Spanlose Fertigung Stanzen

Frontmatter

1. Was bietet die Stanztechnik der globalen Wirtschaft?

Zusammenfassung

Die Fertigungstechnik bestimmt weitgehend den Stand der technischen Entwicklung. Fertigungstechniker bestimmen, ob ein erdachter Gegenstand verwirklicht werden kann und mit welchen Verfahren er optimal hergestellt wird.Die überwiegenden Fertigungsaufgaben sind jedoch, die existierenden Werkstücke durch ein neues oder anderes Fertigungsverfahren zu verbessern und preiswert auf den Markt zu bringen. Dem nach Fertigungsmöglichkeiten suchenden Praktiker soll eingangs an einigen Beispielen gezeigt werden, welche Vielfalt von Werkstücken, d. h. Stanzteilen, mit der Hochleistungs- und der Feinstanztechnik produziert werden kann. Die mit der Hochleistungsstanztechnik erzeugten Werkstücke werden beispielsweise in der Elektro-, Computer-, Telekommunikation-, Fernsehgeräte-, Video-, Automobil-, Uhren-, Messgeräte-, Haushaltsgeräte-, Leuchten-, Getränke- und Konservenindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau und der Feinwerktechnik verwendet. Stanzteile sind in fast allen Geräten des täglichen Gebrauchs, aber auch im Schmuck anzutreffen.

Matthias Kolbe

2. Verfahren und Begriffe der Stanztechnik

Zusammenfassung

Das Stanzen integriert mehrere Fertigungsverfahren in einem Arbeitsgang innerhalb einer Hubbewegung einer Presse. Der Begriff Stanzen ist nicht genormt, hat sich aber in der Praxis nicht nur erhalten, sondern – wie bereits erwähnt – erweitert. Die einzelnen in das Stanzen einbezogenen Fertigungsverfahren nach DIN 8580 und weitere Unterteilungen zeigt die Übersichtstafel I. Jedem Verfahren ist eine Ordnungsnummer zugeteilt.

Die hauptsächlich angewandten Verfahren des Zerteilens sind Scherschneiden und Keilschneiden (Abb. 2.1). Beide Verfahren werden kurz mit Schneiden bezeichnet, hierfür erforderliche Werkzeuge erfasst man unter dem Oberbegriff Schneidwerkzeuge. Benennungen am Werkzeug werden von der Stammsilbe „Schneid“ abgeleitet (z. B. Schneide, Schneidkeil, Schneidspalt). Benennungen am Werkstück, das durch Schneiden hergestellt wurde, bildet man mit der Stammsilbe „Schnitt“ (z. B. Schnittteil, Schnittkante, Schnittfläche, vgl. Abb. 4.1). Übersichtstafel II gibt über einige Schneidarten und über dazugehörige Werkzeuge Auskunft. Die beim Schneiden auftretenden Kräfte werden als Schneidkräfte und die dazu erforderliche Energie als Schneidarbeit bezeichnet.

Matthias Kolbe

3. Werkstoffe für Stanzteile

Zusammenfassung

Stanzteile können aus fast allen Werkstoffen, die als Bänder, Platten oder Folien vorliegen und nicht splittern, hergestellt werden. Neben Metallen, die den Hauptanteil stellen, werden nichtmetallische Werkstoffe verarbeitet.

Die Einteilung erfolgt nach stanztechnischen Gesichtspunkten:

Matthias Kolbe

4. Grundlagen des Schneidens

Zusammenfassung

Schneiden ist ein spanloses Zerteilen von Werkstoff entlang einer Schnittlinie (siehe Übersichtstafel II, S. 7), die beim Ausschneiden einer Außen- oder Innenform (Scherschneiden) in sich geschlossen (geschlossene Schnittlinie), beim Abschneiden bzw. Ausklinken dagegen offen (offene Schnittlinie) ist. Das dazu verwendete Werkzeug hat als Hauptbestandteile Schneidstempel und Schneidplatte bzw. Matrize. Deren Schneidkanten S _k, Schneiden genannt, bilden sich aus den beiden Schneidflächen, der Druckfläche A _D und Freifläche A _F (Abb. 4.1). Die Druckflächen A _D des Stempels und der Matrize üben die Schneidkraft auf den zu trennenden Werkstoff aus, sie sind der Werkstückoberfläche zugekehrt. Nach dem Trennen gleiten die Schnittflächen des Werkstoffes entlang den Freifläche A _f.

Matthias Kolbe

5. Schneidwerkzeuge

Zusammenfassung

Bei kleinen Stückzahlen werden zum Ausschneiden oder Lochen Schneidwerkzeuge ohne Führung angewandt. Der Schneidstempel (Lochstempel) ist zum Werkzeugunterteil innerhalb des Werkzeuges nicht geführt. Die Führung des Stempels zur Schneidplatte erfolgt nur über die Stößelführung der Presse. Man gibt deshalb der Stößelführung ein kleines Führungsspiel.

An Hochleistungsstanzmaschinen mit hoher Präzision sind die Führungen in der Bandlaufebene angeordnet und nahezu spielfrei eingestellt. Außerdem sind die Führungen so konstruiert, dass sich auch bei unterschiedlichen Temperaturen von Stempel und Stempelplatte die Mitte der Werkzeughälften nicht gegenseitig verschiebt. Unter diesen Voraussetzungen können Präzisionswerkzeuge auch ohne eigene Führungen für große Stückzahlen verwendet werden. Vor dem Einspannen der Werkzeuge in der Presse müssen Ober- zu Unterwerkzeug möglichst exakt, z. B.mittels hydraulischen Dornen ausgerichtet und dann mit verdrehfreien Spannmitteln nur ziehend gespannt werden.

Matthias Kolbe

6. Grundlagen des Biegeumformens

Zusammenfassung

In Stanzwerkzeugen wird vorwiegend das Keilbiegen angewendet. Es kann als freies Biegen (Abb. 6.1Ia) und als formschlüssiges Biegen (Abb. 6.1IIa), auch Gesenkbiegen genannt, erfolgen. Falls das Schwenkbiegen (Abb. 6.2) um eine Achse benutzt wird, muss auf die Symmetrie zwecks Aufhebung von Seitenkräften geachtet werden. Die Biegekräfte sind in der Regel gegenüber dem Schneiden klein, sodass sie in der Praxis weniger berücksichtigt werden.

Matthias Kolbe

7. Biegewerkzeuge

Zusammenfassung

Um die Werkstückform werden zuerst Stempel und Gegenstempel konstruiert und dann entsprechend der Umformkraft die Dicke der Platten und die Größe sowie die Art der Presse ausgewählt. Die Umformkraft kann im Werkzeug mittig oder außermittig angreifen.

Bei mittig angreifender Umformkraft (Keilbiegen, symmetrisches Mehrfach-Abbiegen) werden Stempel und Gegenstempel im Ober- und Unterteil nicht eingelassen, sondern nur angeschraubt und ihre Lage mit je zwei Stiften gesichert. Durch außermittig wirkende Kräfte (z. B. Einfach-Abbiegen, Formbiegen, Rollbiegen, Prägen) entstehen Seitenkräfte, die Stempel und Gegenstempel gegenseitig zu verschieben versuchen. Folglich sind zur Lagesicherung größere Zylinderstifte und meist in der Grund- und Kopfplatte noch zusätzlich Passnuten (siehe Abb. 7.6 und 7.7) oder rechteckige Passflächen nötig; diese werden etwas tiefer als zur Aufnahme mehrteiliger Schneidplatten (vgl. Abschn. 5.6.2) gestaltet. Um die Führung des Pressenstößels zu entlasten, können bei außermittigem Kraftangriffstempel und Gegenstempel gegenseitig geführt sein: Zur Stempelführung eignen sich:

Matthias Kolbe

8. Grundlagen des Tiefziehens

Zusammenfassung

Tiefziehen ist nach DIN 8584 das Zugdruckumformen eines ebenen Blechzuschnittes (einer Folie oder einer Platte) zu einem Hohlkörper oder eines Hohlkörpers zu einem Hohlkörper mit kleinerem Umfang ohne beabsichtigte Veränderung der Blechdicke. Oft sind mehrere Folgezüge zur vollständigen Herstellung eines Teils nötig. Man unterscheidet den Erst- oder Anschlagzug und den Folge- oder Weiterzug. Ob nur der Erstzug oder ein bzw. mehrere Weiterzüge zur Herstellung eines Ziehteils ausreichen, entscheiden der Werkstofffluss, die Verfestigungsgrenzen und die Endform dieses Teils. Die Konstruktion der Tiefziehwerkzeuge richtet sich nach der Umformart (Erst- oder Folgezug), dem Umformverhalten des umzuformenden Werkstoffes, nach der geforderten Standzeit und der eingesetzten Presse.

Im Rahmen dieses Buches, das das Stanzen behandelt, wird das Tiefziehen mit starrem Stempel und Ziehring behandelt. Tiefziehen mit gasförmigen oder flüssigen Druckmitteln wird bislang innerhalb der Stanzfolge nicht angewendet.

Matthias Kolbe

9. Ziehwerkzeuge

Zusammenfassung

Der Aufbau eines Ziehwerkzeuges ist von der gewählten Pressenart abhängig (siehe Abschn. 8.5). Auswechselbare Werkzeugaufbau- und Umformteile zum Tiefziehen zylindrischer Näpfe auf doppeltwirkenden Ziehpressen zeigt Abb. 9.1. Ziehstempel müssen wegen der Zipfelbildung am Zargenrand der gezogenen Näpfe um mindestens 20 ... 40 mm länger als die Ziehteilhöhe sein; Auswechselstempel sind meist 100 mm lang. Im Ziehstempel verhindern Luftkanäle (d. h. eine oder mehrere Bohrungen, 3 ... 8 mm ∅) die Entstehung eines Vakuums im Ziehteil beim Abstreifen (Abb. 9.2). Ohne Belüftung ist das Abstreifen der Näpfe vom Stempel erschwert; dünnwandige Teile könnten infolge des äußeren Luftdruckes zusammengedrückt werden.

Matthias Kolbe

10. Verbundwerkzeuge

Zusammenfassung

Verbundwerkzeuge (VW) vereinigen die technologisch verschiedenen Arbeitsverfahren Schneiden, Umformen und gegebenenfalls zusätzliche Verfahren.

Das Zusammenlegen mehrerer Arbeitsgänge in ein einziges Werkzeug bringt u. a. folgende Vorteile:

1. Die Werkzeugkosten eines VW sind in der Regel niedriger als bei Einzelwerkzeugen, wenn komplizierte Teile hergestellt werden.

2. Die Pressen sind wirtschaftlicher ausgenützt; Rüst- und Stückzeiten werden eingespart. Eine Arbeitskraft kann gleichzeitig mehrere Pressen überwachen, wenn diese auf Dauerhub eingestellt, mit Walzen- oder Zangenvorschub ausgerüstet und die Werkzeuge durch Kontakte überwacht sind.

3. Die Durchlaufzeit im Betrieb wird gekürzt; Kosten für Transport, Zwischenkontrollen, Terminüberwachung, Aufsicht und Organisation werden eingespart.

4. Es können Stanzteile mit vielfältigeren Formen hergestellt werden.

Matthias Kolbe

11. Verbundwerkzeuge „Schneiden-Ziehen“

Zusammenfassung

Die Entscheidung, ob ein Folge- oder Gesamtverbundwerkzeug geeignet ist, richtet sich nach der Ziehteilform und der zur Verfügung stehenden Presse. Folgeverbundwerkzeuge (FVW) mit hintereinanderliegenden Arbeitsfolgen (z. B. Einschneiden-Ziehen-Lochen-Ausschneiden) dienen zur Herstellung von Teilen mit geringer Ziehtiefe aus Streifen oder Bändern (Abb. 10.12). Für Hohlteile mit größeren Ziehteilhöhen werden Gesamtverbundwerkzeuge (GVW) mit übereinanderliegenden Arbeitsstufen eingesetzt; sie ermöglichen zusätzlich geringeren Blechverbrauch, erfordern jedoch für die Außenform meist ein Nachschneidwerkzeug. Abbildungen 9.3 und 9.6II zeigen GVW, die unter teilweiser Verwendung auswechselbarer Umform- und Aufbauteile gestaltet sind.

Nachfolgendwerden noch einige grundlegende Werkzeugausführungen in Gesamtbauweise für verschiedene Pressenarten besprochen, die zur Umformung gut tiefziehfähiger Bleche bei größeren Stückzahlen vorgesehen sind und daher mit Säulenführungen arbeiten.

Matthias Kolbe

12. Werkstoffe für den Werkzeugbau

Zusammenfassung

Zum Werkzeugaufbau dienende Konstruktionsteile unterliegen meist nur einem unwesentlichen Verschleiß; sie sind, außer bei Fließpresswerkzeugen, daher selten gehärtet. Säulengestelle werden aus Sonderguss (Kugelgraphitguss, Meehaniteguss), Ober- und Unterwerkzeuge im Großwerkzeugbau auch aus Grauguss hergestellt. Die Güte der eingesetzten Baustahlsorten, ebenso die Plattendicken, richtet sich nach der im Werkzeug wirkenden Schneid- bzw. Umformkraft. Die Platten werden entsprechend den Dicken der Grobbleche, nach Berücksichtigung der Bearbeitungszugabe, vermaßt. So wird z. B. eine Grundplatte nicht 30 mm, sondern nur 26 ... 28 mm dick angegeben. Gießt man Stempelführungsplatten, Stempelhalteplatten, Führungsbuchsen für Säulengestelle mit Kunstharzen (Abschn. 5.3.2 und Abschn. 7.3) aus, dann wird Passarbeit eingespart.

Matthias Kolbe

13. Werkzeuge der Feinschneidtechnik

Zusammenfassung

Nach ihrer Arbeitsweise werden die Feinschneidwerkzeuge nach [1] wie folgt eingeteilt:

• Gesamtschneidwerkzeuge

• Folgeschneidwerkzeuge

• Folgeverbundwerkzeuge

• Werkzeuge mit Teiletransfer

Im Gesamtschneidwerkzeug entstehen die feingeschnittenen Teile mit Innen- und Außenkonturen in einem einzigen Hub. Der Schnittgrat beider Konturen liegt auf einer Seite. Vorschubungenauigkeiten entfallen, sodass die mit Präzisionswerkzeugen hergestellten Teile optimale Maß- und Formtoleranzen erreichen.

Matthias Kolbe

14. Federn im Werkzeugbau

Zusammenfassung

In Werkzeugen werden oft Druckfedern eingebaut; hauptsächlich handelt es sich um Blatt-, Kunststoffdruck- und Tellerfedern sowie zylindrische Schraubendruckfedern. Diese werden von einschlägigen Firmen in großer Auswahl vorrätig gehalten.

Matthias Kolbe

15. Einbezug verschiedener Technologien in den Stanzprozess

Zusammenfassung

Um komplexe Stanzteile vollständig herstellen zu können, werden in der neuzeitlichen Stanztechnik außer Schneiden und Umformen (Biegen, Ziehen, Prägen) auch Nieten, Schweißen (Widerstands- und Laserschweißen) und Gewindedrücken bzw. -schneiden in einem Stanzprozess ausgeführt. Eine Übersicht darüber gibt Übersichtstafel V, S. 10. Die Vielzahl der Folgen erfordert in der Bandlaufrichtung gesehen längere Werkzeuge und breitere Stanzpressen. Zwei ausgewählte Beispiele für den Einbezug verschiedener Technologien in die Stanzfolge werden behandelt.

Matthias Kolbe

16. Kriterien für Hochleistungswerkzeuge

Zusammenfassung

Die Anforderungen an Hochleistungswerkzeuge richten sich nach den allgemeinen Anforderungen an Werkzeugmaschinen. Sie zielen auf die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Stanzteil-Qualität sowie der Formenvielfalt. Die Wirtschaftlichkeit wird mit höherer Hubfrequenz (Hubzahl/min), größerer Standmenge (Standzeit) der Werkzeuge und kürzerer Rüstzeit (Werkzeugwechselzeit) erreicht. Einen Einfluss hat auch die Verfügbarkeit (Zuverlässigkeit) von Werkzeug und Presse.

Matthias Kolbe

17. Überwachung von Stanzwerkzeugen

Zusammenfassung

Die Werkzeugüberwachung soll die Qualität der Stanzteile bei fortschreitendem Verschleiß des Werkzeuges sichern und den Werkzeugbruch verhindern. Das bedeutet auch Schutz des Werkzeuges und der Stanzmaschine vor Überlastung. Ein weiteres Ziel ist die Ermöglichung der automatisch ablaufenden Fertigung.

Matthias Kolbe

18. Pressen für Stanzwerkzeuge und Vorschubapparate

Zusammenfassung

Stanzteile werden mit einem Werkzeug in einer Stanzpresse hergestellt, die eine geradlinige Hauptbewegung ausführt. Werkzeug und Presse meistens mit angebauten Vorschubapparat sind deshalb als eine Fertigungseinheit zu behandeln. Eine Presse mit angebauten Vorschubapparat wird gewöhnlich als Stanzautomat bezeichnet.

Matthias Kolbe

19. Automatisierung des Stanzprozesses

Zusammenfassung

Presse und Vorschubapparat bezeichnet man oft als eine Einheit mit dem Begriff „Stanzautomat“. Aber erst der Stanzautomat mit dem Werkzeug ergibt eine vollständige Stanz- Fertigungseinheit oder „Stanzinsel“, die Stanzteile produzieren kann. Weitere Geräte um solche Einheit, die so genannte Peripheriegeräte sollen ermöglichen, den Maschinenbediener zu entlasten und die Stanzteilfertigung teilweise oder vollständig zu automatisieren. Bei den Peripheriegeräten handelt es sich hauptsächlich um Bandversorgungs- oder Bandentsorgungsgeräte, Stanzteilabführsysteme sowie Werkzeugwechseleinrichtungen.

Matthias Kolbe

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