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EFB-Forschungsbericht Nr. 122

Automatische Einstellung des Schneidspaltes von Blechschneidewerkzeugen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Markus Schaprian, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Universität Hannove, Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Hanno Kötter, Institut für Produktionstechnik, Lehrstuhl für Urform- und Umformtechnik der Technischen Universität Dresden

110 Seiten (Sw 59 Abb., 19 Tab)

ISBN: 978-3-86776-253-3

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Schlagworte: Schneidwerkzeug, Blechdicke, Scherschneiden

Zusammenfassung

Die Schnittflächenqualität und somit auch die Gratentstehung wird beim Scherschneiden in besonderem Maße durch den eingestellten Schneidspalt zwischen den Schneidelementen bestimmt, wobei der jeweils optimale Schneidspalt von Parametern wie der Blechdicke und den Materialeigenschaften des zu schneidenden Werkstoffs sowie dem Verschleißzustand der Schneidelemente abhängt.

Die Zielsetzung dieser Arbeit besteht daher in der Entwicklung eines auf der Anwendung von Piezoaktoren basierenden Verstellmechanismus zur Anpassung des eingestellten Schneidspalts an veränderte Parameter. Durch den Aufbau eines Versuchswerkzeuges für das Schneiden im offenen, geraden Schnitt soll die Funktionsfähigkeit einer solchen automatischen Schneidspaltverstellung nachgewiesen und die Beeinflussbarkeit der entstehenden Schnittgrathöhe durch einen veränderten Schneidspalt aufgezeigt werden. Unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Eigenschaften von Piezoaktoren wird hierzu ein Funktionsprinzip für den Verstellmechanismus und das Versuchswerkzeug entwickelt. Bei diesem wird das gegenüber dem Obermesser verschieblich gelagerte Untermesser während des Schnittes durch Reibschluss fixiert.

Somit wird der Piezoaktor nicht mit der horizontalen Schneidkraft belastet. Aus diesem Prinzip werden mögliche Konzeptvarianten für den Verstellmechanismus abgeleitet. Das Funktionsprinzip wird in Form eines Versuchswerkzeuges umgesetzt, mit dem Bleche einer Querschnittsfläche von 120 mm x 1 mm im offenen, geraden Schnitt geschnitten werden können. Hierbei wird neben der mechanischen Konstruktion des Versuchswerkzeuges auch eine Mess- und Regeleinrichtung realisiert, die die Einstellung und die Überwachung des Soll-Spaltes übernimmt. Durch eine umfangreiche Erprobung des Versuchswerkzeuges wird gezeigt, dass es mit Hilfe von Piezoaktoren möglich ist, den Schneidspalt bei einer Dauerhubzahl von 100 min-1 zwischen zwei Schnitten sicher zu verändern. Durch eine Veränderung des eingestellten Schneidspaltes wird der entstehende Schnittgrad beeinflusst. Somit ist es durch den Einsatz der Verstelleinrichtung in Schneidwerkzeugen möglich, die Gratbildung bei veränderten Prozessparameter wie z. B. einer veränderten Blechdicke durch eine Neueinstellung des Schneidspalts zu minimieren.

Das Forschungsvorhaben „Automatische Einstellung des Schneidspaltes von Blechschneidewerkzeugen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10873B 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. 122 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung und Zielsetzung
2 Stand der Technik
2.1 Verfahrensgrundlagen zum Scherschneiden
2.1.1 Kenngrößen beim Scherschneiden
2.1.2 Schnittflächenqualität und Schneidspalteinstellung
2.2 Einsatz von Piezoaktoren in der Fertigungstechnik
2.3 Grundzüge des methodischen Konstruierens
3 Konzeptentwicklung zur automatischen Schneidspalteinstellung
3.1 Aufgaben und Auslegungsgrößen des Versuchswerkzeugs
3.2 Ableitung der Teilfunktionen und Wirkprinzipien
3.2.1 Funktion der Werkstofftrennung
3.2.2 Funktion der Schneidspaltverstellung
3.2.2.1 Unterfunktion der Verstellbarkeit
3.2.2.2 Unterfunktion der Klemmung
3.3 Zusammenfassung zur Funktions- und Wirkstruktur
4 Auslegung und Konstruktion von Varianten des Versuchswerkzeuges
4.1 Konstruktion und Auslegung der Variante 1
4.1.1 Funktionsweise und konstruktive Gestaltung
4.1.2 Werkzeugtopologie und Abmessungen
4.1.3 Auslegung zu mechanischen Belastungen und Beanspruchungen
4.1.3.1 Überschlägige Berechnung von Normalspannungen eines Balken- und eines Trägermodells
4.1.3.3 Komplexe Berechnung der elastischen Deformation des Untermessers mit Hilfe eines FEMModells
4.1.4 Auslegung und Auswahl des Piezoaktors
4.2 Konstruktion und Auslegung der Variante 2
4.2.1 Funktionsweise und konstruktive Gestaltung
4.2.2 Auslegung zu mechanischen Belastungen und Beanspruchungen
4.2.3 Auslegung und Auswahl des Piezoaktors
4.2.4 Werkzeugtopologie und Abmessungen
4.3 Auswahl der zu realisierenden Konstruktionsvariante
4.4 Absicherung der Funktionsfähigkeit des gewählten Werkzeugaufbaus
5 Aufbau des Versuchswerkzeuges und des Regelkreises
6 Erprobung des Versuchswerkzeuges
6.1 Verstellverhalten des Versuchswerkzeuges
6.2 Werkzeugverhalten während des Schnittes
6.3 Grathöhen
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Literatur