Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf Pressen
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Wirt.-Ing. Levent Altan, Dipl.-Ing. Stefan Hilscher, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover
68 Seiten - 64,00 EUR (sw, 37 teils farbige Abb.)
ISBN 978-3-86776-541-1
Zusammenfassung
Das Scherschneiden ist Bestandteil der Prozesskette beim Herstellen vieler Blechbauteile. Die Qualität von schergeschnittenen Blechbauteilen lässt sich im Wesentlichen mittels Schnittflächenkenngrößen wie der Glattschnitthöhe, der Bruchflächenhöhe und der Grathöhe bestimmen. Eine ideale Schnittfläche weist einen hohen Glattschnittflächenanteil und einen möglichst kleinen Grat auf. Eine Möglichkeit den Glattschnittflächenanteil zu steigern stellt die Erhöhung der Scherschneidgeschwindigkeit dar.
Bei Scherschneidgeschwindigkeiten von über 1 m/s weisen die resultierenden Schnittflächen des Blechbauteiles fast nur noch einen Glattschnittbereich auf. Die Vorteile des sogenannten Hochgeschwindigkeitsscherschneidens (HGSS) kommen in der Praxis nur selten zur Geltung, da konventionelle Pressen die notwendigen Schneidgeschwindigkeiten nicht erreichen und spezialisierte HGSS-Pressen kostenintensiv und in ihrem Einsatzgebiet sehr limitiert sind.
In diesem Forschungsprojekt wurde eine werkzeugseitige Lösung erarbeitet, welche es erlaubt, unabhängig von der Hubzahl der Presse das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden zu ermöglichen. Der Ansatz beruht auf der Verwendung eines Federpaketes in Kombination mit einem speziellen Hydraulikzylinder. Während das Federpaket beim Herabfahren des Stößels verspannt wird, arretiert der Hydraulikzylinder den Schneidstempel solange in seiner Position, bis eine definierte Federkraft erreicht wird. Beim Erreichen der kritischen Kraft gibt der Zylinder den Kraftfluss schlagartig frei und der Schneidstempel wird mittels der im Federpaket gespeicherten Energie auf die zum HGSS notwendigen Geschwindigkeiten beschleunigt.
Im Projekt wurde ein Werkzeug basierend auf diesem Konzept konstruiert, mittels Mehrkörpersimulation optimiert und schlussendlich gefertigt. Mit dem Demonstrator des Werkzeuges konnte gezeigt werden, dass sich die für das HGSS notwendigen Schneidgeschwindigkeiten auch im Dauerbetrieb erreichen lassen.
Die Ziele des Projektes wurden erreicht.
Das IGF-Vorhaben „Verfahren zum Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf Pressen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18441N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 489 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich. |  |
Summary
Shear cutting is part of the process chain of all sorts of sheet metal parts. The quality of shear cut parts essentially depends on the form of the cut surface. Shear cut surfaces of sheet metal parts consist of a smooth cut surface, a fracture surface and a burr. A large smooth cut surface and a small burr are signs of a high quality cut surface. A large burr often results in the need of a second manufacturing process and thus a raise of the costs of production of the sheet metal part.
The proportion of the smooth cut surface can be raised by means of increasing the velocity of the shear cut. Shear cutting velocities of more than 1 m/s result in shear cutting surfaces which soley consist of a smooth cut surface without fracture surface or burr. The advantage of the so called high speed shear cutting cannot be reached in practice because conventional presses are not able to achieve the necessary velocities and specialized high speed cutting presses are costly and limited in their usage.
In the Project an innovative tool based approach was created, which allows high speed shear cutting on conventional presses. The approach is based on the usage of springs and a specialized hydraulic cylinder. During the downward movement of the press ram the springs are strained, while the hydraulic cylinder locks the cutting stamp in a fixed position. After reaching a critical force level in the springs the hydraulic cylinder liberates abruptly the cutting stamp and thus the springs accelerate the cutting stamp to the necessary velocities.
In the project, a tool based on this concept was designed, optimized by multi-body simula-tions and finally manufactured. With a demonstrator tool, the required high cutting speeds can be achieved on conventional presses even in continuous operation.
The goals of the project have been achieved
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung
1.1 Problemstellung
2 Stand der Technik
2.1 Scherschneiden
2.2 Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS)
2.2.1 Konzepte und Anlagen zur Ausführung von HGSS-Schnitten
2.3 Berechnung von Schneidkräften und –arbeiten
2.4 Hydraulische Vorrichtungen zur Kraftfreischaltung
3 Forschungsziele und Lösungsweg
3.1 Forschungsziel
3.2 Lösungsweg
4 Funktionsprinzip & Konstruktion des Werkzeuges
4.1 Werkzeugplatten
4.2 Federpaket
4.3 Führungen
4.4 Freischaltzylinder
4.5 Anschläge
4.6 Endlagendämpfung des Zylinderkolbens
4.7 Fazit
5 Virtuelle Erprobung des Werkzeugkonzeptes
5.1 Mehrkörpersimulationsmodell
5.2 Virtueller Betrieb des HGSS-Werkzeuges
5.3 Werkzeugskalierung
5.4 Einfluss des Werkstoffes
6 Praktische Erprobung
6.1 Erprobung des Schaltverhaltens
6.2 Erprobung des Werkzeuges
6.3 Lebensdauerversuche
6.4 Resultierende Schnittflächen
6.5 Horizontale Verlagerungen
6.6 Fazit
7 Ergebnisse und Ausblick
8 Literaturverzeichnis
