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EFB-Forschungsbericht Nr. 068

Schnittflächenqualität und Schneidkraftbedarf beim Scherschneiden von Tiefziehblechen

efb68

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Lars Ulrich, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover

87 Seiten (Sw 44, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-026-3

Preis (Digital) EUR 43,00

Preis (Print) EUR 48,20

Schlagwörter: Verschleißmessung, scharfkantig, Schneidpresse, Schneidwerkzeug, scherschneiden

Zusammenfassung

Bei blechverarbeitenden Betrieben findet das Scherschneiden im geschlossenen und offenen Schnitt aufgrund der hohen Flexibilität dieses Produktionsverfahrens ein breites Anwendungsgebiet zur rationellen Herstellung von Massenteilen. Zielsetzung der durchgeführten Arbeiten war neben der Analyse des Werkzeugverschleißes auch die Ermittlung der Schnittflächenqualität und des Schneidkraftbedarfs beim Scherschneiden von Tiefziehblechen.

Eine Voraussetzung für die reproduzierbare Verschleißuntersuchung bestand in der Konstruktion eines modularen Werkzeuges mit analytischer Berechnung der elastischen Werkzeugverformung während des Schneidvorganges. Die FE-Berechnung ergab eine maximale elastische Verschiebung der Schneidkanten in horizontaler Richtung von 10 µm bei einer Schneidkraft von 15 kN. Sowohl die Führungsgenauigkeit des Schneidstempels in axialer Richtung als auch die Steifigkeit in horizontaler Richtung gewährleisten einen gleichbleibenden umlaufenden Schneidspalt auch beim Auftreten von Querkräften.

Im Rahmen der durchgeführten Langzeituntersuchungen mit den Blechwerkstoffen St 1403 und ZSTE 340 wurde ein unterschiedliches Werkzeugverschleißverhalten ermittelt. Während beim Schneiden des duktilen Bleches St 1403 bei einem 6%Schneidspalt bereits nach 40.000 Schnitten erhebliche Kantenabrundungen erfaßt werden konnten, sind bei der Einstellung des 12% und 20% Schneidspaltes lediglich geringe Aufschweißungen im Mantelbereich festgestellt worden.

Wird das Ergebnis der Verschleißuntersuchungen mit dem der Grathöhenuntersuchung verglichen, so ergibt sich ein Optimum des Schneidergebnisses bzgl. Ausbringung und Betriebskosten zwischen dem Grathöhen-Verlauf sowie der Wahl des Schneidspaltes. Bei der Verarbeitung von mikrolegierten Feinblech und Tiefziehgüten sollte der Schneidspalt im Bereich von 10% eingestellt werden.

Zur Vermeidung von Produktionsausfällen durch unvorhersehbare Kantenausbrüche an den Schneidelementen ist ein Verfahren erprobt worden, bei dem neue, scharfkantige Schneidstempel so bearbeitet werden, daß sich stabile Produktionsbedingungen und eine gleichbleibende Schnitteilqualität einstellt. Dieses Verschleißprofil wurde auf ein gesamtes Werkzeugspektrum mit unterschiedlichen Geometrien und Schnittlängen übertragen. Durch das definierte Anschleifen der Stempelkanten konnte in allen Bereichen die erhoffte Verbesserung erzielt werden.

Die Ermittlung des Schneidkraftbedarfs zeigt, daß der spezifische Schneidwiderstand maßgeblich vom Werkzeugverschleiß bestimmt wird. Grundsätzlich sollte eine bis zu 30% höhere Schneidkraft unter ungünstigsten Voraussetzungen bei der Berechnung der gesamten Umformkraft vom Werkzeugsystemen berücksichtigt werden.

Die metallographischen Untersuchungen der Schnittflächen zeigen, daß sich ein gratfreier Schnitt bei einem Schneidspalt über 30% realisieren läßt. Nachteilig ist an den produzierten Schnitteilen der hohe Kanteneinzug und die geringe Maßhaltigkeit. Als konstruktive Maßnahmen zur Beeinflussung der Schnittflächenqualität sind piezoelek- trisehen Aktoren zur Schwingungsanregung in den Schneidstempel eingebaut werden.

Die Grathöhen der Schnitteile sowie der Schneidkraftbedarf lassen sich durch eine überlagerte Schwingungsanregung um ca. 30% verringern. Ein ähnlicher Effekt konnte in der Simulation des Scherschneidprozesses durch das geringfügige Anschleifen ( α < 1 °) der Schneidelemente erreicht werden.

Das Forschungsvorhaben „Schnittflächenqualität und Schneidkraftbedarf beim Scherschneiden von Tiefziehblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 8984 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. 68 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einführung
2 Zielsetzung des Vorhabens
3 Stand der Kenntnisse und wissenschaftliche Problemstellung
4 Modeliierung des Scherschneidvorgangs
4.1 Schematische Darstellung des Schneidvorgangs für Feinbleche
4.2 Definition der Schnittflächenqualität
5 Versuchseinrichtungen und Meßkette
5.1 Meßgeräte und Meßkette
5.2 Berechnung der Werkzeugverfornung mit FEM
5.3 Entwicklung des modularen Werkzeuges
6 Untersuchung des Werkzeugverschleißes und der Schnittflächenqualität bei Langzeitversuchen
6.1 Auswirkungen des Stempelverschleißes
6.2 Ermittlung der Grathöhen an Werkstücken
6.3 Auswertung der Schneidkraft-Zeit-Verläufe
7. Scherschneiden mit definiert abgerundeten Schneidstempeln
7.1 Darstellung der Schnittflächenqualität
7.2 Ermittlung des Schneidkraftbedarfs
8. Metallographische Untersuchungen
9 Konstruktive Maßnahmen am Werkzeug zur Verbesserung der Werkstückqualität
9.1 Schwingungsangeregter Schnitt
9.2 Simulation des Scherschneidans mit modifizierten Schneidelementen
10 Zusammenfassung
11 Literatur
12 Bilder/ Diagramme