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EFB-Forschungsbericht Nr. 043

Verbesserung der Schnittteilequalität durch Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden HGSS

EFB43.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dieter Schmoeckel, Dipl.-Ing. Peter Gredy, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Hochschule Darmstadt

137 Seiten (Sw 59 Abb., 4 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-045-4

Preis (Digital) EUR 59,00

Preis (Print) EUR 66,30

Schlagwörter: Schneidwerkzeug, scherschneiden

Zusammenfassung

Die Untersuchungen zeigten, daß sich die seit längerem bekannten Hochgeschwindigkeitseffekte beim Schneiden von Stahl auf handelsüblichen Schnellläuferpressen erzielen lassen.
Im einzelnen werden folgende Qualitätsparameter beeinflußt:

  1. Die Grathöhe nimmt bei gleichzeitiger Verkleinerung der Gratfußbreite ab.
  2. Die Bruchzone wird größer; gleichzeitig sinkt die Konizität und die Rauheit der Bruchzone. Bei Schneidgeschwindigkeiten > 0,8 m/s konnten keine Zipfelbildungen mehr beobachtet werden. Die Bruchzone erreicht einen hohen Traganteil und kann somit die Aufgabe einer Funktionsfläche übernehmen.
  3. Der durch die Umformung beeinflußte Randbereich wird deutlich kleiner.
  4. Vorraussatzung für das Verfahren ist die Anpassung der bewegten Teile des Werkzeugs an die durch die hohen Beschleunigungen auftretenden Kräfte sowie der Einsatz geeigneter Werkstoffe für die Schneidelemente. Höchste Standmengen werden mit geschweißten Verbundwerkstoffen erreicht.

Der E-Modul des zu schneidenden Werkstoffs gibt Aufschluß über die zu erwartenden thermischen Belastungen des Schneidstempels (je kleiner der E-Modul, desto höher die thermische Belastung). Die thermische Belastung der Schneidmatrize ist in der Regel gering.

Folgende Nachteile des Verfahrens sind zu nennen:

  1.  Die Presse kann nur bis zu 50% über Nennkraft beansprucht werden (genormter Auslegungsbereich ± 30° vor UT).
  2. Die Stempel können nicht nachgeschliffen werden, da die Mantelfläche über die volle Stempellänge verschleißt (Bild 59). Geschweißte Stempel können wieder aufbereitet werden.

Da das Verfahren neben der Verbesserung vieler Qualitätsparameter gleichzeitig die Ausbringung der Presse steigert, ist ein wirtschaftlicher Einsatz für eine große Produktpalette zu erwarten.
Als Ausgangswerte für eine Optimierung des Verfahrens für Werkstoffe, die in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt wurden, wird ein Schneidspalt von 6 % und eine minimale Anschneidgeschwindigkeit von 0,8 m/s empfohlen.

Das Forschungsvorhaben "Verbesserung der Schnittteilequalität durch Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden HGSS" enthält die Ergebnisse des Gemeinschaftsforschungsvorhabens DFB/ AiF-Nr: 8079. Das Vorhaben wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 43 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Ergebnisse des Ausgangsvorhabens AIF-Nr. 7046
2.1 Bau eines HGSS-geeigneten Werkzeugs
2.2 Festlegung des optimalen Geschwindigkeitsbereichs für die Verfahrensdurchführung
2.3 Festlegung des optimalen Schneidspaltbereichs
2.4 Interpretation des Schneidkraftverlaufs
2.5 Verschleißmindernde Maßnahmen und Standmengenuntersuchungen
3. Zielsetzung
3.1 Weiterentwicklung von Verbundsystemen für Schneidelemente zum Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden
3.2 Maßnahmen der Wärmeabfuhr
3.3 Erweiterung der untersuchten Blechwerkstoffpalette
3.4 Interpretation des Schneidkraftverlaufs
3.5 Geräuschmessungen
4. Versuchseinrichtung
4.1 Versuchsmaschine
4.2 Versuchswerkzeug
4.3 Messeinrichtungen
4.3.1 Kraft-Zeit-Verlauf
4.3.2 Temperatur-Verlauf
4.3.3 Blechdicke
4.3.4 Lochdurchmesser
4.3.5 Grathöhe
4.3.6 Metallographie
4.3.7 Geräuschmessung
4.4 Meßungenauigkeiten
5. Durchführung und Ergebnisse der Versuche
5.1 Werkzeugschneidstoffe
5.1.1 Konventionelle Schneidstoffe
5.1.2 Verbundwerkstoffe
5.2 Maßnahmen der Wärmeabfuhr
5.2.1 Preßluftkühlung
5.2.2 Ölkühlung
5.3 Erweiterung der untersuchten Blechwerkstoffpalette
5.3.1 Elektroblech
5.3.2 Kupferblech
5.3.3 Rost- und säurebeständiges Stahlblech
5.3.4 Vergütungsstahl
5.3.5 Aluminiumlegierung
5.4 Interpretation des Schneidverlaufs
5.5 Geräuschmessung
6. Gesamtbewertung des Verfahrens
6.1 Schnitteilequalität
6.2 Standmengenerhöhung
6.3 Verfahrensgrenzen
6.4 Schlußbetrachtung
Literaturverzeichnis
Tabellen
Bildmaterial