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EFB-Forschungsbericht Nr. 130

Einflüsse auf die Schnittteilqualität beim Scherschneiden von Blechen auf Tafelscheren

EFB130.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Bernd Arnold, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz, Prof. Dr.-Ing. Dieter Schmoeckel, Dipl.-Ing. Nikolai Geißler, Institut für Produktionstechnik der Technischen Hochschule Darmstadt

174 Seiten (Sw 150 Abb., 7 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-262-5

Preis (Digital) EUR 78,00

Preis (Print) EUR 87,70

Schlagworte: Scherschneiden

Zusammenfassung

  1. Die Schwingschnittschere ist auf Grund des kastenförmigen Profils des Messerbalkens in Schneidspaltrichtung wesentlich steifer als eine Kulissenschere mit einen plattenförmig ausgebildeten Messerbalken. Schwingschnittscheren sind deshalb besonders für das Schneiden dickerer Bleche mit höheren Schneid- und Drängkräften geeignet.
  2. Eine Abhängigkeit der Schnittfächenparameter von der Messerkoordinate konnte bei der Schwingschnittschere im Gegensatz zu der Kulissenschere nicht festgestellt werden.
  3. Die geringen Wirkwinkeländerungen (< 5°), die i.a. bei der Schwingschnittschere mit unverdrilltem Obermesser über der Schnittlänge auftreten, haben auf die Schnittflächenqualität keinen Einfluss. Für extrem lange Schneidlängen (>10 m) sollten jedoch das Obermesser auf eine verdrillte Flanschfläche gespannt werden und die Wirkwinkeländerungen klein zu halten.
  4. Negative Auswirkungen auf die Schnittflächenqualität entstehen durch das Abbiegen des Abschnittes bei Schnittende. Infolge des kleiner werdenden Restquerschnittes erfolgt ein Abbiegen bevor das Obermesser eindringt. Dadurch entstehen besonders bei dicken Blechen große Messerkontaktbreiten und Messerkontakthöhen. Eine Verbesserung für dickere Bleche könnte durch eine aktive Hochhaltung erzielt werden.
  5. Die Zusammenhänge zwischen Wirkwinkeln und räumlicher Geometrie der Flanschfläche am Messerbalken der Schwingschnittschere (Balligkeit, Verdrillung) werden in der Arbeit beschrieben und können für den Konstrukteur sehr hilfreich sein.
  6. Die statische Verformungsanalyse des Tisch- und Messerbalkenprofils der Schwingschnittschere mit einem Balkenmodell zeigt, dass Biege- , Schub- und Torsionsanteile teils gegenläufigen Einfluss auf die Verformung in Schneidspaltrichtung haben. Durch Optimierung der Querschnittsprofilparameter lassen sich deshalb hohe Steifigkeiten erreichen.
  7. Die unterschiedliche Steifigkeit der hydraulischen Druckpunkte am Messerbalken der Schwingschnittschere führt zur Verwindung des Scherengestells was jedoch keinen Einfluss auf die Schnittflächenqualität hat.
  8. Die experimentell ermittelte Schneidkraft ist besonders bei dicken Blechen wesentlich kleiner als durch das Produkt von 0,8 * Rm *Scherdreiecksfläche berechnet wird. Das verdeutlicht, dass die durch Scherspannungen belastete Fläche wesentlich kleiner als das Scherdreieck ist.
  9. Quantitative Aussagen zur Verformung der Abschnitte in Abhängigkeit von deren Geometrie können nicht getroffen werden. Die Verformung der Abschnitte hängt im hohen Maße von den Eigenspannungen in der Tafel ab. Aufeinanderfolgende Abschnitte gleicher Geometrie (von gleicher Tafel!) zeigten bei dicken Blechen wesentlich verschiedene Verformungszustände.

Das Forschungsvorhaben „Einflüsse auf die Schnittteilqualität beim Scherschneiden von Blechen auf Tafelscheren“ wurde unter der Fördernummer AiF 10894B 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. 130 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Problemstellung
2 Stand der Technik
2.1 Schneidvorgang beim offenen Schnitt
2.1.1 Geometrisch relevante Einflußgrößen
2.1.2 Schneidvorgang beim kreuzenden Schnitt
2.1.3 Optimaler Schneidspalt
2.1.4 Schneidkräfte und Einflußfaktoren
2.2 Beurteilung der Schnittflächenqualität
2.3 Beurteilung der Abschnittsverformung
3 Forschungsziel
4 Schwingschnittschere
4.1 Spezifik der untersuchten Schwingschnittschere
4.1.1 Allgemeine Beschreibung
4.1.2 Geometrie und Kinematik der Schwingschnittschere
4.1.2.1 Flanschfläche am Messerbalken bei unverdrilltem Messer
4.1.2.2 Flanschfläche am Messerbalken bei verdrilltem Messer
4.1.2.3 Flanschfläche für Untermesser
4.1.2.4 Messerwinkel
4.1.2.5 Optimaler Maschinenschneidspalt
4.1.2.6 Antrieb Messerbalken
4.2 Versuchsplanung und -durchführung
4.2.1 Versuchsmatrix für Kenngrößenanalyse
4.2.2 Maßaufbau für Kraft- und Steifemessungen
4.2.3 Werkstoffkennwerte
4.3 Untersuchungsergebnisse
4.3.1 Schneidspaltalyse an unbelasteten Messern
4.3.2 Schnittflächenanalyse
4.3.2.1 Schneidspalteinfluß auf Zipfelbildung
4.3.2.2 Schittflächenkenngrößen
4.3.3 Verformungsanalyse
4.3.3.1 Verbiegung der Abschnitte
4.3.3.2 Verdrillung der Abschnitte
4.3.4 Kraft- und Verformungsmessungen an Schere
4.3.4.1 Leerhub
4.3.4.2 Schneidversuche mit St37 und s= 6 mm
4.3.4.3 Schneidversuche mit St37 und s= 12 mm
4.4 Theoretische Betrachtungen
4.4.1 Verformung von Messerbalken und Tisch
4.4.2 Einfederung des rechten Arbeitszylinders
5 Kulissenschere
5.1 Spezifik der untersuchten Kulissenschere
5.2 Versuchsplanung und -durchführung
5.2.1 Maschinenkenngrößen
5.2.1.1 Schneidkraft
5.2.1.2 Schneidspaltaufweitung
5.2.1.3 Meßwerterfassung
5.2.3 Schnittteilkenngrößen
5.2.3.1 Streifenverformung
5.2.3.2 Schnittzonenverteilung
5.2.4 Versuchsplan
5.3 Untersuchungsergebnisse
5.3.1 Maschinenkenngrößen
5.3.3.1 Schneidkraft
5.3.3.2 Schneidspaltaufweitung
5.3.2 Verformungsanalyse
5.3.2.1 Geradheit
5.3.2.2 Biegung
5.3.2.3 Verwindung
5.3.3 Schnittflächenanalyse
5.3.3.1 Einzugszone
5.3.3.2 Scherzone
5.3.3.3 Bruchzone
5.3.3.4 Messerkontaktzone
5.3.3.5 Schittgrat
5.4 Theoretische Betrachtungen
5.4.1 Modellbildung zum Scherschneidvorgang
5.4.2 Untersuchungsergebnisse
6 Zusammenfassung
7 Literaturverzeichnis
8 Anlagen zu Abschnitt 4