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EFB-Forschungsbericht Nr. 041

Einfluss des Schneidvorgangs und innerer Materialspannungen auf die Maßhaltigkeit beim Scherschneiden von Elektroblechen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Phys. Hans-Joachim Kühne, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover

172 Seiten (sw 80 Abb., 1 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-046-1

Preis (Digital) EUR 73,00

Preis (Print) EUR 82,40

Schlagwörter: Klassifizierung, Hubzahl, scherschneiden

Zusammenfassung

Mit der vorliegenden Arbeit konnten die eigentlichen Ursachen für die Maßungenauigkeiten und Eigenspannungsentstehungen beim Scherschneiden in Folgeschneidwerkzeugen aufgezeigt, und damit die Grundlage für nachfolgende Untersuchungen geschaffen werden.

Bevor die Einflüsse der Schneidparameter auf die Werkstückqualität und die Eigenspannungen untersucht werden konnten, wurden Versuche zu unterschiedlichen Eigenspannungsmeßverfahren durchgeführt.

In vorangehenden Versuchen hatte sich gezeigt, daß die röntgenographische Spannungsmessung für einige Elektrobleche durchaus einsetzbar ist, sofern mit Mo-Strahlung gearbeitet und an der [732+651]-Ebene gemessen wird.

Außerdem war es möglich, eine qualitative Übereinstimmung zwischen dieser zerstörungsfreien Meßmethode und dem bei diesen Untersuchungen ebenfalls eingesetzten Zerlegeverfahren (DMS - Messung) nachzuweisen.

Die Messungen an Praxisteilen aus der Rotor - und Statorfertigung ließen erkennen, wie die einzelnen mit einem Folgeschneidwerkzeug hergestellten Schnitte den Spannungszustand beeinflussen. Dabei wurde deutlich, daß das Nutenstanzen mit Stempelgeometrien, die zahlreiche Ecken aufweisen, immer zusätzliche Spannungen in das Blech einbringt. Wird dagegen das Zentralloch geschnitten bzw. der Rotor- oder Stator ausgeschnitten, führt dieses einerseits zum Abbau der Spannungen im Restmaterial, andererseits aber auch zu teilweise großen Maßabweichungen. Diese werden durch den Schneidvorgang selbst hervorgerufen und sind nicht durch die aus der vorangehenden Werkzeugstation im Blech vorhandenen Spannungen zu erklären.
Betrachtet man die rotationssymmetrischen Nutenstanzungen isoliert, ist es möglich, einen Zusammenhang zwischen eingebrachten Stegspannungen und der bezogenen Schnittlinienlänge herzustellen.

Optimierungsversuche an den peripheren Geräten - Haspel, Richtapparat, Einlauf- und Auslaufhilfen- führten in weiten Bereichen fast immer zu Vorschubproblemen bzw. allgemein zu Transportproblemen in der Stanzanlage.

Diese zeigten sich als sehr sensibel und sollten hinsichtlich dieser Problematik in weiterführenden Arbeiten untersucht werden.

Anschließende Versuchsreihen mit Einzelstempeln ergaben, daß bei runden Stempelgeometrien generell ein Spannungsabbau im Lochblech stattfindet, unabhängig davon, ob die Niederhalterkraft oder der Schneidspalt variiert wurden. Die Butzen weisen dagegen einen mit größer werdendem Schneidspalt zunehmenden Biegespannungszustand auf. Die Niederhalterkraft FN zeigte dagegen keinen signifikanten Einfluß auf den Spannungszustand, unabhängig ob mit Abstreifer FN =0 oder mit Niederhalter, FN >0 geschnitten wurde.

Die Überprüfung der Versuche mit einer weiteren Elektroblechqualität bestätigte die gemachten Aussagen, so daß ein qualitativer Werkstoffeinfluß ebenfalls ausgeschlossen werden kann.
Der Zusammenhang zwischen Schnitteil- und Werkzeugabmessungen, in der Form, daß

  • der Stempeldurchmesser den Lochblechdurchmesser bestimmt und
  • der Matrizendurchmesser den Butzendurchmesser bestimmt war bis in eine Größenordnung von 0,01 mm immer erfüllt.

Weiterhin erlaubten es die Untersuchungen, je nach Schnittlinienform, eine Klassifizierung der verschiedenen Parameter nach der Größenordnung der bewirkten Maßabweichungen vorzunehmen:

Runde Schnittlinienform:

  1. Schneidspalt (0,1 mm)
  2. Niederhalterkraft, Werkzeugverschleiß und Werkstückwerkstoff (0,01 mm)
  3. Eintauchtiefe (0,005 mm)
  4. Niederhalterbohrung, Hubzahl (0,002 mm)

Quadratische Schnittlinienform:

  1. Schneidspalt (0, 1 mm)
  2. Werkstückwerkstoff (0,05 mm)
  3. Eintauchtiefe, Niederhalterkraft und Werkzeugverschleiß (0,01 mm)
  4. Niederhalterbohrung, Hubzahl (0,001 mm)

Entgegen der in den Produktionsbetrieben vorherrschenden Auffassung konnte mit den abschließend durchgeführten Verformungsmessungen an einem quadratischen Stempel nachgewiesen werden, daß der weitaus größte Anteil der Maßabweichungen und der Eigenspannungen erst durch den Scherschneidprozeß selbst in das Werkstück eingebracht wird. Dabei hängt die Größenordnung entscheidend von der Schnittliniengeometrie und den gewählten Schneidparametern ab.

Die peripheren Geräte und die im Material bereits vorhandenen Eigenspannungen wirken hierauf nur geringfügig ein, sind jedoch, wie bereits erwähnt, häufig die Ursache für auftretende Störfälle bei der Verarbeitung (z. B. zu große Welligkeit im Blech). Hier kann nur durch geeignete Gerätewahl und konstruktive Maßnahmen Abhilfe geschaffen werden.

Weiterhin muß dafür gesorgt werden, daß bei Werkstücken mit hoher Präzisionsanforderung möglichst große Stegbreiten zwischen den einzelnen Schnitten gewählt werden, was allerdings zu erhöhten Abfallmengen führt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die eingebrachten Spannungen symmetrisch aufzufangen, z. B. durch vorher eingebrachte Prägungen in den späteren Abfallzonen. Welche Parametereinstellung hierzu gewählt wird, sollte Gegenstand nachfolgender Untersuchungen sein.

Das Forschungsvorhaben "Einfluss des Schneidvorgangs und innerer Materialspannungen auf die Maßhaltigkeit beim Scherschneiden von Elektroblechen" enthält die Ergebnisse des Gemeinschaftsforschungsvorhabens DFB/ AiF-Nr: 7315. 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. 41 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Scherschneiden von Rotor-, Statorteilen aus Elektroblech
2.1 Entstehung von Eigenspannungen in Elektroblechen
2.1.1 Eigenspannungsentstehung durch den Herstellungsprozeß
2.1.2 Eigenspannungsentstehung durch Längsteilen
2.1.3 Eigenspannungsentstehung durch den Schneidvorgang
3 Das Fertigungsverfahren Scherschneiden
3.1 Einflußgrößen auf das Schneidergebnis
3.2 Der Schneidvorgang
4 Meßverfahren
4.1 Eigenspannungsbestimmung mit DMS
4.1.1 Zerlegeverfahren
4.1.2 Bohrlochverfahren
4.2 Röntgenographische Spannungsmessung (RSM)
4.3 Untersuchungseinrichtungen
4.3.1 Versuchsschneidanlage
4.3.2 Schneidkraft- und Wegmessung
4.3.3 Messung der Niederhalterkräfte
4.3.4 Optische Vermessung der geschnittenen Teile
4.3.5 Aufnahme der elastischen und plastischen Verformungen beim Scherschneiden
4.3.6 Verschleißmessung
4.3.7 Probenhalter für das Röntgendiffraktometer
5 Spannungsuntersuchungen an Rotor-, Statorschnitten
5.1 Vergleichbarkeit von Spannungsmessungen mit DMS und der RSM
5.2 Spannungsmessung an verschiedenen Rotor-, Statorschnitten nach dem Zerlegeverfahren
5.3 Periphere Geräte
5.4 Abschätzung der Randspannungen bei rotationssymmetrischen Rotor-,Statorschnitten
6 Schneidversuche mit Einzelstempeln
6.1 Schneidversuche mit runden Stempeln
6.1.1 Einfluß von Schneidspalt, Niederhalterkraft und Lochbild
6.1.2 Einfluß des Werkstückwerkstoffes
6.1.3 Einfluß des Werkzeugverschleißzustandes
6.1.4 Einfluß von Eintauchtiefe, Niederhalterbohrung und Hubzahl
6.1.5 Zusammenfassung der Schneidversuche mit runden Stempeln
6.2 Schneidversuche mit quadratischen Stempeln
6.2.1 Einfluß von Schneidspalt, Niederhalterkraft und Lochbild
6.2.2 Einfluß von Eintauchtiefe und Hubzahl
6.3 Schneidversuche mit rechteckigen Stempeln
7 DMS-Messungen zum Werkstückverhalten während des Schneidvorgangs
7.1 Elastische und plastische Verformung beim Schneiden mit einem quadratischen Stempel
7.1.1 Verformungen beim Schneiden in einem Hub
7.1.2 Verformungen beim Schneiden in mehreren Hüben
8 Zusammenfassung
9 Schrifttum
10 Bilder und Tabellen