einzelnen Verfahren heißen: Ausschneiden Einschneiden Trennschneiden Abschneiden Beschneiden mit Knabberschneiden Lochen Abgratschneiden Feinschneiden Ausklinken Nachschneiden Tabelle : Scherschneidverfahren Verfahren Ausgangsform Fertigungsablauf Endform Anwendung Ausschneiden ist das Schneiden längs einer in sich geschlossenen Schnittlinie zur Herstellung der Außenform eines Werkstückes. Band oder Streifen Abfall durch Ausschneiden Schnittteil Werkstücke mit genauen Außenformen Abschneiden ist das Schneiden entlang einer offenen Schnittlinie. Das Abschneiden kann ohne oder mit Abfall erfolgen. Band oder Streifen Schneidstempel ohne Abfall Schnittlinie Schnittteile Einfache Werkstücke, Außenform wird nur teilweise geschnitten mit Abfall Abfall Lochen ist das Schneiden des Werkstoffes längs einer in sich geschlossenen Schnittlinie zur Herstellung beliebiger Innenformen. Zwischenform Abfall durch Lochen Schnittteil Werkstücke mit genauen Innenformen Ausklinken ist das Herausschneiden von Flächenteilen an der Außen- oder Innenform längs einer offenen Schnittlinie. Zwischenform Abfall durch Ausklinken Schnittteil An Werkstücken, die nicht in einem Arbeitsgang bearbeitbar sind Einschneiden ist das teilweise Trennen am oder im Werkstück entlang einer offenen Schnittlinie. Vorbereitung für Biege- und Zieharbeiten Zwischenform Schnittlinie Schnittteil Beschneiden ist das Trennen von Rändern oder Bearbeitungszugaben an Werkstücken längs einer offenen oder geschlossenen Schnittlinie. Abfall durch Beschneiden Form- und maßgenaue Teile Abgraten von Rändern Abgratschneiden ist das Entfernen der Grate an Guss-, Schmiede- oder Formpressteilen. z. B. Schmiedeteil Abfall durch Abgratschneiden Überstehender Werkstoff an Guss- und Schmiedeteilen, der scharfe Kanten erzeugt
Zerteilen 9 Tabelle : Scherschneidverfahren (Fortsetzung) Verfahren Ausgangsform Fertigungsablauf Endform Anwendung Nachschneiden ist das Abtrennen schmaler Ränder entlang offener oder in sich geschlossener Schnittlinien an vorgeschnittenen Werkstücken. vorgeschnittenes Teil Abfall durch Nachschneiden Schnittteil Vorgeschnittene Werkstücke, die eine glatte, senkrechte Schnittfläche benötigen Endformen, die aus demselben Ausgangs- teil bestehen sollen Trennschneiden ist das Schneiden längs einer offenen oder in sich geschlossenen Schnittlinie, wobei aus der Ausgangsform mehrere Werkstücke hergestellt werden. Schnittlinie. Schnittteil. Schnittteil zwei Endformen Knabberschneiden ist das stückweise Abtrennen von Werkstoffteilchen entlang einer offenen Schnittlinie bei einer beliebig verlaufenden Vorschublinie. X Vorschublinie X (mit Schneidstempel dargestellt) Schneidstempel Abfall je Schnitt Werkstücke, die von Hand oder mit einer Maschine bearbeitet werden und eine freie Kontur besitzen. Dicke Werkstücke, die eine genaue, recht- winklige und glatte Schnittfläche benötigen Feinschneiden ist das Schneiden eines Werkstoffes zur Herstellung von Innen- und Außenformen, die rechtwinklig zur Planfläche des Werkstückes liegen und eine geringe Oberflächenrauheit aufweisen. Streifen Abfall durch Feinschneiden Schnittteil..3 Lage der Schneiden beim Scherschneiden Scherschneiden lässt sich auch nach der Lage der Schneiden zueinander und nach dem Arbeitsvorgang unterscheiden und bezeichnen (Tabelle ). Tabelle : Einteilung des Scherschneidens Vollkantig Schneiden Kreuzend Schneiden Drückende Schneiden einhubiges oder mehrhubiges Scherschneiden einhubiges Scherschneiden Schermesser Schermesser Ziehende Schneiden mehrhubiges, fortschreitendes Scherschneiden kontinuierliches Scherschneiden
0 Stanztechnik..4 Schneidvorgang Beim Scherschneiden mit Schneidwerkzeugen wird der Werkstoff mit dem Schneidstempel und der Schneidplatte zerteilt. Der Schneid - vorgang läuft in mehreren Stufen ab (Bild ).. Stufe: Elastische Verformung Der Werkstoff wird durch den eindringenden Stem pel zunächst elastisch verformt.. Stufe: Bleibende Verformung Beim weiteren Eindringen des Stempels in den Werkstoff werden die Werkstofffasern noch weiter gedehnt. Die Elastizitätsgrenze des Werkstoffes wird überschritten, so dass eine bleibende Verformung eintritt. Der Werkstoff wird von außen nach innen zur Schneide des Stempels gezogen. Dadurch bilden sich am Schnittteil Einziehrundungen. 3. Stufe: Abscherung Dringt der Stempel noch weiter ein, wird die Scherfestigkeit des Werkstoffes überschritten. Der Werkstoff wird an der Schneidekante der Schneidplatte und des Schneidstempels abgeschert und bildet Schnittflächen. Im weiteren Verlauf entstehen von den Schneidkanten aus Risse, die aufeinander zulaufen. 4. Stufe: Bruch Die Festigkeit des Restquerschnittes ist jetzt so gering, dass sich die Rissbildung beim weiteren Eindringen des Stempels fortsetzt, bis der Bruch des Werkstoffes eintritt. Die Bruchfläche verläuft jedoch nicht senkrecht, sondern schräg zur Schnittstreifen- bzw. Schnittteiloberfläche.. Stufe. Stufe 3. Stufe 4. Stufe F F F F 5. Stufe F F Werkstoff Beginn des Abscherens und der Rissbildung Bruch Abstreifer 5. Stufe: Glättung der Schnittflächen Nach dem Trennen des Werkstoffes wird der zurückgleitende Stempel an den Seitenflächen durch den Werkstoff stark beansprucht. Beim Rückhub drücken die Rückverformungskräfte F e (Elastizität des Werkstoffes) auf den Stempel. Dadurch entsteht eine weitere Glättung der Schnittfläche. Durch einen Abstreifer muss der anhaftende Streifen abgestreift werden, wenn der Stempel zurückgeht. 6. Stufe: Rückfederung Nach dem Rückhub des Stempels federt der Werkstoff zurück. Diese Rückfederung führt dazu, dass Lochungen etwas kleiner und ausgeschnittene Teile etwas größer als der Stempeldurchmesser bzw. der Schneidplattendurchbruch werden. 6. Stufe F e Rückfederung Schnittfläche verursacht durch Stempel Einziehrundung F e Schneidplatte Einziehrundung F e F e Bruchfläche Grat F e Rückfederung Schnittfläche verursacht durch Schneidplatte Bild : Schneidvorgang
Schneidwerkzeuge.3 Schneidwerkzeuge Nach DIN 8588 werden Werkzeuge für das Scherschneiden kurz als Schneidwerkzeuge bezeichnet. Die Benennung kann dabei nach folgenden Gesichtspunkten erfolgen: Fertigungsverfahren, Fertigungsablauf, konstruktiver Aufbau..3. Einteilung nach dem Fertigungsverfahren Die Fertigungsverfahren des Scherschneidens werden in der Tabelle auf der Seite 8 aufgeführt und dargestellt. Die zugehörigen Werkzeuge werden dementsprechend als Ausschneidwerkzeuge, Abschneidwerkzeuge, Lochwerkzeuge usw. bezeichnet..3. Einteilung nach dem Fertigungsablauf Werden die Schneidwerkzeuge nach dem Fertigungsablauf unterteilt, so wird die Anzahl der im Schneidwerkzeug angewendeten Verfahren sowie deren Reihenfolge zur Bezeichnung herangezogen (Bild )..3.. Einverfahrenschneidwerkzeuge Beim Einverfahrenwerkzeug kommt immer nur ein Verfahren zur Anwendung, z. B. Abschneiden oder Lochen oder Beschneiden. Mit dem Ausschneidwerkzeug können Schnittteile mit einer Endform oder mit einer Zwischenform, einer so genannten Platine, hergestellt werden (Bild ). Das ausgeschnittene Teil kann dann in ein Lochwerkzeug eingelegt und gelocht werden. Für jeden Arbeitsgang ist ein Hub und ein eigenes Werkzeug erforderlich. Der Werkstoffstreifen wird eingeschoben und an einem Anlagewinkel angeschlagen. Der Anlagewinkel dient als Anschlag, so dass damit eine gleich bleibende Stegbreite am Schnittstreifen entsteht und der Stempel allseitig schneiden muss. Bild zeigt das Arbeitsprinzip. Die Genauigkeit der Lage der Innen- zu der Au - ßen form hängt sowohl von der Güte der Werkstückaufnahme als auch von der jeweiligen Stempelführung ab. Wird nur ein Verfahren angewendet, so hängt die Genauigkeit allein von der Stempelführung ab. Damit das Werkzeug auf den Pressentisch gespannt werden kann, sind die Werkzeuge mit einer Grundplatte versehen. Weil der Werkstoff beim Zerteilen zurückfedert, nimmt der hochgehende Stempel den Schnittstreifen mit, der dann an einer Abstreiferplatte zurückgehalten wird (Bild 3). Schnittteil (Platine Zwischenform) Grundplatte Schneidplatte Schneidwerkzeuge Abstreiferplatte Zwischenlage Gesamtschneidwerkzeuge Folgeschneidwerkzeuge Grundplatte Bild : Einteilung der Schneidwerkzeuge nach dem Fertigungsablauf Ausschneidstempel Schneidplatte Bild : Arbeitsprinzip beim Einverfahren- Ausschneidwerkzeug Einverfahrenschneidwerkzeuge Mehrverfahrenschneidwerkzeuge Bild 3: Ausschneidwerkzeug ohne Führung Einspannzapfen Schnittstreifen Stempelkopf Abstreifer Zwischenlagen Schnittstreifen Anlagewinkel Ausschneidstempel Anschlagwinkel
Stanztechnik Das vorgeschnittene Werkstück (Platine) kann in einem zweiten Werkzeug, z. B. einem Lochwerkzeug, weiterverarbeitet werden. Für die genaue Lagebestimmung der eingelegten Platinen wird eine Werkstückaufnahme vorgesehen, die gleichzeitig auch als Zwischenlage dient. Diese bestimmt den notwendigen Abstand zwischen dem Abstreifer und der Schneidplatte (Bild ). Für das Entfernen des gelochten Schnittteiles aus dem Werkzeug wird sowohl ein Abstreifer vorgesehen, der das Werkstück von den hochgehenden Stempeln abstreift, als auch ein Auswerfer, der es aus dem Werkzeug befördert (Bild ). Ist dies nicht möglich, so werden zum Entfernen die Einlegehilfen, wie Pinzetten, Zangen usw. oder Druckluft verwendet. vorgeschnittenes Werkstück Blattfeder Lochstempel Auswerfer Führungsplatte und Abstreifer Grundplatte Schnittteil Abschrägung zum Herausfallen des Werkstückes Schneidplatte Zwischenlage gleichzeitig Aufnahme fertiges Werkstück Wird aus bestimmten Gründen gefordert, dass die entstehenden Grate jeweils auf einer Seite liegen sollen, so wird dies durch ein entsprechendes Einlegen der Platine erreicht (z. B. Gratseite nach unten oder Gratseite nach oben). Bild : Arbeitsprinzip beim Einverfahren- Lochwerkzeug Die Stempel sind, wenn nur kleine Stückzahlen gefertigt und geringe Genauigkeitsansprüche gestellt werden, ohne eigene Führung, das heißt, sie werden nur durch den Pressenstößel geführt, in den das Werkzeugoberteil ein - gespannt ist. Sollen hingegen genaue Schnitt - teile und große Stückzahlen angefertigt werden, so müssen die Stempel zusätzlich geführt werden, und die Abstreifer platte erhält die Funktion einer Führungsplatte (Bild, vgl. Seite 7). gefederter Auswerfer Führungsplatte Damit das Werkzeug besser und leichter auf dem Pressentisch befestigt werden kann, ist es sinnvoll eine Grundplatte zu verwenden (Bild ). Wird zum Beispiel nur ausgeschnitten, so ist es zweckmäßig, die Schneidplatte in eine Spannplatte (Spannfrosch) aus Gusseisen einzusetzen (Bild 3). Dabei erhält die Schneidplatte einen Außen- und der Spannring einen Innenkegel. Der Spannring wird mit einem Feingewinde oder mit 4 bis 6 Zylinderschrauben gegen die Spannplatte gezogen. Er zentriert durch den Kegel die Schneidplatte. Bei dieser Ausführung kann die Schneidplatte leicht ausgewechselt und eine Spannplatte für viele Werkzeuge ähnlicher Größe verwendet werden. Einverfahrenwerkzeuge werden überwiegend bei einfachen und großen Schnittteilen angewendet. Stempelkopf Lochstempel Auswurfkanal Schneidplatte Zwischenlage und Werkstückaufnahme Bild : Ausführung eines Lochwerkzeuges Befestigung mit Schraube Stempel 0} Grundplatte Befestigung mit Gewindering Spannring Schneidplatte Spannplatte Bild 3: Spannplatte
Schneidwerkzeuge 3.3.. Mehrverfahrenwerkzeuge Folgeschneidwerkzeug Beim Folgeschneiden werden verschiedenartige Schneidverfahren nacheinander und in direkter Folge in einem Werkzeug angewendet (Bild ). Stempelkopf Lochstempel Ausschneidstempel Zwischenlage Abfall Schneidplattendurchbruch Schnittstreifen Lochen Ausschneiden Anlagestift Schneidplatte Anfang des Schnittstreifens Streifen um den Vorschub V vorgeschoben Vorschub V Schnittteil (Endform) a) Lochen (. Stufe) b) Lochen und Ausschneiden (. Stufe) Bild : Arbeitsprinzip beim Folgeschneiden Soll das Schnittteil Bild b hergestellt werden, so wird mit einem Hub der Schnittstreifen sowohl gelocht, als auch der bereits gelochte Teil des Schnittstreifens ausgeschnitten. Anschließend muss der Streifen exakt um den Vorschub V vorgeschoben werden, damit die Lage der Löcher zum Schneidplattendurchbruch für das Ausschneiden genau stimmt. Die Herstellung eines Schnittteiles erfolgt in mehreren Hüben. Die Anzahl ist davon abhängig, in wie viel Stufen der Fertigungsablauf aufgeteilt wird. Bei dem Schnittteil Bild sind zwei Hübe notwendig: einmal Lochen und einmal Ausschneiden. Durch die Aufteilung der Fertigung in Stufen ist es möglich auch schwierige Werkstückformen bei großer Maßgenauigkeit herzustellen. Der Aufwand lohnt sich allerdings nur bei größeren Stückzahlen. Besonderheiten bei Folgeschneidwerkzeugen Die gewählte Aufteilung der Fertigung in mehrere Stufen führt zu dünnen Stempeln, die dann im Werkzeug durch Platten und Säulen gestützt werden. Dies erst führt zur notwendigen Lagegenauigkeit und Stabilität der Stempel (Bild ). Einspannzapfen Kopfplatte Druckplatte Stempelplatte Lochstempel Führungsplatte Auflage Grundplatte Abfall Ausschneidstempel Schnittteil Anlagestift Schneidplatte Schnittstreifen Zwischenlage Bild : Folgeschneidwerkzeug mit Plattenführung
Verbundwerkzeuge 9. Verbundwerkzeuge Verbundwerkzeuge vereinigen in sich Zerteil- und Umformwerkzeuge. Man unterscheidet Folgeverbund- und Gesamtverbundwerkzeuge... Folgeverbundwerkzeuge Mit Folgeverbundwerkzeugen werden Schneid- und Umformvorgänge nacheinander in einem Werkzeug durchgeführt. Sie eignen sich für die Fertigung kleiner und komplizierter Werkstücke. Folgeverbundwerkzeuge sind meist umfangreich. Sie besitzen häufig mechanische Kraftumlenkungssysteme, z. B. Keilschieber, um innerhalb der Bearbeitungsstufen Umformungen vornehmen zu können (Bild ). Der Schnittstreifen wird in diesem Werkzeug mit Formseitenschneidern beschnitten, was eine exakte Vorschubbegrenzung und genaue Führung zur Folge hat. In den folgenden Stationen wird gelocht, ein- und freigeschnitten, vorgerollt, gerollt und zum Schluss so abgeschnitten, dass zwei verschiedene Werkstücke entstehen. Am Werkzeugende sorgt ein Stempel für die Abfall - trennung. Formlochstempel Formseitenschneider Aufschlagstücke Einschneidstempel Suchstift Vorrollstempel Freischneidstempel Vorrollstempel Niederhalter zum Rollen Abschneidstempel Kopfplatte Aufschlagstücke Druckfeder Stempelplatte Führungsstift Abfalltrenner Keilstempel Führungsplatte Führungseinsätze Keilschieber Führungssäule Keilstempelführung Führungssäule Grundplatte Schneidplatte mit Einsätzen Rollstempel Führungsleiste Formseitenschneiden Lochen Formlochen Einschneiden Freischneiden Vorrollen Rollen Werkstücke (Kabelklemmen) Abschneiden Abfalltrennen Bild : Folgeverbundwerkzeug mit Streifenbild
96 Stanztechnik.3 Großwerkzeuge in der Stanztechnik Großwerkzeuge in der Stanztechnik, mit denen Karosserieteile für die Autoindustrie gefertigt werden, unterscheiden sich in ihrem Aufbau nicht von Werkzeugen für Kleinteile. Das Werkzeug besteht aus einem Oberteil, einem Unterteil, der Zieh- oder Schneidmatrize, einem Blechhalter oder Niederhalter und dem Stempel zum Schneiden oder Umformen (Bild). Die Grundlage des Werkzeuges bildet ein Gussgestell aus Gusseisen mit Lamellengrafit (EN-GJL-300) oft mit Legierungselemente wie Chrom, Molybdän, Vanadium und Nickel, oder Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS-500-7) mit bis zu 5 t Masse. Die großen beweglichen Teile, wie Niederhalter oder Umformstempel sind häufig ebenfalls als Gusskonstruktion ausgeführt. Die Werkzeuge sind je nach Ausführung und Aufgabenstellung mit einer Säulenführung oder mit einer Flachführung ausgestattet. Mit CNC-Maschinen erfolgt eine Komplettbearbeitung nach CAD-Daten. Die Umformflächen können mit Hochgeschwindigkeits-Portalfräsmaschinen wirtschaftlich bearbeitet werden. Aufgrund der HSC-Technologie sind manuelle Nach arbeiten kaum notwendig (Bild ). Bild : Werkzeugaufbau 3D-Solid-Konstruktion Ziehwerkzeug Pkw-Tür außen Oberteil Matrize Blechhalter Stempel Unterteil.3. Aufbau der Werkzeuge Großwerkzeuge werden in der Fertigung von Blechteilen für den Fahrzeugbau oft in Pressenstraßen nebeneinander eingebaut (siehe Seite ). Dabei werden die Arbeitsgänge Tief - ziehen, Abkanten, Ausschneiden oder Lochen an einem Werkstück nacheinander durchgeführt wobei das Werkstück mit Hilfe von Greif und Transportiereinrichtungen von Presse zu Presse weitergegeben wird. Aufbau Ziehwerkzeug Einfache Zieharbeiten erfordern stabile Werkzeuge mit Säulenführung (Bild 3). Um komplexe Zieh arbeiten durchführen zu können sind die Ziehwerkzeuge mehrfach wirkend (Bild 4). Die dazu notwendigen Bewegungen im Werkzeug müssen von der Presse aufgebracht werden. Über einen beweglichen Niederhalter wird das Blech auf den Ziehstempel gedrückt. Der Tiefziehvorgang erfolgt über die Ziehmatrize die mit seitlichen Führungselementen am Ausweichen gehindert wird. Die Tiefzieh- bzw. Umformvorgänge entsprechen den Darstellungen wie im Kapitel.. Seite 73. Bild : HSC-Bearbeitung Ziehmatrize Werkzeugunterteil Führungsleiste Niederhalter Ziehrahmen Bild 3: Einfachwirkendes Ziehwerkzeug Ziehstempel Bild 4: Mehrfachwirkendes Ziehwerkzeug Führungssäule Ziehmatrize Gussgestell Werkstück Werkzeugoberteil Führungsleiste
98 Stanztechnik.4 Rechnergestützte Konstruktion von Stanzwerkzeugen Die Konstruktion von Stanzwerkzeugen wird immer häufiger mit Hilfe von Computern und 3D-Konstruktionsprogrammen ausgeführt. 3D CAD-Datensatz Stanzteil Die Gründe dafür sind: Kundenvorgaben für die Werkzeugkonstruk - tion Bearbeitung mit nur einem CAD System Optimierung der Prozesskette, durchgängige Datenübergabe von der Teilekonstruktion bis zur Fertigung (CAD-CAM Fertigung) verbesserte Kollisionsprüfung Nutzung der FEM ) für die Optimierung von Präge und Biegestationen 3D-Programme für die Konstruktion von Stanzwerkzeugen basieren auf einem Parasolid-Kern ) und stellen Konstruktionsprogramme mit Zusatzfunktionen für eine effektive Konstruktion der Werkzeuge zur Verfügung. In Anwendung sind Grundvarianten mit voll - parametrischen und teilparametrischen Programmaufbau. Beide Systeme haben Vor- und Nachteile die sich vor allem bei Korrekturen an bestehenden Werkzeugkonstruktionen zeigen. Erfahrungsbasierte Regeln wie: das konturabhängiges Materialverhalten beim Schneidvorgang das unterschiedliche Fließverhalten des Werkstoffs in Abhängigkeit von der Position und der Anbindung im Streifen die Anordnung der Schnitt- / Prägefolge sind in vollparametrischen Systemen nur mit sehr großem Aufwand bzw. gar nicht zu integrieren. Nur mit prozessorientierten Werkzeugkonstruktionen können eine hohe Flexibilität und kunden - orientierte Lösungen erreicht werden. Die Konstruktionsschritte der Programme sind häufig der Vorgehensweise bei der Werkzeugkonstruktion angepasst (Bild ). Fertigungsanalyse Werkstoffkennwerte Abwicklung der Kontur Streifenbild erstellen Kräfte- und Kräfteschwerpunktberechnung Werkzeugaufbau (Platten, Normalien, Module, Führungen, ) festlegen Aktivelemente (Stempel und Matrizen) ableiten Systeme für die Stanzprozessüberwachung integrieren Zeichnungssätze und Stücklisten erstellen Bild : Arbeitsschritte für die Werkzeugkonstuktion.4. Arbeitsschritte Analyse der Stanzteilgeometrie (Bild ) Bauteilkontrolle auf stanzgerechte Gestaltung Kontrolle auf geforderte Fertigungstole - ranzen Biegungen, Mindestbiegeradien kontrollieren Modell importieren und Datensatz kontrollieren Bild : Stanzteil Steckdoseneinsatz ) FEM: Finite-Elemente-Methode, rechnergetütztes Verfahren zur Berechnung von Werkstückbeanspruchungen ) Programm zur Beschreibung von 3D-Flächenmodellen und Volumenmodellen
4 Formenbau.5.4 Aufbau von Spritzgießwerkzeugen Spritzgießwerkzeuge (Bild ) gleichen im Aufbau den Druckgießwerkzeugen (vgl. Bild, Seite 4). Druckplatte Rückdrückstift Auswerferstift Zentrierring (Schließseite) Auswerferstange Rückholfeder Auswerferhalteplatte Auswerfergrundplatte Auswerfergehäuse Aufspannplatte (Schließseite) Führungsbuchse Führungssäule Formplatte (Düsenseite) Formplatte (Schließseite) Spritzgießteil Angießbuchse Zentrierring (Düsenseite) Formkern Aufspannplatte (Düsenseite) Formeinsatz (Düsenseite) Formeinsatz (Schließseite) Trennebene (Bewegliche Seite) (Feste Seite) Bild : Spritzgießwerkzeug.5.4. Einteilung der Spritzgießwerkzeuge Die Vielzahl der unterschiedlichen Spritzgießanwendungen erfordert verschiedene Werkzeugarten. Sie werden nach Anzahl der Formhohlräume, nach Art des Angusssystems, nach Anzahl der Trenn - ebenen und nach Art der Entformung unterschieden. Die unterschiedlichen Verarbeitungsmöglichkeiten im Spritzgießbereich führen zu einer Vielzahl von Sonderverfahren, welche nicht alle in der Übersicht (Tabelle ) aufgeführt werden können. Tabelle : Einteilung der Spritzgießwerkzeuge Unterscheidungsmerkmal Werkzeugart Anzahl der Formhohlräume Einfachwerkzeuge Mehrfachwerkzeuge Art des Angusssystems Werkzeuge mit erstarrendem Anguss Werkzeuge mit nicht erstarrendem Anguss Anzahl der Trennebenen -Platten-Werkzeug 3-Platten-Werkzeug Etagenwerkzeug Art der Entformung Standard- Abstreifer- Schieber- Backen- Ausschraub- Werkzeug Werkzeug Werkzeug Werkzeug Werkzeug
Spritzgießen 43.5.4. Angusssysteme Der Anguss ist ein System von Strömungswegen, in denen die fließfähige Formmasse von der Düse der Spritzeinheit zur Formhöhlung (Kavität) fließt. Dieses System kann aus dem Angusskegel, den Verteilerkanälen, der sogenannten Anguss - spinne und dem Anschnitt bestehen (Bild ). Bei Einfachwerkzeugen können sich die Strömungswege auf eine kegelige Bohrung beschränken, die direkt in die Formhöhlung mündet. Die Stelle, an der der Anguss in die Formhöhlung eintritt, nennt man den Anschnitt. Den Zeitpunkt, nach dem der Anschnitt eingefroren (d.h. erstarrt) ist und somit der Nachdruck nicht mehr wirken kann, nennt man Siegelpunkt. Ein längeres Nachdrücken über diesen Zeitpunkt hinaus ist unnötig. Der Zeitpunkt des Erstarrens kann durch eine Innendruckmessung oder durch das Bestimmen der Formteilmasse ermittelt werden. Das maximale Formteilgewicht ist erreicht, wenn der Anschnitt eingefroren ist. Der Anguss ist so zu gestalten, dass die flüssige Masse möglichst auf kürzestem Wege, mit geringstem Wärme- und Druckverlust die Kavitäten gleichzeitig füllt. Die Querschnitte der Strömungswege müssen so bemessen sein, dass eine gleichmäßige Füllung des Angusssystems sowie der Formhöhlungen erreicht wird. Formhöhlungen (Formnester, Kavitäten) s...,5} a) Stangenanguss Anschnitt (Anbindung) Bild : Angusssystem Kern DÁ s max +,5 mm D s max 0,5... mm Abreißstelle Angusskegel b) Punktanguss Bild : Stangen und Punktanguss Düse der Spritzeinheit Verteilerkanäle 0,5... mm Angussformen Die Angussform ist so zu wählen, dass für den speziellen Fall die bereits erwähnten Forderungen erfüllt werden können. Außerdem müssen noch folgende Einflussgrößen berücksichtigt werden: Formteilgeometrie und Formteilvolumen Viskosität der Formmasse Art des Spritzgießwerkzeuges Fließweglänge Spritzgießteil Stangenanguss Angießbuchse Bild 3: Stangenanguss Kern Punktanguss Düse der Spritzeinheit Stangen- oder Kegelanguss Stangen- oder Kegelangüsse werden vorwiegend bei rotationssymmetrischen und bei dickwandigen Spritzgießteilen verwendet. Dieser Anguss sollte, da er nachträglich abgeschnitten oder abgefräst wird, nicht an Sichtflächen angeordnet werden (Bild a und Bild 3). Der Durchmesser D soll so gewählt werden, dass der An- Vorkammer Bild 4: Punktanguss mit Vorkammer Angießbuchse
Spritzgießen 59 Beim Werkzeug Bild 3 Seite 58 wird die Kavität durch die feste Formplatte, die bewegliche Form platte 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 Tem - perierkreisläufen, 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 60). Durch diese Bauweise ist es möglich das Formteil und den Anguss in der Form automatisch zu trennen und über einen eigene Trenn ebene 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 5 œ Bild 3: Abschlussdeckel 5-0, 8-0, Aufspannplatte, feste Seite Wanddicke: mm Gießradien: R= 0,5 mm Entformungsschräge: 0,5} Werkstoff: ABS
60 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
Spritzgießen 6 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 Backen - schließplatte, 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 30 38-0, 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
94 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau 5 5.5 Abtragen 5.5. Funkenerosionsverfahren Die funkenerosiven Verfahren gehören nach DIN 8580 zu den abtragenden Bearbeitungsverfahren und damit zur Hauptgruppe Trennen. Es können alle elektrisch leitenden Werkstoffe, auch gehärteter Stahl und Hartmetall, bearbeitet werden. Von den verschiedenen Fun kenerosionsverfahren werden überwiegend das funkenerosive Senken und das funkenero sive Schneiden angewandt (Bild ). Verfahrensmerkmale Beim Funkenerodieren trägt die Wirkung elektrischer Entladungen zwischen der Werkstückelektrode (Werkstück) und der Werkzeugelektrode kleine Werkstoffmengen ab. Dabei schmilzt der Werkstoff, wird teilweise verdampft und durch mechanische und elektrische Kräfte entfernt. Die Werkzeug- und Werkstückelektroden befinden sich während des Erodiervorganges in einer nicht leitenden Flüssigkeit, dem Dielektrikum. Es isoliert Elektrode und Werkstück und führt zu einer Verengung des Entladekanales und damit zu hoher Energiedichte an der Wirkstelle. Mit einer Funkenerosionsanlage erreicht man einen periodischen Funkenüberschlag. Sie besteht aus einer Maschineneinheit mit Vorschub- und Lageregelung sowie Generator und Dielektrikumbehälter mit Pumpe und Filter (Bild ). Zünd-, Entlade- und Abtragvorgänge Zur Erzeugung eines Funkens in der Zündphase wird durch den Generator eine pulsierende Spannung (0 V 50 V) zwischen den Elektroden angelegt. In dem mit Dielektrikum gefüllten Funkenspalt bildet sich an der Stelle mit dem geringsten Abstand ein starkes elektrisches Feld aus. Stoffteilchen im Dielektrikum bilden eine leitende Brücke und es entsteht ein Entladekanal. Ein Funke springt über (Bild 3/ und ). In der Entladephase herrscht im Entladekanal hoher Druck und es fließt ein großer Strom bis 00 A. Dies bewirkt hohe Temperaturen von 8000 C 000 C und verursacht ein sofortiges Schmelzen und Verdampfen von Werkstoff - teilchen. Diese Schmelze wird nach dem Abschalten des Stromes explosionsartig heraus - geschleudert (Bild 3/3 und 4). Danach verliert der Entladekanal seine Leitfähigkeit. Die im Dielektrikum entstandene Dampfblase schrumpft und wird mit dem erstarrten Werkstoff weggespült (Bild 3/5 und 6). Funkenerosives Senken Werkstück Pumpe Kühlrippen Funkenspalt y-achse Werkstück Funkenerosives Schneiden Vorschub Bild : Funkenerosive Verfahren C-Achse Z-Achse x-achse Funkenspalt Vorratsbehälter mit Dielektrikum Zündphase U = Spannung = Stromstärke U Entladephase Entionisierung und Spülung t t Dielektrikum 3 4 U 5 6 U t t Maschineneinheit Werkzeugelektrode Dielektrikumbehälter Filter Werkzeug- Elektrode Werkstück- Elektrode Erodierdraht Bild : Funkenerosionsanlage zum Senken Bild 3: Zünd-, Entlade- und Abtragvorgänge t t Vorschub Werkzeugelektrode Werkstückkontur Drahtbewegung U U U pulsierender Gleichstrom t Generator mit NC- Steuerung t t t t t t