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EFB-Forschungsbericht Nr. 490

Erhöhung der Werkzeugstandzeit durch Anpassung des Kopfspiels von Lochstempeln an die Durchbruchkraft

efb490

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, M. Sc. Ferdinand Neumayer, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München

82 Seiten (sw, 44 teils farbige Abb., 18 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-542-8

Preis (Digital) EUR 58,00

Preis (Print) EUR 66,00

Zusammenfassung

Die Ziele des Forschungsvorhabens lassen sich in mehrere Teilziele untergliedern. Übergeordnetes Ziel ist die Verschleißminimierung an der Stempelmantelfläche beim Lochen während des Schnittschlags. Das erste Ziel zur Erreichung der Verschleißminimierung war die Ermittlung der Durchbruchkraft beim Scherschneiden. Die Durchbruchkraft ist die Kraft, die das System aus Presse, Werkzeug und Stempel zum Schwingen bringt.

Mit Kenntnis über die Durchbruchkraft können in einer FEM-Modellierung des Stempels und seines Schwingungsverhaltens Optimierungen zur Schwingungsreduktion durchgeführt werden. Durch Anpassung des Kopfspiels an die Stempeleigenschwingung ist ein Tilgungseffekt auf die Stempelschwingung zu erwarten. Diese Optimierung musste sodann in Verschleißuntersuchungen überprüft werden.

Die Messung der Durchbruchkraft beim Lochen ist durch ein im Rahmen des Projekts entwickeltes Verfahren an ausgewählten Blechwerkstoffen durchgeführt worden. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Durchbruchkraft erheblich kleiner ist als die maximale Schneidkraft. Mittels Kenntnis der Durchbruchkraft konnte dann das Stempelverhalten während des Schnittschlags in Abhängigkeit des Kopfspiels simuliert werden.

Es zeigte sich, dass sich bei kleinen Kopfspielen (abhängig von Durchbruchkraft und Stempellänge) ein Minimum des Reibweges zwischen Stempelmantelfläche und Blech ergibt. Eine Festeinspannung oder ein höheres Kopfspiel führte zu einem größeren Reibweg.

Diese aus der Simulation gewonnenen Werte des Kopfspiels wurden durch Verschleißuntersuchungen überprüft Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede in der Riefenbildung an der Mantelfläche der untersuchten Schneidstempel mit verschiedenen Kopfspielen. Der Schneidstempel mit optimiertem Kopfspiel hatte deutlich verkürzte Riefen als der fest eingespannte Schneidstempel oder der Schneidstempel mit großem Kopfspiel.
Das Forschungsziel wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Erhöhung der Werkzeugstandzeit durch Anpassung des Kopfspiels von Lochstempeln an die Durchbruchkraft" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18049N 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. 490 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

The goals of the research project can be divided in sub-goals. Main-goal is to minimize the wear on the boundary surface of a blanking punch during the vibration period. First goal in the attempt to minimize wear was the measuring of the break-through-force during blanking. The break-through-force is the force which initiates the vibration of the system of press, tool and punch. With knowledge about the break-through-force a FEM-model of the punch and his vibration behavior can be used to optimize and minimize the vibration of the punch. Through adaption of the head clearance to the natural frequency of the punch there should be a damping-effect on the punch vibration. This optimized head clearance is then to be validated in wear experiments.

The measurement of the break-through-force has been conducted by an in the project developed technique on selected sheet-materials. As an outcome there could be stated that the break-through-force is considerable smaller in comparison to the maximum blanking-force. With knowledge about the break-through-force the behavior of the blanking punch during the vibration period in dependence of the head clearance could have been determined by simulation. It came out that there is a minimum of friction-path with small head clearances (dependent on break-through-force and punch-length) between the boundary surface of the punch and the sheet material. A fixed punch or a higher head clearance are resulting in an higher friction-path.

The values of the head clearance obtained by simulation were reviewed through wear-tests. In the wear-tests distinct differences in the creation of stritations at the boundary surface of the reviewed punches with different head clearances were observed. The punch with optimized head clearance had clearly shortened stritations than the fixed punch or the punch with high head clearance.
The project goal has been achieved.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
Abkürzungsverzeichnis
Formelzeichen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Scherschneiden
2.1.1 Einordnung in das Normengefüge
2.1.2 Verfahrensprinzip
2.1.3 Phasen des Schneidvorgangs
2.1.4 Schneidkräfte
2.1.5 Schnittflächenkenngrößen
2.1.6 Verschleiß
2.2 Kraftmessung beim Scherschneiden
2.2.1 Piezokraftsensorik
2.2.1 Dehnmessstreifen
2.1 Schwingungen
3 Zielsetzung
4 Methodik zur Messung der Durchbruchkraft
5 Versuchsanlagen und Messeinrichtungen
5.1 Mechanische Schnellläuferpresse
5.2 Schneidwerkzeug (Einzelhub)
5.3 Schneidwerkzeug (Dauerhub)
5.4 Schneidstempel
5.5 Universalprüfmaschine
5.6 Profilmessgerät
5.7 Digitalmikroskop
5.8 3D-Koordinatenmessmaschine
5.9 Messtechnik
6 Werkstoffe
6.1 Blechwerkstoffe
6.2 Aktivelementwerkstoff (Einzelhub)
6.3 Aktivelementwerkstoff (Dauerhub)
7 Versuchspläne
8 Schneid-, Durchbruchkräfte und Schwingverhalten
8.1 Schnittflächenkenngrößen
8.2 Kalibrierung der DMS
8.3 Signalverläufe am DMS und Durchbruchkräfte
8.4 Stempelschwingungen
8.4.1 Stempelschwingung ohne Kopfspiel
8.4.2 Stempelschwingung mit Kopfspiel
9 Simulation Stempelbewegung
10 Verschleißuntersuchungen
11 Zusammenfassung
11.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
12 Literaturverzeichnis
12.1 Schrifttum
12.2 Normen