Der offene, kreuzende Scherschnitt an Blechen PDF
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FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr.916 Dipl.-Ing. Hans-Joachim Crasemann Forschungsstelle Blechbearbeitung am Institut fur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der Technischen Hochschule Hannover Oirektor: Prof. Or.-Ing., Or.-Ing. E. h. O. Kienzle Im Auftrage der Forschungsgesellschaft Blechverarbeitung e. V., Ousseldorf Der offene, kreuzende Scherschnitt an Blechen Ais Manuskript gedruckt SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH ISBN 978-3-663-03390-5 ISBN 978-3-663-04579-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04579-3 UrsprOnglich erschienen bei Wesfdeufscher Verlag / Koln und Opladen 1960 G 1 i e d e run g Verzeichnis der Abktirzungen und Begriffe •• · • S. 6 0.1 Einftihrung. . . . . . . . . s. 9 0.2 Begriff Schneiden und Stellung innerhalb der Verfahren der Fertigungstechnik •....••..••••...••• • S. 10 0.3 Bedeutung der Kreismesserscheren und Kreis-Langmesserscheren S. 12 0.4 Uberblick tiber das Schrift tum • . . • • • • . . • • . 13 • S. 0.5 Umgrenzung der Aufgabe. 14 • S. 1. Geometrie und Kinematik des offenen Schnittes •. · S. 16 1.1 Bezugssystem zur Beschreibung des Schneidvorganges. • • • S. 17 1.2 Winkel und Langen am Wirkpaar . . . . . s. 18 1.3 Schneidkantenform, Eingriffswinkel und Neigungswinkel • . . . s. 21 1.4 Kreismesser- und Kreis-Langmesserschnitt •. · . s. 23 2. Versuchsvorrichtungen •. · . s. 26 2.1 Kreismesserschnitt •• • S. 26 2.2 Kreis-Langmesserschnitt • • • • • S. 32 3. Erkenntnisse tiber den Schneidvorgang •. · . s. 36 3.1 AuBere Krafte am Blech und seine Lage zu den Schneidkanten .• S. 37 3.2 Kraftverteilung an den Schneidkanten •• · S. 41 3.3 Vorgange im Innern des Werkstoffes ••• · S. 46 3.31 Vorgange beim Eindringen der Schneiden in den Werkstoff S. 48 3.32 Werkstoffbeanspruchung und RiBbiIdung. . • S. 48 3·33 Trennung in der ReiBzone . . • . . . . . • S. 56 3.34 Schabspanbildung • . . . • . • . • • • . • • • • • S. 64 3.4 Bemerkungen zur Verformung der Schnitteile •. · S. 67 4. Die Schneidkrafte . · . s. 70 4.1 Bisher bekannte Schneidkraftformeln · . s. 72 4.2 Neue Berechnungsunterlage ftir die Hauptschneidkrafte. • S. 72 4.21 Ansatz fur den offenen Schnitt • • • • • • • .• • • S. 72 4.22 Gleichung ftir die stationaren Verfahren des kreuzenden Schnittes. . . . . . . . • . . . . . . . . . S. 76 4.23 Gleichung fur die untersuchten Verfahren • . . .. • S. 79 4.24 MeBergebnisse und Berechnungsschaubild •..•.••.• S. 82 4.25 Hinweise ftir die Auslegung von Kreismesserscheren .... S. 88 4·3 Abdrangkraft. . • • • • • . . . . . . . . • . . . S. 89 5. Die Berechnung der Leistung von Kreismesserscheren •.. • • S. 93 6. Zusammenfassung •..•.. . . . . . s. 96 Seite 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Anlagen · · · · · s. 10t Anlage 1 Aufspaltung von F. u.n k.ti o.n en mehrer V. e.r a.n d.e rlicher in Teilfunktionen. · · · · · S. 101 Anlage 2 Versuche zur Ermittlung der Hauptschneidkraft • · · s. t05 Anlage 3 Ergebnisse der Hauptschneidkraftmessungen · · · · · s. 115 Literaturverzeichnis •.•••.••••.••••••. · . s. 135 Seite 4 Die vorliegende Arbeit bildet einen Baustein in der Reihe der Untersu chungen, die das Institut fur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der Technischen Hochschule Hannover fur die Forschungsgesellschaft Blechver arbeitung e.V., Dusseldorf, unternommen hat. Das Forschungsvorhaben hat die Unterstutzung des Landes Nordrhein-Westfalen und der Deutschen For schungsgemeinschaft gefunden. Ihnen sei an dieser Stelle der gebuhrende Dank ausgesprochen. Meinem Lehrer, Herrn Professor Dr.-Ing., Dr.-Ing. E.h. O.KIENZLE danke ich fur die Anregung zu dieser Arbeit sowie fur seine Unterstutzung. Herrn Professor SCHWERDTFEGER verdanke ich wertvolle Hinweise zur Ver suchsauswertung. Eine Reihe von Werken stellte fur die Versuche kostenlos Vorrichtungen und Werkzeuge her und spendete die Versuchswerkstoffe. Den Firmen Wagner & Co., Werkzeugmaschinenfabrik, Dortmund, Klingelnberg, W.Ferd.Klingelnberg & Sohne, Remscheid-Berghausen, Vereinigte Leichtmetall-Werke, GmbH., Bonn, Stahlwerke Sudwestfalen AG., Geisweid Krs.Siegen, Salzgitter Huttenwerke AG., Salzgitter-Drutte sei an dieser Stelle besonders gedankt. Seite 5 Verzeichnis der Abkurzungen x Abstand der Angriffspunkte zwischen P und P : 123 123 a1 in der P.a.d. Schnittebene, senkrecht zur Werkstuck mittelebene, a2 in der P.a.d. Schnittebene und Werkstuckmittelebene, a senkrecht zur Schnittebene, in der P.a.d. Werkstuck 3 mittelebene B Stuckbreite c KenngroBe fur den Werkstuckstoff w F Scherquerschnitt F Schneidquerschnitt s fA Abstand des Angriffspunktes von P1 von der gemeinsamen Normalen der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittel- ebene fE Abstand des Eingriffspunktes von der gemeinsamen Norma len der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittelebene k Schneidwiderstand s ks10 spezifischer Schneidwiderstand Abstand des Blechhalters von der gemeinsamen Normalen LH2 der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittelebene 1 Schnittlange Md Antriebsmoment eines Kreismessers m Breite der Abschiebzone am Werkstuck n Breite der ReiBzone am Werkstuck 0 Abstand der Kreismessermittelpunkte in der P.a.d. Werk stuckmittelebene P resultierende Schneidkraft im Raum 123 P12 resultierende Schneidkraft in der P.a.d. Schnittebene P1 Hauptschneidkraft P spezifische Hauptschneidkraft 10 P2 Fortschreitkraft P Abdrangkraft 3 p Flachenpressung Q Abstand der Kreismessermittelpunkte voneinander q Abstand des Kreismessermittelpunktes von der Langmesser schneidkante P.a.d. Projektion auf die •.•• Seite 6 R Kreismesserhalbmesser r Abstand des Momentanpoles von der Schneidkante s Werkstuckdicke U Uberdeckung (wenn negativ Einzugsspalt) u Schneidspalt resultierende Schneidgeschwindigkeit Fortschreitschneidgeschwindigkeit Freiwinkel Keilwinkel Druckwinkel Schrankungswinkel Gehrungswinkel Neigungswinkel Einlaufwinkel Reibungsbeiwert an den Druckflachen der Schneidkanten ~1 Reibungsbeiwert an den Freiflachen der Schneidkanten ~3 Reibungsbeiwert beim Schnitt ohne Schmierung ~o d Normalspannung dB Bruchfestigkeit des Werkstuckstoffes "'C Schubspannung Eingriffswinkel 4>a Eingriffswinkel im Angriffspunkt von P123 4>aA tjJ Winkel zwischen EinriB und Verbindungslinie der Schneid kant en in der Ebene senkrecht zur Schnitt- und Werkstucks ebene w Winkelgeschwindigkeit der Kreismesser x angekre.u zte GraBen beziehen sich auf das Untermesser Zeiger i GraBen kommen an beiden Messern vor und kannen verschie- den groB sein Zeiger 0 Bezugswert der betreffenden GraBe Seite 7 Begriffe: Schneidverfahren: Schneiden Kurvenschnitt Scherschnitt Gehrungsschnitt Messerschnitt Besaumschnitt BeiBschnitt Teilschnitt offener Schnitt Langmesserschnitt geschlossener Schnitt Kreis-Langmesserschnitt vollkantiger Schnitt Kreismesserschnitt kreuzender Schnitt Druckschnitt ziehender Schnitt Wirkpaar: Schneidebene Krafteinleitzone Schneidnormalebene AuBenkraftfreie Zone Schnittebene /Abschiebzone Werksttickmittelebene Schni ttzone\ Schnittufer ReiBzone Werkzeug Schneide Schneidkante DruckfHiche Freiflache Werksttick Schnittlinie RiB I.Art, II.Art, III.Art Schnitteil Zipfel Schnittkante Schuppe Abschiebflache Schabspan Schnittflach! Grat \ReiBflache Seite 8 0.1 Einftihrung In der Blechbearbeitung ist das Schneiden das am haufigsten vorkommende Bearbeitungsverfahren. Von den drei Schneidverfahren, dem Scherschnitt, Messerschnitt und BeiSschnitt [28J kommt dem Scherschnitt in der Erzeu gung und der Weiterbearbeitung des Bleches die groSte Bedeutung zu. In Walzwerken besaumen Scheren die ungeraden Walzrander und zerteilen die gewalzten Bander in Tafeln oder Streifen. Die Weiterbearbeitung des Ble ches beginnt wieder mit dem Schneiden. Vor dem Umformen des Bleches zu raumlichen Gebilden werden aus den Tafeln die Werkstticke zwischen Stem pel und Schneidplatte ausgeschnitten oder auf Tafelscheren abgetrennt. Nach dem Umformen trennen Scherschnitte die Ziehrander von Ziehteilen ab und bringen die vorgesehenen Durchbrtiche ein. Beim Scherschnitt kennen wir zwei Arten: a) den geschlossenen Schnitt zwischen Stempel und Schneidplatte; hierbei bilden die Projektionen der Schneidkanten auf der Werksttickoberfla che geschlossene Linien. b) den offenen Schnitt zwischen den Schneidkanten zweier Messer, hierbei schneiden die Projektionen der Schneidkanten auf der Werksttickober flache diese mindestens an einem Rand. Der offene Schnitt wird zwischen verschiedenartigen Werkzeugpaaren ver wirklicht, namlich a) zwischen zwei Langmessern, b) zwischen einem Langmesser und einem Kreismesser, c) zwischen zwei Kreismessern. In dieser Arbeit wird tiber eigene experimentelle Untersuchungen zu b) und c) berichtet. Zu a) werden Arbeiten Dritter ausgewertet und das Gan ze zu einer einheitlichen Betrachtung verschmolzen. Uber den offenen Scherschnitt wurden im Vergleich zum geschlossenen Schnitt bisher nur wenige Arbeiten veroffentlicht; sie erstrecken sich fast ausschlieSlich auf die Schnittart a). Mit den Schnittarten b) und c) betreten wir deshalb wissenschaftliches Neuland. Die Schnittart b), obwohl wirtschaftlich weniger bedeutend als c), erlaubt den AnschluS an die bekannten Untersuchungen tiber den Langmesserschnitt. Um die Grenzen in der praktischen Anwendung der in der Aufgabenstellung behandelten Verfahren zu erfassen und aIle Untersuchungen, welche auf verwandten Gebieten aus dem Schrifttum bekannt geworden sind, hinzuzu- Seite 9 ziehen, galt es, eine systematische Ubersicht uber die Schneidverfahren des offenen Schnittes auszuarbeiten. Sie wurde im Abschnitt 1 auf der Grundlage der Geometrie und Kinematik dargelegt und erfaSt gleichzeitig alle zur Beschreibung des Schneidvorganges erforderlichen Langen und Winkel am Wirkpaar (Werkzeug/Werkstuck). Fur die Versuche mit zwei Kreismessern und Kreis-Langmesser wurde eine eigene Einrichtung konstruiert, mit der die Schneidkrafte und Momente gleichzeitig gemessen werden konnten (Abschn.2). Die Untersuchung des Schneidvorganges (Abschn.3) erstreckt sich auf die Krafte im Wirkpaar und gibt uns Auskunft uber die Beanspruchung des in Trennung befindlichen Werkstuckquerschnittes. Damit stellt sie gleich zeitig die Grundlage fur die darauf folgende Betrachtung der im Scher querschnitt ablaufenden Vorgange dar. Letztere ist von praktischer Be deutung, weil sie Antwort auf die Frage nach der Ursache der Gratbildung, Zipfelbildung und andere die Sauberkeit der Schnittkante beeintrachti genden Erscheinungen gibt. Der vierte Abschnitt liefert auf Grund zahlreicher Versuche und der Aus wertung des Schrifttums eine neue Grundlage fur die Bestimmung der Schneidkrafte fur einen Blechdickenbereich von 0,5 bis 10 mm. Die Untersuchungsverfahren und Versuche wurden auf die Teilaufgaben ab gestimmt, sie werden daher nicht geschlossen dargestellt, sondern in den einzelnen Abschnitten angefuhrt. Fur die Darstellung der Ergebnisse muSte eine Anzahl neuer Begriffe ge bildet werden. Soweit diese sich auf das Werkzeug beziehen, wurden sie vom Stammwort "Schneiden" und soweit sie das Werkstuck betreffen, vom Stammwort "Schnitt" abgeleitet. Sie sind im Verzeichnis der Abkurzungen aufgenommen. 0.2 Begriff "Schneiden" und Stellung des Schneidens innerhalb der Verfah ren der Fertigungstechnik Die untersuchten Schneidverfahren wurden mit den ubergeordneten Verfah rensgruppen zusammen in Form eines Stammbaumes dargestellt (Tab.1), aus dem ihre Stellung innerhalb der Verfahren der Fertigungstechnik erkennt ist. Das Schneiden leitet sich von dem Fertigungsverfahren "Trennen" ab, wel ches bezuglich der geometrischen Veranderungen des Werkstuckes als Klasse neben den Klassen Urformen, Umformen, Fugen und Veredeln steht [29J. Seite 10
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