Verfahren zum Feinschneiden von Werkstücken und Feinschneidwerkzeug zur Ausübung des Verfahrens

Abstract

 Es wird aufgezeigt, wie beim Feinschneiden von Werkstücken diese zumindest an Teilbereichen ihrer Außenschnittflächen konisch bzw. keilförmig gestaltet werden können. Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Werkstück während des Ausschneidens in eine zumindest auf Teilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. verengende Ausnehmung der Schnittplatte (10) hineinzudrücken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in einem ersten Arbeitsschritt das Werkstück nach Art einer Durchsetzung aus dem Werkstoff (17) anzuschneiden und in einem zweiten Arbeitsschritt den Schnittvorgang zu vollenden und das Werkstück in eine zumindest aufTeilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. konisch verengende Ausnehmung einer Prägeplatte hineinzudrücken. Bei beiden Methoden wird das ausgeschnittene und wenigstens teilumf- änglich verjüngte bzw. konische Werkstück bei rücklkaufendem Schnittstempfel (16) mittels des Auswerfers (12) aus der Schnitt- bzw. Prägeplatte (10) herausgenommen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feinschneiden von Werkstücken, wobei der Werkstoff zwischen einer Führungsplatte (Pressplatte) und einer Schnittplatte eingespannt und das Werkstück mittels eines Schnittstempels und eines gegen diesen wirkenden sowie in einer Ausnehmung der Schnittplatte geführten Auswerfers ausgeschnitten sowie ggf. zusätzlich mittels Innenformstempel bearbeitet wird.

[0002] Von der herkömmlichen Stanztechnik unterscheidet sich das Feinschneiden (gelegentlich auch "Feinstanzen" genannt) im wesentlichen dadurch, daß das Werkstück vor und während des Schneidvorgangs fest eingespannt und mit engen Toleranzen geführt wird. Zu diesem Zweck wird der Werkstoff - in der Regel Stahlband mit Stärken von 0,3 mm bis etwa 15 mm - im Werkzeug zwischen einer Führungs- oder Preßplatte und einer Schnittplatte eingespannt. Die Führungsplatte und/oder die Schnittplatte tragen eine dem Werkstückumriß angepaßte Ringzacke, die sich in den Werkstoff einpreßt. Die Ringzacke verhindert das seitliche Wegfließen des Materials. Der Schneidvorgang geschieht mittels eines eng toleriert in der Führungsplatte geführten Schnittstempels und eines in der Schnittplatte ebenfalls eng toleriert geführten Auswerfers, der mit einer Gegenkraft von etwa 10 bis 20 % der Schnittkraft gegen den Schnittstempel drückt, so daß die beiden Stempel von Anbeginn des Ausschneidens den Werkstoff und später das Werkstück zwischen sich einklemmend führen. Innerhalb des Schnittstempels und des Auswerfers können noch zum Zwecke der Innenformung bzw. -lochung des Werkstücks ggf. mehrere Innenformstempel und damit gegenläufig korrespondierende Ausstoßer verwendet werden. Einen Überblick über die Feinschneidtechnik gibt die Druckschrift VDI 3345 "Feinschneiden", Mai 1980, der "VDI-Richtlinien". Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf diese Druckschrift Bezug genommen.

[0003] Da in der Feinschneidtechnik üblicherweise wegen der engen Toleranzen die Schnittstempel nicht in die Ausnehmung der Schnittplatte eintauchen können, verbleibt an der dem Schnittstempel zugekehrten umlaufenden Kante des Werkstücks ein dünner Schnittgrat, und der Schnittstempel und der Auswerfer besitzen grundsätzlich im wesentlichen identische Umfangskonfiguration ebenso wie die Führungsdurchbrüche in der Führungsplatte und in der Schnittplatte analog sind.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feinschneiden von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, welches auf einfache Weise die Herstellung von feingeschnittenen Werkstücken erlaubt, die zumindest an Teilbereichen ihrer Außenschnittflächen konisch bzw. keilförmig gestaltet sind. Eine derartige Problemstellung ergibt sich beispielsweise bei Stirnrädern, deren Zahnflanken nicht parallel, sondern unter gewisser Neigung zueinander stehen sollen. Eine weitere von vielen denkbaren Anwendungen wäre ein Zahnrad, dessen Kopf- und Zahnlückenflächen zur Rotationsachse unter einer gewissen Neigung anzuordnen sind.

[0005] Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren, welches die zugrundegelegte Aufgabe löst, besteht darin, daß das Werkstück während des Ausschneidens in eine zumindest auf Teilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. konisch verengende Ausnehmung der Schnittplatte hineingedrückt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß zeitlich und örtlich der eigentliche Schneidvorgang von einem Prägevorgang, der innerhalb der Ausnehmung der Schnittplatte erfolgt, überlagert wird. Während des Schnittvorgangs erfährt der ins Fließen und zum Schnitt gebrachte, dem Werkstück entsprechende Werkstoffanteil nicht nur einen axialen Vorschub in der resultierenden Bewegungsrichtung des Schnittstempels, sondern darüberhinaus gleichzeitig eine entsprechend der Schrägung bzw. Konizität wenigstens partiell erfolgende Stauchung zur Schnittstempelachse hin.

[0006] Ein Feinschneidwerkzeug zur Ausübung dieses Verfahrens besteht nach Anspruch 3 erfindungsgemäß darin, daß die Innenfläche der Werkstückkontur der Schnittplatte, Plägeflächen bildend, mindestens auf Teilen ihres Umfangs sowie auf einem Abschnitt in Achsrichtung des Auswerfers, beginnend in der Auflageebene des Werkstoffs, zur Auswerferachse hin geneigt verlaufend angeordnet ist.

[0007] Abweichend von bisher üblichen Feinschneidwerkzeugen sind die Innenflächenmantellinien der Werkstückkontur in der Schnittplatte nicht zur Auswerferachse vollständig parallel, sondern in einem etwa der Werkstuckdicke entsprechenden Abstand von der Auflageebene des Werkstücks weg entsprechend der gewünschten Konizität bzw. der gewünschten Neigung der Werkstück-Schrägflächen geneigt angeordnet. Der dem Werkstoff bzw. Werkstück zugekehrte Endabschnitt der Schnittplatte bildet also eine Umfangsprägeform mit in diesem Abschnitt befindlichen nach innen weisenden Prägeflächen aus. Entsprechend ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der in Achsrichtung des Auswerfers gemessene, die Prägeflächen aufweisende Abschnitt geringfügig größer als die Materialstärke des Werkstoffs, weil wegen der Verjüngung des Querschnitts der Prägeausnehmung in der Schnittplatte das hier verdrängte Material in Richtung der Auswerferachse fließen muß.

[0008] Der besondere Vorzug des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Werkstücks mit mindestens teilweise konischer bzw. schräger Randfläche besteht darin, daß es keine weiteren Arbeitsstufen erfordert, insbesondere auch keine spanabhebenden. Auch die zur Ausübung des Verfahrens benötigte Vorrichtung ist von einfacher Konfiguration und kaum aufwendiger als ein herkömmliches Feinschneidwerkzeug, welches ausschließlich schneiden kann.

[0009] Nun kann es besonders problematische Werkstücke geben, beispielsweise solche, bei denen im wesentlichen dünnwandige und geringquerschnittige Ringe geschnitten werden müssen, die in sich nicht sehr eigenstabil sind und bei denen daher das einstufige "kombinierte Schneid-/Prägeverfahren" zu Komplikationen führen könnte. Für diese Fälle schlägt die Erfindung gemäß Anspruch 2 ein zweistufiges Verfahren vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem ersten Arbeitsschritt das Werkstück nach Art einer Durchsetzung aus dem Werkstoff (nur) angeschnitten wird und daß in einem zweiten Arbeitsschritt der Schnittvorgang vollendet und das Werkstück in eine zumindest auf Teilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. konisch verengende Ausnehmung einer Prägeplatte hineingedrückt wird.

[0010] Die beiden Arbeitsschritte können selbstverständlich und sollen zweckmäßig in einer Maschine, in einem Folgewerkzeug durchgeführt werden. Der erste Schritt unterscheidet sich praktisch nicht von einem Feinschneidvorgang zur Herstellung einer sogenannten "Durchsetzung" (siehe VDI-Richtlinien, S. 7, "3.6. Umformvorgänge", Beispiel 6 v.o.). Der Unterschied besteht im wesentlichen nur darin, daß das "durchgesetzte Material" bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Außenumriß im wesentlichen bereits dem fertigen Werkstück entspricht. Dieses wird dann in dem zweiten Arbeitsschritt in einer zweiten Werkzeugstufe an den Außenschnittflächen geprägt und gleichzeitig fertig geschnitten.

[0011] Ein Feinschneidwerkzeug zur Ausübung dieses zweistufigen Verfahrens ist gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug der ersten Arbeitsstufe in an sich bekannter Weise zur Ausbildung einer Durchsetzung ausgebildet ist und daß im Werkzeug der zweiten Arbeitsstufe eine Prägeplatte angeordnet ist, bei der die Innenfläche der Werkstückkontur, Prägeflächen bildend, mindestens auf Teilen ihres Umfangs sowie auf einem Abschnitt in Achsrichtung des Auswerfers, beginnend in der Ebene der Prägeplatte zur Auswerferachse hin geneigt verlaufend angeordnet ist.

[0012] Auch hier ist, wie bei dem vorgenannten Werkzeug der in Achsrichtung des Auswerfers gemessene, die Prägeflächen aufweisende Abschnitt mindestens geringfügig größer als die Materialstärke des Werkstoffs.

[0013] Im Prinzip unterscheidet sich das Werkzeug der zweiten Arbeitsstufe von dem das erste Verfahren ausübenden Einzelwerkzeug nicht. Hier wird lediglich die Schnittplatte im wesentlichen zur Prägeplatte umfunktioniert.

[0014] Die Erfindung versteht sich im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung der beiden Verfahren und Werkzeuge, wie sie in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind. In einer weiteren Zeichnung ist ein Beispiel für ein mit dem Verfahren und den Werkzeugen erhaltenes Werkstück dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein "einstufiges" Feinschneidwerkzeug zur Ausübung des einstufigen Verfahrens,

Fig. 2 eine Ansicht eines damit erzeugten Werkstücks,

Fig. 3 und 5 die beiden Arbeitsstufen eines "zweistufigen" Werkzeugs zur Ausübung des zweistufigen Herstellungsverfahrens,

Fig. 4 und 6 das jeweils nach Beendigung der Verfahrensschritte gemäß den Fig. 3 und 5 erhaltene Erzeugnis,

Fig. 7 eine Aufsicht auf einen außenverzahnten Ring als beispielshaftes Werkstück und

Fig. 8 eine Aufsicht auf einen Zahnausschnitt des Werkstücks nach Fig. 7.

[0015] Das Werkzeug nach Fig. 1 umfaßt - in zunächst üblicher Bauweise - eine Schnittplatte 10 mit einer Werkstückkontur 11, in der ein entsprechend konturierter Auswerfer 12 in Richtung seiner Längsachse 13 verschieblich angeordnet ist. Oberhalb dieser Werkzeughälfte befindet sich eine Führungs- oder Preßplatte 14 mit konturierter Ausnehmung 15 für den entsprechend konturierten Schnittstempel 16, der koaxial zum Auswerfer 12 angeordnet ist. Lediglich der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß für Werkstücke, die zusätzliche Innenformen besitzen, innerhalb des Auswerfers 12 noch mindestens ein Innenformstempel und dementsprechend innerhalb des Schnittstempels 16 mindestens ein Ausstoßer anzuordnen ist, etwa derjenigen Art, wie unter "2.1. Arbeitsprinzip" auf Seite 2 der VDI-Richtlinien 3345 beschrieben.

[0016] Auf der dem Werkstoff 17 (Blechstreifen) zugekehrten Seite weist die Führungs- oder Preßplatte 14 eine im Querschnitt keilförmige Ringzacke 18 auf, die in den Werkstoff 17 eindringt und dessen Auswärtsfließen verhindert.

[0017] Die Werkstückkontur 11 in der Schnittplatte 10 weist nun die erfindungsgemäße Besonderheit auf, daß sie, ausgehend von der Werkstoffebene 19 über einen in Richtung der Achse 13 gemessenen Abschnitt 20 hinweg, der geringfügig größer ist als die Werkstoffdicke 21, an ihrer nach innen weisenden Umfangsfläche 22 mindestens teilweise schräg verlaufend bzw. konisch ausgebildet ist, derart, daß - wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich - an den entsprechenden Stellen der Querschnitt der Ausnehmung 11 zum Auswerfer 12 hin abnimmt. Schnittstempel 16 und Auswerfer 12 besitzen daher unterschiedliche Querschnitte Q, q bzw. Durchmesser. Die Neigung 23 kann beim dargestellten Beispiel etwa 3° - 4°, jedoch auch mehr betragen. Der entsprechende Neigungswinkel ist mit 24 angegeben.

[0018] Nimmt man als Beispiel einmal an, die Umfangsfläche 22 über den Abschnitt 20 hinweg sei umlaufend in der Werkstückkontur 11 ausgebildet, so ergibt sich als in Fig. 2 dargestelltes Werkstück 25 ein solches in Form eines Kegelstumpfes mit umlaufend gleichmäßig konischer Außenschnittfläche 26.

[0019] Bei dem Verfahren, welches mit dem Werkzeug nach Fig. 1 ausgeführt wird, wird zugleich mit dem Vortrieb des Schnittstempels 16 der ins Fließen gebrachte Werkstoff 27 gegen die Gegenkraft des Auswerfers 12 bezüglich Fig. 1 nach unten vorgeschoben und damit gleichzeitig in die von der Umfangsfläche 22 begrenzte "Prägeform" innerhalb der Schnittplatte 10 gedrückt. Fig. 1 zeigt den End-Schneidzustand, in dessen Anschluß sich die Werkzeughälften wieder öffnen.

[0020] Die Betätigung der Werkzeugteile erfolgt in der beim Feinschneiden üblichen Weise und Reihenfolge dadurch, daß zunächst beim noch unverformten Werkstoff 17 Schnittplatte 10 und Führungsplatte 14 gegeneinander bewegt werden, bis sie den Werkstoff zwischen sich fassen. Sodann laufen, zunächst ebenfalls gegenläufig, Schnittstempel 16 und Auswerfer 12 aufeinanderzu, bis sie den Werkstoff 17 zwischen sich einklemmen. Danach bewegt sich der Schnittstempel 16 bezüglich Fig. 2 nach unten, während der Auswerfer 12 dieser Bewegung unter Ausübung eines Gegendrucks folgt, bis die in Fig. 1 dargestellte Situation erreicht ist.

[0021] Fig. 3 zeigt die erste Stufe eines zweistufigen Werkzeugs zur Ausübung des zweistufigen Verfahrens. Dieses Werkzeug ist aufgebaut aus einer Schneidplatte 110, einem Auswerfer 112, einer Führungs- oder Preßplatte 114 mit Ringzacke 118 und einem in der Führungsplatte 114 geführten Schnittstempel 116. Dieses Werkzeug und seine Funktion entsprechen einem üblichen Feinschneidewerkzeug, mit dem Durchsetzungen erzeugt werden. Der "durchgesetzte" Rohling ist mit 127 bezeichnet und in Fig. 4 noch einmal anhaftend am Werkstoff 117 separat dargestellt. Der vorgeschnittene Rohling 127 ist hier noch über eine relativ starke Werkstoffbrücke 128 mit dem Werkstoff 117 verbunden. In der Raumform nach Fig. 4 wird der Werkstoff 117 mit dem teilausgeschnittenen Rohling 127 der in Fig. 5 dargestellten zweiten Werkzeugstufe zugeführt. Die Einzelteile dieser Werkzeugstufe sind jeweils mit um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Ein Unterschied besteht darin, daß hier die Platte 210 eine "Prägeplatte" ist. Sie besitzt analog der in Fig. 1 mit 10 bezeichneten Schnittplatte einen Abschnitt 220 mit zumindest teilweise konischer bzw. schräg verlaufender Prägefläche 222. Dementsprechend besitzt das fertige Werkstück 225 wie das Werkstück 25 in Fig. 2 bei analoger Geometrie die Form eines Kegelstumpfes mit umlaufend konischer Außenschnittfläche 226. Auch bei dem zweistufigen Verfahren findet also ein Prägevorgang, diesmal ausgehend von einem vor- bzw. angeschnittenen Werkstück, statt.

[0022] In Fig. 7 ist schematisch ein typisches Werkstück dargestellt, zu dessen Herstellung sich die erfindungsgemäßen Verfahren und Werkzeuge besonders gut eignen. Es handelt sich um ein ringförmiges stirnverzahntes Rad 30, dessen Zähne mit 31 bezeichnet sind. Wie Fig. 8 zeigt, weisen die Zahnflanken 32 und 33 bezüglich der Rotationsachse 34 des Zahnringes 30 eine Konizität unter dem Winkel 35 auf. Die Zahngründe 36 und die Zahnköpfe 37 können hingegen Flächen aufweisen, deren Mantellinien zur Achse 34 parallel verlaufen. Dieses Werkstück 30 zeigt also ein typisches Beispiel dafür, daß und wie man lediglich Teile der Außenschnittflächen eines feingeschnittenen Werkstücks auf einfache Weise konisch bzw. schräg verlaufend herstellen kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Feinschneiden von Werkstücken, wobei der Werkstoff zwischen einer Führungsplatte (Pressplatte) und einer Schnittplatte eingespannt und das Werkstück mittels eines Schnittstempels und eines gegen diesen wirkenden, in einer Ausnehmung der Schnittplatte geführten Auswerfers ausgeschnitten sowie ggf. zusätzlich mittels Innenformstempel bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während des Ausschneidens in eine zumindest auf Teilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. konisch verengende Ausnehmung der Schnittplatte hineingedrückt wird.

2. Verfahren zum Feinschneiden von Werkstücken, wobei der Werkstoff zwischen einer Führungsplatte und einer Schnittplatte eingespannt und das Werkstück mittels eines Schnittstempels und eines gegen diesen wirkenden, in einer Ausnehmung der Schnittplatte geführten Auswerfers ausgeschnitten sowie ggf. zusätzlich mittels Innenformstempel bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Arbeitsschritt das Werkstück nach Art einer Durchsetzung aus dem Werkstoff angeschnitten wird und daß in einem zweiten Arbeitsschritt der Schnittvorgang vollendet und das Werkstück in eine zumindest auf Teilumfangsbereichen sich verjüngende bzw. konisch verengende Ausnehmung einer Prägeplatte hineingedrückt wird.

3. Feinschneidwerkzeug zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (22) der Werkstückkontur (11) der Schnittplatte (10), Prägeflächen bildend, mindestens auf Teilen ihres Umfangs sowie auf einem Abschnitt (20) in Achsrichtung (13) des Auswerfers (12), beginnend in der Auflageebene (19) des Werkstoffs (17), zur Auswerferachse (13) hin geneigt verlaufend angeordnet ist.

4. Feinschneidwerkzeug zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug der ersten Arbeitsstufe (Fig. 3) in an sich bekannter Weise zur Ausbildung einer Durchsetzung (Fig. 4) ausgebildet ist und daß im Werkzeug der zweiten Arbeitsstufe (Fig. 5) eine Prägeplatte (210) angeordnet ist, bei der die Innenfläche (222) der Werkstückkontur (211), Prägeflächen bildend, mindestens auf Teilen ihres Umfangs sowie auf einem Abschnitt (220) in Achsrichtung (213) des Auswerfers (212), beginnend in der Ebene (219) der Prägeplatte (210), zur Auswerferachse (213) hin geneigt verlaufend angeordnet ist.

5. Feinschneidwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Achsrichtung (13; 213) des Auswerfers (12; 212) gemessene, die Prägeflächen (22; 222) aufweisende Abschnitt (20; 220) geringfügig größer ist als die Materialstärke (21; 221) des Werkstoffs (17; 217).

Zeichnung