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EFB-Forschungsbericht Nr. 145

Einfluss ausgewählter Parameter auf Werkzeugverschleiß und Formgenauigkeit beim Stanzpaketieren von Elektroblechen

EFB145.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Alexander Toussaint, Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München, Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Ulbricht, Dr.-Ing. Frank Schirmacher, Kontinuumsmechanik der Technischen Universität Dresden

226 Seiten (Sw 151 Abb., 12 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-273-1

Preis (Digital) EUR 96,00

Preis (Print) EUR 108,10

Zusammenfassung

Das Stanzpaketieren von Elektroblechen ist ein Verfahren zur Herstellung von Rotor -und Statorpaketen für Elektromotoren. Zu diesem Zweck werden die in einem Folgewerkzeug ausgeschnittenen Einzelbleche aufeinander gestapelt und durch das in dem Werkzeug integrierte Verfahren des Durchsetzfügens verbunden. Die hohen Stückzahlen, die dabei gefordert werden, setzen eine hohe Werkzeugstandmenge voraus. Der Einsatz von oberflächenbeschichteten Werkzeugen stellt eine Möglichkeit zur Erhöhung der Standmenge dar.

Eine Klassifizierung einzelner Beschichtungssysteme hinsichtlich der Verschleißwerte in Abhängigkeit von der eingestellten Hubzahl (H/min) und des eingesetzten Schmierstoffs kann, insbesondere den Herstellern von Elektromotoren, Richtlinien zur Einstellung optimaler Verfahrensparameter beim Scherschneiden liefern, um den Werkzeugverschleiß und die daraus resultierende Gratbildung gering zu halten.

Die Ergebnisse der Versuchsreihen zeigen, daß CVD-beschichtete Werkzeuge deutlich geringere Werte der Mantelflächen-Verschleißlänge bei vergleichbaren Verfahrensparametern aufweisen, als PVD-beschichtete Werkzeuge. Diese Verschleiß-Kenngröße ist entscheidend für den Werkzeugnachschliff. Die Gratbildung wird wesentlich von dem Verschleißzustand der Werkzeuge beeinflußt. Entscheidende Kriterien sind hierbei die Kantenrundung und der Mantelflächenverschleiß der Werkzeuge. Sowohl die Werte für den Mantelflächenverschleiß, als auch die für die Grathöhe, liegen bei PVD-beschichteten Werkzeugen höher, als bei CVD- beschichteten Werkzeugen.

Darüber hinaus haben die Versuche gezeigt, daß mit zunehmendem Esteranteil des Stanzöls insgesamt geringere Verschleißwerte erreichbar sind. Hingegen hat eine Hubzahlsteigerung nicht zwingend höhere Werte der Verschleiß-Kenngrößen bzw. der Grathöhe zur Folge. Die vorliegenden Untersuchungen verdeutlichen, daß die Verfahrensparameter Hubzahl und Stanzöl einen erheblichen Einfluß auf den Werkzeugverschleiß, die Gratbildung und die Formgenauigkeit des Schnitteils, des einzelnen Rotor- und Statorblechs, nehmen. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Einfluss ausgewählter Parameter auf Werkzeugverschleiß und Formgenauigkeit beim Stanzpaketieren von Elektroblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11174B 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. 145 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Allgemeine Darstellung des Schneidvorgangs
2.2 Schnittflächen-Kenngröße Schnittgrat
2.3 Verschleißmechanismen
2.4 Verschleiß-Kenngrößen
2.5 Hartstoffbeschichtungen
2.6 Beschichtungsverfahren
2.6.1 Chemical Vapour Deposition-Verfahren (CVD)
2.6.2 Physical Vapour Deposition-Verfahren (PVD)
2.7 Einflußgrößen auf den Schneidprozeß
2.7.1 Einfluß der Presse
2.7.2 Schnittgeschwindigkeit
2.7.3 Einfluß des Werkzeugs
2.7.4 Schneidspalt
2.7.5 Schneidkanten-und Schnittliniengeometrie
2.7.6 Werkzeugwerkstoff
2.7.7 Einfluß des Blechwerkstoffs
2.8 Schmierstoff
2.8.1 Schmierstoffadditive
2.8.2 Schmieröle für das Scherschneiden von Elektroblechen
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
4 Versuchs- und Maßeinrichtungen
4.1 Presse
4.2 Folgewerkzeug
4.3 Messung der Verschleiß-Kenngrößen und des Schnittgrats
4.4 Messung der Formgenauigkeit
5 Versuchswerkstoffe
5.1 Elektroblech
5.1.1 Chemische Zusammensetzung
5.1.2 Gefügestruktur
5.1.3 Mechanische Kennwerte
5.2 Werkzeugwerkstoff- WC-TiC-Ta(Nb )C-Co-Hartmetall
5.2.1 Chemische Zusammensetzung
5.2.2 Gefügestruktur
5.2.3 Mechanische Kennwerte
5.3 Werkzeugbeschichtungen
5.3.1 CVD-TiN-Laminate
5.3.3 CVD-TiN-TiC-Polylaminate
5.3.4 CVD-TiC-TiN-Polylaminate
5.3.5 PVD-TiN-Laminate
5.3.6 PVD-TiCN-Laminate
5.3. 7 PVD-CrN4-Laminate undPVD-CrN8-Laminate
6 Versuchsplan
7 Versuchsbeschreibung und -durchführung
7.1 Werkzeugverschleiß
7.2 Schnittgrad
7.3 Maßgenauigkeit der Rotor- und Statorbleche
8 Versuchsergebnisse
8.1 Verschleiß der Werkzeugaktivelemente
8.1.1 Verschleißkenngrößen bei Variation des Stanzöls
8.1.2 45°-Verschleißlänge
8.1.3 Mantelflächen-Verschleißlänge
8.1.4 Mantelflächenverschleiß
8.2 Verschleißgrößen bei Variation der Hubzahl
8.2.1 45°-Verschleißlänge
8.2.2 Mantelflächen-Verschleißlänge
8.2.3 Mantelflächenverschleiß
8.3 Verschleiß des Ausschneidstempels und der Ausschneidmatrize
8.4 Schnittgrathöhe
8.4.1 Schnittgrathöhe der Rotornuten bei Var. des Stanzöls
8.4.1.1 Schnittgrathöhe der Rotornuten am Meßort 1
8.4.1.2 Schnittgrathöhe der Rotornuten am Meßort 2
8.4.2 Schnittgrathöhe der Rotornuten bei Var. der Hubzahl
8.4.2.1 Schnittgrathöhe der Rotornuten am Meßort 1
8.4.2.2 Schnittgrathöhe der Rotornuten am Meßort 2
8.5 Formgenauigkeit der Rotorbleche
8.5.1 Rundheit der Rotorbleche
8.5.2 Durchbiegung der Rotorbleche
9 Zusammenfassung der Versuchsergebnisse und Ausblick
9.1 Verschleißverhalten der Nutenstempel
9.2 Schnittgrat an den Rotorblechen
9.3 Formgenauigkeit der Rotorbleche
9.3.1 Rundheit
9.3.2 Durchbiegung
9.4 Ausblick
10 Literaturverzeichnis
11 Anhang
12 Numerische Simulation- Vorbemerkungen
13 Simulationskonzept
13.1 Einzug
13.2 Glattschnittphase
13.3 Bruch
14 Stanzpaketieren
14.1 Problembeschreibung und Geometrie
14.2 Numerische Umsetzung
14.2.1 Vernetzung
14.2.2 Materialkennwerte
14.2.3 Randbedingungen
14.3 Ergebnisse
14.3.1 Relativverformung der Blechlagen
14.3.2 Maßhaltigkeit der ausgestanzten Nut
14.3.3 Belastbarkeit der Preßverbindung
14.3.4 Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse
15 Ausstanzen Kreisloch
15.1 Problembeschreibung und Geometrie
15.2 Lösungschritte
15.3 Numerische Umsetzung
15.4 Ergebnisse 2D-Simulation Lochblech
15.5 Ergebnisse 2D-Simulation Butzen
15.6 Ergebnisse 3D-Simulation Lochblech
16 Zusammenfassung und Ausblick
17 Literaturverzeichnis