[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Verformungen von Blechen beim
Stanzen auf Stanzmaschinen.
[0002] Bei der Bearbeitung von Blechen auf Stanzmaschinen werden Öffnungen wie z.B. runde
Löcher aus dem Blech gestanzt. Dabei wird das Blech durch einen Stempel in eine Matrize
gedrückt. Die Kontur der Öffnung in der Matrize entspricht der Kontur des Stempels.
Die Abmessung der Öffnung in der Matrize ist umlaufend um wenige Zehntelmillimeter
größer als die Abmessung des Stempels. Dadurch wird das Blech in der Anfangsphase
des Stanzvorgangs in die Matrize gedrückt, wobei es sich verformt und an der oberen
Oberfläche des Blechs eine Zugspannung entsteht. Im weiteren Verlauf des Stanzvorgangs
wird, über den Querschnitt betrachtet, der obere Bereich einer Ausstanzung durch Scherkräfte
zwischen dem Stempel und der Matrize geschnitten bzw. abgeschert, und der untere Bereich
bricht dann schließlich auf Grund des verringerten tragenden Querschnitts aus. Die
anfänglich durch die Verformung eingebrachte Zugspannung bleibt im Blech erhalten,
so dass sich die gesamte Blechtafel oder einzelne Blechabschnitte, abhängig von der
Größe und der Anzahl der eingebrachten Stanzungen, verformen. Durch die Zugspannung
werden die äußeren Bereiche der Blechtafel oder der einzelnen Blechabschnitte, mit
Ausnahme der Bereiche, an denen das Blech fest eingespannt ist, nach oben gebogen.
Dies führt zu Ungenauigkeiten bei der weiteren Bearbeitung und einem höheren Werkzeugverschleiß.
[0003] Durch speziell ballig geschliffene Matrizen und den Einsatz eines aktiven Abstreifers,
der das Blech nach unten gegen die Matrize drückt, kann die Situation verbessert werden,
wobei jedoch speziell bei langlochartigen Werkzeugen, wo keine Balligkeit an der Matrize
möglich ist, die Möglichkeiten beschränkt sind. Außerdem ist ein balliges Schleifen
der Matrize nur auf speziellen Rundschleifmaschinen möglich, was die Herstellung aufwendig
und kostenintensiv macht.
[0004] Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Bleche nach dem Stanzen auf speziellen Richtmaschinen
zu bearbeiten, um eine Ebenheit der Bleche wieder herzustellen. In diesen Richtmaschinen
wird das gebogene Blech durch mehrfaches Umformen des Blechs durch eine Anordnung
von mehreren Walzen spannungsfrei gemacht. Die Walzen sind dafür in einer unteren
Reihe und einer oberen Reihe versetzt zueinander angeordnet. In Achsrichtung der Rollen
betrachtet, liegt der untere Sektor der Oberfläche der oberen Rollen dabei tiefer
als der obere Sektor der Oberfläche der unteren Rollen. Dadurch wird das Blech bei
der Bewegung durch die Rollen dazu veranlasst, sich immer wieder in die entgegengesetzte
Richtung zu verbiegen. Durch dieses mehrfache Verbiegen des Blechs werden die Spannungen
daraus entfernt und es liegt ein ebenes, spannungsfreies Blech vor. Diese Bearbeitung
ist jedoch aufwendig, da eine zusätzliche Maschine und weitere Arbeitsgänge erforderlich
sind. Außerdem ist diese Bearbeitung nicht bei Blechen möglich, bei denen bereits
auf der Stanzmaschine Umformungen eingebracht wurden.
[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für eine Stanzmaschine sowie einen Werkzeugsatz
hierfür zur Verfügung zu stellen, so dass es möglich wird, eine Verformung eines Blechs
beim Stanzen zu korrigieren, um eine ebene Form des Blechs beizubehalten.
[0006] Die Aufgabe wird durch einen Werkzeugsatz gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß
Anspruch 3 gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
- Fig. 1
- zeigt eine Stanzmaschine mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugsatz;
- Fig. 2
- ist eine prinzipielle Darstellung eines Schnitts durch den Werkzeugsatz in einer Stanzmaschine
vor einem Stanzhub;
- Fig. 3
- stellt den Schnitt des Werkzeugsatzes aus Fig. 2 in dem Schritt dar, in dem ein Blech
von einem Stempel durchdrungen wird.
[0007] In Fig. 1 ist eine Stanzmaschine 1 mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugsatz dargestellt.
Ein wesentlicher Bestandteil der Stanzmaschine 1 ist hier ein C-Rahmen 2. Der C-Rahmen
2 besteht aus einer torsionssteifen Schweißkonstruktion aus Stahl. Der Rahmen kann
aber auch in einer anderen Form ausgeführt sein.
[0008] Am hinteren Ende des C-Rahmens 2 ist ein Hydraulikaggregat 3 vorgesehen, mit dem
ein Stößel 4 über eine Stößelsteuerung 5 hydraulisch angetrieben wird.
[0009] Die Stanzmaschine weist eine Achse 6 auf, welche die Mittelachse einer unteren Werkzeugaufnahme
7 und des Stößels 4 mit einer oberen Werkzeugaufnahme ist. Die untere Werkzeugaufnahme
7 ist auf der unteren Innenseite des C-Rahmens 2 zum Aufnehmen eines Werkzeugunterteils
des Werkzeugsatzes vorgesehen. Die untere Werkzeugaufnahme 7 ist über einen nicht
gezeigten Drehantrieb drehbar und in jeder beliebigen Winkellage feststellbar. Weiterhin
weist die untere Werkzeugaufnahme 7 einen Antrieb 8 auf, der die untere Werkzeugaufnahme
7 entlang der Achse 6 bewegt. Der Antrieb 8 kann so angesteuert werden, dass er innerhalb
seines Antriebswegs an jeder beliebigen Position anhält, und dann vor oder zurück
fährt.
[0010] Der Stößel 4 ist auf der oberen Innenseite des C-Rahmens 2 vorgesehen. Der Stößel
4 mit der oberen Werkzeugaufnahme nimmt ein Werkzeugoberteil 16 des Werkzeugsatzes
formschlüssig und spielfrei auf. Der Stößel 4 ist ebenfalls drehbar und kann in jeder
beliebigen Winkellage festgestellt werden. Dafür ist ein zweiter, nicht gezeigter
Drehantrieb vorhanden. Auch der Stößel 4 kann, angesteuert durch die Stößelsteuerung
5, an jeder beliebigen Position innerhalb seines Hubwegs entlang der Achse 6 angehalten
werden, und dann nach oben oder nach unten weiterbewegt werden. Neben dem Stößel 4
ist an der oberen Innenseite des C-Rahmens ebenfalls eine nicht gezeigte Aufnahmeeinrichtung
für einen Abstreifer vorgesehen.
[0011] Sämtliche Aktuatoren, wie z.B. die Drehantriebe, die Stößelsteuerung 5 und der Antrieb
8 der unteren Werkzeugaufnahme 7 werden von einer nicht gezeigten Maschinensteuerungsvorrichtung
gesteuert, die in einem separaten Schaltschrank vorgesehen ist. Weiterhin werden auch
sämtliche Antriebe zur Bewegung einer Blechplatte 15 und Aktuatoren für Sonderfunktionen,
beispielsweise das Ab- und Hochklappen einer nicht gezeigten Teileklappe, durch die
Maschinensteuerungsvorrichtung gesteuert. Die Steuerungsvorrichtung weist als Ein-
und Ausgabemittel eine Tastatur und einen Monitor auf. Die Steuerungsfunktionen werden
von Mikrocontrollern ausgeführt. Bearbeitungsprogramme und Betriebsparameter sind
in einem Speicherbereich der Steuerungsvorrichtung abgespeichert.
[0012] Auf der unteren Innenseite des C-Rahmens 2 ist ein Maschinentisch 9 angeordnet, der
eine Querschiene 10 mit einem Werkzeugmagazin 11 aufweist. An der Querschiene 10 sind
Spannpratzen 12 zum Festhalten der Blechplatte 15 angeordnet. Die Spannpratzen 12
können an geeigneten Stellen auf der Querschiene 10 befestigt werden, und können so
versetzt werden, dass die Blechplatte 15 sicher gehalten wird, aber die Blechplatte
15 nicht an einer zu bearbeitenden Fläche gegriffen wird. In dem Werkzeugmagazin 11
sind mehrere, hier drei, Werkzeugaufnahmen 13 für mehrere, hier zwei, Werkzeugsätze
14 vorhanden.
[0013] Im Betrieb fährt der Maschinentisch 9 zum Stanzen in einer Y-Richtung gemeinsam mit
der Querschiene 10, an der die Spannpratzen 12 befestigt sind, mit denen das Blech
15 gehalten wird, in eine programmierte Position, und die Querschiene 10 fährt in
X-Richtung in die programmierte Position, wobei das Blech 15 über den Maschinentisch
9 gleitet. Dann wird von dem Stößel 4 ein Stanzhub durchgeführt. Im Anschluss daran
wird nach dem selben Prinzip die nächste Stanzposition angefahren.
[0014] Die Werkzeugsätze 14 werden automatisch, durch die Maschinensteuerungsvorrichtung
angesteuert, gewechselt. Dazu fährt zum Einwechseln der Werkzeugsätze 14 aus dem Werkzeugmagazin
11 die Querschiene 10, angetrieben von einem nicht gezeigten Antrieb, in eine Position
in einer X-Richtung, so dass die X-Position des einzuwechselnden Werkzeugsatzes 14
der X-Position der unteren Werkzeugaufnahme 7 entspricht. Die Querschiene 10 fährt
dann gemeinsam mit dem Maschinentisch 9, von einem weiteren Antrieb angetrieben, in
eine Position in der Y-Richtung, in der eine Achse des Werkzeugsatzes 14 mit der Mittelachse
6 der unteren Werkzeugaufnahme 7 und dem Stößel 4 übereinstimmt, so dass der Werkzeugsatz
14 in die untere Werkzeugaufnahme 7 und in die Werkzeugaufnahme des Stößels 4 aufgenommen
werden kann. Ein zu dem Werkzeugsatz 14 gehöriger Abstreifer wird dabei in die entsprechende
Aufnahmeeinrichtung übergeben. Sofern in der Werkzeugaufnahme des Stößels 4 und in
der unteren Werkzeugaufnahme 7 ein Werkzeug vorhanden ist, wird dieses vorher an einen
freien Platz im Werkzeugmagazin 11 abgegeben.
[0015] In Fig. 2 ist ein in der Stanzmaschine 1 in Einbaulage eingebauter erfindungsgemäßer
Werkzeugsatz 14 in einer prinzipiellen Darstellung gezeigt. Der Werkzeugsatz 14 weist
ein Werkzeugoberteil 16 und ein Werkzeugunterteil 17, sowie einen Abstreifer 18 auf.
Die Achse 6 der Werkzeugaufnahmen 4, 7 der Stanzmaschine 1 ist im eingebauten Zustand
des Werkzeugsatzes auch die Achse 6 des Werkzeugoberteils 16, des Werkzeugunterteils
17 und des Abstreifers 18.
[0016] Das Werkzeugoberteil 16 weist einen Stempelschaft 19 auf, der in dem Stößel 4 formschlüssig
und spielfrei aufgenommen wird. Am unteren Ende des Stempelschafts 19 weist der Stempelschaft
19 eine Schneide 20 auf. Die Kontur der Schneide 20 bestimmt die Form der Ausstanzung
in der Blechplatte 15.
[0017] An der oberen Innenseite des C-Rahmens 2 ist eine Aufnahme 21 für den Abstreifer
18 vorgesehen. Der zu dem Werkzeugsatz 14 zugehörige Abstreifer 18 wird in die Aufnahme
21 eingewechselt und dort befestigt. Der Abstreifer 18 hat eine Form, die am unteren
Ende einen scheibenförmigen Bereich 24 aufweist und die entlang des äußeren Rands
des scheibenförmigen Bereichs 24 einen sich in Fig. 2 in etwa senkrecht nach oben
erstreckenden Rand 22 aufweist, wobei die Wandstärke des Abstreifers 18 im Bereich
des Rands 22 und eines Übergangsbereichs 23 zwischen dem Rand 22 und dem scheibenförmigen
Bereich 24 größer ist als in dem scheibenförmigen Bereich 24. Im Bereich der Achse
6 weist der Abstreifer 18 hier eine Aussparung 27 auf, die es zulässt, dass die Schneide
20 durch den Abstreifer 18 durchtreten kann. In Abhängigkeit von dem Aufbau des Werkzeugoberteils
16 kann die Aussparung 27 bei einer außermittigen Schneide 20 auch außerhalb des Bereichs
der Achse 6 vorgesehen sein.
[0018] Durch die größere Wandstärke im Bereich des sich nach oben erstreckenden Rands 22
und im Übergangsbereich 23 ist hier die Steifigkeit des Abstreifers 18 in Richtung
der Achse 6 größer als im scheibenförmigen Bereich 24, in dem die Oberseite und die
Unterseite parallel sind und eine geringere Wandstärke aufweisen. Dies begünstigt
eine Verformung des scheibenförmigen Bereichs 24 des Abstreifers 18 gegenüber den
Bereichen 22 und 23.
[0019] Die unterschiedlichen Steifigkeiten können auch durch andere konstruktive Maßnahmen
oder durch eine spezielle Materialauswahl erzielt werden.
[0020] Das Werkzeugunterteil 17 ist in der unteren Werkzeugaufnahme 7 aufgenommen dargestellt.
Die Verbindung zwischen der unteren Werkzeugaufnahme 7 und dem Werkzeugunterteil 17
ist formschlüssig und spielfrei, so dass die rotatorischen und axialen Bewegungen
der unteren Werkzeugaufnahme 7 auf das Werkzeugunterteil 17 übertragen werden. Das
Werkzeugunterteil 17 weist im Zentrum einen Matrizeneinsatz 25 auf. Der Matrizeneinsatz
25 weist in seinem Zentrum eine Öffnung 26 auf, deren Kontur komplementär zur Kontur
der Schneide 20 ist. Die Abmessungen der Kontur der Öffnung 26 sind zu den Abmessungen
der Kontur der Schneide 20 geringfügig größer, um einen Schneidspalt zu bilden, der
für eine Stanzbearbeitung erforderlich ist. Der Schneidspalt beträgt üblicherweise
ca. 10% der Dicke des zu bearbeitenden Blechs. Umlaufend um die Öffnung 26 ist ein
umlaufender Rand auf der Oberseite des Matrizeneinsatzes 25 vorgesehen. Der umlaufende
Rand ist über die obere Fläche des Werkzeugunterteils 17 erhaben.
[0021] Die Fig. 2 zeigt einen Bereich der Stanzmaschine mit dem Werkzeugeinsatz 14 vor einem
Bearbeitungsschritt eines Stanzvorgangs. Fig. 3 zeigt das Ende eines Bearbeitungsschritts,
in dem die Schneide 20 die Blechplatte 15 gerade durchdrungen hat. Gleichzeitig mit
der Bewegung des Stößels 4 nach unten wird mit Hilfe des axialen Antriebs 8 (aus Fig.
1) der unteren Werkzeugaufnahme 7, die untere Werkzeugaufnahme 7 mit dem Werkzeugunterteil
17 und dem Matrizeneinsatz 25 nach oben bewegt, und zwischen dem Rand auf der Oberseite
des Matrizeneinsatzes 25 und der Unterseite des Abstreifers 18 wird das Blech 15 eingeklemmt.
Durch eine weitere Bewegung des Werkzeugunterteils 17 nach oben wird das Blech 15
gemeinsam mit dem Abstreifer 18 nach oben gebogen. Im Bereich des sich nach oben erstreckenden
Rands 22 und des Übergangsbereichs 23 ist die Steifigkeit des Abstreifers 18 bezüglich
einer Bewegung der unteren Fläche nach oben in Richtung der Achse 6 größer, so dass
dieser Bereich nahezu nicht nach oben verformt werden kann. Im Bereich 24 ist die
Steifigkeit des Abstreifers 18 bezüglich einer Verformung nach oben in Richtung der
Achse 6 geringer, außerdem wird die Verformung des Blechs 15 und des Niederhalters
18 durch den Rand des Matrizeneinsatzes 25 verursacht, der radial im Bereich 24 des
Niederhalters 18 angeordnet ist. Daraus ergibt sich eine radial umlaufende Verformung
des scheibenförmigen Bereichs 24 des Abstreifers 18 in dessen Zentrum nach oben. Dabei
wird auch die Blechplatte 15 um die erzeugte Ausstanzung herum nach oben gebogen,
wobei sich die Blechplatte 15 an der unteren Oberfläche des Abstreifers 18 in den
Bereichen 22 und 23 abstützt. Dadurch werden die Zugspannungen, die sich in der Anfangsphase
des Stanzvorgangs durch das Eindringen der Schneide 20 in das Blech bilden, durch
die Erzeugung von gegenläufigen Druckspannungen auf Grund eines Überbiegens um die
neutrale Faser der Blechplatte 15 auf der Oberseite der Blechplatte 15, wieder abgebaut.
Somit wird die Blechplatte 15 plastisch verformt und die Ebenheit der Blechplatte
15 vor dem Stanzvorgang wieder hergestellt.
[0022] In einem alternativen Ablauf des Verfahrens verfährt die untere Werkzeugaufnahme
7 nicht gleichzeitig mit dem Stößel 4. Dabei wird erst die Aussparung in die Blechplatte
15 gestanzt, und danach wird das Blech nach oben gebogen, um die Verformung auf Grund
der Zugspannungen wieder zu eliminieren.
[0023] Auch kann in einer weiteren Ausführungsform das Blech nicht gegen den Abstreifer
gedrückt und dabei verformt werden, sondern das Blech kann gegen eine speziell dafür
vorgesehene Einrichtung verformt werden.
[0024] Die Länge des Wegs, den die untere Werkzeugaufnahme axial nach oben verfährt, wird
empirisch ermittelt und in Abhängigkeit von Bearbeitungsparametern, z.B. der Blechdicke,
der Blechart, d.h. des Materials und der Eigenschaften des Blechs, und der Größe und
Form der Ausstanzung, also die Art des verwendeten Werkzeugsatzes 14, im Speicherbereich
der Maschinensteuerungsvorrichtung abgespeichert.
[0025] In einer alternativen Ausführungsform weist die Stanzmaschine eine Einrichtung, z.B.
einen Reflextaster, zum Erfassen einer Verformung der Blechplatte 15 auf, mit der
ein Hochbiegen des Blechs in einem bestimmten Abstand von der erzeugten Aussparung
auf Grund der Zugspannung beim Stanzvorgang erfasst wird. Bei einem Auftreten einer
solchen Verformung wird die untere Werkzeugaufnahme 7 erneut nach oben bewegt, wobei
der Verfahrweg der unteren Werkzeugaufnahme 7 vergrößert wird. Die Verformung wird
nach diesem Verfahrensschritt erneut überprüft und bei einem befriedigenden Ergebnis
der Überprüfung wird der geänderte Wert des Verfahrwegs in der Maschinensteuerungsvorrichtung
abgespeichert, ansonsten die Korrektur wiederholt.
1. Werkzeugsatz mit einem Abstreifer (18) für eine Stanzmaschine (1) mit einem Stößel
(4) mit einer oberen Werkzeugaufnahme, der eine Mittelachse (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer (18) einen Abschnitt mit einer unteren Fläche aufweist, der zumindest
einen Bereich (22, 23) mit einer hohen Steifigkeit und zumindest einen Bereich (24)
mit einer geringeren Steifigkeit aufweist, wobei der Bereich (22, 23) mit einer hohen
Steifigkeit bezüglich der Mittelachse (6) außerhalb des Bereichs (24) mit einer geringeren
Steifigkeit angeordnet ist.
2. Werkzeugsatz gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugsatz ein Werkzeugoberteil (16) mit einer Schneide (20), und ein Werkzeugunterteil
(17) mit einer zu der Schneide (20) komplementären Öffnung (26) und einen um die Öffnung
(26) umlaufenden oberen Rand, aufweist, wobei der umlaufende Rand radial in dem Bereich
(24) mit einer geringen Steifigkeit des Abstreifers (18), oder im Bereich einer Aussparung
(27) des Abstreifers angeordnet ist.
3. Verfahren zur Korrektur von Verformungen von einem in einer Stanzmaschine (1) durch
Stanzen bearbeiteten Blechplatte (15), so dass eine Ebenheit der Blechplatte (15)
wieder hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Werkzeugaufnahme (7) nach oben gefahren wird, so dass die Blechplatte
(15) durch ein in die untere Werkzeugaufnahme (7) aufgenommenes Werkzeugunterteil
(17) nach oben gebogen und dadurch plastisch verformt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugoberteil (16) zum Stanzen nach unten bewegt wird und gleichzeitig das
Werkzeugunterteil (17) zum Nach-oben-drücken der Blechplatte (15) nach oben bewegt
wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Werkzeugaufnahme (7) nach oben gefahren wird, so dass die Blechplatte
(15) nach oben bewegt wird, bis sich die Blechplatte (15) an einem Abstreifer (18)
in einem Bereich (22, 23) mit einer hohen Steifigkeit abstützt, und die Blechplatte
(15) in einem radialen Bereich (24) mit einer geringen Steifigkeit des Abstreifers
(18), oder einer Aussparung (27) nach oben gebogen wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verformen der Blechplatte (15) als ein Überbiegen ausgeführt wird, so dass die
Oberfläche der Blechplatte (15) über den ebenen Zustand hinaus nach oben gebogen wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des Wegs, um den die untere Werkzeugaufnahme (7) nach oben gefahren wird,
von einer Maschinensteuerungsvorrichtung vorbestimmt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Wegs in Abhängigkeit von Bearbeitungsparametern bestimmt, aus einem
abgespeicherten Datensatz von der Maschinensteuerung vorbestimmt, oder berechnet wird.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungsparameter ein verwendeter Werkzeugsatz (14) ist.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungsparameter eine Dicke der Blechplatte (15) ist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungsparameter eine Art des Blechs (15) ist.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Nach-oben-fahren der unteren Werkzeugaufnahme (7) die Verformung des Blechs
(15) durch eine Einrichtung zur Aufnahme von Blechverformungen erfasst wird, und bei
einer weiterhin vorliegenden Verformung das Blech (15) erneut nach oben gedrückt wird,
wobei die Länge des Wegs vergrößert wird.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des vergrößerten Wegs zu den Parametern des Werkzeugsatzes und des Blechs
zugeordnet abgespeichert wird.