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 Schneidspalt Schnittlinie Schnittkanten Druckfläche Schneide Schneidkeil Freifläche Werkzeug (Schneidplatte) 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 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 e 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 Werkstücke mit genauen Innenformen Ausklinken ist das Herausschneiden von Flächenteilen an der Außen- oder Innenform längs einer offenen Schnittlinie. Zwischenform Abfall durch Ausklinken 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 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 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.. 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..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 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. oberfläche.. 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 Bruchfläche F e F e Schneidplatte Einziehrundung Rückfederung Schnittfläche verursacht durch Schneidplatte Bild : Schneidvorgang F e Grat
4 Stanztechnik.6 Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen.6. Schneidspalt und Spiel Schneidspalt u = Spiel u a u Spiel = a-a Stempel Schneidplatte Zwischen der Schneidkante des Stempels und der entsprechenden Schneidkante des Schneidplattendurchbruches muss, rechtwinklig zur Schneidenebene gemessen, ein Schneid spalt 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 e mit normalen Grat höhen. 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 e, 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 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 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 50 5 400 40 600 0,4 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 50 5 400 40 600 0,4 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
Einflüsse auf die Gestaltung von Schneidwerkzeugen 43 Berechnung der Stempel- und Schneidplattenmaße Bezeichnungen: u Schneidspalt a ; b ; d Maße der Stempel a; b; d Maße der Schneidplattendurchbrüche Um maßgenaue Außen- und Innenformen bei en zu erhalten, müssen folgende Grundsätze beachtet werden: Beim Lochen (Innenformen) ist der Lochstempel bestimmend und erhält das Sollmaß des es. Der Schneidplattendurchbruch wird um das Spiel (= Schneidspalt) größer (Bild ). Streifen Sollmaß a Stempel u u a å Schneidplatte Werkstück Bild : Lochen a = a + u a Streifen Stempel u u Sollmaß a å Schneidplatte Werkstück Bild : Ausschneiden a = a u Beim Ausschneiden (Außenformen) ist der Schneidplattendurchbruch bestimmend und erhält das Sollmaß des es. Der Lochstempel wird um das Spiel kleiner (Bild ). Werkstück R4 œ8 5 4,84 R4 Beispiel: Das Bild 3 soll aus 3 mm dickem Stahlblech hergestellt werden. Für einen Schneidspalt von 0,08 mm sind die Maße für die Schneidplattendurchbrüche und die Lochstempelmaße zu ermitteln. a= 30 ) b= 5 ) nicht maßstäblich gezeichnet d= œ8 ) 9,84 ) R3,9 ) 30 œ8,6 ) Ausschneidstempel Lochstempel Schneidplatte Lösung: Lochen Bild 3: mit Stempeln und Schneidplatte Der Lochstempel erhält das Sollmaß des es. d = 8 mm Schneidplattendurchbruch d = d + u = 8 mm + 0,08 mm = 8,6 mm Lösung: Ausschneiden Der Schneidplattendurchbruch erhält die Sollmaße des es. Länge a = 30 mm; Breite b = 5 mm; Radius r = 4 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 toleranzen Durch Abnutzung der Schneidstempel und der Schneidplattendurchbrüche verändern sich auch die Maße des s. 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 Schneidplattendurchbruch d = d Lochung + u Ausschneiden Schneidplattendurchbruch a = G u + 0, T Bezugsgrößen sind die Mindestmaße G u des Ausschneidstempelmaße a s. = 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.
60 Stanztechnik.0 Fallbeispiel Folgeschneidwerkzeug.0. Aufgabenstellung Für die Anschlagleiste (Bild ) ist unter folgenden Vorgaben ein Folgeschneidwerkzeug mit Handvorschub zu planen. 0,05 A R6 5 0 3 t=,5 3+0, -0, Halbzeug: Band EN 0 3-,5 5 Werkstoff: DC 0; R m = 70 bis 40 N/mm Exzenterpresse; F = 50 kn; n = 30/min Stückzahl: 40 000/Jahr œ4+0, 3 + -0, 5 35,5 40 œ3+0, A.0. Vorüberlegungen Die Vorüberlegungen können entsprechend den Lösungsschritten nach Bild erfolgen. Welche Arbeitsstufen sind zweckmäßig? Um die verlangte Lagetoleranz von 0,05 mm und eine stabile Schneidplatte zu erhalten, werden der Schlitz und die Bohrung zusammen gelocht (Bild 3). Die Leerstufe schafft mehr Platz zwischen dem Loch- und dem Ausschneidstempel in der Stempelplatte und verringert die Rissgefahr beim Härten der Schneidplatte. Bild : Anschlagleiste Werkstückmaße, Stückzahl, Fertigungsverfahren Steglänge, Randlänge, Blechdicke, Seitenschneider Werkstückstoff, Blechdicke, Schnittlinienlänge Arbeitsstufen Streifenmaße Schneidkraft Welche Streifenmaße ergeben sich? Die Streifenmaße sind von der Blechdicke und von den Außenmaßen des Teils abhängig (Bild 4). Nach Tabelle Seite 5 ergibt sich: für a = mm eine Randbreite a =,4 mm für R = 6 mm eine Randbreite a =,3 mm für e = 4 mm eine Stegbreite e 0 =,4 mm für s =,5 mm ist der seitliche Abfalli =, mm Lösung: Streifenbreite B = b + mm + a + a + i B = 46 mm + mm +,4 mm +,3 +, mm B = 5,9 mm, B ger = 5 mm Streifenvorschub V = a + e = ( +,4) mm = 3,4 mm Bild : Lösungsschritte Seitenschneider Lochen Leerstufe Ausschneiden Vorschubrichtung Schnittstreifen Bild 3: Arbeitsstufen (Streifenbild) Abfallgitter Welche Schneidkraft ist erforderlich? Lösung: Schnittlänge mit Seitenschneider s = Í = 65,4 mm Schnittfläche S = s s = (65,4,5) mm = 48, mm Scherfestigkeit abmax = 0,8 R mmax = 0,8 40 N/mm = 38 N/mm Schneidkraft F = S abmax = 48, mm 38 N/mm = 8 376 N Mindestpressenkraft bei 0% Verfahrenszuschlag F p =, F =, 8 kn $ 00 kn B i Abfallgitter l = l Schnittstreifen a Bild 4: Streifenmaße V e R6 le a b a
Fallbeispiel - Folgeschneidwerkzeug 6.0.3 Werkzeugaufbau Um geringe Werkzeugkosten und kurze Herstellzeiten zu erreichen, sollte der Werkzeugaufbau so weit wie möglich mit Normalien erfolgen (Bild ). Welcher Werkzeugaufbau ist zu wählen? Da es sich um ein einfaches Teil ohne erhöhte Genauigkeitsanforderungen handelt, ist ein Werkzeug mit Plattenführung zweckmäßig. Bei seiner Herstellung können überwiegend Normalien verwendet werden. Aus welchen Gründen ist die Verwendung eines Seitenschneiders bei diesem Werkzeug sinnvoll? Da der Vorschub von Hand erfolgt, kann er schneller erfolgen, da das Band nicht angehoben werden muss. Ferner ergibt sich eine genauere Bandführung. Um die Vorschubgenauigkeit zu erhöhen, könnte noch ein Suchstift vorgesehen werden. Warum wird ein Schutzgitter vorgesehen? Dadurch erhöht sich die Arbeitssicherheit. Ferner können kürzere Stempel verwendet werden. Wie kann die Befestigung des Ausschneidstempels (Pos. 0) erfolgen? Sie kann durch Anstauchen des Stempelkopfes oder durch Verschrauben mit der Kopfplatte (Pos. 6) erfolgen. Um eine spielfreie Anlage der Stempel mit der Druckplatte zu erreichen, müssen sie nach der Montage gemeinsam mit der Stempelplatte überschliffen werden. Welche Werkstoffe eignen sich für die Bau - teile Pos.,, 3, 4, 5, 6, 0? Pos. : E95(St 50-) Pos. 5: C05 W Pos. : X0CrW Pos. 6: E95 (St 50-) Pos. 3 + 4: C45W Pos. 0: X0CrW Wie hoch ist die Streifenausnutzung? Die Streifenausnutzung ist von der Außenform des Werkstückes und seiner Lage im Schnittstreifen in Vorschubrichtung abhängig. Lösung: 5 4 7 0 5 6 8 Bild : Folgeschneidwerkzeug Lochstempel X0CrW 0 Ausschneidstempel 9 Seitenschneider X0CrW 8 Zwischenlage C80W 7 Zwischenlage C80W 6 Kopfplatte A = b = 40 mm mm = 480,0 mm 5 Druckplatte A = d π = mm 4 Stempelplatte π = 56,5 mm 4 4 3 Führungsplatte Schneidplatte A 3 = b = 0 mm 3 mm = 30 mm Grundplatte A ges = (480 + 56,5 30) mm = 488,5 mm ª = R A V B = 488,5 mm Pos. Menge Benennung Werkstoff 3,4 mm 5 mm = 0,7 70% Bild : Stückliste Folgeschneidwerkzeug (Auszug) 4 3 3 8 0 9 7 9
78 Stanztechnik Aufbau der Tiefziehwerkzeuge Der Aufbau der Tiefziehwerkzeuge richtet sich nach den zur Verfügung stehenden Pressen. Bei einer Ziehpresse wird der Niederhalter am Niederhaltestößel befestigt. Den Stempel spannt man in einem Ziehstößel, der im Niederhalterstößel geführt wird. Beide bewegen sich zuerst gemeinsam nach unten, bis der Niederhalter auf dem Blech aufsetzt. Der Ziehstempel wird durch den Ziehstößel weiter nach unten gedrückt und zieht dabei den Werkstoff durch den Ziehring (Bild ). Der Niederhalterdruck soll während des ganzen Ziehvorganges gleich groß bleiben. Da sich das Blech streckt und damit dünner wird, muss die Niederhalterkraft gesteuert werden. Bei mechanischen Pressen geschieht dies mit Hilfe von Kurvenscheiben, bei hydraulischen Pressen über den Öldruck. Sind Tiefziehwerkzeuge in Exzenter- und Kurbelpressen ohne Niederhalterdrucksteuerung eingespannt, wird über Federn im Werkzeug die Niederhalterkraft erzeugt (Bild ). Weil die Federkraft mit zunehmender Ziehtiefe ansteigt, wird die Niederhalterkraft aber am Ende des Ziehvorgangs oft so groß, dass der Werkstoff reißen kann. Deshalb sollten bei diesen Verhältnissen Werkstoffe nicht bis an die Grenze ihrer Verformbarkeit beansprucht werden um gute Ergebnisse zu erzielen. An vielen Pressen ist ein Federdruckapparat mit einstellbarer Zentralfeder einsetzbar, der für alle Werkzeuge benutzt werden kann. Für diesen Zweck haben sich Tellerfedern sehr gut bewährt, da sich aufgrund ihres Federverhaltens die Niederhaltekraft sehr genau abstimmen lässt. Presse Werkzeug Niederhalter Druckbolzen Niederhalterstößel Auswerfer Ziehstößel Grundplatte Bild : Aufbau eines Tiefziehwerkzeuges für doppelt wirkende Pressen Ausstoßer Werkstück Ziehmatrize Aufnahme Ziehstempel Niederhalter Ziehstempel Ziehring Ausstoßerfeder Unterplatte Nur wenn die Höhe des Ziehteiles im Verhältnis zu seinen anderen Abmessungen sehr klein ist, kann ohne Niederhalter gezogen werden. Herstellen der Tiefziehwerkzeuge Die Herstellung der Ziehstempel und der Ziehmatrize erfolgt durch Drehen, Fräsen, Schleifen, Feilen und bei Verwendung von HM-Werkstoffen auch durch Erodieren. Die Durchbrüche, die Gleitflächen der Ziehmatrize und des Niederhalters, die Rundungen der Ziehkanten sind zu polieren, besser noch zu läppen. Bearbeitungsspuren müssen in Gleitrichtung verlaufen, Querriefen müssen beseitigt werden. Pressentisch Druckplatte Druckfeder Federteller Tellerfedersäule Bild : Tiefziehwerkzeug mit Zentralfeder
Verfahren der Umformtechnik 79 Die Größe der Ziehkantenrundungenr r an der Ziehmatrize hängt von der Blechdicke und dem Unterschied zwischen dem Zuschnitt- und dem Ziehdurchmesser ab (Bild ). Die Größe der Rundungen sind Erfahrungswerte, die aus Tabellen entnommen werden können. Man kann auch durch Versuche die Größe der Rundung bestimmen. Dabei lässt man die Rundungen zunächst verhältnismäßig klein und zieht einige Teile durch die weiche Ziehmatrize. Reißen die Teile in der Nähe des Bodens, so ist meist eine zu kleine Ziehkantenrundung die Ursache. Zu große Rundungen erkennt man an der Faltenbildung am oberen Zargenrand, da dann der Niederhalter das Blech nicht lange genug festhält. Die Ziehstempelrundung r St soll so groß wie möglich sein. Kleine Rundungen oder scharfe Kanten am Boden des Ziehteiles kann man durch Nachprägen in einem besonderen Werkzeug erreichen. Sind für ein Ziehteil mehrere Ziehstufen erforderlich, so erhalten die Stempel der ersten Züge an den Ziehkanten eine Abschrägung von 38 (Bild ). Die Kanten dieser Abschrägungen müssen ebenfalls abgerundet sein. Neben den Rundungen am Ziehstempel und der Ziehkante ist die richtige Wahl der Mindestspaltweite w von Bedeutung. Sie ist abhängig von dem zu verarbeitenden Werkstoff und dem Verfahren, d.h. Erst- oder Weiterzug (Bild 3). Der Niederhalter für den Erstzug erhält dort, wo er auf das Blech drückt, eine ebene Fläche. Bei den folgenden Zügen müssen die Niederhalter in das vorgezogene Teil passen und an ihrer Stirnseite die gleichen Anschrägungen besitzen wie der Stempel des vorhergehenden Werkzeuges. Beim Abstreifen des Ziehteiles vom Stempel entsteht zwischen der Stirnfläche des Stempels und der inneren Bodenfläche der Teile ein luftverdünnter Raum. Damit der äußere Luftdruck bei dünnen Blechen und großen Bodenflächen keine Beulen in den Boden drücken kann, bohrt man in den Stempel ein Loch, durch das Luft ein - strömen kann (Bild 4). 38} Ziehspaltweiten Werkstoff Stahl Schwermetall Leichtmetall Erstzug Ziehstempel Ziehring Erstzug r r r st Erstzug Zuschnitt- Blechdicke bis mm Ziehstempel Niederhalter Aufnahme Ziehmatrize Ziehkantenrundung w r st r r Bild : Ziehkanten- und Ziehstempelradien,5...4 mm =,6 =, =,08 =,06 =,04 =,03 Luft strömt ein Weiterzug Bild : Stempel und Blechhalter für Erstzug und Weiterzug Weiterzug r st r r Weiterzug Zuschnitt- Blechdicke bis 4 mm =,08 =,04 = Bild 3: Ziehspaltenweite beim Erst- und Weiterzug w 38} Ausprobieren der Tiefziehwerkzeuge Das Ausprobieren der Ziehwerkzeuge erfordert viel Sorgfalt und große Erfahrung. Da die Ziehgeschwindigkeit für das einwandfreie Arbeiten eines Ziehwerkzeuges mitbestimmend ist, soll zum Ausprobieren dieselbe Presse verwendet werden, die auch für die Fertigung vorgesehen ist. äußerer Luftdruck Stempel ohne Luftloch Boden verbeult luftverdünnter Raum Bild 4: Luftloch im Ziehstempel innen und außen gleicher Druck Stempel mit Luftloch Boden bleibt eben
Verfahren der Umformtechnik 89..6 Innenhochdruckumformen Beim Innenhochdruckumformen (IHU) auch Hydroforming genannt, werden ausgehend von Rohren, Hohlprofilen oder geschweißten Hohlformen in Werkzeugen durch Flüssigkeitsdruck Hohlkörper mit komplexer Geometrie (Bild ) oder wie in Bild, Seite 90 dargestellt gefertigt. Verfahrensprinzip Das IHU ist ein Kaltumformverfahren. Beim Aufweiten des Rohteils wird dieses in axialer oder auch in radialer Richtung gestaucht und ab - schließend durch den Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert. Man spricht deshalb auch von der ASE-Technik (Aufweiten-Stauchen- Expandieren). Der dadurch herrschende drei - dimensionale Spannungszustand ermöglicht hohe Umformungsgrade. Bei Bauteilen, bei denen nicht axial nachgeschoben werden kann, erfolgt die Umformung nur aus der Wanddicke heraus. Man nennt dieses Verfahren, das eigentlich nur ein Kalibriervorgang ist, AE-Technik (Aufweit-Expandier-Technik. Das Umformwerkzeug besteht aus einem Werkzeugober- und -unterteil (Bild und Bild 3). Der Fertigungsprozess wird im Einzelnen am Beispiel von T-Stücken, die als Kupferfittings oder als Knotenelemente von tragenden Strukturen Verwendung finden, dargestellt (Bild 3). Der Rohling wird in eine geteilte Werkzeugform eingelegt. Zwei axiale Dichtstempel (Axialkolben) verschließen die beiden Rohrenden des Rohteils. Einer der Dichtstempel ist als Hohlstempel ausgeführt. Nach dem Schließen der Werkzeughälften wird das Rohteil entlüftet. Regelbare Pumpen füllen durch die Bohrung des Hohlstempels das Rohteil bis zu einem definierten Vordruck mit einer Wasser-Öl-Emulsion. Die Umformung des Rohteils bewirken die Axialkolben, die den Werkstoff stauchen. Gleichzeitig weitet das Wirkmedium das Rohteil mit bis zu 4000 bar auf. Dieser hohe Druck wird durch Druckübersetzer erzeugt. Der Gegenhalter regelt während des Umformungsvorgangs den Werkstofffluss. Durch das seitliche Nachschieben und den Innendruck kann die Wanddicke des Bauteils beeinflusst werden. Der Kalibrierdruck sorgt dafür, dass das Werkstück überall an der Werkzeugwand anliegt. Ist der Vorgang abgeschlossen, öffnet sich das Werkzeug, und das Bauteil wird ausgeworfen. Bild : Durch Innenhochdruckumformen hergestellte Bauteile Werkzeugunterteil geöffnetes Werkzeug geschlossenes Werkzeug Dichtstempel Hochdruck Kraft Gegenhalter T-Stück Werkzeugoberteil Strömung Werkstück Bild : Umformwerkzeug zum Innenhochdruckumformen mit Werkstück Bild 3: Fertigung eines T-Stücks Rohling Werkzeugunterteil Hohlstempel Werkzeugoberteil
90 Stanztechnik Der Fertigungsprozess erfordert für jedes herzustellende Bauteil genau auf den Werkstoff abgestimmte Prozessgrößen wie Innendruck, Zuhaltekraft und Stauchweg (Bild ). Anwendung Aufgrund seiner spezifischen Verfahrensvorteile wird das IHU vor allem in der Automobil- und Zulieferindustrie, der Sanitärindustrie und bei Rohrherstellern angewendet. So kann z. B. die Wanddicke von Werkstücken beim IHU-Prozess gezielt gesteuert werden. Dadurch werden große Gewichtseinsparungen erreicht. Bei der Herstellung der Motorträger (Bild ) konnte die Anzahl der Einzelteile deutlich reduziert werden. Daher sind im Vergleich zur konventionellen Fertigung statt acht nur noch zwei Schweißnähte notwendig. Die dadurch vermiedenen Verbindungsstellen erhöhen die Steifigkeit bzw. Festigkeit des Bauteils, wodurch sich die Lebensdauer der Bauteile wesentlich erhöht. Außerdem wird durch die Kaltverfestigung das Bauteil außerordentlich verwindungssteif. Daher kann die Wanddicke im Vergleich zu konventionell gefertigten Werkstücken geringer ausfallen. Werkzeugkosten, Stückkosten und Bauteilgewicht werden so deutlich reduziert (Bild 3). Zuhaltekraft F Z Innendruck p i horizontaler Weg s Füllen Bild : Prozessgrößen Formen Zeit Kalibrieren Entlasten Grundsätzlich eignen sich die meisten Stahlwerkstoffe zum IHU, die auch durch Tiefziehen verarbeitet werden. Darüber hinaus lassen sich mit diesem Umformverfahren auch Einsatzund Vergütungsstähle wie z.b. 0MoCr4 und 6MnCr5 umformen. Bauteile aus nicht rostenden Edelstählen werden überwiegend aus austenitischen Stählen wie z.b. XCrNiMo7-- oder X5CrNi8-0 hergestellt. Ebenfalls eignen sich für das IHU auch Titan, Kupfer, Nickel und Aluminium-Knetlegierungen wie AlMg oder AlMgSi. Daneben werden mit dem IHU auch Bauteile aus Kupfer-Zink- und Nickel-Kupfer- Zink-Legierungen hergestellt. Die im IHU hergestellten Bauteile weisen in der Regel Wanddicken im Bereich 0,5 bis 0 mm und Durchmesser zwischen 0 und 50 mm auf. Die Bauteillängen liegt meist unter 000 mm. Bild : Motorträger für Pkw IHU-Fertigung konventionelle Fertigung 30% 70 Gewicht 00 0% 80 Stückkosten 00 Pressen für das IHU Für das IHU werden Pressen verwendet, die den besonderen Anforderungen dieses Fertigungsverfahrens angepasst sind. Die Presse muss die Drücke für den Umformungsprozess, die Schließkraft und die Kräfte für die Gegenhalter erzeugen. Werkzeugkosten 40 Bild 3: Vorteile des IHU am Beispiel eines Motorträgers 60% 00
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 Abschneiden Werkstücke (Kabelklemmen) Abfalltrennen Bild : Folgeverbundwerkzeug mit Streifenbild
9 Stanztechnik.. Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge Folgeverbundwerkzeuge enthalten grundsätzlich drei Arbeitsstufen: Schneidstufe. In der Schneidstufe wirken die Schneidstempel für das Freischneiden, das Einschneiden und das Lochen. Umformstufe. In der Umformstufe kommen Umformstempel wie Biegestempel, Ziehstempel und Prägestempel zum Einsatz. Trennstufe. In der Trennstufe am Ende des Verbundwerkzeuges wird noch aus- oder abgeschnitten (Bild ). Nach der Art der Stempelführung unterscheidet man Werkzeuge mit Plattenführung und Säulenführung. Kennzeichnend für die Plattenbauweise ist die Anordnung der Führungsplatte im Werkzeugunterteil. Die Führungsplatte wird mit den Führungsleisten, der Einsatzplatte und der Grundplatte verstiftet und verschraubt (Bild ). Die Einsatzplatte enthält die Einsätze für das Schneiden und das Umformen. Die Schneid- und Umformstempel sind in der Stempelplatte im Werkzeugoberteil befestigt. Die Schneidstempel sind mit kleinem Übermaß eingebaut. Sie bleiben während des Nachschleifens im Werkzeug. Die Umformstempel sind meist angeschraubt und können somit leicht aus- und eingebaut werden. Plattenbauweise ist anwendbar, wenn die Umformkräfte abwärtsgerichtet sind, nur kleine seitlich gerichtete Kräfte auf - treten, die Blechdicke > 0,5 mm beträgt. Die Säulenführungsbauweise ist in ihrem Aufbau genauso wie bei den entsprechenden Folgebzw. Gesamtschneidwerkzeugen. Die gefederte Führungsplatte führt die Stempel und hält den Streifenwerkstoff fest. Eingebaute Biegeeinsätze ermöglichen Biegungen nach oben, unten und seitlich. Zur Streifenhebung sind gefederte Abhebestifte vorzusehen. Durch sie wird der Streifen so weit hochgehoben, dass er ohne Behinderung zur nächsten Bearbeitungsstufe geführt werden kann (Bild 3). Säulenbauweise wird angewendet, wenn außermittig liegende Umformungen Seitenkräfte erzeugen, Umformungen entgegen der Pressenstößelbewegung durchzuführen sind, und die Blechdicke < 0,5 mm beträgt. Schneidplatteneinsatz Vorschubrichtung Kugelführungsbuchse Kopfplatte Stempelplatte gefederte Führungsplatte Führungssäule Schneidstempel Vorspannelement Klemmring Säulenführung Schneiden Umformen Trennen z.b. Freischneiden z.b. Biegen z.b. Ausschneiden Schneidplatteneinsatz Biegeeinsätze Schneidplatteneinsatz Bild : Arbeitsstufen Schneid- und Biegestempel Bild : Plattenbauweise Schneidplatte Bild 3: Säulenbauweise Biegestempel angeschraubt Einschneiden und Biegen Streifenführung und Streifenheber Biegen Abschneiden Gegenhalter Biegegesenk Kopfplatte Druckplatte Stempelplatte Führungsplatte Auflage Grundplatte Schneidplatteneinsatz Freischneiden Freischneidestempel Abschneidestempel Grundplatte