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EFB-Forschungsbericht Nr. 078

Genauschneiden von Warmband verschiedener Stahlwerkstoffe und von Blechen ausgewählter Aluminiumlegierungen

EFB78.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Wolfgang Demmler, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

132 Seiten (sw 69 Abb., 2 Tab)

ISBN: 978-3-86776-019-5

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagworte: Rissbildung, Blechdicke

Zusammenfassung

Die weitere Kostensenkung ist auch in der industriellen Fertigung kleiner und mittlerer Unternehmen ein dringendes Erfordernis. Immer häufiger wird für Blechschnitteile eine Qualität gefordert, die zwischen dem Normalschneiden und dem Sonderschneidverfahren Feinschneiden mit komfortabler Feinschneidtechnik liegt.

Preisvorteile gegenüber Kaltband erfordern den Einsatz von Warmband in allen möglichen Anwendungsfällen. Die Vorteile von Aluminiumlegierungen führen zur zunehmenden Anwendung dieser Werkstoffe im Fahrzeugbau und in anderen blechverarbeitenden Zweigen.

Die Schneidbarkeit obiger Werkstoffe durch ein in der Genauigkeit zwischen dem Normalschneiden und dem Feinschneiden liegendes Genauschneiden war noch ungenügend untersucht. Gegenstand der vorliegenden Arbeit waren deshalb Untersuchungen zum Genauschneiden von Warmband aus 7 Stahlsorten im Dickenbereich von 2 bis 12 mm und von Blechen aus 4 Aluminiumlegierungen im Blechdickenbereich von 1 bis 4 mm.

Kriterien des untersuchten Genauschneidens:

  • Glattschnittanteil der Schnittfläche≥ 60 % der Blechdicke
  • Maßtoieranzen im Bereich der Grundtoleranzgrade IT9 ... IT11
  • Einhubiges Scherschneiden mit ebenem Niederhalter und Gegenhalter unter Anwendung abgerundeter Schneiden.

Es wurden Außen- und Innenformen mit kreisförmiger und dreieckiger Schnittline gleicher Länge in 1125 Versuchen und 5 ... 1 0 Schnitteilen/Versuch geschnitten und ausgewertet.Die Hauptversuche erfolgten auf mechanischer, Stichversuche auf hydraulischer Presse.
Zwei ausgewählte Radiengrößen wurden kombiniert im Wechsel an Stempel und Schneidplatte angewendet. Variiert wurden die Niederhalterkraft mit 20 %, 50 % und 80 % der rechnerischen Schneidkraft und der Schneidspalt zwischen 0,01 mm und 0,240 mm.

Die Festigkeits- und Verformungskenngrößen der untersuchten Werkstückstoffe sowie die Prozeßkenngrößen Schneidkraft, Schneidweg und Schneidarbeit wurden ermittelt und ausgewertet.
Die Festlegung und Auswertung der Schnittflächen-Kenngrößen erfolgte in Anlehnung an die VDI2906, BI. 5 und VDI 3345.

Die Auswertung aller Ergebnisse ist in "EFB-Anwendungsrichtlinien zum Genauschneiden" zusammengefasst, die Bestandteil dieser Arbeit sind.
Aus metallographischen Untersuchungen der Werkstückstoffe konnten umformmechanische Zusammenhänge zum Genauschneiden abgeleitet werden.

Ergebnisse:

  • Die untersuchten Warmbänder (außer Blechdicke 12 mm) und im wesentlichen die weichen aushärtbaren und nicht aushärtbaren Aluminiumlegierungen waren genauschneidbar. Dagegen konnten eine kaltgewalzte nicht aushärtbare und eine kaltausgelagerte aushärtbare Aluminiumlegierung nicht genaugeschnitten werden.
  • Günstig für das Genauschneiden ist ein kleiner und gleichmäßiger Schneidspalt bis ca. USbez ≤ 1 ,3 % der Blechdicke. Bei Schneidspaltwerten von ca. USbez ≥ 2 % wird der Glattschnittanteil zu gering.
  • Eine große Schneidenrundung an der Schneidplatte begünstigt den Glattschnitt und damit das Genauschneiden an Außenformen und teilweise auch an lnnenformen.
  • Eine große Schneidenrundung am Stempel begünstigt hauptsächlich den Glattschnitt an Innenformen und kaum an Außenformen. Dabei verjüngt sich jedoch die Innenform von der Einzugseite zur Gratseite, so daß dickere Blechetrotz Glattschnitt wegen Überschreitens der Maßtoleranz nicht genaugeschnitten werden können.
  • Der Einfluß der Niederhalterkraft auf die Prozeß- und Schnittflächen-Kenngrößen ist vernachlässigbar. ln einzelnen Fällen bewirkte die kleinere Niederhalterkraft einen größeren GlattschnittanteiL - Die relativ gleichmäßigen Druckspannungen längs der kreisförmigen Schneidlinie begünstigen den Glattschnitt Ecken, besonders mit spitzen Winkeln bewirken unterschiedliche Kanteneinzüge und Glattschnittanteile an den Schnittflächen.
  • Träger der Umformung und Verfestigung sind beim Warmband das a-Eisen und bei den Aluminiumlegierungen der α-Mischkristall. Sie begünstigen den Glattschnitt Darin eingelagerte Gefügebestandteile, wie Fe3C und nichtmetallische Einschlüsse beim Warmband oder ß- und Mn-Phase bei Aluminiumlegierungen, fördern dagegen die Rißbildung durch Kerbwirkung.

Das Forschungsvorhaben „Genauschneiden von Warmband verschiedener Stahlwerkstoffe und von Blechen ausgewählter Aluminiumlegierungen“ wurde unter der Fördernummer AiF 9394Bvon 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. 78 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Verwendete Größen, Formelzeichen, Einheiten und Abkürzungen
1 Problemstellung
2 Stand der Technik und des Wissens
2.1 Schneidbarkeit der Werkstückstoffe
2.1.1 Warmband
2.1.2 Aluminiumlegierungen
2.2 Einfluß und Größe des Schneidspaltes
2.3 Einfluß und Größe der Schneidenrundung
2.4 Schlußfolgerungen
3 Forschungsziel
4 Versuchsprogramm
4.1 Einflußgrößen auf das Schnittergebnis
4.1.1 Werkstück
4.1.1.1 Schnittlinienform und -länge
4.1.1.2 Blechdicke
4.1.1.3 Werkstückstoffsorte und -zustand
4.1.2 Werkzeug
4.1.2.1 Schneidspalt
4.1.2.2 Schneidenrundung
4.1.2.3 Niederhalterkraft
4.1.2.4 Gegenhalterkraft
4.1.3 Maschinen
4.1.4 Schmierung
4.2 Gemessene und ermittelte Größen, Meß- und Auswertetechnik
4.2.1 Kenngrößen der Werkstückstoffe
4.2.2 Prozeßkenngrößen
4.2.3. Kenngrößen der Schnittflächen
5 Durchführung und Kennzeichnung der Versuche
6 Auswertung und Diskussion der Ergebnisse
6.1 Mechanische Werkstückstoffuntersuchungen
6.2 Prozeßkenngrößen
6.2.1 Schneidkraft Fs
6.2.2 Schneidweg sw
6.2.3 Schneidarbeit Ws
6.3 Kenngrößen der Schnittflächen
6.4 Metallographische Untersuchungen zum Genauschneiden und Ableitung umformmechanischer Zusammenhänge
6.4.1 Versuchsproben
6.4.2 Metallographische Untersuchungen
6.4.2.1 Prüfbedingungen
6.4.2.2 Gefügeänderung im Reststeg
6.4.2.3 Härtemessungen im Reststegbereich
6.4.3 Schlußfolgerungen
7 Zusammenfassung
8 Literaturverzeichnis
9 Verzeichnis der Anlagen