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Referat
Fertigungstechnik

Universität, Schule

Berufsbildende Schulen Winsen

Note, Lehrer, Jahr

2007

Autor / Copyright
Peter R. ©
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Preis 4.00
Format: pdf
Größe: 1.18 Mb
Ohne Kopierschutz
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sternsternsternsternstern_0.5
ID# 20265







Trennen durch Zerteilen


1 Einleitung

Im Verlauf der Industrialisierung in den letzten Jahrzehnten hat die Blechverarbeitung eine gewaltige Veränderung erfahren. War der Werkstoff Blech im Mittelalter, erzeugt und verarbeitet von Schmieden, ein eher grobes Arbeitsmittel, ist es heute als Präzisionswerkstoff nicht mehr wegzudenken. Von der Automobilindustrie mit relativ großen Blechteilen bis hin zur Feinstanztechnik hat das Blech in fast allen Bereichen unseres heutigen Lebens seinen Platz gefunden.

Unter Blechverarbeitung versteht man alle Arten der Weiterverarbeitung von gewalztem Metall. Gängige Metalle sind Stahl, Eisen, Kupfer, Aluminium, Messing und sogar Platin oder Gold. Unwichtig ist dabei, ob das Blech in Form einer Platte weiterverarbeitet wird oder vom Coil (Rolle mit aufgewickeltem Blech) kommt, wie es häufig in der Massenproduktion der Fall ist. Um einen kleinen Einblick in die Vielfalt der Blechverarbeitung zu vermitteln, sollen hier ein Anwendungsbeispiel vorgestellt werden: Trennen (Trennen durch Zerteilen), früher auch als Stanzen bezeichnet z.B.: Schlüssel, Lochblech etc Selbstverständlich sind Mischformen in der Blechverarbeitung die meist verbreitete Art.

Denkt man an das Beispiel des Teeeis, wird deutlich, dass hier gestanzt und tiefgezogen wird. Ebenso zeigt sich dies in der Automobilindustrie, wo allein bei der Karosserieherstellung geschnitten, gestanzt, tiefgezogen, umgeformt und geschweißt wird. Auch in der Elektro-, Elektronik-, Haushaltswaren- und selbst in der Lebensmittelindustrie wird Blech in immensen Mengen verarbeitet.

Aufgrund der Vielschichtigkeit und Komplexität der Blechverarbeitung und der Aufgabenverteilung im Unterricht wird im Folgenden nur auf einen Bereich detaillierter eingegangen. Weitere Themen der Fertigungstechnik werden von anderen Komonitoren vorgestellt. Mit Hilfe der Stanztechnik fertigt man vorwiegend Werkstücke aus Blechstreifen, Metallbändern, Platten oder Bahnen aus Kunststoff usw.

Die zweiteiligen, formgebundenen Werkzeuge werden meist in Pressen eingebaut und besitzen ein Ober- und Unterteil, die durch eine geradlinige Hubbewegung der Maschine aufeinander zu bewegt werden (vgl. Keller, Kilgus, 2001, S.7). Die Stanztechnik bietet eine Reihe von Vorteilen, die den derzeitigen Rationalisierungsbestrebungen sehr entgegen kommen. Es lassen sich viele Arbeitsgänge leicht automatisieren.

In modernen Stanzereien hat sich daher das Bild gewandelt: Es wird von aufgerollten Blechbändern gearbeitet die von Haspeln (Coils) automatisch abgewickelt und zugeführt werden. Es werden Schnelllaufende Pressen eingesetzt. Außerdem sind Werkzeuge entwickelt worden, welche sehr hohen Ansprüchen in Bezug auf Form- und Maßgenauigkeit sowie Oberflächengüte gerecht werden, sodass kaum mehr ein Nachbearbeiten nötig ist (Vgl.

Schal, Blaich, 2006, S.95).


2 Definition

Zerteilen gehört zur dritten Hauptgruppe Trennen

Abbildung 1 - Gliederung der Fertigungsverfahren (Günter Fleig, 2000, S.1)


Zerteilen (DIN 8588) ist mechanisches Trennen von Werkstücken beliebiger art und Form. Dabei entstehen keine Späne (Schal, Blaich, 2006, S.95).

Es ist demnach ein spanloses Fertigungsverfahren und wird überwiegend zur Fertigung dünner flächenbestimmter Werkstücke verwendet. Beim Zerteilen erhält das Werkstück auf spanlosem Weg hauptsächlich seine Form durch Keil- oder Scherschneiden; in seltenen Fällen durch Reißen oder Brechen. Die in der Stanztechnik verwendeten Schneidwerkzeuge lassen sich somit in Scherschneid-, Keilschneid- und Sonderschneidwerkzeuge einteilen. Der beim Zerteilen verbleibende Werkstoffrest (Abfall) hat eine bestimmte geometrische Form.

Sein innerer Zusammenhalt bleibt erhalten und kann deshalb weiterverarbeitet werden.


3 Zerteilverfahren

Zunächst unterscheidet man sechs Zerteilverfahren, wobei als differenzierende Merkmale die Zahl der Schneiden und ihre Relativbewegung angesehen werden (Vgl. Sc.....[Volltext lesen]

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Mehrhubig fortschreitend ist das Schneiden in mehreren Hüben oder Schritten bzw. bei schrittweisem Vorschub. Typisch hierfür ist das Knabberschneiden (Nibbeln) oder auch das Schneiden mit Blechscheren, deren Schneidbacken kürzer als die Gesamtschnittlinie im Werkstück sind (o.V.1, S.1).

Im Folgenden werden die meist verwendeten Schneidverfahren dargestellt.


Das Feinschneiden ist hier nicht mit aufgeführt, da es später noch behandelt wird.

Ausschneiden

Beim Ausschneiden wird mit einer geschlossenen Schnittkante in einem Arbeitsgang die fertige Form erzeugt, zur Herstellung von Außenformenformen. Das ausgeschnittene Teil ist das Werkstück.

Abbildung 11 - Ausschneiden


Lochen

Beim Lochen wird mit einer geschlossenen

Schnittkante in einem Arbeitsgang

die fertige Form erzeugt, zur Herstellung von Innenformen.

Das ausgeschnittene Teil ist Abfall.


Abbildung 12 - Lochen

Abschneiden

Beim Abschneiden wird entlang einer offenen Schnittlinie geschnitten. Das Abschneiden kann mit oder ohne Abfall erfolgen.



Abbildung 13 - Abschneiden

Ausklinken

Soll aus einem rechteckigen Blechabschnitt ein Behälter gekantet werden, müssen die Ecken ausgeklinkt werden. Soll ein Profil scharfkantig gebogen werden, müssen die Teile des Profils ausgeklinkt werden.

Für diesen Arbeitsgang können Handscheren, Handhebelscheren, kraftbetätigte Hebelscheren Abbildung 14 - Ausklinken

oder hydraulische Ausklinkmaschinen mit oder ohne Steuerung verwendet werden.


Einschneiden

Einschneiden ist das teilweise trennen am oder im Werkstück entlang einer offenen Schnittlinie. Im Allgemeinen zur Vorbereitung zum Biegen.


Abbildung 15 - Einschneiden

Beschneiden

Beschneiden ist das vollständige Trennen von Bearbeitungszugaben und Rändern an flachen oder hohlen Werkstücken entlang einer offenen oder in sich geschlossenen Schnittlinie. Abbildung16 - Beschneiden


Abgratschneiden

Vollständiges Abtrennen des Grates an Gussteilen, Formpress- und Schmiedeteilen


Abbildung 17 - Abgraten


Zerschneiden

Beim Zerschneiden wird das Werkstück in mehrere Werkstücke getrennt. Der Schnitt erfolgt längs einer offenen oder in sich geschlossenen Schnittlinie. Es entsteht kein Abfall.


Abbildung 18 - Zerschneiden


Nachschneiden

Nachschneiden ist das abtrennen schmaler Ränder von vorgearbeiteten Flächen entlang offener oder in sich geschlossener Schnittlinien. Es werden bessere, saubere und glatte innen- und Außenformen Hergestellt.

Abbildung 19 - Nachschneiden


Knabberschneiden (Nibbeln)

Beim Nibbeln wird ein schmaler Schlitz bzw. Streifen in ein Blech gearbeitet Nibbeln ist kontinuierliches mehrhubiges Stanzen. Durch die ständige Ab- und Aufwärtsbewegung des Stempels wird Material ausgeschnitten und die gewünschte Form erreicht. Das Verfahren wird von der Einzel- bis zur Serienfertigung eingesetzt. Abbildung 20 – Knabberschneiden

Die Stanzabfälle sind halbmondförmig oder rechteckig.

5 Grundbegriffe der Schneidtechnik

5.1 Der Schneidvorgang

Das Scherschneiden mit Schneidwerkzeugen ist dem Scheren ähnlich, wobei das zerteilen des Werkstoffs mittels Schneidstempel und Schneidplatte erfolgt. Der Schneidvorgang läuft dabei in folgenden Stufen ab:

.....

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Abbildung 23 - Begriffe beim Schneiden (Klocke, S.6)


6 Werkzeuge

Nach DIN 8500 werden Werkzeuge für das Scherschneiden kurz als Schneidwerkzeuge bezeichnet. Ein Schneidwerkzeug besteht aus mehreren Bauteilen: Grundplatte, Schneidplatte, Führungsleisten, Führungsplatte, Auflageblech, Vorschubbegrenzung, Schneidstempel und Lochstempel, Stempelhalteplatte, Druckplatte, Kopfplatte, Einspanzapfen Durch die Vielzahl der Fertigungsverfahren werden hier Werkzeuge des Scherschneidens vorgestellt.

Die Werkzeuge können nach unterschiedlichen Kriterien eingeteilt werden: Nach Fertigungsverfahren, Führungsart, konstruktiver Aufbau oder Fertigungsablauf. Da es auch hier Zahlreiche Möglichkeiten gibt, werden die Werkzeuge nach dem Fertigungsablauf eingeteilt.

6.1 Der Aufbau

Abbildung 24 – Ausschneidwerkzeug


6.1.1 Führungsleisten

Bei Schneidwerkzeugen mit Plattenführung wird der Schnittstreifen zwischen zwei parallelen, 5 bis 8 mm dicken Leisten geführt, so dass zwischen Führungs- und Schneidplatte ein Streifenkanal entsteht. Durch diesen Abstand ist sowohl der Durchlauf des Streifens, als auch die Lage zu den Stempeln durch die Anlage an der Führungsleistegewährleistet.

Diese Aufgabe der Fixierung übernehmen die beiden Führungsleisten. Man unterscheidet feste und federnde Streifenführung. Abbildung 25 - Führungsleisten

Die zu wählende Art, ist vom Werkzeugaufbau, Streifendi.....

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6.1.6 Einspannzapfen: Für die Spannung des Werkzeugoberteils von kleinen und mittleren Werkzeugen wird in der Regel ein Einspannzapfen verwendet. Er wird mit der Kopfplatte oder dem Gestelloberteil fest verbunden und gegen Ausdrehen gesichert. Sein Aufnahmeschaft wird in die Stößelbohrung der Presse eingefügt und verspannt.

Damit das Werkzeugoberteil beim eventuellen Lockern der Befestigungsschrauben nicht herunterfällt, ist laut Vorschriften der Berufgenossenschaft der Zapfen mit eine Einkerbung oder einer Eindrehung zu versehen. Auch können dadurch die Rückzugskräfte sicherer aus das Werkzeug übertragen werden.

6.1.7 Lage des Einspannzapfens. Die Positionierung der Werkzeuge sollte nach Möglichkeit so erfolgen, dass die Resultierende der Einzelkräfte durch die Pressenmitte verläuft. Damit werden durch exzentrische Belastung bedingte Momente und daraus folgende Ungenauigkeiten der Werkstücke sowie erhöhter Werkzeugverschleiß vermieden. Bei der Konstruktion geht man davon aus, dass die Resultierende im Linienschwerpunkt der Schnittlinien angreift.

6.1.8 Druckplatte: Die Druckplatte soll die Schneidkraft von der Kopfplatte auf die Stempel übertragen. Wenn sich kleine Lochstempel durch die überhöhte Flächenpressung in die weiche Kopfplatte

eindrücken können, wird sie verwendet. Deshalb muss man bei einer Flächenpressung von mehr

als 250N/mm² eine gehärtete Druckplatte vorsehen, dies ist etwa 5mm dick. Sie hat die

selbe Form wie die Stempelplatte.

6.1.9 Kopfplatte: Die Kopfplatte hat dieselben Abmaße wie die Stempelplatte und nimmt den Einspannzapfen auf. Die Dicke der Kopfplatte ist von der Größe des Einspannzapfens abhängig, sie liegt zwischen 18 und 28mm.


6.1.10 Schneidstempel: Es gibt verschiedene Schneidstempel wie z.B. Ausschneidstempel, Lochstempel. Sie unterscheiden sich zum Teil durch ihren Schneiden Verlauf. Es werden die gleichen Werkstoffe wie bei den Schneidplatten verwendet. Allerdings sind die Stempel vielfach mit einer etwas höheren Härte (62 .64 +/- 2 HRC) an der Schneide versehen.

Der Kopf hingegen wird bei Lochstempeln oder bei angekopften Schneidstempeln in der Härte gemildert (45 .52 HRC). Dadurch können die Rückzugkräfte besser aufgenommen werden. Die Schneidstempel müssen an ihren Flächen geschliffen und Poliert sein. Sie werden durch Gewinde mit Stempelplatte und Kopfplatte verschraubt.

Abbildung 27 - Verschleißformen am Stempel (Klocke, S.22)

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Abbildung 28 – AusklinkwerkzeugAbbildung 29 - Freischneidwerkzeug



6.3 Folgeschneidwerkzeuge

Bei schwierigen Teilen mit schmalen Stegen wird das Werkstück in der Regel im Folgeschneidwerkzeug gefertigt. Bei einem Folgeschneidwerkzeug werden verschiedenartige Schneidverfahren nacheinander und in direkter Folge angewendet. Soll z.B. ein Schnittteil hergestellt werden in dem mit einem Hub sowohl gelocht als auch der bereits gelochte Teil des Schnittstreifen ausgeschnitten wird so verwendet man z.B. ein Folgeschneidwerkzeug.

Um die lag der Lochungen zum Schneidplattendurchbruch des Ausschneidstempels genau festzulegen ist es wichtig den Streifen exakt um den Vorschub v weiter zu schieben. Je exakter der Schnittstreifen vorgeschoben wird desto genauer wird das Schnittteil. Zur Herstellung eins Schnittteils sind daher mehrere Hübe notwendig. Die Anzahl ist davon abhängig, in wie viel Stufen der Fertigungsablauf aufgeteilt wird.

Die Mindesthubzahl ist jedoch gleich der Zahl, der zu Anwendung kommenden Schneidverfahren. Bei dem Schnittteil (Abbildung 29) sind also 2 Hübe notwendig: Einmal Lochen und einmal Ausschneiden. Durch die Aufteilung der Fertigung in mehreren Stufen ist es möglich, auch schwierige Formen bei großer Maßgenauigkeit herzustellen. Der große Herstellungsaufwand lohnt sich nur bei größeren Stückzahlen.

Allerdings ist bei Folgeschneidwerkzeugen zu beachten, dass die Schnittteile auf beiden Seiten einen Grat haben. Die oben erwähnte Aufteilung der Fertigung in mehreren Stufen führt zu dünnen Stempeln, die dann im Werkzeug durch zusätzliche Docken verstärkt und durch Säulen und bzw. oder eine Platte geführt oder gestützt werden müssen. Dies erst führt zur notwendigen Lagegenauigkeit und S.....

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Der Grundgedanke beim Feinschneiden ist der, dass im Gegensatz zum Normalschneiden durch allseitiges Einspannen des Blechs der Werkstoff allein durch Fliessen, also ohne Bruchfläche getrennt wird. Neben den qualitativen Vorteilen des Feinschneidens ist die Wirtschaftlichkeit für die Anwendung dieses Verfahrens ausschlaggebend. Beim Feinschneiden wirken 3 Kräfte über das Werkzeug auf das Stanzmaterial.

Vor dem Schneidbeginn wird eine Ringzacke mit der Kraft FR über die Führungsplatte außerhalb der Schnittlinie in das Material eingepresst. Innerhalb der Schnittlinie wird das Material mit der Gegenkraft FG über den Auswerfer auf den Schneidstempel gepresst. In diesem eingespannten Zustand erfolgt der Schneidvorgang mit der Schneidkraft FS. Ist der Schneidvorgang abgeschlossen, werden Ringzackenkraft und Gegenkraft abgeschaltet, das Werkzeug öffnet sich, und nach einem bestimmten Öffnungsweg wird das Stanzgitter über die Abstreifkraft FRa vom Stempel abgestreift sowie der Innenformabfall ausgestoßen.

Das Feinschnittteil wird mit der Auswerferkraft FGa aus der Schneidplatte ausgeworfen.

Abbildung 32 – Feinschneidstufen

Animation schnell Animation langsam

Oder unter:


Abbildung 33 Schnittflächenvergleich Feinschneiden

Vorteile des Feinschneidens gegenüber dem konventionellen Scherschneiden:

- glatte, ein- und abrißfreie Schnittflächen - geringe Maßtoleranzen

- gleich bleibende Maße aufgrund - kein Schnittschlag (Verminderung von

zylindrischer Schneidplattendurchbrüche Lärm und Erschütterungen)

7 Kräfte beim Schneiden

Beim Ausschneiden eins Schnittteiles aus dem Schnittstreifen muss die Scherfestigkeit des Werkstoffes überwunden werden. Die Größe dieser Scherfestigkeit ist abhängig von der Größe der Schnittfläche und von der maximalen Scherfestigkeit des zu schneidenden Werkstoffes. Die erforderliche Kraft beim Schneiden mit Parallelen Schneidkanten berechnet man nach der Gleichung.

F = Schneidkraft s = Blechdicke

A = Schnittfläche U = Schnittlinie

= Maximale Scherfestigkeit


Schneidarbeit

Fs Schneidkraft

hs Schneidweg, Blechdicke

7.1 Abstreifkraft

Nach dem Schervorgang muss der Werkstoff von der Freifläche des Schneidstempels abgestreift werden. Diese Aufgabe übernehmen Abstreifer bzw. Ausstoßer. Die hierfür notwendige Abstreifkraft ist von verschiedenen Einflüssen abhängig, wie z.B.:

-Stempelquerschnittsform Abstreifkr.....

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