CH358307A - Verfahren und Stanzmaschine zum Feinstanzen - Google Patents

Description

  Verfahren     und        Stanzmaschine        zum    Feinstanzen    Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein  Verfahren zum Feinstanzen, d. h. zur Erzeugung von       Schnittflächen    mit geringer     Oberflächenrauhigkeit    bei  der Formung durch Stanzen. Das Verfahren gestattet  insbesondere, mit vergleichsweise einfachen Mitteln  den besonderen Kraftverlauf am Werkzeug zu erzielen,  der Voraussetzung für den Arbeitsgang des     Feinstan-          zens    ist.

   Das Verfahren hat für die Herstellung von  Maschinenelementen wie Zahnrädern, Klinken und  anderen Teilen, deren     Schnittflächen    getriebemässige  Aufgaben ausüben, wie abwälzen, übertragende, füh  rende, besondere Bedeutung.  



  Die neueren     Feinstanz-    oder     Pressschnittverfahren     beruhen darauf, dass im Werkstoff, der ausgestanzt  wird, sehr hohe Druckspannungen erzeugt werden und  der Werkstoff während des     Stanzvorganges    starr ein  gespannt wird. Im Bereich der     Schneidzone    sollen lokal  Fliessbedingungen erreicht werden. Um dieses Ziel zu  erreichen, wird der Werkstoff sehr kräftig eingespannt,  häufig noch unter Einprägung von     Formschlusskerben;     dieser     Einspannzustand    soll dann während des Schneid  vorganges möglichst unverändert aufrechterhalten  werden.

   Der     Schneidvorgang    selbst erfolgt am zwi  schen Stempel und Gegenstempel eingespannten Teil  durch     Herausschieben    aus der ursprünglichen, durch  die äussere Einspannung festgelegten Werkstoffebene.  Das Verhältnis zwischen der     Stanzgeschwindigkeit    und  den     Einspannkräften    ist für die Fliessbedingungen von  grosser Bedeutung. Zu dessen Beherrschung sind einige  Vorschläge bekanntgeworden.  



  So wurde insbesondere für die Durchführung sol  cher     Feinstanzarbeiten    auf schweren hydraulischen  Pressen die getrennte     Anspeisung    der Zylinder für die       Werkstoffeinspannung    und für die stanzenden Ele  mente durch regelbare     Hydraulikpumpen    vorgeschla  gen. Für geringere Ansprüche werden     Ringfedern    für    den Niederhalter oder pneumatische     Kissen    für den  Gegenstempel vorgeschlagen.  



  Alle diese Vorschläge haben jedoch nicht völlig  befriedigt, da sie entweder einen grossen Aufwand an       Steuermitteln    verlangten oder nicht in der Lage waren,  den     Einspanndruck    während des Schnittes im ge  wünschten Sinne zu steuern.

   Bei der     Einspannvorrich-          tung    mit Federn ist der     Einspanndruck    abhängig vom  Hub des Stempels, nimmt also mit dem Hub des Stanz  werkzeugs zu und erreicht sein Maximum in der tiefsten       Stösselstellung.    Dadurch wird der verbleibende Werk  stoff auf den Stempel     aufgequetscht,    insbesondere  dann, wenn der     Einspanndruck    schon beim Beginn des  Schnittes die notwendigen hohen Werte erreichte. Bei  der     Anspeisung    des Niederhalters durch eine getrennte  Pumpe sind auch getrennte hydraulische Elemente  erforderlich, was wegen der grossen Kräfte und An  sprüche an die Führungsgenauigkeit einen erheblichen  technischen Mehraufwand erfordert.

   Eine Wirkungs  verbindung mit der durch die     Verformungsgeschwin-          digkeit    des Werkstoffs unter gegebenem Druck ent  stehenden Schnittgeschwindigkeit lässt sich nur durch  komplizierte Steuerungsglieder erzielen. Zugleich soll  der Aufbau der Einrichtung den Anforderungen an  Einfachheit entsprechen, die ein     raschverlaufender     technologischer Vorgang an die beteiligten Elemente  stellt.    Vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile des  erwähnten     Feinstanzverfahrens    hinsichtlich des tech  nischen Aufwandes und der Anpassung des Nieder  halterdruckes an den Schnittvorgang zu beseitigen.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zum Feinstanzen       mit        Hilfe    einer     Stanzmaschine    mit einem mindestens  aus einem Niederhalter, einem Stempel und einer  Matrize bestehenden     Stanzwerkzeug,    besteht darin,  dass der vom Niederhalter auf das Werkstück aus-      geübte Druck durch die Geschwindigkeit des Stempels  gesteuert wird.  



  Vorteilhaft kann dieser Druck durch eine zwischen       StempelhalterundNiederhalter    eingeschlossene hydrau  lische Flüssigkeit gebildet werden, die über eine Dros  selstelle aus diesem Raum verdrängt wird.  



  Dieser Vordruck kann zweckmässig zum Abstreifen  des Werkstoffes vom Stempel vermittels des Nieder  halters benützt werden.  



  Die zur Ausübung des Verfahrens dienende Stanz  maschine mit einem zwischen den Stempel antreiben  den Teilen und dem Niederhalter wirkenden hydrau  lischen Druckkissen zeichnet sich erfindungsgemäss  dadurch aus, dass dem Druckkissen ein     Abströmregler     zugeordnet ist.  



  Dieser     Abströmregler    kann eine besondere Druck/  Menge-Charakteristik im Sinne eines bei kleinen     Ab-          strömmengen    erhöhten Austrittswiderstandes aufwei  sen. Er kann     ferner    mittels eines     Rückschlagventils     überbrückt werden, das dem unter Vordruck gesetzten  Medium auf der Rückseite des Reglers durch eine  Leitung volle     Durchströmung    gestattet, das Austreten  der Flüssigkeit aus dem Kissen jedoch verhindert.  



  Der Vordruck kann in einem pneumatischen Druck  speicher gebildet werden.  



  Bei einer     Stanzmaschine    mit hydraulischem Antrieb  kann das Druckkissen zusammen     mit    dem Niederhalter  und dem Stempel vollständig in das Innere des Kolbens  des hydraulischen Antriebes verlegt sein.  



  Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der       Stanzmaschine    gemäss der Erfindung zur beispiels  weisen Ausübung des     erfindungsgemässen    Verfahrens  im schematischen Längsschnitt dargestellt.  



  Im Ständer 1 einer     Stanzmaschine    ist ein Kolben 10  angeordnet, der sich im Zylinder 9 hydraulisch be  wegen lässt. Dem Zylinder 9 wird über die Leitung 2 aus  der Pumpe 3 Drucköl zugeführt. Das Drucköl befindet  sich in einem Vorratsbehälter 4. Der Motor 5 ist um  steuerbar und gestattet entweder Öl in den Zylinder 9  zu fördern oder aus dem Zylinder heraus zu pumpen.  Die Federn 6 und 7 dienen der Rückstellung des Kol  bens 10 in seine oberste Lage.  



  Im Kolben 10 befindet sich ein weiterer Zylinder  raum 16. Ein im Querschnitt     ringförmiger    Kolben 14  ist in diesem Zylinderraum frei längsbeweglich an  geordnet. Seine tiefste Stellung wird durch einen An  schlag 32 am Kolben 10 bestimmt. Der Kolben 10  besitzt einen zentralen Kern 15, der den Ringkolben 14  durchsetzt und als Stempelhalter dient. Der Raum 16  bildet zusammen mit den Kolben 10, 14 ein Druck  kissen. An der unteren     Stirnseite    des Kolbens 14 ist  eine Platte 11 angebracht, die als Niederhalter dient.  Im Stempelhalter 15 ist der Stempel 12 eingesetzt.

    Niederhalter 11 und Stempel 12 bilden den oberen Teil  des     Stanzwerkzeuges.    In der     mit    dem Ständer 1 fest  verbundenen Matrize 33 befindet sich ein Gegen  stempel 30 mit einem Kolben 29, der sich im Zylinder 28       längsbewegen    kann. Zwischen dem Gegenstempel 30  und dem Ständer 1     befindet    sich so ein weiteres Druck  kissen     mit    Druckraum 52.    Der ringförmige Hohlraum 16 ist mit einem hydrau  lischen Druckmedium 13, beispielsweise Öl, angefüllt  und über Leitungen 17, 21, 40, 41 mit einem hydro  pneumatischen Speicher 23 verbunden, der über einen  Stutzen 22 mit dem Druckmedium gespiesen wird.

   In  der Leitung 40 ist eine einen     Abströmregler    bildende  Drosselstelle 20 eingebaut, welche von einer ein Rücken  schlagventil 18, 19 aufweisenden Leitung 41 überbrückt  wird. Der Speicher 23 steht unter durch ein im Raum 50  befindliches Druckgas bewirkter pneumatischer Vor  spannung, welche sich über die erwähnten Leitungen  auf den Hohlraum 16 und dadurch auf den Kolben 14  übertragen kann.  



  Vom Speicher 23 führt anderseits eine Leitung 34  zu einem     Rückschlagventil,    bestehend aus dem Ventil  körper 25 und einer Feder 24 und von dort weiter zum  Zylinder 28 des Gegenstempels 30. Mit 26 ist eine  weitere einen     Abströmregler    bildende Drosselstelle  bezeichnet, wobei die das Ventil 24, 25 enthaltende  Leitung 51 die Drosselstelle 26 überbrückt.  



  Der Arbeitsgang ist nun folgender: Der Kolben 10  beginnt sich zu senken, wenn die Pumpe so in Betrieb  gesetzt wird, dass sie Öl in den Zylinder 9 fördert. Es  senkt sich gleichzeitig der eingebaute Ringkolben 14,  bis dessen     Niederhalteplatte    11 am Werkstück 31  ansteht.  



  Fördert nun die Pumpe 3 weiter, so kann der Ring  kolben 14 nicht mehr folgen und beginnt aus dem  Zylinderraum 16 Öl zu verdrängen. Das Öl kann über  die Leitungen 17, 40 abfliessen, baut aber an der  Drosselstelle 20 einen Druck auf, der von der     Ausfluss-          geschwindigkeit    an der Drosselstelle 20 abhängig ist.  Die     Ausflussgeschwindigkeit    wiederum ist abhängig  von der Senkgeschwindigkeit des Kolbens 10, mithin  der Geschwindigkeit mit der sich der Stempel 12 dem  Werkstück nähert und dieses durchdringt.

   Der an der  Drosselstelle 20 entstehende Druck wirkt auf die obere       Ringfläche    des Kolbens 14 und bedingt den     Anpress-          druck    des Niederhalters 11 am Werkstück 31. Auch  dieser     Anpressdruck    ist in jedem Augenblick eine  Funktion der Senkgeschwindigkeit des Kolbens 10 bzw.  des Stempels 12, wird also von der Geschwindigkeit des  letzteren gesteuert.  



  Im Verlauf der Senkbewegung beginnt der Stem  pel 12 in den Werkstoff 31     einzudringen    und den Druck  des Gegenstempels 29 zu überwinden, der sich ebenfalls  dadurch aufbaut, dass das hydraulische Medium im  Zylinder 28 seinerseits nur über die Drosselleitung 26  abströmen kann, so dass hier ein auf den Gegenstempel  zurückwirkender Druck entsteht. Der Werkstoff wird  durchtrennt, wobei die innere     Druckvorspannung    des  Werkstoffes, sowohl zwischen Niederhalter 11 und  Matrize 33 sowie zwischen Stempel 12 und Gegenstem  pel 30 stets von der Senkgeschwindigkeit des Stempels  abhängig sind. Mit dem Aufhören der Senkbewegung  am unteren Ende des Hubs sinkt der Druck des Gegen  stempels 30 auf den Wert des Gegendruckes im Spei  cher 23 ab.  



  Durch den Ringraum 16 und die Kolben 10, 14 ist  also ein hydraulisches Druckkissen gebildet, das vom           Rückschlagventil    18, 19 begrenzt ist. Dieses Druck  kissen ist, wie ersichtlich, zwischen den den Stempel 12  antreibenden Teilen 10, 15 und dem Niederhalter 11  wirksam.  



  Nun wird die     Förderrichtung    der Pumpe umgekehrt,  der Kolben 10 steigt unter der Kraft der Federn 6, 7  und im Hohlraum 16 entsteht ein Unterdruck gegen  über dem Speicherdruck, so dass das     Rückschlagventil     18, 19     öffnet    und Flüssigkeit in diesen Raum 16 ein  strömen lässt, wodurch der     Vorspanndruck    des Spei  chers 23 auf den Kolben 14 und     damit    auf den Nieder  halter 11 einwirkt.

   Dadurch entsteht zwischen dem  Ringkolben 14 und dem Kolben 10     resp.    der Nieder  halteplatte 11 und dem Stempel 12 infolge der Ver  drängung des Ringkolbens 14 durch das Druckmedium  13 eine Relativbewegung, die das Abstreifen des     Werk-          stoffrestens    vom Stempel 12 zur Folge hat. Der Ring  kolben wird dann     mittels    des Anschlages 32 des Kol  bens 10 gehoben. Durch die Leitung 34 dringt gleich  zeitig Medium aus dem Speicher 23 in den Zylinder 28,  so dass dort der     Vorspanndruck    wirksam ist. Der  Kolben 29 steigt, mit ihm der Gegenstempel 30, der  ausgestanzte Teil wird aus der Matrize gehoben.  



  Versuche zeigten, dass bei der beschriebenen Steue  rung des     Niederhaltedruckes    und des Gegenstempel  druckes in Funktion der Geschwindigkeit des Stempel  absenkens wie sie hier vorhanden sind, besonders  günstige     Stanzbedingungen    entstehen. Die Geschwin  digkeit der Stempelsenkung ist ja nicht rein     maschinen-          seitig    bedingt, vielmehr in grossem Mass vom     Ver-          formungswiderstand    des     Werkstoffes    selbst abhängig.

    Jede auftretende Verzögerung führt aber zu einer Ver  minderung des     Einspanndruckes,    genau wie jede auf  tretende Beschleunigung, etwa infolge eines beginnen  den Anrisses im     Werkstoff,    die Druckspannung ver  grössert. Damit wird die plastische     Verformbarkeit    des       Werkstoffs    erhöht und die     Rissgefahr    ist gebannt. Es  lassen sich auch bei grossen     Werkstoffstärken,    beispiels  weise bei Stahlblech von 20     mm    Dicke Teile herstellen,  die eine     Oberfläche    an den Schnittflächen aufweisen,  die etwa einer durch Fräsen erzeugten ebenbürtig ist.  



  Im Gegensatz zu den bekannten     Pressschnittver-          fahren,    bei denen der     Niederhaltedruck    und der Gegen  stempeldruck, durch Federn gesteuert, mit dem Hub  ständig steigt, vermeidet aber die dargestellte Steuerung  das     Aufquetschen    des Werkstoffes auf den Stempel,  wie es     zwangläufig    eintritt, wenn der Niederhalter  druck mit dem Stempelweg zunimmt. Durch das be  schriebene Verfahren verlängert sich die Lebensdauer  der Werkzeuge beträchtlich, die bei den bisherigen       Pressschnittverfahren    sehr bescheiden war.

   Von Bedeu  tung ist ferner, dass Unterschiede in der Blechstärke  beim beschriebenen Verfahren keinen     Einfluss    auf den       Einspanndruck    haben, da dieser bei konstanter Senk  geschwindigkeit unabhängig vom Ort des     Aufsetzens     des Niederhalters auf den Werkstoff ist. Die     Anpassung     der     Einspanndrücke    erfolgt beim beschriebenen Ver  fahren nahezu augenblicklich, d. h. abhängig von der  Laufgeschwindigkeit der Druckwelle, die beispiels  weise beim Beschleunigen an der Drosselstelle 20 ent-    steht. Bei     Mehrpumpensteuerungen    kann schon aus  Gründen der Trägheit der Steuerelemente eine derart  rasche Anpassung nicht stattfinden.

   Das beschriebene  Verfahren gestattet daher auch gegenüber den kompli  zierten Lösungen mit     Mehrpumpensteuerung    wesent  lich grössere Hubzahlen pro Zeiteinheit.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Feinstanzen mit Hilfe einer Stanzmaschine mit einem mindestens aus einem Nieder halter, einem Stempel und einer Matrize bestehenden Stanzwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Niederhalter auf das Werkstück ausgeübte Druck durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Stempels gesteuert wird.

   1I. Stanzmaschine zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einem zwischen den Stem pel antreibenden Teilen und dem Niederhalter wirken den hydraulischen Druckkissen, dadurch gekennzeich net, dass dem Druckkissen ein Abströmregler zugeord- net ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass ausser dem Niederhalterdruck auch der Druck eines Gegenstempels auf das Werkstück als Funktion der Geschwindigkeit des Stempels beim Stanzvorgang gesteuert wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der Vorspanndruck beim Heraus ziehen des Stempels aus dem gestanzten Werkstoff auf den Niederhalter wirkt und das Abstreifen des Werk stoffrestes vom Stempel bewirkt. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vor spanndruck das Ausstossen des gestanzten Teiles aus der Matrize bewirkt, indem er auf den Gegenstempel geleitet wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Stempels die Ausströmgeschwindigkeit eines hydrau lischen Fluidums bedingt, dieses Fluidum durch eine Drosselstelle einen ausströmgeschwindigkeitsabhängi- gen Drosselwiderstand erfährt und mit einem Druck kissen zwischen Stempel und Niederhalter derart kommuniziert, dass der vom Drosselwiderstand auf gebaute Druck auf den Niederhalter zurückwirkt. 5. Stanzmaschine nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Druckkissen zugeordnete Abströmregler durch eine Drosselstelle gebildet wird.

   6. Stanzmaschine nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Druckkissen zugeordnete Abströmregler durch ein Drosselventil gebildet wird, das durch ein für die Strömungsrichtung zum Druck kissen hin öffnendes Rückschlagventil überbrückt ist. 7. Stanzmaschine nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gegenstempel und dem Maschinenständer ein weiteres hydraulisches Druckkissen und ein mit ihm kommunizierender weiterer Abströmregler angeordnet ist.

   B. Stanzmaschine nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Druckkissen zugeordnete Abströmregler mit einem pneumatischen Druckspeicher verbunden ist. 9. Stanzmaschine nach Patentanspruch II, gekenn zeichnet durch ein zwischen dem Gegenstempel und dem Ständer angeordnetes weiteres Druckkissen, wobei beide Druckkissen durch eine Leitung verbunden sind und auch dem zweiten Druckkissen ein Abströmregler zugeordnet ist.

   10. Stanzmaschine nach Patentanspruch II, mit hydraulischem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkissen zusammen mit Niederhalter und Stempel in den Kolben des hydraulischen Antriebes eingebaut ist.