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EFB-Forschungsbericht Nr. 206

Ermittlung von Prozessparametern beim Nachschneiden schergeschnittener Konturen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Robert Kühlewein, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München, Prof. Dr.-Ing. habil. Knut Großmann, Dipl.-Ing. Hajo Wiemer, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der Technischen Universität Dresden

156 Seiten (sw 92 Abb., 24 Tab )

ISBN: 978-3-86776-161-1

Preis (Digital) EUR 76,00

Preis (Print) EUR 85,60

Zusammenfassung

Ein Verfahren zur wirtschaftlichen Fertigung von Schnittflächen, die sich hinsichtlich ihres Traganteils und ihrer Rechtwinkligkeit als Funktionsflächen, wie z.B. Passungen und Führungen eignen, ist das Nachschneiden. Dies wird durch einen zweiten Schneidprozess, der eine vorgeschnittene Kontur nachschneidet, erreicht. Die Eignung als Funktionsfläche der neu entstandenen Schnittfläche rührt aus dem veränderten Spannungszustand im Werkstück aufgrund der geringen Steifigkeit des abgetrennten Stanzabfalls.

Zur Untersuchung der Prozessparameter beim Nachschneiden schergeschnittener Konturen wurden Versuche an einer mechanischen Schnellläuferpresse durchgeführt. Es kam ein fünfspuriges Lochwerkzeug zum Einsatz.

Die Parameteruntersuchungen wurden an sieben verschiedenen Blechwerkstoffen durchgeführt.

Die zu variierenden Parameter waren die Nachschneidzugabe, also der Abstand zwischen vorgeschnittener und nachgeschnittener Kontur, der Schneidspalt, der Beölungszustand und der Schneidwerkstoff.

Für alle untersuchten Blechwerkstoffe konnten Parameter gefunden werden, die die Fertigung von Schnittflächen mit hohem Glattschnittanteil ermöglichten. Es konnte gezeigt werden, dass ein Arbeitsbereich existiert, der von einem minimalen und einem maximalen Schneidspalt, sowie einer maximalen Nachschneidzugabe begrenzt wird. Ein Überschreiten der Grenzen führt zu einem deutlichen Anstieg des Bruchflächenanteils der Schnittfläche. Werden diese Werte als auf die Blechdicke bezogene Größen dargestellt, bleibt der Arbeitsbereich bei Veränderung der Blechdicke gleich.

Die Art der Beölung hatte auf die Schnittflächenqualität beim Nachschneiden weicher Stahlwerkstoffe keinen Einfluss. Wegen starker Wärmeentwicklung beim Nachschneiden höher- und hochfester Stähle konnte dort der Einfluss eines Verzichts auf den Schmierstoff nicht betrachtet werden. Bei der Verarbeitung von Aluminium konnten durch den Schmierstoff ALF4 sehr gute Ergebnisse bezüglich der Reduzierung von Aufbauschneiden erzielt werden.

Es konnten drei standzeitbegrenzende Faktoren ermittelt werden:

  • Die Beschädigung der Stempelmantelfläche durch Oxidationsverschleiß, ausgelöst durch harte Partikel, die aus der Schnittfläche herausgetrennt werden, führte zu einer starken Beeinträchtigung der Oberfläche der Schnittfläche. Dem konnte durch den Einsatz von TiCN-beschichteten HSS-Stempeln begegnet werden, die eine Oberflächenhärte von 3.000 HV 0,05 aufweisen. Es konnten damit auch bei höherfesten Stählen Standmengen von über 1,2 Millionen erzielt werden.
  • Das Schneidergebnis beim Nachschneiden von Aluminium wird durch die Bildung von Aufbauschneiden beeinflusst. Sowohl der Einsatz des Schmierstoffes ALF4, als auch die Beschichtung der Stempel mit einer DLC-Schicht verlängerten die Standmenge auf über 300.000 bzw. auf 150.000.
  • Der Schneidkantenverschleiß ist verantwortlich für eine Instabilität des Prozesses, der zu unvollständigem Nachschneiden entlang der Kontur führt. Als Grenzwert konnte eine auf die Blechdicke bezogene 45°-Verschleißlänge zwischen 48 m/mm und 54 m/mm festgestellt werden.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung von Prozessparametern beim Nachschneiden schergeschnittener Konturen“ wurde unter der Fördernummer AiF 12816BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 206 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Kurzzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Erkenntnisse
2.1 Scherschneiden
2.1.1 Verfahrensprinzip
2.1.2 Phasen des Schneidvorgangs
2.1.3 Schnittflächenkenngrößen
2.1.4 Werkzeugverschleiß
2.1.5 Schneidkraft
2.2 Nachschneiden
2.2.1 Verfahrensprinzip
2.2.2 Geometrische Prozessgrößen
2.2.3 Nachschneidkraft
2.2.4 Einsatzgebiete
2.3 Weitere Genauschneideverfahren
2.3.1 Schneiden mit kleinem Schneidspalt
2.3.2 Feinschneiden
2.3.3 Stauchschneiden
2.3.4 Gegenschneiden
2.3.5 Schneidstempel größer als Schneidplattendurchbruch
2.3.6 Nachschneiden mit Schwingungsüberlagerung
2.3.7 Fließlochen, Fließausschneiden
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
4 Versuchswerkstoffe
4.1 Auswahl und Bezeichnung der Versuchswerkstoffe
4.1.1 Chemische Zusammensetzung
4.1.2 Mechanische Kennwerte
4.2 Schmierstoffe
4.3 Schneidstoffe
4.3.1 Werkzeugwerkstoffe
4.3.2 Beschichtungen
5 Versuchs- und Messeinrichtungen
5.1 Anlage
5.1.1 Presse mit Vorschubapparat
5.1.2 Peripherie
5.2 Werkzeug
5.2.1 Werkzeuggestell
5.2.2 Stempel
5.2.3 Matrizen
5.3 Messeinrichtungen
5.3.1 Prozessdatenerfassung
5.3.2 Profilmessplatz
5.3.3 Raster-Elektronenmikroskop
5.3.4 Lichtmikroskop
6 Vorgehensweise
6.1 Prinzipielle Vorgehensweise
6.1.1 Versuchsreihen
6.1.2 Parameteroptimierung
6.1.3 Standmengenuntersuchungen
6.2 Versuchsplan
7 Versuchsbeschreibung
7.1 Schneidversuche
7.1.1 Maschinenparameter
7.1.2 Werkzeugparameter
7.1.3 Beölung
7.2 Versuchsdurchführung
7.2.1 Versuchsdokumentation
7.2.2 Auswertung der Prozesskräfte
7.2.3 Auswertung der Schneidstempel
7.2.4 Auswertung der Schnittteile
8 Versuchsergebnisse
8.1 Einfluss geometrischer Prozessgrößen
8.1.1 Nachschneidzugabe
8.1.2 Schneidspalt
8.1.3 Arbeitsbereich
8.1.4 Blechdicke
8.2 Einfluss tribologischer Parameter
8.2.1 Schmierstoff
8.2.2 Schneidwerkstoff
8.3 Werkzeugverschleiß
8.3.1 Mantelflächenverschleiß
8.3.2 Scheidkantenverschleiß
9 Dynamisches Maschinenverhalten
9.1 Systematik der Kenngrößen der Maschinengenauigkeit
9.2 Genauigkeitskenngrößen an der unbelasteten Presse
9.3 Analyse des statischen Pressenverhaltens
9.3.1 Experimentelle Analyse: statische Maschinenabnahme
9.3.2 Modellgestützte Analyse: FEM-Statik
9.4 Analyse des dynamischen Pressenverhaltens
9.4.1 Experimentelle Dynamik-Analyse
9.4.2 Modellgestützte Dynamik-Analyse: FEM-Dynamik und Mehrkörpersimulation 121
9.5 Ergebnisbewertung der Maschinenanalyse
9.5.1 Maschineneinfluss auf die Prozessstabilität
9.5.2 Rückschlüsse für die Optimierung der Pressen
10 Zusammenfassung und Ausblick
11 Verzeichnisse
11.1 Bildverzeichnis
11.2 Tabellenverzeichnis
11.3 Literaturverzeichnis