metalltechnik fachbildung der werkzeugbau · 2021. 2. 21. · metalltechnik fachbildung der...
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EUROPA-FACHBUCHREIHE für Metallberufe
Mirja Didi Eberhard KellerHeiner Dolmetsch Wolfgang KleinRoland Ihwe
METALLTECHNIK FACHBILDUNG
Der Werkzeugbau1 Stanztechnik 5 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
2 Formenbau 6 Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren
3 Vorrichtungsbau 7 Beispielsammlung
4 Messgeräte und Lehren 8 Lernfelder
17. Auflage
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 10889
AutorenDidi, Mirja Dipl.-Ing. (FH), M.Eng., Studienrätin Rodalben
Dolmetsch, Heiner Dipl.-Gwl., Dipl.-Ing. (FH), Studiendirektor Metzingen
Keller, Eberhard Dipl.-Ing. (FH), Oberstudienrat Reutlingen
Klein, Wolfgang Studiendirektor Pforzheim
Ihwe, Roland Oberstudienrat Pforzheim
Lektorat und Leitung des Arbeitskreises:
Wolfgang Klein
Bildbearbeitung:
Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel GmbH & Co., Ostfildern
Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Blätter und der VDI-Richtlinien zugrunde gelegt. Verbindlich sind jedoch nur die DIN-Blätter und die VDI-Richtlinien selbst.Verlag für die DIN-Blätter: Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstraße6, 10787 Berlin.
17. Auflage 2019
Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druck fehlernuntereinander unverändert sind.
ISBN 978-3-8085-1637-9
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2019 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz: rkt, 51379 Leverkusen, www.rktypo.comUmschlag: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldUmschlagfotos: Kummer GmbH + Co. KG, 75443 Ötisheim und
Härter Stanztechnik GmbH & Co. KGaA, 75203 Königsbach-SteinDruck: mediaprint solutions GmbH, 33100 Paderborn
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1 Stanztechnik
Seite 7 … 117
2 Formenbau
Seite 118 … 199
3 Vorrichtungsbau
Seite 200 … 249
4 Messgeräte und Lehren
Seite 250 … 270
5 Bearbeitungs -verfahren imWerkzeugbau
Seite 271 … 300
6 Werkstoffe undWärmebehand-lungsverfahren
Seite 301 … 325
8 Lernfelder mitLernsituationen
Seite 346 … 365
7 Beispielsammlungmit Analysen
Seite 326 … 345
Vorwort 3
Vorwort
In diesem Fachbuch finden die Auszubildenden der Berufe Werkzeug-mechanikerin und Werkzeugmechaniker bzw. Feinwerkmechanikerinund Feinwerkmechaniker Schwerpunkt Werkzeugbau die für ihre Aus-bildung notwendigen relevanten Lerninhalte.
Fort- und weiterbildungswillige Schülerinnen und Schüler sowie Studentinnen und Studenten an Fach- und Hochschulen erhalten vieleAnregungen in der Stanz-, Umform- und Formentechnik.
In der 17. Auflage wurden das Layout und einige Kapitel neu gestaltet.Die Auflage wurde sorgfältig durchgesehen und korrigiert, besonderswurde auf neue bzw. zurückgezogene Normen geachtet.
Ergänzungen sind die Themen „Bearbeitung mit CAM“ und „Berech-
nungen zum Biegen“.
Neben den Kapiteln Vorrichtungsbau, Bearbeitungsverfahren im Werk-
zeugbau, Werkstoffe und Wärmebehandlungsverfahren im Werkzeug-
bau wurde auch das Kapitel Lehren neu gestaltet.
Um die geforderte Handlungskompetenz zu stärken, bleiben die amSchluss der Abschnitte Stanztechnik, Formenbau und Vorrichtungsbaueingefügten Fallbeispiele erhalten. Diese eignen sich besonders alsLernsituationen für den Unterricht im Lernfeld, weil sie neben denfachlichen Aspekten in der Technologie und der Werkstofftechnik auchnoch Inhalte der Arbeitsplanung und technische Berechnungen enthal-ten. Dies gilt ebenso für die erweiterte Beispielsammlung Kapitel 7.
Besonderer Wert liegt auf dem Anwendungsbezug und der Problem -orientierung sowie der Relevanz zur Abschlussprüfung Teil 2.
Um das Unterrichtskonzept „Lernen im Lernfeld“ zu stärken, sind aufden Seiten 346 bis 365 die Lernfelder 5 bis 14 für Werkzeugmecha -niker/innen bearbeitet. Für jedes Lernfeld wird ein Vorschlag für einenLerngegenstand gemacht und das Lernfeld in Lernsituationen aufge-teilt.
Dem Lehrbuch ist eine CD beigelegt, auf der über 700 Bilder und Tabel-len, die Lösungsvorschläge für die im Buch gestellten Wiederholungs-fragen sowie Animationen und Präsentationen aus dem Fertigungsbe-reich Stanz- und Umformtechnik gespeichert sind. Die mit roten Zahlen gekennzeichneten Wiederholungsfragen haben ei-nen erhöhten Schwie rigkeitsgrad.
Im Sachwortbereich werden die technischen Fachbegriffe sowohl indeutscher als auch in englischer Sprache angeben, um das Textver-ständnis in englischer Fachliteratur zu fördern.
Besonderer Dank gilt den auf Seite 367 aufgeführten Firmen und Organisationen, die den Autoren wertvolle Unterstützung gewährten.
Für Anregungen und kritische Hinweise an die E-Mail-Adresse lektorat@europa-lehrmittel.de, die zu einer weiteren Vervollständi-gung und Verbesserung des Buches beitragen können, sind Autorenund Verlag aufgeschlossen und dankbar.
Eisingen, im Sommer 2019 Autoren und Verlag
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1.13 Großwerkzeuge in der Stanztechnik . . 961.13.1 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . 961.14 Rechnergestütze Konstruktion von
Stanzwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . 981.14.1 Arbeitsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 981.15 Alternative Verfahren zur Stanztechnik 1021.16 Pressen und Hilfseinrichtungen der
Stanztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1041.16.1 Pressenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1041.16.2 Wirkungsweise der Pressen . . . . . . . . . 1091.16.3 Auswahl von Pressen . . . . . . . . . . . . . . 1121.16.4 Zusatzgeräte an Pressen . . . . . . . . . . . . 1131.16.5 Werkzeugeinbau und
Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . 1141.16.6 Sicherheitseinrichtungen an Pressen . . 1141.17 Instandhaltung im Werkzeugbau . . . . . 1151.17.1 Instandhaltungsstrategien . . . . . . . . . . 1151.17.2 Vorgehensweise im Werkzeugbau . . . . 1161.17.3 Standort der Instandhaltung . . . . . . . . . 117
2 Formenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2.1 Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1182.2 Kokillengießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1182.3 Druckgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192.3.1 Warmkammerverfahren . . . . . . . . . . . . 1202.3.2 Kaltkammerverfahren . . . . . . . . . . . . . . 1212.3.3 Druckgießmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . 1222.3.4 Richtlinien für die Gestaltung von Druckgießteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1222.3.5 Aufbau der Druckgießwerkzeuge . . . . . 1232.3.6 Eingießen von Fremdmetallteilen . . . . 1272.3.7 Kühlen der Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1272.4 Form- und Spritzpressen . . . . . . . . . . . 1282.4.1 Formpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1282.4.2 Spritzpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1292.4.3 Beheizung von Press- und Spritzpresswerkzeugen . . . . . . . . . . . . . 1302.5 Spritzgießen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1312.5.1 Vorgänge beim Spritzgießen . . . . . . . . . 1312.5.2 Spritzgießmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . 1352.5.3 Gestaltung von Spritzgießteilen . . . . . . . 1392.5.4 Aufbau von Spritzwerkzeugen . . . . . . . . 1422.5.5 Gießformen aus Normalien . . . . . . . . . . 1572.5.6 Sonderbauarten von Werkzeugen . . . . . 1752.5.7 Sonderverfahren beim Spritzgießen . . . 1772.5.8 Prototypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1812.6 Additive Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1812.6.1 Stereolithographie (SL) . . . . . . . . . . . . . . 1822.6.2 Solidier-Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1822.6.3 Selektives Laser-Sintern . . . . . . . . . . . . . 1832.6.4 Laminatd Layer Manufacturing (LLM) . . 1832.6.5 Fused Layer Modeling (FLM) . . . . . . . . . 1842.6.6 3-D-Plotten (3DP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1842.6.7 Vakuumgießverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 1842.7 Extrudieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1852.7.1 Vollstabwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1862.7.2 Rohrwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1872.7.3 Blasformen von Hohlkörpern . . . . . . . . . 1882.7.4 Warmumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
1 Stanztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1 Begriffsbestimmungen . . . . . . . . . . . . . 71.2 Zerteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.1 Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.2 Scherschneidverfahren . . . . . . . . . . . . . 81.2.3 Lage der Schneiden beim
Scherschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.4 Schneidvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.3 Schneidwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . 111.3.1 Einteilung nach dem
Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 111.3.2 Einteilung nach dem Fertigungsablauf 111.3.3 Einteilung nach dem
konstruktiven Aufbau . . . . . . . . . . . . . . 161.3.4 Besondere Schneidwerkzeuge . . . . . . . 191.4 Bauelemente der Schneidwerkzeuge . 241.4.1 Grundplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.4.2 Schneidplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.4.3 Streifenführungselemente . . . . . . . . . . 261.4.4 Führungsplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.4.5 Spannplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.4.6 Schneidstempel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.4.7 Aufschlagstücke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.4.8 Stempelplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.4.9 Druckplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.4.10 Kopfplatte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.4.11 Einspannzapfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.4.12 Säulengestelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.4.13 Federelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.4.14 Vorschubbegrenzung . . . . . . . . . . . . . . 341.4.15 Werkstück- und Abfallentfernung . . . . . 371.5 Werkstoffbeispiele für die Bauteile
eines Schneidwerkzeuges . . . . . . . . . . 401.6 Einflüsse auf die Gestaltung von
Schneidwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . 421.6.1 Schneidspalt und Spiel . . . . . . . . . . . . . 421.6.2 Schnittgrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441.6.3 Schneidkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.6.4 Kräfte am Werkzeug . . . . . . . . . . . . . . . 471.6.5 Werkstoffausnutzung . . . . . . . . . . . . . . . 501.7 Keilschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571.7.1 Messerschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571.8 Stechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581.9 Unfallverhütung an
Schneidwerkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . 591.10 Fallbeispiel: Folgeschneidwerkzeug . . 601.10.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.10.2 Vorüberlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.10.3 Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611.11 Verfahren der Umformtechnik . . . . . . . 621.11.1 Druckumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621.11.2 Zug-Druckumformen . . . . . . . . . . . . . . . 711.11.3 Zugumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811.11.4 Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 811.11.5 Umformwerkzeuge mit Wirkmedien . . 881.11.6 Innenhochdruckumformen . . . . . . . . . . 891.12 Verbundwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . 911.12.1 Folgeverbundwerkzeuge . . . . . . . . . . . . 911.12.2 Aufbau der Folgeverbundwerkzeuge . . 921.12.3 Gesamtverbundwerkzeuge . . . . . . . . . . 95
4 Inhaltsverzeichnis
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2.8 Urformen von Sinterwerkstoffen . . . . . 1942.8.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1942.8.2 Aufbau und Wirkungsweise eines Presswerkzeuges . . . . . . . . . . . . . 1952.9 Kontrolle und Erprobung von
Werkzeugen im Formenbau . . . . . . . . . . 1952.10 Instandhaltung und Wartung
von Werkzeugen im Formenbau . . . . . 1962.11 Fallbeispiel: Spritzgießwerkzeug . . . . . 1982.11.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1982.11.2 Vorüberlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1982.11.3 Werkzeugaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
3 Vorrichtungsbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2003.1.1 Begriffsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . 2003.1.2 Verwendungszweck . . . . . . . . . . . . . . . 2003.1.3 Einteilung der Vorrichtungen . . . . . . . . 2003.1.4 Aufbau einer Vorrichtung . . . . . . . . . . . 2013.1.5 Vorgänge bei der Bedienung einer
Vorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2013.2 Grundlagen des Vorrichtungsbaues . . 2023.2.1 Lagebestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.2.2 Wahl der Bestimmflächen . . . . . . . . . . 2023.2.3 Bestimmelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . 2023.2.4 Einlegen und Entnehmen des
Werkstückes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2053.2.5 Spannen des Werkstückes . . . . . . . . . . 2073.2.6 Spannkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2073.2.7 Spannelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2073.2.8 Hilfsspannelemente . . . . . . . . . . . . . . . 2123.2.9 Bedienelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2163.2.10 Vorrichtungsverschlüsse . . . . . . . . . . . 2173.2.11 Feststellelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . 2183.2.12 Vorrichtungskörper . . . . . . . . . . . . . . . . 2193.2.13 Aufnahme der Vorrichtung in der
Werkzeugmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . 2203.3 Vorrichtungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . 2233.3.1 Bohrvorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2233.3.2 Fräsvorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2293.3.3 Drehvorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2333.3.4 Fügevorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2363.4 Werkstückträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2383.4.1 Palettierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2383.4.2 Anwendung von Mehrfach-
spannsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2393.4.3 Nullpunktspannsysteme . . . . . . . . . . . . 2403.4.4 Werkstückspanner für
5-Achsbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2423.4.5 Werkstückspanner für
komplex geformte Werkstücke . . . . . . . 2433.5 Modulare Vorrichtungssysteme . . . . . . 2443.5.1 Baukastensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . 2443.5.2 Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2453.5.3 Vorgehensweise bei der Erstellung
einer Vorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2453.5.4 Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2463.5.5 Sondervorrichtungen . . . . . . . . . . . . . . 2473.6 Fallbeispiel: Fräsvorrichtung . . . . . . . . 2483.6.1 Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
3.6.2 Vorüberlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2483.6.3 Vorrichtungsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . 249
4 Messgeräte und Lehren . . . . . . . . . . . . 250
4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2504.1.1 Begriffsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . 2504.1.2 Prüfmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2504.2 Maßverkörperungen . . . . . . . . . . . . . . . 2514.2.1 Strichmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2514.2.2 Parallelendmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2514.3 Anzeigende Messgeräte . . . . . . . . . . . . 2524.3.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2524.3.2 Messverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2524.3.3 Messschrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2534.3.4 Messuhren und Feinzeiger . . . . . . . . . . 2534.4 Optische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . 2544.4.1 Messmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2544.4.2 Profilprojektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2554.5 Optisch-elektrische Messgeräte . . . . . . 2554.5.1 Inkrementale Messtaster . . . . . . . . . . . . 2554.6 Elektrische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . 2564.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2564.6.2 Induktive Messtaster . . . . . . . . . . . . . . . 2564.6.3 Induktive Messdorne . . . . . . . . . . . . . . . 2574.6.4 Mehrstellenmessgeräte . . . . . . . . . . . . . 2574.7 Pneumatische Messgeräte . . . . . . . . . . 2584.7.1 Messverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2584.7.2 Messaufnehmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2594.7.3 Messanordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2594.8 Winkelprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2604.8.1 Winkelendmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2604.8.2 Sinuslineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2604.9 Koordinaten-Messgeräte . . . . . . . . . . . 2614.9.1 Einkoordinaten-Messgeräte . . . . . . . . . 2614.9.2 Dreikoordinaten-Messgeräte . . . . . . . . 2624.9.3 Messaufnahmesysteme . . . . . . . . . . . . 2644.10 Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2654.10.1 Überprüfen und Instandsetzen von
Prüfmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2674.11 Digitalisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2694.11.1 Digitalisieren mittels Tastkopf . . . . . . . 2694.11.2 Digitalisieren mittels optischer
Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2694.11.3 Digitalisieren mittels Röntgenstrahlen . 2704.11.4 Aufbereiten der Abtastdaten . . . . . . . . . 270
5 Bearbeitungsverfahren im
Werkzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
5.1 Allgemeine Verfahren . . . . . . . . . . . . . . 2715.1.1 Vorrichten und Anreißen . . . . . . . . . . . . 2715.1.2 Stoßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2725.1.3 Fräsen mit konventioneller
Fräsmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2725.2 Fräsen mit CNC-Fräsmaschinen . . . . . . 2745.2.1 Anforderungen an die
CNC-Fräsmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . 2745.2.2 Einteilung der CNC-Fräsmaschinen . . . 2745.2.3 Bearbeitungszentrum . . . . . . . . . . . . . . 2755.2.4 Programmieren von CNC-
Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Inhaltsverzeichnis 5
5.3 Bearbeitung mit CAM . . . . . . . . . . . . . . 2815.3.1 Strukturen von CAD-Daten . . . . . . . . . . 2825.3.2 Ablauf im CAD-CAM-System . . . . . . . . 2825.4 Hochgeschwindigkeitsfräsen . . . . . . . . 2835.4.1 HSC in der Elektrodenherstellung . . . . 2855.5 Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2865.5.1 Profilschleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2865.5.2 Tiefschleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2875.5.3 Koordinatenschleifen . . . . . . . . . . . . . . . 2875.6 Abtragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2885.6.1 Funkenerosionsverfahren . . . . . . . . . . . 2885.6.2 Funkenerosives Senken . . . . . . . . . . . . . 2905.6.3 Funkenerosives Schneiden . . . . . . . . . . 296
6 Werkstoffe und
Wärmebehandlungsverfahren . . . . . . 301
6.1 Werkstoffe im Vorrichtungs- und
Werkzeugbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3016.1.1 Einteilung der Stähle . . . . . . . . . . . . . . . 3016.1.2 Baustähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3016.1.3 Werkzeugstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3056.1.4 Sinterwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3066.1.5 Beschichtete Werkstoffe . . . . . . . . . . . . 3076.1.6 Keramische Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . 3086.1.7 Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . 3096.1.8 Kunststoffe im Werkzeugbau . . . . . . . . 3116.2 Allgemeine Beschreibung der
Wärmebehandlungsverfahren . . . . . . . 3136.2.1 Glühen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3136.2.2 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3156.2.3 Anlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3186.2.4 Maßnahmen beim Härten und
Anlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3196.2.5 Altern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3216.3 Wärmebehandlung der
Werkzeugstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3216.3.1 Unlegierte Werkzeugstähle . . . . . . . . . . 3216.3.2 Kaltarbeitsstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.3.3 Warmarbeitsstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . 3226.4 Wärmebehandlung der Baustähle . . . . 3236.4.1 Vergüten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3236.4.2 Einsatzhärten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3246.4.3 Nitrieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
7 Beispielsammlung . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
7.1 Folgeverbundwerkzeug
(plattengeführt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3267.2 Folgeverbundwerkzeug
(säulengeführt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3287.3 Gesamtverbundwerkzeug . . . . . . . . . . 3307.4 Zweifach-Spritzgießwerkzeug . . . . . . . 3327.5 Spritzgießwerkzeug
(Backenwerkzeug) . . . . . . . . . . . . . . . . . 3347.6 Druckgießwerkzeug . . . . . . . . . . . . . . . 3367.7 Fräsvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3387.8 Bohrvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3407.9 Messvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3427.10 Baukastenvorrichtung . . . . . . . . . . . . . . 344
8 Lernfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
8.1 Lernfeld 5:
Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
8.2 Lernfeld 6:
Herstellen technischer Teilsysteme des Werkzeugbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
8.3 Lernfeld 7:
Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen . . . . . 350
8.4 Lernfeld 8:
Planen und Inbetriebnahme steuerungstechnischer Systeme . . . . . . 352
8.5 Lernfeld 9:
Herstellen von formgebenden Werkzeugoberflächen . . . . . . . . . . . . . . . 354
8.6 Lernfeld 10:
Fertigung von Bauelementen in der rechnergestützten Fertigung . . . . 356
8.7 Lernfeld 11:
Herstellen der technischen Systeme des Werkzeugbaus . . . . . . . . . . 358
8.8 Lernfeld 12:
Inbetriebnahme und Instandhalten von technischen Systemen des Werkzeugbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
8.9 Lernfeld 13:
Planen und Fertigen technischer Systeme des Werkzeugbaus . . . . . . . . . . 362
8.10 Lernfeld 14:
Ändern und Anpassen techischer Systeme des Werkzeugbaus . . . . . . . . . . 364
Normblattverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . 366 Quellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . 368
Inhaltsverzeichnis der CD
1 Bilder und Tabellen aus dem
„Werkzeugbau“ interaktiv
2 Wiederholungsfragen und
Beispielsammlung mit Lösungen
3 Lernfelder
4 Sachwortverzeichnis deutsch – englisch
5 Sachwortverzeichnis englisch – deutsch
6 Animation Firma Hasco
7 Präsentation Technikerarbeit
6 Inhaltsverzeichnis
2
4
6
8
1
3
5
7
Werkzeug (Schneidstempel)
Schneidspalt
Freifläche
Druckfläche
Schneidkeil
Freifläche
Werkzeug(Schneidplatte)
a) Werkzeug b) Werkstück
Schneid-spalt
Schneide
Schnitt-linie
Schnitt-kanten
Schnitt-teil 1
Schnitt-teil 2
Schnittkanten Schnitt-fläche
a) offener Verlauf b) geschlossener Verlauf
Werkzeug
Spalt
Spalt
Werkstück
geschlossenerVerlauf derSchneiden
Werkzeug
geschlossene Schnittlinieam Werkstück
offene Schnittlinie am Werkstück
offenerVerlauf derSchneiden
Scherschneiden Keilschneiden
z.B. Ausschneiden z.B. Messerschneiden
Biege-stempel
Biegen
Biege-gesenk
Falzen Nieten
1
1 Stanztechnik
Begriffsbestimmungen, Zerteilen 7
1.1 Begriffsbestimmungen
Das Stanzen gehört zu den spanlosen Fer -tigungsverfahren. Der Begriff fasst mehrereSchneid-, Umform- und Formverfahren zusam-men (Tabel le 1). Mit einem Stanzwerkzeug kannman beispielsweise zerteilen, umformen oderfügen.
Mit Hilfe der Stanztechnik fertigt man vorwie-gend Werkstücke aus Blechstreifen, Metall -bändern, Platten oder Bahnen aus Kunststoff,Papier, Leder, Textilien und aus Dichtungswerk-stoffen. Die zweiteiligen, formgebundenen Werk-zeuge werden meist in Pressen eingebaut undbesitzen ein Ober- und ein Unterteil.
Die eingesetzten Werkzeuge bezeichnet man alsZerteilwerkzeuge, Umformwerkzeuge und Füge-werkzeuge. In Verbundwerkzeugen können dieeinzelnen Verfahren kombiniert werden.
Zerteilen ist nach DIN 8588 ein spanloses Trenn-verfahren. Die hauptsächlich angewendeten Ver-fahren sind das Scherschneiden und das Keil-schneiden.
Durch Umformen (DIN 8582) kann an einemfe sten Körper eine bleibende Formänderung her-beigeführt werden. Die Benennung der Werkzeu-ge erfolgt meist durch die Angabe des Fer ti -gungs verfahrens, z.B. Biegewerkzeug.
Fügen ist nach DIN 8593 das Zusammenbringenzweier oder mehrerer Werkstücke in fester Formdurch Einpressen, Falzen oder Nieten.
1.2 Zerteilen
1.2.1 Scherschneiden
Scherschneiden ist das Zerteilen von Werkstof-fen durch zwei Schneiden, die sich aneinandervorbeibewegen.
Der Verlauf der Schneiden am Werkzeug und derVerlauf der Schnittlinien am Werkstück könnendabei sowohl offen als auch geschlossen sein(Bild 1).
Begriffe, die das Werkzeug betreffen, erhaltendie Stammsilbe „Schneid-“, wie z.B. Schneid-stempel, Schneidplatte (Bild 2a). Begriffe, diedas Werkstück betreffen, erhalten die Stamm -silbe „Schnitt-“, wie z.B. Schnittfläche, Schnitt-kante (Bild 2b).
Tabelle 1: Verfahren der Stanztechnik
Zerteilen
Umformen
Fügen
Verfahren Werkzeuge und Vorgang
Bild 1: Scherschneiden
Bild 2: Begriffe am Werkzeug und am Werkstück
Abfall durchBeschneiden
z. B. SchmiedeteilAbfall durchAbgratschneiden
SchnittteilSchnittlinieZwischenform
SchnittteilAbfall durch AusklinkenZwischenform
SchnittteilAbfall durch LochenZwischenform
Band oder Streifen
Abfall
SchnittlinieSchneidstempelSchnitt-teile
ohneAbfall
mitAbfall
Abfall durchAusschneiden Schnittteil
Band oder Streifen
Ausschneiden ist das Werkstücke mit Schneiden längs einer genauen in sich geschlossenen Außenformen Schnittlinie zur Her- stellung der Außenform eines Werkstückes.
Abschneiden ist das Einfache Werkstücke, Schneiden entlang einer Außenform wird nur offenen Schnittlinie. teilweise geschnitten Das Abschneiden kann ohne oder mit Abfall erfolgen.
Lochen ist das Schneiden Werkstücke mit des Werkstoffes längs genauen einer in sich geschlosse- Innenformen nen Schnittlinie zur Herstellung beliebiger Innenformen.
Ausklinken ist das An Werkstücken, Herausschneiden von die nicht in einem Flächenteilen an der Arbeitsgang Außen- oder Innenform bearbeitbar sind längs einer offenen Schnittlinie.
Einschneiden ist das teil- Vorbereitung für weise Trennen am oder Biege- und im Werkstück entlang Zieharbeiten einer offenen Schnittlinie.
Beschneiden ist das Form- und maßgenaue Trennen von Rändern Teile oder Bearbeitungszu- gaben an Werkstücken Abgraten von Rändern längs einer offenen oder geschlossenen Schnittlinie.
Abgratschneiden ist das Überstehender Entfernen der Grate an Werkstoff an Guss- und Guss-, Schmiede- oder Schmiedeteilen, der Formpressteilen. scharfe Kanten erzeugt
1
1.2.2 Scherschneidverfahren
Die Fertigungsverfahren beim Scherschneiden können unter anderem nach der Lage der Schnittlinieeingeteilt werden. Die einzelnen Verfahren heißen: ➟ Ausschneiden ➟ Einschneiden ➟ Trennschneiden ➟ Abschneiden ➟ Beschneiden mit ➟ Knabberschneiden ➟ Lochen Abgratschneiden ➟ Feinschneiden ➟ Ausklinken ➟ Nachschneiden
8 Stanztechnik
Verfahren Ausgangsform Fertigungsablauf Endform Anwendung
Tabelle 1: Scherschneidverfahren
kontinuierliches Scherschneiden
Schermesser
mehrhubiges, fortschreitendes Scherschneiden
Schermesser
einhubiges odermehrhubigesScherschneiden
einhubiges Scherschneiden
Abfall durchFeinschneiden
SchnittteilStreifen
X(mit Schneidstempel dargestellt)
Vorschublinie
X
Schneidstempel
Abfall jeSchnitt
1. Schnittteil
2. Schnittteil
zwei EndformenSchnittlinie
SchnittteilAbfall durchNachschneiden
vorgeschnittenesTeil
1
1.2.3 Lage der Schneiden beim Scherschneiden
Scherschneiden lässt sich auch nach der Lage der Schneiden zueinander und nach dem Arbeits-vorgang unterscheiden und bezeichnen (Tabelle 2).
Zerteilen 9
Verfahren Ausgangsform Fertigungsablauf Endform Anwendung
Tabelle 1: Scherschneidverfahren (Fortsetzung)
Nachschneiden ist das Vorgeschnittene Abtrennen schmaler Werkstücke, die eine Ränder entlang offener glatte, senkrechte oder in sich geschlossener Schnittfläche Schnittlinien an vorge- benötigen schnittenen Werkstücken.
Trennschneiden ist das Endformen, die aus Schneiden längs einer demselben Ausgangs- offenen oder in sich ge- teil bestehen sollen schlossenen Schnittlinie, wobei aus der Ausgangs- form mehrere Werk- stücke hergestellt werden.
Knabberschneiden ist Werkstücke, die von das stückweise Abtrennen Hand oder mit einer von Werkstoffteilchen Maschine bearbeitet entlang einer offenen werden und eine Schnittlinie bei einer freie Kontur besitzen. beliebig verlaufenden Vorschublinie.
Feinschneiden ist das Dicke Werkstücke, Schneiden eines Werk- die eine genaue, recht- stoffes zur Herstellung winklige und glatte von Innen- und Außen- Schnittfläche benötigen formen, die rechtwinklig zur Planfläche des Werk- stückes liegen und eine geringe Oberflächenrau- heit aufweisen.
Tabelle 2: Einteilung des Scherschneidens
Ziehende Schneiden
Drückende Schneiden
Vollkantig Schneiden Kreuzend Schneiden
F
Werkstoff
Schneid-platte
1. Stufe
Beginn desAbscherensund derRissbildung
3. Stufe
Abstreifer5. Stufe
F F
Fe Fe
2. StufeEinziehrundung durch plastische Verformung
Rückfederung6. Stufe
Einzieh-rundung
Bruchfläche
Schnittflächeverursacht durchSchneidplatte
Rückfederung
Grat
Schnittfläche verursachtdurch Stempel
Bruch
4. Stufe
F
F
F
Fe Fe
Fe
1
1.2.4 Schneidvorgang
Beim Scherschneiden mit Schneidwerkzeugenwird der Werkstoff mit dem Schneidstempelund der Schneidplatte zerteilt. Der Schneid -vorgang läuft in mehreren Stufen ab (Bild 1).
1. Stufe: Elastische Verformung
Der Werkstoff wird durch den eindringendenStem pel zunächst elastisch verformt.
2. Stufe: Bleibende Verformung
Beim weiteren Eindringen des Stempels in denWerkstoff werden die Werkstofffasern noch wei-ter gedehnt. Die Elastizitätsgrenze des Werkstof-fes wird überschritten, so dass eine bleibendeVerformung eintritt. Der Werkstoff wird vonaußen nach innen zur Schneide des Stempelsgezogen. Dadurch bilden sich am Schnittteil Ein-ziehrundungen.
3. Stufe: Abscherung
Dringt der Stempel noch weiter ein, wird dieScherfestigkeit des Werkstoffes überschritten.Der Werkstoff wird an der Schneidekante derSchneidplatte und des Schneidstempels abge-schert und bildet Schnittflächen. Im weiterenVerlauf entstehen von den Schneidkanten ausRisse, die aufeinander zulaufen.
4. Stufe: Bruch
Die Festigkeit des Restquerschnittes ist jetzt sogering, dass sich die Rissbildung beim weiterenEindringen des Stempels fortsetzt, bis der Bruchdes Werkstoffes eintritt. Die Bruchfläche verläuftjedoch nicht senkrecht, sondern schräg zurSchnittstreifen- bzw. Schnittteiloberfläche.
5. Stufe: Glättung der Schnittflächen
Nach dem Trennen des Werkstoffes wird derzurückgleitende Stempel an den Seitenflächendurch den Werkstoff stark beansprucht. BeimRückhub drücken die Rückverformungskräfte Fe
(Elastizität des Werkstoffes) auf den Stempel.Dadurch entsteht eine weitere Glättung derSchnittfläche. Durch einen Abstreifer muss deranhaftende Streifen abgestreift werden, wennder Stempel zurückgeht.
6. Stufe: Rückfederung
Nach dem Rückhub des Stempels federt derWerkstoff zurück. Diese Rückfederung führt da-zu, dass Lochungen etwas kleiner und ausge-schnittene Teile etwas größer als der Stempel-durchmesser bzw. der Schneidplattendurch-bruch werden.
10 Stanztechnik
Bild 1: Schneidvorgang
Abstreiferplatte Ausschneidstempel
Zwischenlage
Schnitt-streifen
Anlage-winkel
SchneidplatteGrundplatte
Schnittteil (Platine Zwischenform)
Einspannzapfen
Aus-schneid-stempel
Schneidplatte Anschlagwinkel
Schnitt-streifen
Stempel-kopf
Zwischenlagen
Abstreifer
Grundplatte
1
1.3.1 Einteilung nach dem
Fertigungsverfahren
Die Fertigungsverfahren des Scherschneidenswerden in der Tabelle 1 auf der Seite 8 aufge-führt und dargestellt. Die zugehörigen Werkzeu-ge werden dementsprechend als Ausschneid-werkzeuge, Abschneidwerkzeuge, Lochwerkzeu-ge usw. bezeichnet.
1.3.2 Einteilung nach dem
Fertigungsablauf
Werden die Schneidwerkzeuge nach dem Ferti-gungsablauf unterteilt, so wird die Anzahl der imSchneidwerkzeug angewendeten Verfahren so-wie deren Reihenfolge zur Bezeichnung heran-gezogen (Bild 1).
1.3.2.1 Einverfahrenschneidwerkzeuge
Beim Einverfahrenwerkzeug kommt immer nurein Verfahren zur Anwendung, z.B. Abschnei-den oder Lochen oder Beschneiden.
Mit dem Ausschneidwerkzeug können Schnitt-teile mit einer Endform oder mit einer Zwi-schenform, einer so genannten Platine, herge-stellt werden (Bild 2). Das ausgeschnittene Teilkann dann in ein Lochwerkzeug eingelegt undgelocht werden. Für jeden Arbeitsgang ist einHub und ein eigenes Werkzeug erforderlich.
Der Werkstoffstreifen wird eingeschoben und aneinem Anlagewinkel angeschlagen. Der Anlage-winkel dient als Anschlag, so dass damit einegleich bleibende Stegbreite am Schnittstreifenentsteht und der Stempel allseitig schneidenmuss. Bild 2 zeigt das Arbeitsprinzip.
Die Genauigkeit der Lage der Innen- zu der Au -ßen form hängt sowohl von der Güte der Werk-stückaufnahme als auch von der jeweiligenStempelführung ab. Wird nur ein Verfahren an-gewendet, so hängt die Genauigkeit allein vonder Stempelführung ab. Damit das Werkzeug aufden Pressentisch gespannt werden kann, sinddie Werkzeuge mit einer Grundplatte versehen.Weil der Werkstoff beim Zerteilen zurückfedert,nimmt der hochgehende Stempel den Schnitt-streifen mit, der dann an einer Abstreiferplattezurückgehalten wird (Bild 3).
Schneidwerkzeuge 11
1.3 SchneidwerkzeugeNach DIN 8588 werden Werkzeuge für das Scherschneiden kurz als Schneidwerkzeuge bezeichnet.Die Benennung kann dabei nach folgenden Gesichtspunkten erfolgen: Fertigungsverfahren, Ferti-gungsablauf, konstruktiver Aufbau.
Schneidwerkzeuge
Bild 3: Ausschneidwerkzeug ohne Führung
Bild 2: Arbeitsprinzip beim Einverfahren-Ausschneidwerkzeug
Bild 1: Einteilung der Schneidwerkzeuge nach dem Fertigungsablauf
Einverfahren-schneid-
werkzeuge
Mehrverfahren-schneid-
werkzeuge
Gesamt-schneid-
werkzeuge
Folge-schneid-
werkzeuge
Schnittteil
GrundplatteAuswerfer
Blattfeder
vorge-schnittenesWerkstück
Lochstempel Führungsplatteund Abstreifer
Abschrägungzum Heraus-fallen desWerkstückes
Schneidplatte
ZwischenlagegleichzeitigAufnahme
fertigesWerkstück
gefederterAuswerfer
Stempel-kopf
Loch-stempel
Führungsplatte
Auswurf-kanal
Schneid-platte
Zwischenlageund Werkstückaufnahme Grundplatte
Stempel
Befestigung mitSchraube
Spannring Schneidplatte Spannplatte
Befestigung mitGewindering
10°
Bild 3: Spannplatte
Bild 2: Ausführung eines Lochwerkzeuges
Bild 1: Arbeitsprinzip beim Einverfahren-Lochwerkzeug
1
Das vorgeschnittene Werkstück (Platine) kann ineinem zweiten Werkzeug, z.B. einem Lochwerk-zeug, weiterverarbeitet werden. Für die genaueLagebestimmung der eingelegten Platinen wirdeine Werkstückaufnahme vorgesehen, diegleichzeitig auch als Zwischenlage dient. Diesebestimmt den notwendigen Abstand zwischendem Abstreifer und der Schneidplatte (Bild 1).
Für das Entfernen des gelochten Schnittteilesaus dem Werkzeug wird sowohl ein Abstreifer
vorgesehen, der das Werkstück von den hochge-henden Stempeln abstreift, als auch ein Auswer-
fer, der es aus dem Werkzeug befördert (Bild 1).
Ist dies nicht möglich, so werden zum Entfernendie Einlegehilfen, wie Pinzetten, Zangen usw.oder Druckluft verwendet.
Wird aus bestimmten Gründen gefordert, dassdie entstehenden Grate jeweils auf einer Seiteliegen sollen, so wird dies durch ein entspre-chendes Einlegen der Platine erreicht (z.B.Gratseite nach unten oder Gratseite nach oben).
Die Stempel sind, wenn nur kleine Stückzahlengefertigt und geringe Genauigkeitsansprüchegestellt werden, ohne eigene Führung, das heißt, sie werden nur durch den Pressenstößelgeführt, in den das Werkzeugoberteil ein -gespannt ist. Sollen hingegen genaue Schnitt -teile und große Stückzahlen angefertigt werden,so müssen die Stempel zusätzlich geführt wer-den, und die Abstreifer platte erhält die Funktion einer Führungsplatte (vgl. Bild 1, Seite 27).
Damit das Werkzeug besser und leichter auf demPressentisch befestigt werden kann, ist es sinn-voll eine Grundplatte zu verwenden (Bild 2).
Wird zum Beispiel nur ausgeschnitten, so ist eszweckmäßig, die Schneidplatte in eine Spann-platte (Spannfrosch) aus Gusseisen einzusetzen(Bild 3). Dabei erhält die Schneidplatte einenAußen- und der Spannring einen Innenkegel.Der Spannring wird mit einem Feingewinde odermit 4 bis 6 Zylinderschrauben gegen die Spann-platte gezogen. Er zentriert durch den Kegel dieSchneidplatte. Bei dieser Ausführung kann dieSchneidplatte leicht ausgewechselt und eineSpannplatte für viele Werkzeuge ähnlicherGröße verwendet werden.
Einverfahrenwerkzeuge werden überwiegendbei einfachen und großen Schnittteilen ange-wendet.
12 Stanztechnik
Einspannzapfen
Kopfplatte
Druckplatte
Stempelplatte
Lochstempel
Führungsplatte
Auflage
Grundplatte
Abfall
Schnittteil
Schnitt-streifen
Zwischen-lage
Anlage-stift
Schneid-platte
Ausschneidstempel
Lochstempel
Abfall
Stempelkopf
Schnitt-streifen
Ausschneidstempel
Anlagestift
Lochen AusschneidenSchneidplattendurchbruch
Schneidplatte
Vorschub VAnfang des Schnittstreifens
Streifen umden Vorschub Vvorgeschoben
Schnittteil(Endform)
a) Lochen (1. Stufe) b) Lochen und Ausschneiden (2. Stufe)
Zwischenlage
Bild 1: Arbeitsprinzip beim Folgeschneiden
Bild 2: Folgeschneidwerkzeug mit Plattenführung
1.3.2.2 Mehrverfahrenwerkzeuge
Folgeschneidwerkzeug
Beim Folgeschneiden werden verschiedenartige Schneidverfahren nacheinander und in direkterFolge in einem Werkzeug angewendet (Bild 1).
Soll das Schnittteil Bild 1b hergestellt werden, sowird mit einem Hub der Schnittstreifen sowohlgelocht, als auch der bereits gelochte Teil desSchnittstreifens ausgeschnitten. Anschließendmuss der Streifen exakt um den Vorschub V vor-geschoben werden, damit die Lage der Löcherzum Schneidplattendurchbruch für das Aus-schneiden genau stimmt.
Die Herstellung eines Schnittteiles erfolgt inmehreren Hüben. Die Anzahl ist davon abhän-gig, in wie viel Stufen der Fertigungsablauf auf-geteilt wird. Bei dem Schnittteil Bild 1 sind zweiHübe notwendig: einmal Lochen und einmalAusschneiden.
Durch die Aufteilung der Fertigung in Stufen istes möglich auch schwierige Werkstückformenbei großer Maßgenauigkeit herzustellen. DerAufwand lohnt sich allerdings nur bei größerenStückzahlen.
Besonderheiten bei Folgeschneidwerkzeugen
Die gewählte Aufteilung der Fertigung in mehre-re Stufen führt zu dünnen Stempeln, die dann imWerkzeug durch Platten und Säulen gestütztwerden. Dies erst führt zur notwendigen Lagege-nauigkeit und Stabilität der Stempel (Bild 2).
Schneidwerkzeuge 13
1
Schnittstreifen
V
e
R6
l = la
i
B bl e
a1
a2
1
Abfallgitter
Seitenschneider
LochenLeer-stufe
Aus-schneiden
Abfallgitter
Vorschub-richtung
Schnittstreifen
Werkstückmaße, Stückzahl,Fertigungsverfahren
Steglänge, Randlänge,Blechdicke, Seitenschneider
Werkstückstoff, Blechdicke,Schnittlinienlänge
Arbeitsstufen
Streifenmaße
Schneidkraftø
3+
0,1
ø4+
0,1
12
-0,1
0,05 A
A
3+
0,1
15
10
ø3+0,1
15
40
35,5
t= 1,5
3R6
Bild 1: Anschlagleiste
Bild 2: Lösungsschritte
Bild 3: Arbeitsstufen (Streifenbild)
Bild 4: Streifenmaße
1.10 Fallbeispiel – Folgeschneidwerkzeug
60 Stanztechnik
1.10.1 Aufgabenstellung
Für die Anschlagleiste (Bild 1) ist unter folgen-den Vorgaben ein Folgeschneidwerkzeug mitHandvorschub zu planen.
Halbzeug: Band EN 10 131-1,5 � 52 Werkstoff: DC 01; Rm = 270 bis 410 N/mm2
Exzenterpresse; F = 250 kN; n = 130/minStückzahl: 40000/Jahr
1.10.2 Vorüberlegungen
Die Vorüberlegungen können entsprechend denLösungsschritten nach Bild 2 erfolgen.
� Welche Arbeitsstufen sind zweckmäßig?
Um die verlangte Lagetoleranz von 0,05 mm undeine stabile Schneidplatte zu erhalten, werdender Schlitz und die Bohrung zusammen gelocht(Bild 3).
Die Leerstufe schafft mehr Platz zwischen demLoch- und dem Ausschneidstempel in der Stem-pelplatte und verringert die Rissgefahr beim Här-ten der Schneidplatte.
� Welche Streifenmaße ergeben sich?
Die Streifenmaße sind von der Blechdicke undvon den Außenmaßen des Teils abhängig (Bild 4). Nach Tabelle 1 Seite 51 ergibt sich:für §a = 12 mm eine Randbreite a1 = 1,4 mmfür R = 6 mm eine Randbreite a2 = 1,3 mmfür §e = 41 mm eine Stegbreite e0 = 1,4 mmfür s = 1,5 mm ist der seitliche Abfall i = 2,2 mm
Lösung:
Streifenbreite B = b + 1 mm + a1 + a2 + iB = 46 mm + 1 mm + 1,4 mm + 1,3 + 2,2 mmB = 51,9 mm, Bger = 52 mm
Streifenvorschub V = §a + e= (12 + 1,4) mm = 13,4 mm
� Welche Schneidkraft ist erforderlich?
Lösung:
Schnittlänge mit Seitenschneider§s = Í § = 165,4 mmSchnittfläche S = §s · s = (165,4 · 1,5) mm2
= 248,1 mm2
Scherfestigkeit †aBmax = 0,8 · Rmmax
= 0,8 · 410 N/mm2 = 328 N/mm2
Schneidkraft F = S · †aBmax
= 248,1 mm2 · 328 N/mm2 = 81 376 N
Mindestpressenkraft bei 20% VerfahrenszuschlagFp = 1,2 · F = 1,2 · 82 kN $ 100 kN
1
6 22 18
5
14
7
4
13
3
8
2
1
20
21
9
17
19
10
11
12
15
Bild 1: Folgeschneidwerkzeug
Fallbeispiel - Folgeschneidwerkzeug 61
1
1.10.3 Werkzeugaufbau
Um geringe Werkzeugkosten und kurze Herstell-zeiten zu erreichen, sollte der Werkzeugaufbauso weit wie möglich mit Normalien erfolgen(Bild 1).
� Welcher Werkzeugaufbau ist zu wählen?
Da es sich um ein einfaches Teil ohne erhöhteGenauigkeitsanforderungen handelt, ist einWerkzeug mit Plattenführung zweckmäßig. Beiseiner Herstellung können überwiegend Norma-lien verwendet werden.
� Aus welchen Gründen ist die Verwendung
eines Seitenschneiders bei diesem Werkzeug
sinnvoll?
Da der Vorschub von Hand erfolgt, kann erschneller erfolgen, da das Band nicht angehobenwerden muss. Ferner ergibt sich eine genauereBandführung. Um die Vorschubgenauigkeit zuerhöhen, könnte noch ein Suchstift vorgesehenwerden.
� Warum wird ein Schutzgitter vorgesehen?
Dadurch erhöht sich die Arbeitssicherheit. Fer-ner können kürzere Stempel verwendet werden.
� Wie kann die Befestigung des Ausschneid-
stempels (Pos. 10) erfolgen?
Sie kann durch Anstauchen des Stempelkopfesoder durch Verschrauben mit der Kopfplatte(Pos. 6) erfolgen.Um eine spielfreie Anlage der Stempel mit derDruckplatte zu erreichen, müssen sie nach derMontage gemeinsam mit der Stempelplatteüberschliffen werden.
� Welche Werkstoffe eignen sich für die Bau -
teile Pos. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10?
Pos. 1: E295(St 50-2) Pos. 5: C105UPos. 2: X210CrW12 Pos. 6: E295 (St 50-2)Pos. 3 + 4: C45U Pos. 10: X210CrW12
� Wie hoch ist die Streifenausnutzung?
Die Streifenausnutzung ist von der Außenformdes Werkstückes und seiner Lage im Schnitt-streifen in Vorschubrichtung abhängig.
Lösung:
A1 = § · b = 40 mm · 12 mm = 480,0 mm2
A2 = �d4
2
··2π
� = �122 m
4 ·m2
2 · π� = 56,5 mm2
A3 = § · b = 10 mm · 3 mm = 30 mm2
Ages = (480 + 56,5 – 30) mm2 = 506,5 mm2
ª = �RV
··AB
� = = 0,72 ≠ 72%1 · 506,5 mm2
���13,4 mm · 52 mm Bild 2: Stückliste – Folgeschneidwerkzeug (Auszug)
11 1 Lochstempel X210CrW12
10 1 Ausschneidstempel
9 1 Seitenschneider X210CrW12
8 1 Zwischenlage C80U
7 1 Zwischenlage C80U
6 1 Kopfplatte
5 1 Druckplatte
4 1 Stempelplatte
3 1 Führungsplatte
2 1 Schneidplatte
1 1 Grundplatte
Pos. Menge Benennung Werkstoff
Werkzeug-oberteil
Werkzeug-unterteil
Werkstück
Niederhalter ZiehstempelZiehmatrize
Führungs-leiste
Führungs-leiste
Ziehrahmen
Gussgestell
Führungssäule
Ziehmatrize
3D-Solid-KonstruktionZiehwerkzeugPkw-Tür außen
Oberteil
Matrize
Blechhalter
Stempel
Unterteil
Großwerkzeuge in der Stanztechnik, mit denenKarosserieteile für die Autoindustrie gefertigtwerden, unterscheiden sich in ihrem Aufbaunicht von Werkzeugen für Kleinteile.
Das Werkzeug besteht aus einem Oberteil, einem Unterteil, der Zieh- oder Schneidmatrize,einem Blechhalter oder Niederhalter und demStempel zum Schneiden oder Umformen (Bild1).
Die Grundlage des Werkzeuges bildet ein Guss-gestell aus Gusseisen mit Lamellengrafit (EN-GJL-300) oft mit Legierungselemente wieChrom, Molybdän, Vanadium und Nickel, oderGusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS-500-7) mitbis zu 25 t Masse. Die großen beweglichen Teile, wie Niederhalteroder Umformstempel sind häufig ebenfalls alsGusskonstruktion ausgeführt. Die Werkzeugesind je nach Ausführung und Aufgabenstellungmit einer Säulenführung oder mit einer Flach-führung ausgestattet.Mit CNC-Maschinen erfolgt eine Komplettbear-beitung nach CAD-Daten. Die Umformflächenkönnen mit Hochgeschwindigkeits-Portalfräsma-schinen wirtschaftlich bearbeitet werden. Auf-grund der HSC-Technologie sind manuelleNach arbeiten kaum notwendig (Bild 2).
1.13.1 Aufbau der Werkzeuge
Großwerkzeuge werden in der Fertigung vonBlechteilen für den Fahrzeugbau oft in Pres-senstraßen nebeneinander eingebaut (siehe
Seite 111). Dabei werden die Arbeitsgänge Tief -ziehen, Abkanten, Ausschneiden oder Lochen aneinem Werkstück nacheinander durchgeführtwobei das Werkstück mit Hilfe von Greif undTransportiereinrichtungen von Presse zu Presseweitergegeben wird.
Aufbau Ziehwerkzeug
Einfache Zieharbeiten erfordern stabile Werkzeu-ge mit Säulenführung (Bild 3). Um komplexeZieh arbeiten durchführen zu können sind dieZiehwerkzeuge mehrfach wirkend (Bild 4). Diedazu notwendigen Bewegungen im Werkzeugmüssen von der Presse aufgebracht werden. Über einen beweglichen Niederhalter wird dasBlech auf den Ziehstempel gedrückt. Der Tief-ziehvorgang erfolgt über die Ziehmatrize die mitseitlichen Führungselementen am Ausweichengehindert wird. Die Tiefzieh- bzw. Umformvorgänge entspre-chen den Darstellungen wie im Kapitel 1.11.2
Seite 72 ff.
96 Stanztechnik
1
1.13 Großwerkzeuge in der Stanztechnik
Bild 1: Werkzeugaufbau
Bild 2: HSC-Bearbeitung
Bild 3: Einfachwirkendes Ziehwerkzeug
Bild 4: Mehrfachwirkendes Ziehwerkzeug
Aufbau Schneidwerkzeuge
Die Grundkörper für die Großwerkzeuge und die beweglichen Werkzeugteile sind aus relativ wei-chen Gusswerkstoffen. Deshalb müssen die Werkzeugteile zum Schneiden, Lochen oder Ausschnei-den mit Segmenten versehen und in das Werkzeug eingesetzt werden (Bild 1).
Da Trennoperationen an Blechen durchzuführensind, die eine Dicke von 2 bis 4 mm und eineZugfestigkeit bis zu 500 N/mm2 besitzen, beste-hen die Schneidsegmente aus hochlegiertemStahl oder aus Hartmetall (Bild 2).
Sie werden durch mechanische Zerspanungoder durch elektroerosive Verfahren hergestelltund oftmals einer Wärmebehandlung zur Steige-rung der Gebrauchseigenschaften unterzogen. Bei Aluminium als Blechwerkstoff zeigen sichhohe adhäsive1) Verschleißerscheinungen anden schneidenden Teilen, deshalb werden dieSegmente mit auf den jeweilig zu bearbeitendenBlechwerkstoff abgestimmten Hartstoffen be-schichtet (siehe Seite 307).
Komplexe räumlich verlaufende Schnittkonturenwerden sinnvoll aufgeteilt und mit Schneidele-menten versehen. Schneidelemente, auch alsSchneidmesser bezeichnet, werden in Bearbei-tungsrichtung im Werk zeug aufgebaut. Sie sindmit Schrauben und mit Stiften am Schneid- oderStützrahmen befestigt, gesichert und positioniert(Bild 3).
Seitlich oder schräge Schnitte werden mit Schieberelementen, an denen die Schneidmes-ser befestigt sind, ausgeführt. Die notwendigeSchneid bewegungen erfolgen über Keilantriebeim niedergehenden Werkzeug (Bild 4).
Der erforderliche Schneidspalt wird in Abhän-gigkeit von der Blechdicke s und der Zugfestig-keit Rm des Blechwerkstoffes bestimmt. Diefalsche Auslegung des Schneidspaltes hat wiebeim Schneiden mit kleinen Werkzeugen die selben Auswirkungen, wie erhöhter Werkzeug-verschleiß, höhere Schneidkraft und Gratbildungam Schnittteil.Bei Blechen mit Rm kleiner 450 N/mm2 wird einSchneidspalt u = 0,06 ·s bis u = 0,08 ·s gewählt.Bei Blechen mit Rm größer 450 N/mm² wähltman u = 0,09 ·s bis u = 0,12 ·s.
Abfallableitung
Da bei der Herstellung von großen Blechteilenfallen große, schwere Abfallstücke an. Diese sindprozesssicher abzuleiten und aus dem Werkzeugzu entfernen. Es dürfen deshalb keine störendenKanten im Werkzeug vorhanden sein, der Abfallmuss störungsfrei abfallen oder abrutschen kön-nen. Leitbleche, Förderbänder und Vibrationsför-derer unterstützen den Vorgang.
Schneidmesser
Führung
Niederhalter
Schieber mitKeilen ange-trieben
gegossenerWerkzeug-rahmen
Abfall
Werkstück
Schneidspalt u
Schneidrahmen
Schneidmesser
Niederhalter
Werkstück
Stützrahmen
Schneidspalt u
Schneid-kante
Halteschraube
Positionsstift
Bohrungen für:Halteschraube
Niederhalter Oberteil Schneidmesser-halter
WerkstückFührungssäule Unterteil
Schneidmesser Außenkontur
Federelement
Schneidmesser Innenkontur
Großwerkzeuge in der Stanztechnik 97
1
Bild 1: Schneidwerkzeug
Bild 2: Schneidsegmant
Bild 3: Befestigung der Schneidsegmente
Bild 4: Schräger Schnitt1) adhäsiv (lat.) = anhaftend
Auswerfereinheit
Aufspannplatte, bewegliche Seite
Zentrierhülse
Aufspannplatte,feste Seite
Flach-Auswerfer
Zwischenleisten Formeinsatz
Zwischenplatte
Formplatte, bewegliche Seite
Formplatte, feste Seite
37
25
ø15,832
28,4-0,2
Wanddicken: 3 mm
Gießradien: R = 0,3 mm
Entformungs-schräge: 1,5°
Werkstoff: PS
Auswerferplatten bewegliche Aufspannplatte
Formplatte,bewegliche Seite
Zentrierhülse
Führungs-buchse
Zwischen-leiste
Führungssäule
feste AufspannplatteFormplatte, feste Seite
Zwischen-leiste
Zwischenplatte
Bild 3: Zweiplattenspritzgießwerkzeug für Lagerzapfen
Bild 2: Lagerzapfen
Bild 1: Aufbau Zweiplattenwerkzeug
158 Formenbau
2.5.5.1 Normalien für den Formaufbau
Nach der Art des Aufbaus werden Zweiplatten-,Dreiplatten- und Backenwerkzeugnormalien un-terschieden.
Nach dem Vorfertigungsgrad sind zwei Aus-führungen üblich, nämlich Formaufbauten mitgebohrten und solche mit nicht gebohrten Plat-ten. Bei den gebohrten Platten sind die Boh -rungen für die Führungs-und Verbindungsele-mente bereits gebohrt.
Formaufbau für Zweiplattenwerkzeuge
Zweiplattenwerkzeuge sind dadurch gekenn-zeichnet, dass sie eine feste und eine beweg -liche Formplatte haben. Sie gehören zu denmeist verwendeten Werkzeugarten.
Der Formaufbau besteht neben den Aufspann-,Form- und Zwischenplatten aus den Zwi-schenleisten und den Auswerferplatten (Bild 1).
Die bewegliche Aufspannplatte wird über Zen-trierhülsen mit den Zwischenleisten und der Zwi-schenplatte sowie der beweglichen Formplattefixiert und mit Innensechskantschrauben ver-bunden. Die feste Aufspann- und die Formplatteführen über Säulenführungen die anderen Plat-ten. Die Auswerferplatten nehmen die Auswer-ferelemente auf.Dieser Formaufbau kommt zur Anwendung
bei Formteilen, die einfach zu entformen sind(Bild 2). Er eignet sich für Einfach- und Mehrfach-werkzeuge, bei denen die Formteile über Aus-werferstifte entformt werden (Bild 3).
2
ø12
5 Wanddicke: 2 mm
Gießradien: R= 0,5 mm
Entformungs-schräge: 0,5°
Werkstoff: ABS
R2 8
-0,1
R16
25
-0,1
Auswerfer-platten
Aufspannplatte,bewegliche Seite
Formplatte,bewegliche Seite
Angussplatte
Zwischenleiste
Führungssäule
Aufspannplatte,feste Seite
Formplatte,feste Seite
max
. 40
0,7
...2
sw DA
20°...50°min. 1,2
45°
d
30°
a) stumpfkegelig DA= 1 bis 1,3 ·sw+ 2 mm
b) spitzkegelig d= 0,6 bis 0,8 ·sw
2°...3°
Bild 3: Abschlussdeckel
Bild 2: Aufbau Dreiplattenwerkzeug
Bild 1: Tunnelanguss
Spritzgießen 159
2
Beim Werkzeug Bild 3 Seite 158 wird die Kavitätdurch die feste Formplatte, die beweglicheForm platte und durch die Formeinsätze gebildet.Da das Formteil keine Hinterschneidungen auf-weist, wurde aus Kostengründen ein Aufbau alsZweiplattenwerkzeug gewählt.Die Formteile werden seitlich über einen Tunne-languss angegossen. Zwei Ausführungsformendes Anschnitts zeigt Bild 1. Die stumpfkegeligeAusführung ergibt einen elliptischen Übergangzum Formhohlraum, die spitzkegelige einen etwas kleineren, punktförmigen. Da das Formteilrecht klein ist, wurde bei diesem Werkzeug derspitzkegelige Anschnitt gewählt. Die Entformungdes Formteils erfolgt durch je zwei Flachauswer-fer. Das Angusssystem wird durch einen zentralangeordneten Auswerferstift entformt.Das Werkzeug arbeitet mit zwei Tem pe rierkreis-läufen, was bei diesem Formteil sicher ausrei-chend ist.
Formaufbau für Dreiplattenwerkzeuge
Der Aufbau für Dreiplattenwerkzeuge ist da-durch gekennzeichnet, dass er drei Formplattenaufweist.
Die in der feststehenden Werkzeughälfte ange-ordnete erste Formplatte wird meist als Anguss-platte bezeichnet (Bild 2). Da alle drei Formplat-ten zueinander beweglich sein können, ergebensich bis zu drei Trennebenen. Die Steuerung derÖffnungsbewegungen erfolgt über Klinkensyste-me oder mittels Zugbolzen (vergleiche Bild 1,
Seite 160). Durch diese Bauweise ist es möglichdas Formteil und den Anguss in der Form auto-matisch zu trennen und über einen eigeneTrenn ebene auszuwerfen. Hierdurch lässt sichdas Angussrecycling direkt an der Maschinedurchführen. Ferner können die Formteile durcheine Handlingseinrichtung leichter entnommenwerden. Der Aufbau ist je nach Entformung mitoder ohne Auswerferplatten gestaltet.
Der Formaufbau für Dreiplattenwerkzeugekommt zur Anwendung, wenn Formteile in einerForm mittig angegossen werden sollen und ausKostengründen ohne Heißkanalsystem gearbei-tet wird. Mittiges Angießen ist bei scheibenför-migen Formteilen wichtig um einen symmetri-schen Füllvorgang zu erreichen.
Der Abschlussdeckel Bild 3 weist z.T. sehr kleineToleranzen auf und soll in größeren Stückzahlenohne Heißkanalsystem gegossen werden. Fernermuss beim Auswerfvorgang eine Trennung zwischen Formteil und Angusssystem erfolgen.Aus diesen Gründen wird ein Aufbau für Drei-plattenwerkzeuge gewählt.
Anguss-auswerferhülse
Klinkensystem Blattfeder Steuerkurve Führungssäule
Rückdrückstift
beweglicheAufspannplatte
Zugbolzen Angusshaltestift
2. Formplatte 1. Formplatte Angussplatte
Formeinsatz Formteil Angusssystem
Auswerfersystem
Stützrolle
Auswerfer
a) Werkzeug geschlossen
b) Werkzeug geöffnet
3. 1. 2.
Bild 1: Dreiplattenwerkzeug für Abschlussdeckel
160 Formenbau
Das Dreiplattenwerkzeug für den Abschlussdeckel zeigt Bild 1. Bei dem Zweifachwerkzeug werdendie Teile zentral angegossen und durch die 1. Formplatte und dem Formeinsatz der 2. Formplatte geformt. Nach dem Gießvorgang öffnet das Werkzeug in der Nebentrennebene 1. Durch das Klinken-system und den Angusshaltestift bleiben zunächst die Trennebene 3 und 2 geschlossen. Nachdemder Zugbolzen zur Anlage gekommen ist, öffnet die Ebene 2 und das Angusssystem wird durch dieAuswerferhülse ausgeworfen. Das über eine Kurve gesteuerte Klinkensystem gibt jetzt die Hauptt-rennebene 3 frei und die Auswerferstifte können die Formteile auswerfen. Die Temperierung desWerkzeugs erfolgt durch je einen Kreislauf in den Formplatten.
2
UntergriffleisteZentrierbuchse
Backengrundplatte
Backenführungsplatte Entriegelungsleiste
Form-kern
Angieß-buchse
BackenschließplatteDruckleisteFormbackenAuswerferführung
Formteil
Wanddicke: 2 mm
Gießradien: R = 0,5 mm
Entformungs-schräge: 0,5°
Werkstoff: PS
30
38-0,2
ø30
ø22
ø30-0
,1
Backenführung
Aufspannplatte,feste Seite
Formbacken Backen-schließplatte
Backen-grundplatte
Schrägbolzen
Bild 3: Backenwerkzeug für Spulenkörper
Bild 2: Spulenkörper
Bild 1: Aufbau Backenwerkzeug
Spritzgießen 161
2
Formaufbau für Backenwerkzeuge
Backenwerkzeuge werden dann eingesetzt,wenn umlaufende Außenhinterschneidungenentformt werden müssen.
Aufbauten für Backenwerkzeuge (Bild 1) beste-hen aus einer prismatisch ausgesparten Backen -schließplatte, die mit der festen Aufspannplatteverschraubt ist. Wichtige Bauteile sind ferner diesenkrecht zur Werkzeugachse beweglich ange-ordneten Backen, die über Flachführungen in derBackengrundplatte genau geführt werden. DieBewegung der Backen kann über in derBackenschließplatte gelagerte Schrägbolzenoder über seitlich an dieser angebrachte Entrie-gelungsleisten geschehen. Die Zuhaltung derBacken erfolgt über die Backenschließplatte. Dieübrigen Platten und Führungselemente entspre-chen denen bei den anderen Aufbauten. Die Vor-
teile von Backenwerkzeugen sind:
➟ große Backenöffnungswege➟ große Backenzuhaltekräfte➟ freier Fall der entformten Teile
Ein typisches Anwendungsbeispiel für Backen-werkzeuge ist der Spulenkörper Bild 2. Die Rän-der an der Unter- und Oberseite des Formteils er-geben große Hinterschneidungen, die nur überentsprechende Backenbewegungen entformtwerden können. Das entsprechende Werkzeugzeigt Bild 3. Bei diesem Werkzeug handelt es sichum ein Backenwerkzeug, bei dem die Backenbe-wegung über Entriegelungsleisten erfolgt.
FSp = Spannkraft
FB =Betätigungskraft
Hilfsspann- undStützelement
Bearbeitung
Werkstück
Spannelement(verstellbar)
Bestimmelemente
Ausrichtelement(Nutenstein)Vorrichtungskörper
Bedien-element
FSp
Allgemeines 201
3
3.1.4 Aufbau einer Vorrichtung
Fast alle Vorrichtungen sind durch einen bestimmten Konstruktionsaufbau gekennzeichnet (Bild 1). Dieser ergibt sich aus den Aufgaben, die eine Vorrichtung erfüllen muss.
Die einzelnen Bauelemente übernehmen dabei bestimmte Funktionen. So dienen Lagebestimm -
elemente dazu, die Werkstücke aufzunehmen und sie in ihrer Lage zu bestimmen, sodass kein Aus-richten der Werkstücke nötig ist. Über Bedienelemente wird die Betätigungskraft FB eingeleitet.Spannelemente verstärken die Kraft und geben sie an Hilfsspannelemente weiter, die sie auf dasWerkstück übertragen. Die Spannkraft FSp hält das Werkstück fest, sodass es auch unter dem Einflussder Bearbeitungskräfte bestimmt bleibt. Der Vorrichtungskörper ist Träger der Spann- und Bestimm-elemente einer Vorrichtung und bildet die Verbindung zum Maschinentisch. Neben diesen Bauele-menten sind bei manchen Vorrichtungen noch spezielle Elemente zu finden, z. B. Ausrichtelemente,Stützelemente oder Werkzeugführungselemente.
3.1.5 Vorgänge bei der Bedienung einer Vorrichtung
Beim Bedienen einer Vorrichtung können folgende Vorgänge unterschieden werden: Einlegen desWerkstückes, Schließen der Vorrichtung, Spannen des Werkstückes, Bearbeitung, Entspannen undÖffnen der Vorrichtung, Entnehmen des Werkstückes, Säubern der Vorrichtung. Da die Bedienzeit einer Vorrichtung fast immer eine Nebennutzungszeit darstellt, muss sie aus Kostengründen mög-lichst klein gehalten werden. Dies kann besonders durch zweckmäßige Gestaltung der Vorrichtungerreicht werden. Folgende Forderungen sollten dabei beachtet werden:
➟ Das Einlegen des Werkstückes soll ohne Ausrichten schnell und sicher möglich sein
➟ Das Spannen soll schnell, einfach, zuverlässig und ohne Verformung des Werkstückes erfolgen
➟ Die Spänebeseitigung und Reinigung der Vorrichtung soll einfach möglich sein
➟ Die Bedienteile sollen so angeordnet sein, dass keine Verletzungsgefahr besteht.
Für die Handhabung des Werkstückes in der Vorrichtung spielen dessen Form, Größe und Gewichteine Rolle. Der Werkstoff beeinflusst die Schnittkräfte und die Spanbildung. Die Art des Werkzeuges
beeinflusst die Spanform und die Schnittkräfte. Die Leistung der Werkzeugmaschine beeinflusst vorallem die Größe der Schnittwerte.
Bild 1: Aufbau einer Vorrichtung
Auflagefläche der Vorrichtung
Schmutzrillen
Werkstück
bearbeitete Auflageflächedes Werkstückes
12+0,1
10-0,2
30+0
,2
45
20
10-0
,1Werkzeug
3. Bestimmfläche (2. Anlage)
2. Bestimmfläche (1. Anlage)
1. Bestimmfläche (Auflage)
freie Bewegungs-richtungBestimmkräfteWerkstückAuflageflächen
Anlageflächen X
Y
Z
unbestimmt(ohne Auflage)
teilbestimmt(Auflage)
halbbestimmt(Auflage undeine Anlage)
vollbestimmt(Auflage undzwei Anlagen)
überbestimmt(Auflage unddrei Anlagen)
Bild 4: Auflageflächen mit Schmutzrillen
Bild 3: Flächenauflage
Bild 2: Wahl der Bestimmflächen
Bild 1: Lagebestimmung des Werkstückes
202 Vorrichtungsbau
3.2 Grundlagen des
Vorrichtungsbaues
3.2.1 Lagebestimmung (Positionieren)
Eine Vorrichtung hat die Aufgabe, ein odermehrere Werkstücke in einer genau bestimm-ten Lage (Position) festzuhalten. Dabei soll dieLage des Werkstückes vollbestimmt, aber nichtüberbestimmt sein (Bild 1).
Jeder Körper ist durch die Lage seiner drei Ach-sen (x-, y-, z-Achse) bestimmt. Ein Werkstückmuss daher, je nach Bearbeitungsaufgabe, in ei-ner, zwei oder drei Ebenen bestimmt werden.Überbestimmt ist ein Werkstück, wenn in einerBestimmebene mehr als eine Fläche zum Be-stimmen verwendet wird. Ein überbestimmtesWerkstück liegt ungleich auf, wodurch es zuMaßänderungen und Formfehlern kommenkann.
3.2.2 Wahl der Bestimmflächen
Das Werkstück kann in der Vorrichtung, je nachseinem Bearbeitungszustand und seiner Form,an rohen oder bearbeiteten ebenen Flächen,Bohrungen oder anderen Formelementen be-stimmt werden. Als Bestimmfläche ist grund -sätzlich die Werkstückfläche oder Form zuwählen, von der die Bemaßung für die zu bear-beitende Fläche ausgeht (Bild 2).
Bei unbearbeiteten Gussteilen ist es oft zweck-mäßig, eine oder zwei Bestimmflächen durch ei-ne Vorbearbeitung zu schaffen, an welchen danndas Werkstück jeweils aufgenommen wird.
3.2.3 Bestimmelemente
Im Vorrichtungsbau werden als Bestimm -elemente hauptsächlich Auflagen, Anschläge,Bolzen, Stifte, Prismen, Ringaufnahmen undAufnahmebleche verwendet. Alle Bestimmele-mente sind aus Werkzeug- oder Einsatzstahl her-zustellen und entsprechend zu härten, um denVerschleiß zu verringern.
Auflagen
Vorbearbeitete Werkstücke werden durchFlächenauflagen bestimmt (Bild 3). Kleine Werk-stücke können auf der ganzen Fläche, größereWerkstücke auf Auflageleisten aufliegen. GroßeAuflageflächen versieht man häufig mitSchmutz rillen (Bild 4), wodurch sie leichter sau-ber zu halten sind.
3
G17; Bearbeitungsebene xy
G90 G54; Absoluteingabe, gespeichert NPV
G64; Bahnbetrieb
Trans Z0; programmierte NPV
Rot Z0; Rotation
T = FRAESER 20; Werkzeugaufruf
M3 S1200; Drehrichtung, Drehzahl
G0 X0 Y-90 Z10; Vorpositionierung
G1 Z-35 F3000; Eintauchen mit Vorschub
G1 G41 Y-32,5; 1. Konturpunkt anfahren mit Bahnkorrektur
G1 X-48 RND=4; 2. Konturpunkt, verrunden mit R4
G1 Y32,5 RND=4; 3. Konturpunkt, verrunden mit R4
G1 X48 RND=10; 4. Konturpunkt, verrunden mit R10
G1 Y-32,5 RND=10; 5. Konturpunkt, verrunden mit R10
G1 X0; Endpunkt Kontur
G1 Y-60; Kontur verlassen
G0 Z2; Abheben in Z
G0 G40 Z100; Bahnkorrektur löschen
M30; Programmende und Rücksprung
5.2.4 Programmierung von CNC-Fräsmaschinen
Jede numerische Steuerung folgt exakt den Programmanweisungen, die aus dem CNC-Programmsystematisch abgearbeitet werden. Ziel ist die fehlerfreie Fertigung des zu produzierenden Werk-stückes entsprechend der Zeichnung. Dafür enthält ein CNC-Programm neben den Weginformatio-nen und Koordinaten auch zusätzliche Technologiefunktionen und Maschinenfunktionen. Damit er-folgt die Herstellung eines Werkstückes automatisch. Zur Sicherheit erfolgt vor dem eigentlichenProduktionsprozess die grafische Simulation am Rechner oder an der Werkzeugmaschine als Probe-lauf.
Zur Erstellung eines CNC-Programmes ist es notwendig, den vollständigen Fertigungsablauf ge-danklich vorauszuplanen. Bis heute hat sich eine technologieübergreifende, einheitliche Steuerungs-software zur Umsetzung der CNC-Programme nicht durchgesetzt. Die am Markt befindlichen Steue-rungshersteller realisieren ihre Lösungen jeweils individuell.
Aus der historischen Entwicklung heraus stammt der Ansatz der manuellen Programmierung ange-lehnt an die DIN 66025:Bei dieser Art der Programmierung steht nur ein begrenzter Vorrat an Anweisungen zur Verfügung.Alle Koordinaten und Funktionen selbst sind Satz für Satz einzugeben. Hierbei werden die Wegbedin-gungen mittels des sogenannten G-Codes (G engl. = go) programmiert. Der Vorteil dieser Program-mierung ist die Portabilität: ein CNC-Programm, welches nach DIN 66025 programmiert ist, ist auf na-hezu jeder CNC-Fräsmaschine lauffähig. Dagegen ist die Art und Weise dieser Programmierung eherumständlich und uneffektiv. Sie bildet somit nur den Einstieg in die CNC-Programmierung.
Hinweis: Bei der Programmierung mittels CAM1) erzeugt der sogenannte Postprozessor für die 2- und 3-D-Konturen auch einen Programmcode nach DIN 66025; dabei besteht eine nur be-grenzte Korrekturmöglichkeit .
Am folgenden Arbeitsbeispiel werden die verschiedenen Programmierstrategien vorgestellt: Arbeitsbeispiel Formeinsatz (Bild 1):
5.2.4.1 Manuelle Programmierung; angelehnt an DIN 66025
Für den in Bild 1 als Arbeitsbeispiel gezeichneten Formeinsatz ist die Schlichtbearbeitung der Absatz-kontur als CNC-Programm mit Kommentaren im G-Code dargestellt (Bild 2). Der Werkstücknullpunktbefindet sich in der Mitte des Bauteiles. Bild 1 der nächsten Seite zeigt den Formeinsatz mit Be-maßung.
276 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
5
Bild 1: Volumenmodell Bild 2: Programmausdruck für den Formeinsatz
1) CAM: engl. Computer Aided Manufactoring, Computer unterstützte Fertigung. Dabei werden die aus einem CAD-Datenmo-dell erzeugten Daten direkt für die CNC-Programmierung mittels der CAD-CAM-Kopplung genutzt.
Nur ein Radiusprogrammierbar
96-0,02R4
65
-0,0
2
120
g6
190g6
55
R10
35
Fräsen mit CNC-Fräsmaschinen 277
5
5.2.4.2 Programmierung mit Hilfe von Zyklen
Zyklen1) sind in den meisten numerischen Steuerungen fest vorprogrammiert. Bild 2 zeigt für denStandardzyklus Rechteckzapfen die Dialogeingabe. Die verlangten Parameterwerte müssen entspre-chend gesetzt werden. Damit kann die Programmierung vereinfacht und die Programmlänge redu-ziert werden. Die Verrundungen, wie in dem Beispiel am Formeinsatz (R4 und R10) gefordert, sind mit diesemStandardzyklus nicht möglich. Es ist ein zweiter Zyklusaufruf notwendig.
Bild 1: Formeinsatz mit Bemaßung
Bild 2: Dialogeingabegrafik für die Programmerstellung mit dem Zyklus Rechteckzapfen
1) Zyklen: typische, sich wiederholende Fertigungsabläufe. Diese werden einmal aufgerufen und mit Parameterwerten ergänzt.
278 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
5
5.2.4.3 Grafische Programmierung
Bei der grafischen Programmierung erstellt man zunächst die Geometrie des zu bearbeitenden Bau-teils aus geometrischen Elementen wie zum Beispiel Geraden oder Übergängen. Auf dem Bild-schirm erscheint die so definierte Kontur als dynamische Strichgrafik in maßstäblicher Darstellung(Bild 1).
Bild 1: Definition des Elementes Gerade für die Werkstückkontur
Bild 2: Beispiel der dynamischen Hilfsgrafik zur Eingabeunterstützung für die Gerade
Zur Eingabeunterstützung werden dynamische Hilfsgrafiken, wie im Bild 2 zur Eingabe der Geradenabgebildet, angezeigt. Dafür wird die Koordinate X, die Winkel å1 und å2 sowie der Übergang zumFolgeelement abgefragt.Die für den Formeinsatz geforderten unterschiedlichen Radien, R4 und R10, stellen dabei kein Pro-blem mehr dar. Die Hilfsgrafik für die Winkel ist auf der folgenden Seite 279, Bild 1 dargestellt.
Im nächsten Schritt erfolgt die Festlegung der Technologiedaten (Bild 2). Damit werden Technologie-parameter, wie beispielsweise die Art der Bearbeitung (Schruppen, Schlichten, Fasen), Radiuskorrek-turen, Tiefezustellungen oder auch An- und Abfahrstrategien festgelegt. Zur Programmierung sindauch umfangreiche Eingabehilfen hinterlegt.
Fräsen mit CNC-Fräsmaschinen 279
5
Bild 1: Dynamische Hilfsgrafik als Beispiel zur Eingabeunterstützung der Winkel
Bild 2: Abfrage bestimmter Technologiedaten über die Eingabemaske
280 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
5
Nach Abschluss der Eingabe der Technologiedaten ist es nun möglich, die Simulationsgrafik zu star-ten, welche den Arbeitsablauf dynamisch darstellt. Damit können eventuelle Eingabefehler gut er-kannt werden. Auch eine Darstellung in mehreren Ansichten ist möglich. Die Bearbeitungszeit ist aufdem Bildschirm in Echtzeit angezeigt.
Bild 1: Simulationsgrafik des Formeinsatzes in der 3D-Ansicht
Wiederholung und Vertiefung
1 Nennen Sie Vergleichskriterien, nach denen sich CNC-Fräsmaschinen unterscheiden lassen.
2 Erläutern Sie zwei Unterschiede zwischen CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren.
3 Erarbeiten Sie mit Hilfe von Herstellerunterlagen eine aktuelle Übersicht über den Stand deram Markt angebotenen Bearbeitungszentren. Berücksichtigen Sie dabei besonders die An-forderungen der zerspanenden Fertigung im Werkzeugbau.
4 Ermitteln und Erläutern Sie aus dem Programmausdruck Seite 276, Bild 2 die Technologie-und die Maschinenfunktionen.
5 Welche Arten der grafischen Darstellung werden in der CNC-Programmierung unterschie-den?
6 Ändern Sie die Bauteilgeometrie des Formeinsatzes so, dass eine 5-Achs-Bearbeitung zwin-gend notwendig wird.
7 Erläutern Sie den Begriff CNC-Programmierung und manuelle CNC-Programmierung.
8 Beschreiben Sie das Vorgehen bei der grafisch unterstützen Programmierung.
9 Vergleichen und dokumentieren Sie die CNC-Bearbeitung (Manuelle Programmierung imVergleich zur grafischen Programmierung) des Formeinsatzes mit der an Ihrer Schule einge-führten CNC-Steuerung.
Funken-erosivesSenken
Vorschub
Werkzeug-elektrode
Drahtbewegung
Werk-stück-kontur
Erodierdraht
Werkstück
Vorschub
Funkenerosives Schneiden
Z-Achse
C-Achse
x-Achse
t
Generatormit NC-Steuerung
pulsierenderGleichstrom
Maschinen-einheit
Werkzeug-elektrode
Werkstück
Pumpe
Kühlrippen Vorratsbehälter mit Dielektrikum
Filter
Dielektrikum-behälter
Funkenspalt
I
y-Achse
1
Fu
nken
-sp
alt
Werkzeug-Elektrode
2
Die
lektr
i-ku
m
U
t
I
t
U
t
I
t
Entionisierung und Spülung
Zündphase U = Spannung I = Stromstärke
Entladephase
3 4U
tI
t
U
t
I
t
5 6 U
t
I
t
U
t
I
t
Werkstück-Elektrode
1
Fu
nken
-sp
alt
2
Die
lektr
i-ku
m
U
t
I
t
pI = Stromstärke
Entladephase
3 4U
tI
t
g p g
5 6U
t
I
t
288 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
5.6 Abtragen
5.6.1 Funkenerosionsverfahren
Die funkenerosiven Verfahren gehören nachDIN 8580 zu den abtragenden Bearbeitungsver-fahren und damit zur Hauptgruppe Trennen. Eskönnen alle elektrisch leitenden Werkstoffe,auch gehärteter Stahl und Hartmetall, bearbei-tet werden. Von den verschiedenen Fun -kenerosionsverfahren werden überwiegend dasfunkenerosive Senken und das funkenero sive
Schneiden angewandt (Bild 1).
Verfahrensmerkmale
Beim Funkenerodieren trägt die Wirkung elektri-scher Entladungen zwischen der Werkstückelek-trode (Werkstück) und der Werkzeugelektrodekleine Werkstoffmengen ab. Dabei schmilzt derWerkstoff, wird teilweise verdampft und durchmechanische und elektrische Kräfte entfernt.
Die Werkzeug- und Werkstückelektroden befin-den sich während des Erodiervorganges in einernicht leitenden Flüssigkeit, dem Dielektrikum. Esisoliert Elektrode und Werkstück und führt zu einer Verengung des Entladekanales und damitzu hoher Energiedichte an der Wirkstelle.
Mit einer Funkenerosionsanlage erreicht man ei-nen periodischen Funkenüberschlag. Sie bestehtaus einer Maschineneinheit mit Vorschub- undLageregelung sowie Generator und Dielektri-kumbehälter mit Pumpe und Filter (Bild 2).
Zünd-, Entlade- und Abtragvorgänge
Zur Erzeugung eines Funkens in der Zündphase
wird durch den Generator eine pulsierendeSpannung (20 V … 150 V) zwischen den Elektro-den angelegt. In dem mit Dielektrikum gefülltenFunkenspalt bildet sich an der Stelle mit dem ge-ringsten Abstand ein starkes elektrisches Feldaus. Stoffteilchen im Dielektrikum bilden eine lei-tende Brücke und es entsteht ein Entladekanal.Ein Funke springt über (Bild 3/1 und 2).
In der Entladephase herrscht im Entladekanalhoher Druck und es fließt ein großer Strom bis100 A. Dies bewirkt hohe Temperaturen von8000 °C … 12 000 °C und verursacht ein soforti-ges Schmelzen und Verdampfen von Werkstoff -teilchen. Diese Schmelze wird nach dem Ab-schalten des Stromes explosionsartig heraus -geschleudert (Bild 3/3 und 4). Danach verliert derEntladekanal seine Leitfähigkeit. Die im Dielektri-kum entstandene Dampfblase schrumpft undwird mit dem erstarrten Werkstoff weggespült(Bild 3/5 und 6).
5
Bild 1: Funkenerosive Verfahren
Bild 2: Funkenerosionsanlage zum Senken
Bild 3: Zünd-, Entlade- und Abtragvorgänge
Elektrode
Funkenspalt
Form derElektrodevor derBearbeitung
ϑ L
Beispiel: VE = 5mm3
VW = 100mm3
ϑ = · 100% = 5%5mm3
100mm3
VE
VW
Werkstück
Elektrode
SL SL
SF
Vorschubgeregelt
Funkenspaltmit Dielektrikum
Oberflächenrisse
geschmolzeneund wiedererstarrte Schicht
erneut gehärteteSchicht
unbeeinflussterWerkstoff
30μm
Rz
Entladekrater
ue = mittlere Entladespannungie = mittlerer Entladestrom
t in μs
100
50
200
V
U
Ein
Au
s
Zü
nd
-sp
an
nu
ng
ui
ue
30
20
10
0
A
I Imp
uls
-
str
om
ii
i e
t in μs
tot i
te
tp
td
Abtragen 289
5
Elektrische Kenngrößen
Der Generator sorgt für die Gleichspannung, dieStrombegrenzung und die Form der elektrischenImpulse. Regeleinrichtungen passen die elektri-schen Größen an die technologischen Erforder-nisse an. Den Verlauf von Spannung und Stromüber die Zeit zeigt Bild 1. Es ist eine sinnbildlicheDarstellung der sich wiederholenden Impulsemit➟ Impulsdauer ti
➟ Periodendauer tp
➟ Entladedauer te
➟ Pausendauer to und➟ Zeitverzögerung td
Am Generator können Impulsstrom Ûi als Strom-stufe, Impulsdauer, Periodendauer und Pausen-dauer unabhängig voneinander eingestellt wer-den. Den Ablauf des Erodierprozesses bestimmtdie Entladeenergie.
W Entladungsenergie ue mittl. Entladespannung
ie mittl. Entladestrom te Entladedauer
Erodierkenngrößen
Bei steigender Entladeenergie ergibt sich eineschlechte Oberflächengüte mit großen Entlade-kratern, sowie eine Veränderung des Werkstoff-gefüges an der Werkstückoberfläche (Bild 2).
Die Einstellkenngrößen sollten deshalb so ge-wählt werden, dass die geforderte Oberflächen -güte und Maßhaltigkeit durch einen Schlicht-gang noch erreicht wird.Der Funkenspalt oder Arbeitsspalt S ist der Zwi-schenraum zwischen Werkstück und Elektrode indem der Funke überspringt (Bild 3).
Um ein maßgenaues Werkstück erodieren zukönnen, muss der Funkenspalt bei der Herstel-lung der Elektrode berücksichtigt werden.Der frontale Arbeitsspalt SF wird durch die Rege-lung der Maschine bestimmt, der laterale1) Ar-beitsspalt SL dagegen durch Elektrodenwerk-stoff, Entladungsimpulse, Spülungsart und dasDielektrikum.Die Wirtschaftlichkeit des Funkenerosionsverfah-rens beschreiben folgende Kenngrößen:
Abtragrate2) VW in mm3/minSchneidrate3) VC in mm2/minVerschleißrate VE in mm3/min (an der Werkzeugelektrode)
relativer Verschleiß « = �VV
W
E� · 100 % in Prozent
(Bild 4)
Längenverschleiß «L in mm (Bild 5).
1) lateral (lat.) = seitlich 2) beim Senken 3) beim Schneiden
W = ue · ie · te
Bild 1: Spannungs- und Stromverlauf
Bild 2: Oberfläche mit Gefügeänderungen
Bild 4: relativer Verschleiß
Bild 3: Funkenspalt
Bild 5: Längerverschleiß
mm3
min
t i t i
rel.
Ele
ktro
de
nv
ers
chle
iß i
n %
rel.
Ele
ktro
de
nv
ers
chle
iß i
n %
a)
te= 85μs
to= 65μs
Abtragrate
Ab
tra
gra
te V
w i
n m
m3/m
in
b)
Ab
tra
gra
te V
w
t i
1000
500
100
50
10
510 50100
100A
20A
60A
50
10
5
10 50100 500 μs 5000
100 A
%
1
0,5
150
100
50
10 50100 500 μs 5000
75 Aμm
20 A
Rm
ax
125
75
25
0
200
40 A
relativer Elektroden-verschleiß undStromstärke
Abtragrate undImpulsdauer
c) d)relativer Elektroden-verschleiß undImpulsdauer
Rauheit undImpulsdauer
μs500 5000
20 A
60 A
I in A
relativer
Elektroden-
verschleiß
En
tlad
estr
om
ie
En
tlad
estr
om
ie
Entladedauer te Entladedauer te
Abtragrate großrelativerVerschleiß großRauheit groß
Abtragrate kleinrelativerVerschleiß kleinRauheit klein
Vorschubrichtung
Werkzeugelektrode
Werkstück
290 Bearbeitungsverfahren im Werkzeugbau
5.6.2 Funkenerosives Senken
Mit dem funkenerosiven Senken können Boh-rungen, Durchbrüche, Einsenkungen und Gra-vuren bei weichen, gehärteten und naturhartenWerkstoffen gefertigt werden (Bild 1).
Um eine genügend große Abtragrate VW undausreichende Oberflächengüte zu erreichen,wird geschruppt und anschließend zum Teilmehrfach geschlichtet. Die erreichbaren Wertezeigt Tabelle 1.
5.6.2.1 Einstellgrößen beim Senkerodieren
Kurze Bearbeitungszeiten, hohe Oberflächen -güten und große Maßgenauigkeit sind die ange-strebten Fertigungsziele. Um diese Ziele zu errei-chen, müssen die richtigen Prozessgrößen ge-wählt werden.
➟ Einstellwerte am Generator: Entladestrom ie, Impulsdauer ti, Pausendauer to und Zündspannung ue
➟ die Polarität von Werkstück und Elektrode
➟ die Einstellung der Spülbedingungen
Für die Einstellung des Entladestroms ie gilt:Je größer die Stromstärke, desto größer sindAbtragrate und Rauheit (Bild 2).
Gleichzeitig steigt der relative Elektroden -verschleiß und damit nimmt die Abbildungsge-nauigkeit der Elektrode im Werkstück ab. DenZusammenhang zeigt Bild 3a, wobei Impulsdau-er und Pausendauer konstant gehalten werden.
Für die Einstellung der Impulsdauer ti gilt:Erhöht man die Impulsdauer und hält dieStromstärke und die Impulspause konstant, sowirkt der Entladestrom stärker und die Ab -tragrate steigt bis zu einem Maximum an (Bild 3b). Erodieren mit größerer Impulsdauerbedeutet geringerer relativer Elektrodenver-schleiß (Bild 3c), aber zunehmende Ober-flächenrauheit (Bild 3d).
In der Praxis wählt man zum Schruppen(Rz = 50 μm) mit Kupfer und Grafit in Stahl eineImpulsdauer ti zwischen Abtragmaximum undVerschleißminimum.
5
Ra VW
Schruppen 3μm 15 mm3/min Schlichten 3μm … 0,8μm 2,5 mm3/min Feinschlichten 0,8μm … 0,5μm 0,5 mm3/min
Tabelle 1: Oberflächengüte und Abtragrate
Bild 1: Funkenerosives Senken
Bild 2: Wirkkombinationen
Bild 3: Wirkung der Einstellgrößen
8 9 10 11 1
2 4 7 5 6 13
3
12
Werkstück 13-0,1
ø3
3
20 0,7
27 0
,1
ø1,5
+0,1
4,5+0,1
2,5
R1
21,5
0,9
0,8
R0,3
14
Schnitt-streifen
Arbeitsstufen A B C D E
Werkstoff: DC03
17
5a
16 15
18
Mit dem Folgeverbundwerkzeug werden Ab-deckplatten aus Bandmaterial gefertigt. In derArbeitsstufeA wird mit dem Seitenschneider (7)das Vorschubmaß ausgeklinkt. In der Stufe B
erfolgt das Ausschneiden eines Entlastungs-schlitzes für das Biegen. In der Stufe C wird dieVertiefung gebogen, wobei die gefederteFührungsplatte als Niederhalter wirkt. Damitdas Fenster und die Bohrungen eine genaue Lage zueinander erhalten, werden sie zusam-men in der Arbeitsstufe D gefertigt. Das Aus-schneiden der Außenform erfolgt in der Stufe E,
wobei der am Ausschneidstempel (11) ange-brachte Sucher (6) einen Versatz zwischenFens ter und Außenform verhindert.
328 Beispielsammlung (Projekte)
7
7.2 Folgeverbundwerkzeug (säulengeführt)
14 1 Einspannzapfen C45U
13 2 Abdrückstift C80U
12 1 Lochstempel HS6-5-2
11 1 Ausschneidstempel X210CrW12
10 1 Lochstempel X210CrW 12
9 1 Biegestempel X155CrVMo12-1
8 1 Vorschneidstempel X210CrW12
7 2 Seitenschneider X210CrW12
6 2 Sucher X155CrVMo12-1
5 1 Schneideinsatz 90 MnCrV8
4 1 Schneidplatte X 210CrW12
3 1 Führungsplatteneinsatz 90 MnCrV8
2 1 Streifenführung, links C80U
1 1 Säulengestell EN-GJL-250
Pos. Menge Benennung Werkstoff
1 Bauteilgestaltung
Bei der Gestaltung der Bauteile von Folgever-bundwerkzeugen muss besonders die ferti-gungs-, funktions- und beanspruchungsge-rechte Ausführung beachtet werden.
1.1 Begründen Sie, von welchen Bedingungendie Länge der Schneidstempel abhängt.
1.2 Nennen Sie Gründe, warum die Führungs-säulen bei diesem Folgeverbundwerkzeugüber Eck angeordnet sind.
1.3 Erläutern Sie die Aufgaben der Abdrück -stifte (Pos. 13).
1.4 Beurteilen Sie, unter welchen Bedingungenbei diesem Werkzeug die Verwendung einesVoranschlags sinnvoll ist.
1.5 Nennen Sie Vor- und Nachteile der verwen-deten Führungsbuchsen (Pos. 16).
1.6 Beurteilen Sie die Gestaltung der Seiten-schneider (Pos. 7) bei diesem Werkzeug.
2 Fertigungs- und Montagetechnik
Für die Fertigung und Instandsetzung von Fol-geverbundwerkzeugen sind spezifische Arbeit-stechniken notwendig.
2.1 Begründen Sie, warum die Schneidplatte(Pos. 4) geteilt ausgeführt wurde.
2.2 Erläutern Sie, in welcher Reihenfolge Sie beider Demontage des Biegestempels (Pos. 9)vorgehen.
2.3 Beschreiben Sie, wie Sie vorgehen, wenndie Stempel nachgeschliffen werden müs-sen.
2.4 Erstellen Sie einen Arbeitsplan zur Fertigungdes Vorschneidstempels (Pos. 8) (Bild1).
2.5 Erläutern Sie die erforderliche Wärmebe-handlung für die Schneidplatte (Pos. 4).
2.6 Schreiben Sie ein CNC- Unterprogramm fürdie Geometriedaten zum Drahterodierendes Schneidplattendurchbruchs (Bild 2).
2.7 Geben Sie Ursachen an, die zum Bruchschlanker Schneidstempel führen können.
3 Technische Kommunikation
Der Zeichnungssatz für das Folgeverbund-werkzeug besteht aus der Gesamtzeichnung,den Teilzeichnungen und der Stückliste.
3.1 Erläutern Sie den Aufbau einer Stücklisteund ihre Bedeutung als Fertigungsunter -lage.
3.2 Geben Sie die Normkurzbezeichnung fürden Einspannzapfen (Pos. 14, M20x1,5) an.
3.3 Begründen Sie, warum für den Einspann-zapfen ein Feingewinde gewählt wurde.
3.4 Geben Sie das Hauptsymbol und die Klam-mersymbole für die Oberflächenangabenim Bild 1 an.
3.5 Erklären Sie die Werkstoffbezeichnung fürdie Schneidplatte.
4 Prozessgrößen
Um einen sicheren Streifenvorschub zu ge-währleisten, ist die richtige Auslegung derStreifenmaße wichtig.
4.1 Ermitteln Sie für das Folgeverbundwerkzeugdie Streifenbreite und den Vorschub.
4.2 Ermitteln Sie die Querschnittsmaße für denAusschneidstempel (Pos.11).
4.3 Berechnen Sie die Schneidkraft für das Aus-schneiden der Werkstückaußenform.
4.4 Berechnen Sie die Niederhaltekraft der vier Druckfedern (Pos.17), wenn deren Fe-derrate R = 20 N/mm und der Vorspannweg¤s = 20 mm betragen.
Folgeverbundwerkzeug (säulengeführt) 329
7
7.2.1 Analyse des Folgeverbundwerkzeugs (säulengeführt)
70
A
A
x
x = Rz 2,5
x
xx
0,5x45°
60°
0,5 14h6
0,01
4h
6Rz 16
5h
6
R3
28
Bild 1: Vorschneidstempel
Bild 2: Schneidplattendurchbruch
3°
15
33
2
30
138
R16
,5Startbohrung
3Rz 2,5
Lernsituation Ziele und Inhalte Hinweis, Hilfsmittel1)
Tabelle 1: Lernsituationen
348 Lernfelder
8
Das Lernfeld wird in die in der Tabelle 1 aufgeführten 4 Lernsituationen aufgeteilt:
Gewählter Lerngegenstand: Spritzgießwerkzeug (Bild 1); Zeitrichtwert: 80 h
8.2 Lernfeld 6: Herstellen technischer Systeme des Werkzeugbaus
Bild 1: Spritzgießwerkzeug
6.1
Die Herstellung
technischer
Systeme vor-
bereiten
● Auftrag analysieren und Informationenüber Aufbau und Funktion des Spritz-gießwerkzeugs beschaffen
● Zusammenwirken der Bauteile erläutern● Bewegung beim Schließen und Öffnen be-
stimmen● Normgerechte Bezeichnung der zum Ent-
formen benötigten Bauteile erarbeiten● Montage vorbereiten
● Gesamtzeichnung● Normteilkatalog● Anschauungsmittel welche die Werk -
prinzipien am Werkzeug aufzeigen● Tabellenbuch, Fachkundebuch● Unterlagen zur technischen
Kommunikation● Firmenunterlagen
1) Alle Bilder sind auf der beiliegenden CD in größerem Maßstab verfügbar.
14
11
Werkstück
18 10 9 22 8 21 7 6 17 4 25 2 1
26
12
13
27
3
15
5
22a
23
24
19
16
20
2.
1.
17a 17b
Menge
2
1
2
1
1
1
Pos.
18
19
21
22
23
24
Benennung
Mittelkern
Ausstoßbolzen
Gewindekern
Stirnrad
Steilgewindemutter
Steilgewindespindel
Werkstoff
40CrMnMoS8
C45X45NiCrMo4
C45E
45S20
45S20
225 Heißkanalangießdüse FeCuNi
126 Verteilerblock 40CrNiTi18-8
Menge
1
1
1
1
8
4
Pos. Benennung
Aufspannplatte
Formplatte, Einsatz
Abstreiferplatte
Abstreifergrundplatte
Führungsbuchse
Zentriereinsatz
Werkstoff
C45U
90MnCrV8
90MnCrV8
90MnCrV8
CuSn8Pb
21MnCr5
4 Zentrierkegel 21MnCr5
4 Einstellscheibe 21MnCr5
1
4
5
6
15
17
17a
17b
Rz 16
A0,02
œ75
-0,02
30
30}
œ25
H7
A
œ80Rz 4
geschliffen
einsatzgehärtet und angelassen,60+3 HRC, Eht 0,6+0,2
Modul 2,5Zähnezahl 30
Montageplan Baugruppe, Zentriersystem(Bild 1 Seite 350)
Arbeitsschritt
Kegelstück mit Zylinder-schraube festschrauben
Zentrierkegel Pos. 17a undEinstellscheibe Pos. 17b inFormplatte Pos. 4 einsetzen
Position von Kegelstückmit EinstellscheibePos. 17b abstimmen
Zentriereinsatz Pos. 17in Abstreiferplatte Pos. 5einsetzen
Zentriereinsatz mit Zylinder-schraube festschrauben
Werkzeug
Winkelschrauben-dreher
Schleifmaschine
Winkelschrauben-dreher
Nr.
5
3
4
1
2
Lernsituation Ziele und Inhalte Hinweis, Hilfsmittel1)
Tabelle 1: Lernsituationen (Fortsetzung)
Lernfeld 6: Herstellen technischer Systeme des Werkzeugbaus 349
8
1) Alle Bilder sind auf der beiliegenden CD in größerem Maßstab verfügbar.
6.2
Elemente und
Funktionen
für das Stützen,
Tragen und
Übertragen
bestimmen
6.3
Aus der
Funktion
Werkstoff-
eigenschaften
bestimmen
und ändern
6.4
Die Montage
von Teil-
systemen
vorbereiten
und durch-
führen
● Funktionen ermitteln und den verwende-ten Bauteilen zuordnen
● Größen am Zahnrad ermitteln● Berechnungen durchführen● Technische Funktion zweier Zahnräder
als Getriebe erkennen● Bestimmungsgrößen an Getrieben
berechnen● Sondergetriebe, hier Spindel und Mutter,
beschreiben● Unterscheidung von Wellen und Achsen
durchführen● Belastungen und deren Auswirkungen
kennen● Kraft und Drehmomentverläufe erarbeiten● Baugrößen aus Belastungen ermitteln● Lagerarten erkennen und unterscheiden● Auswirkungen von Lagerbelastungen
erarbeiten● Reibverhalten erkennen und Kennwerte
bestimmen
● Werkstoffkenngrößen für die Bauteile entsprechend ihrer Funktion bestimmen
● Technische Informationsquellen auswer-ten und anwenden
● Funktionspläne auswählen● Einflüsse von Kräften und Momenten auf
die Bauteile analysieren● Werkstoffkenngrößen wie Zugfestigkeit,
Verschleißfestigkeit und Härte durchWärme behandlungsverfahren ändern
● Arbeits- und Prüfpläne für Härteverfahrenerstellen
● Ergebnisse dokumentieren und präsentieren
● Teil-, Gruppen- und Gesamtzeichnungenbearbeiten
● Technische Informationsquellen als Unterlagen benutzen
● Funktionspläne zur Montageplanung verwenden oder erstellen
● Werkzeuge zur Montage bestimmen● Montagepläne erstellen● Einsatz von Schmier- und Hilfsmitteln be-
gründen● Prüfplan erstellen● Montagepläne nach technischen und wirt-
schaftlichen Gesichtspunkten optimieren ● Ergebnisse präsentieren
Bild 1: Steilgewindespindelantrieb (s. S. 163)
Bild 2: Zahnrad (Pos. 22)
Bild 3: Montageplan
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