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(11) | EP 0 043 389 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Werkzeug und Verfahren zum Feinschneiden |
| (57) Bei der Herstellung von Aussen- und Innenformen aus metallischem Material mit abrissfreien
Schnittflächen ist die Stanztechnik nur bis zu Grenzwerten D/S = 1 bzw. A/S = 1 (D
= Lochdurchmesser, S = Materialdicke, A = Steg-oder Randbreite) einsetzbar. Auch die
herkömmliche Feinschneidtechnik erreicht keine ausreichenden Grenzwerte. Die Erfindung verbessert die bekannten Feinschneidwerkzeuge dadurch, dass die herkömmlichen Ringzacken weggelassen werden, und stattdessen das feinzuschneidende Material (6) durch seitlich des Schneidstempels (1) angeordnete Stützglieder (3) an seiner Mantelfläche (11) ausserhalb der Schnittlinie (12) gestützt wird. Dadurch werden Grenzwerte erreicht, die bisher nur durch die viel teureren spanabhebenden Verfahren erreichbar waren. |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für eine Feinschneidmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb desselben.
[0002] Werkzeuge und Verfahren der Feinschneidtechnik sind bekannt z.B. aus dem Handbuch "Feinschneiden", Herausgeber: Feintool AG, Lyss (Schweiz), 2.Auflage 1977, z.B. Seiten 66,67,81,82 . Die Feinschneidtechnik unterscheidet sich vom Normalstanzen insbesondere dadurch, dass vor Beginn des Schneidvorganges das Werkstück zwischen eine Schneid-und eine Pressplatte, auch Schneid- und Halteplatte genannt, eingespannt wird, und dem auf das Werkstück einwirkenden Schneid- bzw. Lochstempel auf der Gegenseite ein Gegenhalter entgegenwirkt. Die Halteplatte und im Bedarfsfall auch die Schneidplatte tragen jeweils eine der Teilkontur folgende Ringzacke, die vor dem Schneidvorgang in das Werkstück eingepresst wird. Bei dieser Technik wird das beim herkömmlichen Stanzen unvermeidliche Durchbiegen vermieden, und es entstehen abrissfreie Glattschnitte, die eine enge Toleranz der Werkstücke garantieren und zusätzliche Nacharbeit der Schnittflächen wie Repassieren, Schleifen usw. einsparen.
[0003] Feinschneidteile werden heute in etlichen Sparten der Industrie eingesetzt in Dicken zwischen 0,3 mm und 15 mm.
[0004] Es war jedoch bisher noch nicht möglich, die Feinschneidtechnik beim Herstellen von Teilen einzusetzen mit Löchern, deren Durchmesser oder Steg- und Randbreiten erheblich kleiner sind als die Materialdicke.
[0005] Derartige Teile können bisher nur durch spanabhebende Arbeitsverfahren, also Bohren oder Fräsen, hergestellt werden. Diese Verfahren produzieren aber nicht nur schwer zu beseitigende Späne, sondern bedingen auch einen anschliessenden Entgratungsvorgang. Sie sind daher unwirt- schaftlich.
[0006] Herkömmliches Stanzen ist zur Herstellung derartiger Teile nicht geeignet. Wenn die Werte D/S = 1 bzw. A/S = 1 (mit D = Durchmesser des Loches, S = Materialdicke, A = Steg- oder Randbreite) unterschritten werden, bzw. Materialdicken von 15 mm überschritten werden, entstehen einerseits Haltbarkeitsprobleme der Werkzeuge, die der erforderlichen Druckbelastung nicht standhalten, und andererseits Verformungen der Löcher.
[0007] Mit einer Feinschneidtechnik der bekannten Art, also mit Ringzacke und Klemmkraft und Gegenkraft, lassen sich zwar die Grenzwerte für das Normalstanzen etwas verbessern, und es zeigt sich auch eine Qualitätsverbesserung der geschnittenen Teile, doch sind auch diese Werte für viele praktische Fälle noch'nicht ausreichend.
[0008] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein bekanntes Feinschnittwerkzeug der eingangs angegebenen Art und ein Verfahren zum Betrieb desselben derart zu verbessern, dass Schnittflächen mit glattem Schnitt, also abrissfrei, bis zu Grenzwerten hergestellt werden können, die erheblich unter den bisher erreichten liegen.
[0010] Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Material an seiner Mantelfläche ausserhalb der Schnittlinie an kritischen Stellen durch die Stützglieder seitlich gestützt wird. Kritisch ist zunächst immer der Teil der Mantelfläche ausserhalb der Schnittlinie, der dieser am nächsten ist, und dessen Abstand, die Steg- oder Randbreite, kleiner ist als die Materialdicke. Doch auch wenn dieser Abstand grösser ist als die Materialdicke, jedoch der Durchmesser des zu schneidenden Loches kleiner ist als die Materialdicke, wirkt sich die Erfindung überraschend vorteilhaft aus: Offenbar wird durch die Stützung die Druckverteilung im Werkstück so günstig beeinflusst, dass der Schneidvorgang dadurch erheblich erleichtert und damit die Lebensdauer des Werkzeugs nachhaltig erhöht wird. Speziell in diesem Fall sollte jedoch der Schneidstempel an seinem ganzen Umfang.von einem oder mehreren Stützgliedern umgeben sein. Durch die Erfindung werden die beim Feinschneiden mit 'einer Ringzacke erreichbaren Werte in unvorhergesehenem Masse verbessert. Durch die Erfindung wird es möglich, Innen- und Aussenformen bis zu den Grenzwerten D/S ≥ 2/3; A/S ≥ 1/3 herzustellen, in Stahl- und NE-Metallen, bei Dicken von 1 mm bis'20 mm, ja sogar bis 30 mm.
[0011] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig.l eine erste Ausführungsform der Erfindung zum Herstellen von Lochblechen, im Querschnitt,
Fig.2 die Ausführungsform nach Fig.l in Draufsicht,
Fig.3 den Querschnitt eines mit einer Ausführungsform nach Fig.l und 2 hergestellten Lochbleches,
Fig.4 die Draufsicht eines mit einer Ausführungsform nach Fig.l und 2 hergestellten Lochbleches mit einem ersten Lochbild,
Fig.5 eine Draufsicht wie in Fig.4 mit einem zweiten Lochbild,
Fig.6 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zum Herstellen eines Loches in einer vorgefertigten Aussenform, im Querschnitt,
Fig.7 die Ausführungsform nach Fig.,6 in Draufsicht,
Fig.8 den Querschnitt eines mit einer Ausführungsform nach Fig.6 und 7 hergestellten Teiles,
Fig.9 das Teil nach Fig.8 in perspektivischer Darstellung,
Fig.10...12 andere Arten von mit einer Ausführungsform nach Fig.6 und 7 hergestellten Teilen,
Fig.13 eine dritte Ausführungsform der Erfindung zum Herstellen von Aussenformen aus vorgefertigten Rohlingen, im Querschnitt,
Fig.l4 die Ausführungsform nach Fig.13 in Draufsicht, bei abgenommenem Halteglied,
Fig.15 das Stanzgitter im Querschnitt und das Stanzteil in Seitenansicht eines mit einer Ausführungsform .wie in Fig.13 und 14 bearbeiteten Materials,
Fig.16 die Draufsicht auf das Stanzteil aus Fig.15,
Fig.17 das Stanzgitter im Querschnitt, und das als Zahnrad ausgebildete Stanzteil in teilweisem Querschnitt eines mit einer Ausführungsform wie in Fig.13 und 14 bearbeiteten Materials, und
Fig.l8 die Draufsicht auf das Zahnrad aus Fig.17.
[0012] In Fig.l und 2 ist ein als Lochstempel ausgebildeter Schneidstempel 1 dargestellt, der das zwischen dem als Halteplatte ausgebildeten Halteglied 4 und der Schneidplatte 2 eingeklemmte und zu lochende Material bis auf die Schneidplatte 2 durchdringt. Der Lochstempel 1 wird mit der Schnittkraft F vorwärts bewegt. Ihm entgegen wirkt der Gegenhalter 8 mit der Gegenkraft FG. Zwischen Lochstempel 1 und Gegenhalter 8 ist das aus dem Stanzgitter 6 ausgeschnittene Stanzteil 7 dargestellt. Hier ist das Stanzgitter 6 also ein Lochblech, das Stanzteil 7 ein Abfallbutzen. Die Haltekraft F wird durch die Druckbolzen 5 auf die Halteplatte 4 übertragen.
[0013] Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nun aber das zu schneidende Material nicht mittels einer an der Halteplatte 4 vorgesehenen Ringzacke festgehalten. Vielmehr weist die Halteplatte 4 besondere Löcher 9 auf, durch welche längsbewegliche Stützstempel 3 treten.'Diese stützen das zu lochende Material an den Mantelflächen 11 der der Schnittlinie 12 benachbarten Löcher ab. Die Löcher 9 haben einen Durchmesser von 1,02 bis 1,06 des Durchmessers der Stützstempel 3, so dass sich ein Spiel x ergibt, und ein etwaiges Klemmen vermieden wird. Der Lochstempel 1 ist auf allen Seiten von Stützstempeln 3 umgeben. Der Durchmesser eines Stützstempels 3 ist gleich dem Durchmesser D des Lochstempels 1 bzw. des zu schneidenden Loches, so dass die der Schnittlinie benachbarten Löcher des zu lochenden Materials auf ihrer ganzen Mantelfläche gestützt werden.
[0014] Der kürzeste Abstand A (vgl. Fig.3) zwischen dem Lochstempel 1 und einem benachbarten Stützstempel 3 kann zwischen 1/3 und 2/3 der Dicke S des zu schneidenden Materials liegen, und der Durchmesser D des Lochstempels 1 zwischen 2/3 und 1/1 der Dicke S, und dennoch werden hochqualita- tive Schnittflächen ohne Abriss erzielt. Dies ist mit bekannten Techniken völlig unerreichbar, auch nicht durch Feinschneiden mit einer Ringzacke.
[0015] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung ist vorzugsweise zum Herstellen von Lochblechen wie in Fig. 4 und 5, etwa Sieben oder Stützplatten, geeignet, und wird wie folgt betrieben:
Zunächst wird das zu lochende Material zwischen der Schneidplatte 2 und der Halteplatte 4 mit der Haltekraft FH eingeklemmt. Die Stützstempel 3 sind mit der Steuerkraft FC nach oben gezogen. Es wird sodann der Lochstem- pel 1 mit der Schnittkraft FS durch das Material hindurchgedrückt. Entgegen wirkt der Gegenhalter 8 mit der Gegenkraft FG. Durch diese Aktion wird der Abfallbutzen 7 aus dem Material ausgeschnitten, so dass das erwünschte Loch entsteht und das Stanzgitter bzw. Lochblech 6 zurückbleibt.
[0016] Dieser erste Lochvorgang kann noch ohne die Mitwirkung der Stützstempel 3 ausgeführt werden, da der Bereich der Lochung noch nicht durch umgebende Löcher geschwächt ist.
[0017] Das Einspannen des Materials über die Kräfte FH und FG verhindert ein Durchbiegen des Materials, und die Kraft FH besorgt nach erfolgtem Lochvorgang das Abstreifen des Stanzgitters 6 vom Lochstempel l, wenn dieser zurückgezogen wird.
[0018] Nach Beendigung des ersten Lochvorganges streift dann die Halteplatte 4 das Stanzgitter bzw. Lochblech 6 vom Lochstempel ab und dasselbe wird dann solange verschoben, bis das erste geschnittene Loch unter einem Stützstempel 3 zu liegen kommt. Die Verschiebung des Stanzgitters 6 in die neue Lochposition kann von Hand oder über automatisch gefahrene Koordination erfolgen.
[0019] Der Stützstempel 3 wird dann in das geschnittene Loch eingefahren, danach das Material mittels der Halteplatte 4 festgeklemmt, und schliesslich das nächste Loch mittels des gegen den Gegenhalter 8 wirkenden Lochstempels 1 geschnitten. Bei diesem Lochvorgang wirkt der in das erste Loch eingefahrene Stützstempel 3 bereits seitlich stützend.
[0020] Diese Arbeitsgänge wiederholen sich, wobei alle Stützstempel 3 eingefahren werden, sobald die entsprechende Zahl Löcher geschnitten worden ist.
[0022] Wie ersichtlich, besteht das Verfahren aus vier Takten, d.h. die erfindungsgemässe Vorrichtung ist vierfach wirkend.
[0023] Grundsätzlich kann der Antrieb der einzelnen Elemente der Vorrichtung mechanisch oder hydraulisch erfolgen. Vorteilhaft ist jedoch ein hydraulischer Antrieb, weil dadurch die einzelnen Kräfte, Geschwindigkeiten der Elemente und der Schnittweg besser gesteuert werden können.
[0024] In Fig.3 ist ein Lochblech im Querschnitt dargestellt, wie es in der vorstehend beschriebenen Art hergestellt werden kann. Die Schnittflächen der Löcher sind glatt und abrissfrei. Die erreichbaren Grenzwerte sind D/S ≥ 2/3; A/S > 1/3.
[0025] Die Erfindung in der beschriebenen Ausführungsform kann verwendet werden z.B. bei der Herstellung von Sieb-Sortierblechen für Saatgut, Sieb-Sortierblechen für die Lebensmittelverarbeitung, Schneidplatten für einen Fleischwolf, Kühlleitungsstützplatten für Reaktoren usw.
[0026] In den Figuren 6 und 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die der in den Figuren 1 und 2 dargestellten bis auf die folgenden Besonderheiten entspricht:
Hier soll nicht ein Lochblech in Art eines Siebes oder dergleichen hergestellt werden, sondern es sollen ein oder mehrere Löcher in eine bereits fertige Aussenform geschnitten werden, wobei der Abstand des Randes des zu schneidenden Loches vom Aussenrand des Materials ggfs. nur 1/3 der Materialdicke betragen kann.
[0027] Bei dieser Ausführungsform der Erfindung erfolgt nun die 9 seitliche Abstützung durch ein Stützglied 3, das als den Schneidstempel 1 konzentrisch umgebende, in dessen Rich- .tung bewegbare Stützplatte ausgebildet ist. Mit ihrer inneren Aussparung wird die Stützplatte in Formschluss mit der zu lochenden Aussenform gebracht. Die Stützplatte 3 stützt also die Aussenform an ihrer Mantelfläche 11 durch Formschluss ab. Der Formschluss wird dadurch erreicht, dass die Stützplatte 3 der Aussenform entsprechend gestaltet ist. Die Stützplatte 3 wird vertikal mit der Steuerkraft Fe bewegt. Sie muss stabil genug sein, dass sie die beim Schneiden vom Stanzgitter 6 ausgehenden Horizontalkräfte aufnehmen kann.
[0028] Die Vorrichtung wird prinzipiell wie zu den Figuren 1 und 2 beschrieben betrieben. D.h. die Aussenform wird zunächst mittels des ringförmigen Haltegliedes 4 eingespannt und seitlich mittels der Stützplatte 3 gestützt, und dann mittels Schneidstempel 1 und Gegenhalter 8 gelocht.
[0029] Durch das formschlüssige seitliche Stützen der zu lochenden Formen ist es möglich, runde oder Formlöcher mit kleinsten Durchmessern und/oder Steg- und Randbreiten im Verhältnis zur Materialdicke herzustellen. Es ergeben sich hochglatte Lochwandungen mit höchster Messhaltigkeit, wie sie durch einen herkömmlichen Bohr-, Fräs- oder Stanzvorgang nicht erzielbar sind, gleichzeitig bei hoher Lebensdauer des Werkzeugs. Beispiele sind in Figuren 8...12 dargestellt.
[0030] In Figuren 13 und 14 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die den in Figuren 1,2 und 6,7 dargestellten bis auf die folgenden Besonderheiten entspricht:
Das dargestellte Werkzeug dient zur Herstellung von Aussenformen mit hochwertigen Schnittflächen aus vorgefertigten Rohlingen.
Das Stützglied 3 besteht hier aus vier an der Mantelfläche 11 des Rohlings kraft- und formschlüssig anlegbaren Spannteilen, die mit der Steuerkraft Fe bewegt werden. Das Halteglied 4 ist als ringförmiger Ansatz eines mit den Druckbolzen 5 verbundenen Druckteils ausgebildet.
[0033] Gemäss Fig. 15,16 werden Ronden 7 ausgeschnitten, die beispielsweise in einer anschliessenden Fliesspressbearbeitung zu Hülsen umgeformt werden können. Das Stanzgitter 6, hier in Form eines Abfallringes, weist eine extrem geringe Randbreite A im Verhältnis zur Materialdicke S auf, beispielsweise 30 % von S.Damit wird, trotz hochqualitativer Schnittfläche, eine wesentliche Materialeinsparung erzielt.
[0034] In Fig.17,18 ist das Stanzteil 7 ein Zahnrad. Das oben in Fig.17 dargestellte Stanzgitter 6 ist ein Abfallring der Randbreite A mit Innenzahnung. Auch hier kann die Randbreite A äusserst gering gemacht werden, so dass auch hier, trotz hervorragender Qualität der Zahn-Schnittflächen, eine bemerkenswerte Materialersparnis erzielt wird.
[0035] Mit der Erfindung werden nicht nur Qualitätsverbesserungen und eine Erhöhung der Werkzeug-Lebensdauer erreicht, sondern auch beachtliche Kosteneinsparungen bei der Produktion:
So ergibt sich z.B. für eine Kühlschlangenstützplatte aus 20 mm dickem Stahlblech St3 mit den Aussenmassen 2000 mm x 4000 mm und 6000 Löchern von 18 mm Durchmesser eine zu bohrende Länge von 120 m. Es wären für das Bohren 200 Arbeitsstunden erforderlich. Durch Anwendung der Erfindung werden jedoch nur 25 Stunden benötigt.
[0036] Für die Bearbeitung von Teilen, bei welchen die Steg- und Randbreite A besonders klein sein soll, ist es wichtig, dass die Stützglieder 3 mit all den Teilen der Mantelfläche 11 des Teiles in stützenden Kontakt gebracht werden, deren Abstand von der Schnittlinie 12 kleiner ist als die Materialdicke S.
- zunächst die Halteplatte mit einer Haltekraft. (FH) auf das zu bearbeitende Material gepresst wird,
- dass sodann der Schneidstempel (1) mit einer Schnittkraft (FS) entgegen der Gegenkraft (FG) des Gegenhalters (8) bis zur Schneidplatte (2) durch das Material hindurchgedrückt und dann wieder zurückgezogen wird,
- dass sodann die Halteplatte vom Material gelöst und dasselbe solange verschoben wird, bis das geschnittene Loch (10) unter einen Stützstempel zu liegen kommt, und
- dass sodann der Stützstempel in das geschnittene Loch (10) bis zur Schneidplatte (2) eingefahren, danach das Material mittels der Halteplatte eingeklemmt und schliesslich mittels des Schneidstempels (1) und des Gegenhalters (8) ein neues Loch (10) geschnitten wird.
- zunächst die Aussenform mittels der Stützplatte durch Formschluss des Haltegliedes (4) eingespannt wird, und
- sodann der Schneidstempel (1) mit einer Schneidkraft (FS) entgegen der Gegenkraft (FG) des Gegenhalters (8) bis zur Schneidplatte (2) durch das zu schneidende Material (6) hindurchgedrückt und dann wieder zurückgezogen wird, und dann
- die gelochte Aussenform nach Lösen des Haltegliedes (4) und der Stützplatte aus dem Werkzeug entfernt wird.
- zunächst der Rohling mittels der Spannteile durch Form- und Kraftschluss, und des Haltegliedes (4) mit einer Haltekraft (FH) eingespannt wird, und
- sodann der Schneidstempel (1) mit einer Schnittkraft (FS) entgegen der Gegenkraft (FG) des Gegenhalters (8) bis zur Schneidplatte (2) durch den Rohling hindurchgedrückt und dann wieder herausgezogen wird, und dann
- das Stanzgitter (6) als Abfall nach Lösen des Haltegliedes (4) und der Spannteile aus dem Werkzeug entfernt wird.
1 Schneidstempel
2 Schneidplatte
3 Stützglied (Stützstempel, Stützplatte, Spannteil)
4 Halteglied (Halteplatte, Ring)
5 Druckbolzen
6 Stanzgitter (Lochblech, Formteil, Abfall)
7 Stanzteil (Abfallbutzen, Feinschnitteil)
8 Gegenhalter
9 Loch in Halteplatte
10 Loch in Stanzgitter
11 Mantelfläche des zu bearbeitenden Materials
12 Schnittlinie
FS Schnittkraft
FG Gegenkraft
FH Haltekraft
FC Steuerkraft
x Spiel
D Durchmesser des Schneidstempels bzw. des Loches
D' Durchmesser des Stützstempels
S Dicke des Materials
A Steg- oder Randbreite