Gratfreie Schnittflächen beim Scherschneiden
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Dipl.-Ing. Peter Sachnik, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München
70 Seiten - 64,00 EUR (sw, 32 teils farbige Abb., 9 Tab.)
ISBN 978-3-86776-487-2
Zusammenfassung
Beim Scherschneiden wird der Werkstoff von zwei sich aneinander vorbei bewegenden Schneiden so lange verformt, bis dessen Umformvermögen erschöpft ist und der Werkstoffzusammenhalt durch Bruch verloren geht. Schergeschnittene Bauteile weisen verfahrensbedingt in der Regel stets ein Grat auf, der jedoch unerwünscht ist. In der Fertigungskette müssen daher häufig zusätzliche Arbeitsgänge für das Entgraten durchlaufen werden.
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wird durch eine gezielte Einbringung von Formänderungen in den Blechwerkstoff die Gratbildung verhindert werden.
Hierzu wird eine Kerbgeometrie vor dem eigentlichen Zerteilvorgang in das Blech gedrückt. Dies bewirkt eine gezielte lokale Beeinflussung des Formänderungsvermögens. Anschließend wird der Restquerschnitt des Bleches durch die Abwärtsbewegung eines Scherschneidstempels getrennt. Durch die gezielte, partielle Reduzierung des Formänderungsvermögens im Bereich der potentiellen Gratbildung im ersten Prozessschritt kann eine gratfreie Schnittfläche erzeugt werden.
Die Ergebnisse des Präge-Scherschneidens zeigen eine gute, prozesssichere Machbarkeit des neuen Verfahrens, welches als Präge-Scherschneiden definiert ist. Unter Beachtung der nötigen Kerbposition und der Kerbtiefe ist für alle drei untersuchten Blechwerkstoffe ein gewisser Bereich erforscht, in dem ein gratfreies Schnittergebnis problemlos realisiert werden kann.
In den Dauerhubversuchen stehen Prozessstabilität und -genauigkeit, Werkzeugverschleiß sowie die Schnittflächenausbildung im Vordergrund. Es werden sowohl die Kerb- als auch Schneidelemente auf Verschleißkennzeichen bewertet werden. Die Flitter- und Schnittflächenentwicklung wird zudem quantitativ beurteilt. Beim Präge-Scherschneiden tritt deutlich geringerer Verschleiß auf als beim entsprechenden Verfahren des Normalschneidens.
Das neue Verfahren (Präge-Scherschneiden) zeigt neben dem Vorteil der Gratfreiheit weitere Vorteile im Bereich Verschleiß. Eine prozesssichere und stabile Durchführung des Präge-Scherschneidens ist problemlos möglich. Durch die Erforschung des Präge-Scherschneidens ist das hohe Potential des neuen Schneidverfahrens im industriellen Umfeld erstmal bewiesen.
Das IGF-Vorhaben „Gratfreie Schnittflächen beim Scherschneiden" wurde unter der Fördernummer AiF 17892N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und 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. 439 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Abstract
During a cutting process, the material is deformed by two moving parts. The material is deformed until its formability is exhausted. When a material is sheared, a burr can often be observed on the cutting edge. Due to different disturbing effect, the burr must be deburred before the next process of machining.
In this research project, the major intention is to produce blanked sheets without a burr. For this purpose a notch geometry is first pressed into the sheet. This results in a local change of formability on the blank sheet. Subsequently, the blank sheet is cutted in a normal shear process at the exact same part of the blank sheet where the notch changed the formability of the blank. Due to the lowered deformability in this area of the sheet where usually a burr formation appears, the cutting edges of the blank sheet cannot build a burr.
Beginning with the simulation of the whole process, it is necessary to find the appropriate geometry of the notch. The notch lowers the formability of the sheet metal. After different notches are simulated, the best notch is built in order to perform experiments with different materials. Iteration loops between simulation and experiment are performed until satisfied results of the experiments are produced.
Further experiments are done with continuous strokes in order to make a statement about the abrasion wear of the tool as well as the notch.
In order to have a good use of the results for the manufactures, guidance about the best geometry of the notch for different thicknesses of different sheets are made.
The results show a stable process and therefore a high potential for the new cutting process.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Aktuelle Möglichkeiten zur Fertigung gratfreier Bauteile
2.2 Verfahrensidee zur wirtschaftlichen Produktion gratfreier Bauteile
2.3 Vorversuche
2.4 Zusammenfassende Bewertung des Stands der Technik
3 Problemstellung und Lösungskonzept
3.1 Forschungsziel
3.2 Angestrebte Forschungsergebnisse
3.3 Lösungsweg zum Erreichen des Forschungsziels
4 Versuchswerkzeug
4.1 Werkzeuganforderungen
4.2 Werkzeugkonstruktion
4.2.1 Umsetzung des geschlossenen und offenen Schnittes beim Präge- Scherschneiden
4.3 Blechlängung infolge der Kerbeinprägung
4.3.1 Blechlängung in Abhängigkeit der Eindringtiefe
4.3.2 Erweiterte Werkzeugkinematik
4.3.3 Definierte Kerbeinprägung
5 Versuchswerkstoffe
5.1 Tiefziehstahl
5.2 Kupferwerkstoff
5.3 Edelstahlwerkstoff
5.4 Vergleich der mechanischen Eigenschaften
6 Versuchsanlagen und Messeinrichtungen
6.1 Versuchspresse
6.2 Profilmessgerät
6.3 Mikroskopie
6.4 Funkenemissionsspektrometer
6.5 Zugdruckprüfmaschine
6.6 3D-Koordinatenmessgerät
7 Versuchsparameter
7.1 Konstante Einstellungen
7.1.1 Schneidplattenverrundung
7.1.2 Beölung
7.1.3 Schneidgeschwindigkeit
7.1.4 Niederhalterkraft
7.2 Variierte Parametereinstellungen
7.2.1 Kerbparameter
7.2.2 Schneidparameter
7.3 Simulationsprogramm und -modellaufbau
8 Versuchsergebnisse
8.1 Einarbeitung des Werkzeuges / Sicherstellen der richtigen Funktionalität
8.2 Positionierung der Kerbe
8.3 Stat. Versuchsplan
8.4 Haupteinflussparameter
8.5 Einhubiges Verfahren
8.6 Dauerhubuntersuchungen
8.6.1 Vermessung der Aktivelemente
8.6.2 Schnittflächenausprägung
9 Ergebnisse und Ausblick
10 Bedeutung des Forschungsthemas für KMU
10.1 Nutzung der Forschungsergebnisse in KMU
11 Literaturverzeichnis
