Beleg Werkzeugkonstruktion - Baustelle / Under...
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Beleg Werkzeugkonstruktion Christian Schettler 032104/13 (leicht modifiziert) - 1 - Nicht korrigiert - Gleichungen nicht "blind" übernehmen!
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Beleg
Werkzeugkonstruktion
Christian Schettler
032104/13
(leicht modifiziert)
- 1 -
Nicht korrigiert - Gleichungen nicht "blind" übernehmen!
Inhaltsverzeichnis Seite
Inhaltsverzeichnis ................................................................................................................2
Bilderverzeichnis .................................................................................................................4
Bilderverzeichnis .................................................................................................................4
Tabellenverzeichnis.............................................................................................................4
Verzeichnis der Formelzeichen ...........................................................................................5
Quellenverzeichnis ..............................................................................................................8
1 Aufgabenstellung ....................................................................................................9
2 Zuschnittermittlung................................................................................................11
2.1 Ermittlung der gestreckten Länge .........................................................................11
2.2 Platinenabmessungen bzw. Bandabmessungen ..................................................12
3 Festlegung des Ausgangsmaterials ......................................................................13
4 Ermittlung der Rand- und Stegbreiten sowie des Seitenschneiderabfalls.............14
5 Wahl des günstigsten Streifenbildes .....................................................................15
5.1 Streifenbildvarianten .............................................................................................15
5.2 Ermittlung des Materialbedarfs und -kosten..........................................................16
5.3 Gesamtbewertung mit weiteren Kriterien ..............................................................17
6 Biegen...................................................................................................................18
6.1 Berechnung der Rückfederung .............................................................................18
6.2 Biegeradius...........................................................................................................19
6.3 Untersuchung ob Lochen vor oder nach Biegen...................................................19
7 Untersuchung von Werkzeugbauarten..................................................................20
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7.1 Getrenntes Schneid- und Biegewerkzeug.............................................................20
7.2 Folgewerkzeug......................................................................................................20
7.3 Gesamtwerkzeug ..................................................................................................21
7.4 Gewählte Werkzeugbauart ...................................................................................21
8 Arbeitsstufenfolgen (Varianten).............................................................................22
9 Entwurf von Werkzeugvarianten ...........................................................................27
10 Berechnung des Kraftbedarfs ...............................................................................35
10.1 Berechnung der Schneidkräfte..............................................................................35
10.2 Berechnung der Abstreif- bzw. Rückzugskraft ......................................................38
10.3 Biegekraftberechnung...........................................................................................39
11 Auswahl der Federn..............................................................................................40
12 Arbeitsbedarf.........................................................................................................44
12.1 Schneidarbeit ........................................................................................................44
12.2 Biegearbeit............................................................................................................44
12.3 Federarbeit ...........................................................................................................44
12.4 Gesamtarbeitsbedarf ............................................................................................45
12.5 Zusammenfassung ...............................................................................................45
13 Auswahl der Presse ..............................................................................................46
13.1 Berechnung des erforderlichen Stößelhubes H ....................................................46
13.2 Berechnung des Einbauraums bei HR 40 / 550 NL ..............................................46
13.3 Presskraft..............................................................................................................47
13.4 Abschätzung des möglichen Arbeitsvermögens ...................................................48
13.5 Auswahl der Presse ..............................................................................................48
14 Zusatzangaben auf der Zeichnung .......................................................................49
15 Anlagen.................................................................................................................50
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Bilderverzeichnis
Bild Bildunterschrift Seite
1 Gestreckte Länge 11
2 Platinen- bzw. Bandabmessungen 12
3 Streifenbildvariante 1 15
4 Streifenbildvariante 2 15
5 Streifenbildvariante 3 15
6 Mindestabstand der Biegung zu den Löchern 19
7 Arbeitsstufen 37
8 Belastungsbereich nach /6/ 40
9 Erläuterungen Federwege nach /6/ 40
10 Federdiagramm 42
11 Kraftverlauf 47
Tabellenverzeichnis Tabelle Tabellenüberschrift Seite
1 Rand- und Stegbreite, Seitenschneiderabfall 14
2 Materialbedarf, Materialkosten 16
3 Streifenbildbewertung, gesamt 17
4 Schnittlängen und Schnittkräfte 37
5 Arbeitsbedarf 45
6 Kraftbedarf 47
7 Pressenauswahl 48
8 Zusatzangaben für Zeichnung 49
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Verzeichnis der Formelzeichen Formelzeichen Einheit Bedeutung
α ° Biegewinkel
wα ° Winkel am Werkzeug
a mm Randbreite
mina mm Mindestabstand einer Bohrung zum Biegeradius
B mm Bandbreite; Streifenbreite
c C-Faktor für den minimalen Biegeradius
CR Abstreiffaktor
Dh mm Minimaler Einbauraum für die Feder
erf,AbstreifF N Erforderliche Abstreifkraft
vorh,AbstreifF N Vorhandene (tatsächliche) Abstreifkraft
BF∧
N Maximale Biegekraft
FB max N Maximale Kraft für den Biegeprozess
ENF N Endkraft zum Nachdrücken beim Biegen ohne Gegenhalter
)i(RF N Rückzugskraft / Abstreifkraft (der i-ten Bearbeitungsstufe)
ges,RF N Gesamte Rückzugskraft / Abstreifkraft
)i(SF∧
N Maximale Schneidkraft (der i-ten Bearbeitungsstufe)
ges,SF∧
N Gesamte maximale Schneidkraft
Fn N Nennfederkraft (maximal zulässige Federkraft)
F6 N Federkraft bei 62 % Federvorspannung
e mm Stegbreite
f Korrekturfaktor für Stempelanschliff
H mm Stößelhub mit Vorschubschritt
Hgew mm Gewählter Stößelhub mit Vorschubschritt
Hmax mm Maximaler Stößelhub der Presse
hEinbauraum mm Einbauraumhöhe der Presse
hB mm Biegeweg
hvU mm Mindeststößelhub ohne Vorschubschritt
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Formelzeichen Einheit Bedeutung'zh mm Abstand Umgriff - Schneidplatte
zh mm Höhe der Führungsleiste
i mm Seitenschneiderabfall
iF St. Anzahl der Federn im Werkzeug
K mm K-Faktor (Rückfederungsfaktor für die Biegung)
L mm Streifenlänge
L0 mm Unbelastete Federlänge
0l mm Gestreckte Länge
1l , , 2l 3l mm Schekellängen des gebogenen Teil
al mm Randlänge
Bl mm Länge aller Biegekanten
el mm Steglänge
)i(Sl mm Schnittlinienlängen (der i-ten Bearbeitungsstufe)
lÜ mm Überstand des Suchstiftes über die Streifendruckplatte
ma kg/a Materialmasse pro Jahr
mS Korrekturfaktor für Schneidarbeit
mB Korrekturfaktor für Biegearbeit
aN St./a Jahrestückzahl an Werkstücken
p mm Parallelanteil des Schneiplattendurchbruches
P € Materialkosten für die gesamte Laufzeit
ap €/a Materialkosten pro Jahr
mp €/kg Spezifischer Materialpreis
ir mm Biegewinkel
min,ir mm Minimaler Biegeradius
iWr mm Radius am Biegeeinsatz
R N/mm Federkonstante (Federsteife)
Rm N/mm² Zugfestigkeit
ρ kg/m³ Materialdichte
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Formelzeichen Einheit Bedeutung
0s mm Blechdicke
SAbstreif Abstreifsicherheit
sA6 mm Zulässiger Federhub (mit Belastung bis 62 % von sn)
sA6,erf mm erforderlicher Federhub (mit Belastung bis 62 % von sn)
sn mm Maximaler Federweg (Nennfederweg)
s6 mm Federweg bei 62% Federvorspannung
sv6 mm Erforderliche Federvorspannung für Dauerfestigkeit und Belastung bis 62% des Nennfederweges
sv6,gew mm Gewählte Federvorspannung im Werkzeug
sVor mm Vorschubschritt
tE mm Stempeleintauchtiefe in die Matrize
tEF mm Eintauchtiefe der Stempelunterkante in die Streifendruckplatte
ft a Fertigungsdauer
tS mm Sicherheitsabstand
WB Nm Biegearbeit pro DH
WF Nm Federarbeit pro DH
WS Nm Schneidarbeit pro DH
Wges Nm Gesamter Arbeitsbedarf pro DH
x Korrekturfaktor für die Biegung
xF Korrekturfaktor für die Schneidkraft
Z Streifen/a Jahres-Streifenstückzahl
stz St. Werkstücke pro Streifen
vz St. Teile je Vorschubschritt
wzz St. Werkstücke, die im Werkzeug halb bearbeitet verbleiben
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Quellenverzeichnis /1/ Klepzig, W.: Schneid- und Umformwerkzeuge für die Blechbearbeitung
(Stanzwerkzeuge), Bilder und Tafeln. Zwickau: 2002
/2/ VDI 3367 (zurückgezogen) Rand und Stegbreiten
/3/ Oehler, G.; Kaiser, F.: Schnitt-, Stanz- und Ziehwerkzeuge. Berlin, Heidelberg u.a.: Springer 2001
/4/ Norm DIN 6935 Teil 1 Oktober 1975 Kaltbiegen von Flacherzeugnissen aus Stahl
/5/ Norm DIN 1623 Teil 2 Februar 1986 Kaltgewalztes Band und Blech
/6/ FIBRO GmbH (Hrsg.): FIBRO Normalien 3d Katalog, CD-ROM, Dateiversion 8.0.23, 2004
/7/ RASTER (Hrsg.): Datenblatt
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1 Aufgabenstellung
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2 Zuschnittermittlung 2.1 Ermittlung der gestreckten Länge
Bild 1: Gestreckte Länge
Ermittelte Maße aus Zeichnung (mittels CATIA): Längen: mm00,33l1 = mm50,3l2 = mm50,12l3 = Biegeradius: Blechdicke:
Biegewinkel:
mm1ri =mm1s0 =
o130,53=α
Berechnung des Korrekturfaktors x nach /1, Bild 81/
für gilt: 3,0x5,0 ≥≥
( )α−α− −⋅⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅
−⋅
⋅++⋅≈ 02,11s300
rs
r12lg13,025,002,15,0x0
i
0
i ( 1 )
( )13,5313,53 02,11mm1300
mm1mm1
mm112lg13,025,002,15,0x −− −⋅⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⋅
−⋅
⋅++⋅≈
426,0x ≈
Berechnung der gestreckten Länge l0 nach /1, Bild 81/
)sxr(180
2llll 0i3210 ⋅+⋅α⋅π
⋅+++= ( 2 )
)mm1426,0mm1(13,53180
2mm5,12mm5,3mm33l0 ⋅+⋅°⋅°
π⋅+++=
mm65,51l0 =
gestreckte Länge: mm65,51l0 =
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2.2 Platinenabmessungen bzw. Bandabmessungen Die Platinenabmessungen sind abhängig von der Abwicklung des Teils. Die Bandbreite B ergibt sich aus der Summe von le und den entsprechenden Randbreiten sowie Seitenschneiderabschnitten.
Bild 2: Platinen- bzw. Bandabmessungen
Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 1 und 3, Bild 3 und Bild 5, S. 15):
i2lB e ⋅+≥ ( 3 ) mm65,54mm5,12mm65,51i2lB e =⋅+=⋅+≥
gewählt: B = 55 mm
Werkstück längs zum Streifen (Streifenbildvariante 2, Bild 4, S. 15):
i2lB a ⋅+≥ ( 4 ) mm28mm5,12mm25i2lB a =⋅+=⋅+≥
gewählt: B = 30 mm
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3 Festlegung des Ausgangsmaterials Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 1 und 3, Bild 3 und Bild 5, S. 15)
Streifenbreite: B = 55 mm Streifenlänge: L = 2000 mm (angenommen) Vorschub: sVor = 26,3 mm bzw. sVor = 23,8 mm
Werkstücke pro Streifen:
wzst zV
eLz −−
= ( 5 )
64107410mm3,26
mm6.1mm2000zst =−=−−
= bzw. 73
Steifenstückzahl:
st
azN
Z = ( 6 )
aStreifen4688
Streifen.St64
a.St300000
Z == bzw. 4109 Streifen/a
Werkstück quer zum Streifen (Streifenbildvariante 2, Bild 4, S. 15)
Streifenbreite: B = 35 mm Streifenlänge: L = 2000 mm (angenommen) Vorschub: sVor = 51,3 mm
Werkstücke pro Streifen:
wzst zV
eLz −−
= ( 7 )
Streifen.St28103810
mm3,51mm6.1mm2000zst =−=−
−=
Streifenstückzahl:
Aus ( 6 ) ergibt sich:
aStreifen10715
Streifen.St28
a.St300000
Z ==
Nach Empfehlung, wird bei mehr als 200Z = Streifen/Jahr die Bandverarbeitung
bevorzugt. gewählt: Bandverarbeitung
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4 Ermittlung der Rand- und Stegbreiten sowie des Seitenschneiderabfalls
Nach /2, Tafel 1/ gilt: Bei einer Streifenbreite und einer Blechdickemm100B ≤ mm0,1s0 = :
Tabelle 1: Rand- und Stegbreite, Seitenschneiderabfall
Steg- oder Randlänge
Ranbreite Stegbreite Seitenschneider-
abfall
el , al in mm a in mm e in mm i in mm
50 … 100 (Variante 1 bis 3)
1,3 1,3 1,5
Daraus ergibt sich eine Bandbreite B für:
• Streifenbildvariante 1 und 3 (Bild 3 und Bild 5, S.15): B = 55 mm
• Streifenbildvariante 2 (Bild 4, S. 15): B = 30 mm
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5 Wahl des günstigsten Streifenbildes 5.1 Streifenbildvarianten
Bild 3: Streifenbildvariante 1
Bild 4: Streifenbildvariante 2
Bild 5: Streifenbildvariante 3
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5.2 Ermittlung des Materialbedarfs und -kosten Die benötigte Materialmasse pro Jahr ergibt sich aus:
v
a0Vora z
NsBsm ⋅ρ⋅⋅⋅= ( 8 )
Die dafür erforderlichen Materialkosten pro Jahr betragen:
maa pmp ⋅= ( 9 )
mit spezifischer Materialpreis kg€1pm =
Die Materialkosten für der gesamte Laufzeit ergeben sich zu:
fa tpP ⋅= ( 10 )
Tabelle 2: Materialbedarf, Materialkosten
Variante 1 Variante 2 Variante 3
Vorschub sVor in mm 26,30 52,95 47,60
Streifenbreite B in mm 55,00 30,00 55,00
Blechdicke s0 in mm 1,00 1,00 1,00
Dichte ρ in kg/m3 7 850 7 850 7 850
Jahresstückzahl Na in St/a 300 000 300 000 300 000
Teile je Vorschubschritt zv in St 1 1 2
Spez. Materialpreis pm in €/kg 1 1 1
Fertigungsdauer tf in a 3 3 3
Materialmasse pro Jahr ma in kg/a 3 406,51 3 740,92 3 082,69
Materialkosten pro Jahr pa in €/a 3 406,51 3 740,92 3 082,69
Materialkosten für gesamte Laufzeit P in € 10 219,53 11 222,76 9 248,07
Vergleich in % 110 121 100
Mehrkosten für die gesamte Laufzeit in € 971,46 1 975,69 0
Die geringsten Materialkosten hat Variante 3. Aber auch Variante 1 ist vertretbar, weil auch nur die halbe Anzahl an Aktivelementen erforderlich ist.
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5.3 Gesamtbewertung mit weiteren Kriterien Nachfolgend ist eine Bewertung einer Auswahl von wichtigen Kriterien zu sehen:
Tabelle 3: Streifenbildbewertung, gesamt
Bewertungskriterien Streifenbildvariante
günstig mittel ungünstig
3 2 1
Wichtungs-faktoren
1 2 3
Materialbedarf und -kosten 0,30 2 1 3
Lage der Biegekanten 0,30 3 1 2
Bandvorschub 0,20 3 2 3
Erwartete Kosten für das Werkzeug (z. B. Aktivelemente, Streifenheber, …)
0,20 3 2 1
Summe 1,00 2,7 1,4 2,3
Die beste Streifenbildvariante nach diesen Bewertungskriterien ist die Variante 1. Aus diesem Grund wird die Arbeitsstufenfolge nach Variante 1 ausgeführt.
Eigenschaften von Variante 1:
• Relativ geringer Werkstoffbedarf geringe Werkstoffkosten
• Biegekante liegt in Vorschubrichtung Vorschub gut realisierbar
• Kleiner Bandvorschub geringe Werkzeuglänge nur kleine Presse nötig
• Aufgrund guter Lage der Schnittkontur und Biegekante: einfacher Werkzeugaufbau geringe Werkzeugkosten (keine Streifenheber erforderlich, wenig Aktivelemente, …)
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6 Biegen 6.1 Berechnung der Rückfederung Mit ermittelten Werten:
Biegewinkel des Bleches: °=α 13,53 Biegeradius: mm1ri = Blechdicke: mm1s0 =
Werkstoff: USt37-2 G03g
U: Desoxidationsart: unberuhigt St37-2: St37 Gütegruppe 2 O3 : üblich kaltgewalzte Oberfläche g: Oberflächenausführung „glatt“, Ra < 0,9 µm
Berechnung nach /1, Bild 84/
Nach /3, S. 687/ gilt für den Werkstoff St37-2 mit 1sr
0
i = ein K-Faktor von 0,99.
Ohne Überbiegen federt das Blech auf
wK α⋅=α ( 11 ) °=°⋅=α 60,5213,5399,0 zurück.
Dies entspricht einer Rückfederung von
α−α=αΔ w ( 12 ) je Biegekante. °=°−°=αΔ 53,06,5213,53
Die zulässige Abweichung von der Winkelstellung nach /4, Tabelle4/ soll für Schenkellängen bis 30 mm kleiner als ±2° sein. Da dies der Fall ist, muss das Profil normalerweise nicht überbogen werden. Weil aber der Biegewinkel kleiner als 90° ist, macht es auch keine Probleme, das Blech soviel zu überbiegen, dass es (theoretisch) genau auf 53,13° zurückfedert.
Der am Werkzeug vorhandene Biegewinkel, bei dem das Blech nach Entlastung auf zurückfedert, berechnet sich wie folgt: °=α 13,53
Kwα
=α ( 13 )
°=°
=α 67,5399,013,53
w
Also muss das Blech um
α−α=αΔ w ( 14 ) überbogen werden. °=−=αΔ 54,013,5367,53
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6.2 Biegeradius Die Berechnung erfolgt ebenfalls nach /1, Bild 84/
Der am Werkzeug erforderliche Radius für einen Blechteilradius ri = 1 mm berechnet sich zu:
Krr iiW ⋅= ( 15 ) mm99,099.0mm1riW =⋅=
Der minimale Biegeradius nach /1, Bild 82/ für das Band (kaltgewalzt und rekristallisierend geglüht nach /5/) bei parallel zur Walzrichtung angeordneter Biegekante gilt:
0min,i scr ⋅≈ mit c = 0,5 ( 16 ) mm5,0mm15,0r min,i =⋅≈
Weil der Biegewinkel kleiner als 90° ist, ist ein Biegeradius von 1mm noch vertretbar. Sicherheit vorhanden
6.3 Untersuchung ob Lochen vor oder nach Biegen Der minimale Abstand der Außenkontur des Loches zum Beginn des Biegeradius ermittelt sich nach /1, Bild 85/ zu:
0min s2a ⋅= ( 17 ) mm2mm12amin =⋅=
Die tatsächlich vorhandenen Abstände betragen:
• vom Loch zum Radiusbeginn: 3,75 mm
• vom Langloch zum Radiusbeginn: 4,00 mm
Bild 6: Mindestabstand der Biegung zu den Löchern
Die Abstände sind größer als amin und es sind auch nur Allgemeintoleranzen nach DIN 6030 -m einzuhalten. Deshalb kann vor dem Biegen gelocht werden.
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7 Untersuchung von Werkzeugbauarten 7.1 Getrenntes Schneid- und Biegewerkzeug Vorteile:
• Sehr einfacher Aufbau von Schneid- und Biegewerkzeug geringe Werkzeugherstellkosten, auch als Summe beider Werkzeuge
• Geringe Einbauhöhe der Werkzeuge kleine Pressen nur nötig aber 2 Stück !!!
• Sehr hohe Hubzahlen bei einzelnen Schneidwerkzeug möglich, aber keine Zeitersparnis durch zusätzlich zweiten Biegearbeitsgang (Nachteil!)
• Gute Werkstoffausnutzung
Nachteile:
• Zusätzliche Speicher- und Handhabeeinrichtungen für den Wechsel oder
• Beim manuellen Einlegen und Entnehmen sind viele Arbeitskräfte nötig
• Nur in Niedriglohnländern produktiv einsetzbar
• Lange Bearbeitungs- und Maschinenbelegzeit hohe Lohn- und Maschinenkosten
7.2 Folgewerkzeug Vorteile:
• Für komplizierte Teile mit vielen verschiedenen Schneid- und Umformoperationen (auch kleine Teile mit geringen Konturabständen, die im Gesamtwerkzeug nicht herstellbar sind).
• Werkstückweitergabe durch Bandvorschub hohe Genauigkeit
• Nur eine Presse nötig.
• Für Teile mit komplizierten Formausschnitten, die in einer Operation schwer oder nicht herstellbar sind.
• Hohe Produktivität
• Kurze Bearbeitungs- und Maschinenbelegzeit geringe Lohn- und Maschinenkosten
Nachteile:
• Oft Gratbildung auf beiden Werkstückseiten (wenn Ausschneiden in Schneidmatrize) kompliziertere Nachbehandlung (Entgraten) notwendig
• Durch komplexen Werkzeugaufbau ergibt sich ein hoher Entwicklungs- und Wartungsaufwand hohe Kosten für Werkzeugentwicklung, -herstellung, -wartung und -instandhaltung
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• Durch große Länge der Werkzeuge Aufkippung möglich
• Bei einfachem Aufbau (ohne gefederte Führungsplatte) ist Bandwölbung möglich.
• Aufgrund der vielen Stufen sind oft nur kleinere Werkstücke herstellbar, da sonst der Einbauraum der Presse nicht ausreicht.
7.3 Gesamtwerkzeug Vorteile:
• Gratbildung nur auf einer Seite einfachere Nachbehandlung
• Sehr genaue Lage der Innen- zur Außenkontur, weil Werkstück in einem Werkzeug in einer Stufe komplett hergestellt wird.
• Ebenere Platinen, da Kräfte für Ausschneiden und Lochen entgegengerichtet wirken, Band bzw. Streifen zwischen Ausschneidmatrize und gefederter Streifenauflage eingespannt ist, ggf. zusätzlich das Blech zwischen Ausschneidstempel und einem gefederten Auswerfer eingespannt ist.
• Sehr große Werkstücke herstellbar
Nachteile
• Problematisch sind kleine Konturabstände Bruchgefahr an Ausschneidstempel
• Geringere Produktivität als Folgewerkzeuge, da komplizierter Auswerfprozess (z. B. Ausblasen) notwendig ist geringere Hubzahlen höhere Lohn- und Maschinenkosten als bei FVW
• Begrenzte Umformoperationen ausführbar, weil alles in einer Stufe hergestellt werden muss.
7.4 Gewählte Werkzeugbauart Für dieses Teil, welches aus Schneid- und Umformoperationen hergestellt wird, ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten das Folgverbundwerkzeug dem getrennten Schneid- und Biegewerkzeug vorzuziehen.
Die Herstellung in nur einer Stufe in einem Gesamtwerkzeug würde nicht oder nur schwer zu realisieren sein und eine schlechtere Produktivität ergeben.
Gewählt: Folgeverbundwerkzeug
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8 Arbeitsstufenfolgen (Varianten) Die Arbeitsstufenfolge wurden für die Streifenbildvariante 1 (Bild 3, S. 11) ausgeführt.
gewählte Arbeitsstufenfolge: Variante 2
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9 Entwurf von Werkzeugvarianten Variante 1:
• Werkzeug mit Gleitführung mit Führungsbuchsen mit Flansch aus carboniertem Sintereisen nach DIN 9831 / ISO 9448-4
• Wechselführungssäule mit Bund und Haltestückverschraubung
• Vorgespannte Federeinheit
• Federnde Suchstifte beim Biegen und zur Vorschubschrittkorrektur für den Seitenschneider
• Vorschubschrittrealisierung durch 2 Seitenschneider und 1 Suchstift
• Federnde Führungsplatte mit angeschraubter Streifendruckplatte kein Aufbiegen des Streifens beim Schneid- und Biegevorgang
• Stempelaufnahme in Stempelhalteplatte
• 2 Schneidplatten und 1 Biegematrize als modularerer Aufbau
• Streifenführung in Streifenführungsplatte mit Umgriff
• Werkstückabfuhr durch Abschneiden vom Band und somit Herunterrutschen des Werkstücks in letzter Stufe
• Abfuhr des gesamten Blechabfalls durch das Werkzeug und den Tisch der Werkzeugmaschine es bleibt kein Streifengitter am Ende der Bearbeitung übrig!!
• Aufnahme des Werkzeugoberteils durch Einspannzapfen nach DIN ISO 10242-1 (kaum für Schneidautomaten!)
• Befestigung des Werkzeugunterteils durch 4 Befestigungsschrauben
• Transportelemente: Werkzeugunterteil: Tragzapfen nach VDI 3366
Werkzeugoberteil: Tragschrauben nach VDI 3366
Variante 2: zusätzlich zu Variante 1
• Werkzeug mit Kugel-Wälzführung (Kugelkäfig mit Sicherungsring und Führungsbuchse mit Flansch DIN 9831 / ISO 9448-5)
Variante 3: zusätzlich zu Variante 1
• Werkzeug mit Führungssäule zum Anschrauben aufgrund höherer Biegesteifigkeit.
Variante 4: zusätzlich zu Variante 1
• Hinterführung des Biegestempels zur Aufnahme der Biegequerkraft in der Biegematrize.
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10 Berechnung des Kraftbedarfs 10.1 Berechnung der Schneidkräfte Die maximale Schneidkraft errechnet sich nach /1, Tafel 2/ zu:
( 18 ) SmFS lRfxF ⋅⋅⋅=∧
Zugfestigkeit :
2mmm
N)510...360(R =
Korrekturfaktor f nach /1, Bild 58/:
bei geraden Anschliff parallele Schneiden f = 1
Korrekturfaktor xF nach /1, Bild 57/:
für Kohlenstoffstähle und 2m
mmN)800...300(R =
98,0m
FR
17136,0x += ( 19 )
7398,0...8943,0)510...360(
17136,0x98,0F =+=
Demnach errechnet sich die maximale Schneidkraft wie folgt:
SSmFS l)510...360(1)7398,0...8943,0(lRfxF ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=∧
( 20 )
SS l)30,377...95,321(F ⋅=∧
SS l30,377F ⋅=∧
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Die einzelnen Schnittlinienlängen betragen: (aus CAD Zeichnung ausgemessen)
Seitenschneider: (2 mal)
mm98,27mm68,1mm3,26l 1S =+=
Rundloch:
mm28,17mm5,5l 2S =⋅π=
Langloch:
mm28,46mm5,142mm5,5l 3S =⋅+⋅π=
Lochen/Freischneiden:
mm44,31mm92,42mm65,72mm3,6l 4S =⋅+⋅+=
Freischneiden:
mm00,20mm102l 5S =⋅=
Abschneiden:
mm62mm312l 6S =⋅=
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Bild 7: Arbeitsstufen
Zusammenfassung der Ergebnisse und Schnittkraftberechnung:
Tabelle 4: Schnittlängen und Schnittkräfte
Arbeitsstufe Schnittlänge
lSi in mm
Schnittkraft
in N SiSi l30,377F ⋅=
∧Rückzugskraft
in N SiRi F11,0F
∧⋅≈
1. Seitenschneider (2 mal) 27,98 10.557 1161
2. Rundloch 17,28 6.519 717
3. Langloch 46,28 17.461 1.921
4. Lochen 31,44 11.859 1.305
5. Freischneiden 20,00 7.546 830
7. Abschneiden 62,00 23.393 1287
Σ 232,96 87.896 8382
Die gesamte maximale Schneidkraft, wenn alle Schneidstempel gleichzeitig auf das Blech auftreffen und einen geraden Anschliff haben, beträgt:
kN88F ges,S ≈∧
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10.2 Berechnung der Abstreif- bzw. Rückzugskraft Die Abstreifkraft berechnet sich nach /1, Tafel2, T2/3/ zu:
SRR FCF ⋅≈ ( 21 )
Abstreiffaktor CR nach /1, Bild 59/:
Für nachfolgendes Ausschneiden und Lochen und einer Blechdicke s0 = 1 mm gilt:
12,0...10,0CR = CR=0,11
Rückzugskräfte FR:
Bei den Bearbeitungsvorgängen 1, 2, 3, 4 und 5 werden die Stempel bei Hin- und Rückhub vollständig vom Blech umschlossen. Hier errechnet sich die Rückzugskraft mit den vollen Schneidkräften.
Annahme: CR = 0,11 /1, Bild 59/
)FFFFF(CF 5S4S3S2S1SRvoll,R∧∧∧∧∧
++++⋅= N0957N)546785911461175196557102(11,0F voll,R =++++⋅⋅=
Bei der Bearbeitungsstufe 7 (Abschneiden) wird der Stempel beim Rückhub nicht vollständig vom Blech umschlossen. Die verursachte Abstreifkraft ist somit auch geringer.
Es muss mit der halben Schneidkraft gerechnet werden.
Annahme: CR = 0,11 /1, Bild 59/
2FCF 7S
Rhalb,R
∧
⋅=
N28712
N3932311,0F halb,R =⋅=
Somit errechnet sich die Abstreifkraft: siehe Tabelle 4,S. 37
( ) N3828N28710957FFF halb,Rvoll,RR =+=+=
N3828F ges,R =
- 38 -
10.3 Biegekraftberechnung Für die Biegekraftberechnung werden die Formeln für das Abbiegen genutzt. Da aber die Biegewinkel kleiner als 90° sind, ist die reale Kraft für das Biegen etwas geringer, was aber als Sicherheit anzusehen ist und bei der Berechnung nicht beachtet wird.
Die maximale Biegekraft berechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/7)/ zu:
( 22 ) mB0B Rls22,0F ⋅⋅⋅=∧
mit: Länge der beiden Biegekanten
mm40mm202lB =⋅=
N4884mm
N510mm40mm122,0F2B =⋅⋅⋅=
∧
Die Endkraft zum Nachdrücken berechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/8)/ zu:
Wenn ohne Gegenhalter gebogen wird gilt:
( 23 )
BEN F3F∧⋅=
N46413N48843FEN =⋅=
Die maximale Kraft, die zum Biegen aufgebracht werden muss, errechnet sich nach /1, Tafel2, (T2/12)/ zu:
Da nur Biegen und Nachdrücken, aber kein Radiusprägen
( 24 )
ENmaxB FF =
N46413F maxB =
- 39 -
11 Auswahl der Federn Die Federn sind dauerfest, wenn sich die Schwingbelastung im Bereich zwischen
nn s)62,0..45,0(ss)30,0...13,0( ⋅≤≤⋅ befindet. Dies entspricht einem maximal zulässigen Arbeitshub von nzul,A s32,0s ⋅=
Bild 8: Belastungsbereich nach /6/
Bild 9: Erläuterungen Federwege nach /6/
- 40 -
Erforderliche Kraft am Ende der Abstreifoperation: (Annahme: 6 Federn)
6FF R
erf,Abstr ≥
N13976
N83826
FF Rerf,Abstr ==≥
Die Eintauchtiefe der Schneidstempel mit Verhinderung des Zurückkommens der Butzen und für mittlere Stückzahlen berechnet sich zu:
( 25 ) Parallelanteil für Schneidplattendurchbruch nach V3 /1, Bild 71/
pmm1tE +=
0smm5,0p +=
mm5,1mm1mm5,0p =+=mm5,2mm5,1mm1tE =+=
Die Absteifkraft soll noch erf,AbstreifF mm5,3mm1mm5,2st 0E =+=+ nach dem UT
wirken (beinhaltet Sicherheit).
Der erforderliche Arbeitsweg sA,erf der Feder errechnet sich zu:
EFBerf,A tts += ( 26 ) mm5mm1mm4s erf,A =+=
Auswahl der Feder aus FIBRO Katalog /6/:
Spezial-Schraubendruckfeder Nummer: 241.16.32.51 Kennfarbe: rot
mmN7,271R = mm51L0 = mm32Dh =
N1,4483Fn = mm5,16sn = mm5,34Ln = N2771F6 = mm2,10s6 = mm0,5s 6v = mm2,5s 6A =
- 41 -
Federdiagramm für ausgewählte Feder 241.16.32.51
10,27,7
Bild 10: Federdiagramm
6,7
FAbstreif
5,2
Fv6 = 1413
FNiederh = 1685 ,vorh=1820
FF, max = 2771
fF [mm]
FF [N] Beginn des Abstreifens, Überwindung Haftreibung
Ende des Abstreifens FAbstr mit Sicherheit
tE,s=2,5 s0=1
tE,b=4 tEF,b=1
sA,erf=5
s6 sv6
sA6=5,2
tEF,s=1,5
FEnde Schn. = 2092
6,2En
de B
iege
n / U
T /
Ende
Sch
neid
en
Beg
inn
Schn
eide
n /
Beg
inn
Bie
gen
OT
/ Fe
derv
orsp
annu
ng
Beg
inn
Abs
trei
fen
Ende
Abs
trei
fen
FAbstreif,erf = 1400
sv6,gew
- 42 -
Kontrolle:
1. Ausreichende Abstreifkraft
Unter der Annahme, dass die Feder bis zum oberen Dauerfestigkeitsbereich von genutzt wird, ergibt sich n6 s62,0s ⋅=
( ) ( ) Rmm5,3s62,0Rmm5,3sF n6vorh,Abstr ⋅−⋅=⋅−=
( )mmN7,271mm5,3mm2,10F vorh,Abstr ⋅−=
( ) ( )N1397FN1820F erf,Abstrvorh,Abstr =≥= i. O.
Dies entspricht einer theoretischen Abstreifsicherheit von:
3,1F
FS
erf,Abstr
vorh,Abstrhtheoretisc,Abstr == . 30% Sicherheit
Die reale Abstreifsicherheit ist aber höher ist, da die Federdimensionierung für das Ende der Abstreifoperation erfolgt ist.
Am Anfang der Abstreifoperation ist die Federkraft aufgrund der größeren Federvorspannung an dieser Stelle größer. Am Ende ist die erforderliche Abstreifkraft aufgrund der gegen Null gehenden Kontaktmantelfläche Stempel/Loch kleiner.
zwei nicht betrachtete Sicherheiten bei der Federdimensionierung ) htheoretisc,Abstreifreal,Abstreif SS >
2. Dauerfester Hubbereich
Die Feder ist dauerfest, wenn sich die Schwingbeanspruchung im Bereich von: und befindet.
mm0,5s30,0s n6v =⋅=mm2,10s62,0s n6 =⋅=
Die gewählte Feder ist dauerfest, wenn gilt: erf,A6A ss ≥
( ) ( )mm0,5smm2,5s erf,A6A =≥= i. O.
Feder ist dauerfest ausgelegt.
Einzustellende Federvorspannung:
erf,Anerf,A6gew,6v ss62,0sss −⋅=−=
mm2,5mm0,5mm2,10s gew,6v =−=
Federeinbaulängen Im eingebauten Zustand: mm8,45mm2,5mm51sLL gew,6v0 =−=−=
Im unteren Totpunkt: mm8,4052,551ssLL erf,Agew,6v0 =−−=−−=
- 43 -
12 Arbeitsbedarf 12.1 Schneidarbeit Die Schneidarbeit berechnet sich nach /1, Tafel 2, (T2/6)/ zu:
( 27 )
Kraftverlaufsfaktor m nach /1, Bild 60/
0ges,SSS sFmW ⋅⋅=∧
mit 22mFs
mmN3,377
mmN5107398,0Rxk =⋅=⋅= und mm1s0 = gilt:
57,0mS =
m001,0N8789657,0WS ⋅⋅= Nm1,50WS =
12.2 Biegearbeit
Die Biegearbeit berechnet sich nach /1, Tafel 2, (T2/12)/ zu:
( 28 ) Bmax,BBB hFmW ⋅⋅≈
Da ohne Gegenhalter gebogen wird, beträgt mB = 0,32 mm3mm1mm1mm1srrh 0StMB =++=++≈
m004,0N1346432,0WB ⋅⋅≈ Nm9,12WB ≈
12.3 Federarbeit Die Federarbeit für die Federn der Streifendruckplatte berechnet sich zu:
( ) F2
gew,6v26F issR
21W ⋅−⋅⋅= ( 29 )
Federzahl:
Federkonstante:
6iF =
mmN7,271R =
mm2,10s6 =mm2,5s gew,6v =
( ) ( )( ) Nm8,626mm2,5mm2,10mm
N7,27121W 22
2F =⋅−⋅⋅=
- 44 -
12.4 Gesamtarbeitsbedarf Der Gesamtarbeitbedarf errechnet sich zu:
( 30 ) FBSges WWWW ++=
( )Nm8,629,121,50Wges ++=
Nm8,125Wges =
12.5 Zusammenfassung Tabelle 5: Arbeitsbedarf
Arbeitsanteil [Nm]
Schneidarbeit SW 50,1
Biegearbeit BW 12,9
Federarbeit FW 62,8
Gesamtarbeitsbedarf gesW 125,8
- 45 -
13 Auswahl der Presse 13.1 Berechnung des erforderlichen Stößelhubes H nach /1, Bild 35/:
Mindeststößelhub vom UT ohne Vorschub: ( 31 ) zSÜEFEvU 'htltth ++++=
mm4tt BE == Stempeleintauchtiefe in die Matrize (für Biegestempel) Eintauchtiefe der Stempelunterkante in die Streifendruckplatte mm0,1tEF =
mm5,4lÜ = Überstand des Suchstiftes (50° Kegelwinkel) über die Streifendruckplatte mm5,1mm15,1s5,1t 0S =⋅=⋅≈ Sicherheitsabstand
mm6mm2mm8mm4h'h zz =−=−= Abstand Umgriff – Schneidplatte
mm17mm6mm5,1mm5,4mm0,1mm4hvU =++++=
Erforderlicher Stößelhub mit Vorschubschritt
Für Pressen mit gilt in grober Näherung: 1,0<λ
vUh2H ⋅≥ ( 32 ) mm34mm172H =⋅≥
mm35Hgew =
13.2 Berechnung des Einbauraums bei HR 40 / 550 NL
Im UT bei H = 35 mm
)HH(21)HH(hh gewmaxmaxUT −⋅+== ( 33 )
mm5,242)mm35mm80(21mm220hUT =−⋅+=
Im OT bei H = 80 mm
maxmaxOT H)HH(hh +== ( 34 )
mm300mm)80220(hOT =+=
- 46 -
13.3 Presskraft Tabelle 6: Kraftbedarf
Kraftanteil [kN]
Maximale Schneidkraft SF∧ 87,9
Biegekraft BF∧ 4,5
Maximale Kraft zum Nachdrücken ENF 13,5
Erforderliche Abstreifkraft ges,RF 8,4
Vorhandene Abstreifkraft ges,vorh,AbstrF 10,9
Kraftverlauf (qulitativ)
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
0,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,0
hvUT [mm]
Kraf
t [kN
]
Schnittkraft Biegekraft Reibkraft Linear (Federkraft)
Bild 11: Kraftverlauf
Die maximale Presskraft bei ca. 3,2 mm vor dem UT berechnet sich zu:
)mm2,3h(FFFFF vUTAbstreifges,RBSessePr =+++=∧∧
kN112kN)4,114,85,49,87(F essePr =+++=
- 47 -
FR,ges wäre nur als Reibkraft richtig
13.4 Abschätzung des möglichen Arbeitsvermögens Da keine Angaben für Arbeitsvermögen der Presse RASTER HR 40 / 550 NL vorliegen, wird dieses näherungsweise aus Nennpresskraft und Nennkraftweg der Presse berechnet.
Nm2138mm345,5kN400sFW NNN =⋅=⋅≈
Dieses Ergebnis ist jedoch von der vorhandenen Arbeitshubzahl abhängig.
Da ( ) ( )Nm126WNm2138W gesN =>>≈ kann diese Presse genommen werden.
Für genauere Betrachtungen ist das entsprechende Herstellerdatenblatt (lag nicht vor) zu verwenden.
13.5 Auswahl der Presse Pressenparameter nach /7/
Tabelle 7: Pressenauswahl
Auswahlkriterium
Vorhandene Parameter
(HR40/550NL)
Erforderliche
Parameter
Presskraft 30° vor UT bei kleinster Arbeitshubzahl und mittlerem Hub
kN 400 > 112
S. 47
Arbeitsvermögen Nm 2138 > 125,8
Tabelle 5, S.45
Stößelhub, verstellbar in 5 mm Stufen mm 20 - 80 ><
34 gewählt: 35
Einbauhöhe bei 35 mm Hub im UT und Stößelverstellung oben
mm 242,5 > 235
Einbauhöhe bei größtem Hub im OT und Stößelverstellung oben
mm 300 > 280
Tischaufspannplatte (Länge, Breite) mm 550 x 450 > 350 x 355
Stößelfläche (Länge, Breite) mm 550 x 360 > 330 x 300
Tischplattenöffnung (Länge, Breite) mm 450 x 100 > 70 x 270
Maximale Bandbreite mm 150 > 55
Bandeinlaufhöhe über Tisch mm 55 - 115 <>
63
- 48 -
14 Zusatzangaben auf der Zeichnung Tabelle 8: Zusatzangaben für Zeichnung
Kriterium Größe
Erforderliche Presskraft 112 kN
Erforderliche Abstreifkraft 8,4 kN
Einbauhöhe (Werkzeugeinbauhöhe im UT) 230 mm
Stößelhub 35 mm
Presse Raster HR 160/1100 NL
Werkstückstoff USt 37-2G O3g (DIN 1623-2)
Blechdicke 1 mm
Band-/Streifenbreite 55 mm
Vorschubschritt 26,3 mm
Werkzeugmasse 140 kg
Masse Oberteil 95 kg
Masse Unterteil 45 kg
Schutzgitter anbringen
- 49 -
15 Anlagen • CAD - Entwurf
• Einspannzapfen /6/
• Tragschraube /6/
• Tragzapfen /6/
• Wechselführungssäule mit Bund und Haltestückverschraubung /6/
• Führungsbuchse mit Bund (Bronze mit Festschmierstoff) /6/
• Haltestücke /6/
• Schneidstempel /6/
• Federn /6/
• Federeinbau /6/
• RASTER Stanzautomaten /7/
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OFehler
