Projekt: Bauen eines Schneidwerkzeuges

Ziele:

Konstruieren, kalkulieren

und bauen eines

Folgeschnittwerkzeuges

Arne SchmidtBenjamin Mengert

Zuständigkeit: Grundplatte und Führungsleisten

Übersicht

• Fragen zum Schnittbau

• Werkstoffbestimmung

• Notwendige Berechnungen

• Zeichnung

• Erodieren

• Fertigung der Grundplatte und der Führungsleisten

Fragen zum Schnittbau

Wie ist der Schneidvorgang zu beschreiben?

Scherschneiden ist das Zerteilen von Werkstücken zwischen zwei Schneiden, die sich aneinander vorbeibewegen.

  Welche Bauarten gibt es?

Säulen- und Plattengeführte Schneidwerkzeuge.

Fragen zum Schnittbau

Welche Einflüsse bestimmen die auftretende Schneidkraft?

Die Scherfläche(Schnittumfang*Blechdicke) und die maximale Scherfestigkeit(0.8*Rm max).

 

 

Wie wird die Schneidarbeit beeinflusst? Þ Durch die Schneidkraft und die Blechdicke. 

Fragen zum Schnittbau

Welche Vorschubbegrenzung ist zu wählen? 2X Anschlagstifte, wo das Blech von Hand gegen

geschoben wird

 

Welche Fertigungsunterlagen sind anzufertigen?

Gesamtzeichnung, Einzelteilzeichnung, Stückliste und Arbeitsauftrag für die zu fertigende Rohteile, Fremdauftragsbeschreibung, Dokumentation und Präsentation

 

Werkstoffbestimmung

Schnittplatte, Stempel werden aus X155CrMoV12-1

gefertigt, weil er als legierter Kaltarbeitsstahl auch

im nicht gehärteten Zustand eine ausreichende

Härte Besitzt und gehärtet werden kann.

Alle anderen Platten (Grundplatte, Zwischenlagen,

Führungsplatte, Stempelhalteplatte und Deckplatte)

werden aus C45W gefertigt.

Der Einspannzapfen wird aus E295 hergestellt.

Werkstoffbestimmung X155CrVMo12 1

Werkstoffnummer: 1.2379

Kohlenstoffgehalt: 1,55%

Chromgehalt: 12,0%

Vanadiumgehalt: 1,0%

Molybdängehalt : 0,7%

Härte HB max.: 250

Härte im angelieferten Zustand 860N/mm²

Härtewerte von X155CrVMo12 1

Temperatur: 1020....1040

Härtedauer: 60min.

Abschreckmittel: Öl, Luft

Arbeitshärte: 62HB

Anlasstemperatur: 180....250

Anlasszeit: 60min.

Anlasshärte: 61HB

Werkstoffbestimmung für C45W3

Werkstoffnummer: 1.1730

Kohlenstoffgehalt: 0,45%

Siliziumgehalt: 0,3%

Mangangehalt: 0,4%

Härte HB max.: 190

Härte im angelieferten Zustand 650N/mm²

 

Notwendige Berechnung zum Bau des Werkzeuges

• Scherfestigkeit und Schnittkraft

• Flächenpressung

• Lage des Einspannzapfens

• Durchbrüche und Stempel

• Rückzugskraft und Schraubenquerschnitt

• Schneidspalt

Scherfestigkeit und Schnittkraft Berechnung

ScherfestigkeitTabmax 0,8 * 440 Rm

Tabmax 352 N/mm²

SchneidkraftF = s * TabmaxF1 = (15,7mm + 9,4mm + 28,4mm) * 0,5 * 352 N/mm²F1 = 9451 N F2 = (2 * 28mm + 2 * 25mm) * 0,5 * 352 N/mm²F2 = 18656 N Fg = 9451 N + 18656 NFg = 28,1 KN

Flächenpressung

FlächenpressungLs = 15,7 mm + 9,4 mm + 28,6 mmLs = 53,7 mm F = ls * s * TabmaxF = 53,7 mm * 0,5 * 352 N/mm²F = 9451 N = 9,451 KN A = (10^2 *π/8mm) + (6^2 *π/8) + 8 * 14,15A = 166,5 mm² P= F/A Kleiner als 250 N/mm² keine Druckplatte nötig P = 9451 N / 166,5 mm² Bei der Flächenpressung wirkt die größte Kraft P = 9451 N / 166,5 mm² beim kleinsten Stempel.Daher ist es nur nötig den P= 56,8 N/mm² kleinen Stempel zu berechnen

Lage des Einspannzapfens

  

Länge X Linie lx Y ly

28mm 0 1 0 14 392

25mm - 12,5 2 - 312,5 0 0

28mm - 25 3 - 700 14 392

25mm - 12,5 4 - 312,5 28 700

15,7mm - 38,4 5 - 602,9 22,8 358

14,3mm - 34,4 6 - 491,9 14 200,2

9,4mm - 38,4 7 - 361 5,9 55,5

14,3mm - 42,4 8 - 606,3 14 200,2

X0 = Σlx / Σl X0 = -3387,1mm²/ 159,7mm X0 = -21,2mm

Y0 = Σly / ΣlY0 = 2297,9mm²/ 159,7mmY0 = 14,4mm

Σ = 159,7mm Σ = -3387,1 mm² Σ = 2297,9mm² 

DurchbruchBerechnung

Ausschneiden (Schneidplatte) Ao,sch = Au,f + 1/5T + H 28 (+0,1/+0,2) = + 0,1 + 0,02 + 0,01 T = 0,1 = 0,13mm H = 0,01  Au,sch = Au,f + 1/5T = +0,1 + 0,02 = 0,12mm

Schnittplattentoleranz Schnittplattentoleranz:R5 (+0,075/+0,095) 28 (+0,13/+0,12)mm R3 (+0,075/+0,095) 25 (+0,13/+0,12)mm

StempelBerechnung

Ausschneiden (Stempel) Stempeltoleranz = Schneidplattenmaß – 2 * Schneidspalt = 28,13 – 2 * 0,02 = 28,09mm Stempeltoleranz = Schneidplattenmaß – 2 * Schneidspalt = 28,12 – 2 * 0,02 = 28,08mm Stempeltoleranz28 (+0,09/+0,08)25 (+0,09/+0,08)

Lochen (Stempel)

St = (Gs - 1/5T) – H

St = (14,1 – 0,02) – H

St = 14,08 – 0,01

St = 14,07

Stempeltoleranz

14 (+0,08/+0,07)

SchneidspaltBerechnung

Us = c * s * Tb/10c = 0,015mm (genau)

c = 0,035mm (groß)

S = 0,5mm

Tb = 360N/mm²

Us = 0,015mm * 0,5mm * 360/10

Us = 0,045mm

Rückzugskraft

Für die Rückzugskraft sind 20-30% der

Schneidkraft zu berechnen⇒ 25%

LochstempelFr1 = 9451N / 4Fr1 = 2363N

AusschneidstempelFr2 = 18656N / 4Fr2 = 4664N

GesamtkräfteFrg = 28107N / 4Frg = 7026NBei zwei schrauben: 3513N

Schraubenquerschnitt für Stempel

Schraube 8.8

Re = 640N/mm²

Lochstempel:A1 = F1/Re

A1= 2363N / 640N/mm²

A1 = 3,7mm²

AusschneidstempelA2 = F2 / ReA2 = 4664N / 640N/mm²A2 = 7,3mm²

Sicherheitszahl = 2

A1 = 2,7mm² * 2A1 = 7,4mm²

A2 = 7,3mm² * 2A2 = 7,3mm²

D1 = 4 * A1 / D1 = 4 * 7,4mm² * D1 0 3,07mm M4

D2 = 4 * A1 / D2 = 4 * 14,7mm² / D2 = 4,33mm M6

• Gesamtzeichnung

• Grundplatte

• Führungsleisten

• Fertigteil

• Stückliste

Gesamtzeichnung

Grundplatte

Führungsleisten

Fertigteil

StücklistePos. Menge Benennung Norm-Kurzbezeichnung Werkstoff

1. 1 Grundplatte DIN ISO 2768-1 (m) 124x100x20 C45W3

2. 1 Schneidplatte DIN ISO 2768-1 (m) 84x100x30 X155CrVMo12 1

3. 1 1.Führungsleiste DIN ISO 2768-1 (m) 104x25x4 C45W3

4. 1 2.Führungsleiste DIN ISO 2768-1 (m) 129x25x4 C45W3

5. 1 Einführblech DIN ISO 2768-1 (m) 59x25x2 C45W3

6. 1 Führungsplatte DIN ISO 2768-1 (m) 84x100x20 C45W3

7. 1 Lochstempel 80,3x30,3x150 X155CrVMo12 1

8. 1 Ausschneidstempel 80,3x30,3x150 X155CrVMo12 1

9. 1 Stempelhalteplatte DIN ISO 2768-1 (m) 80x54x20 C45W3

10. 1 Kopfplatte DIN ISO 2768-1 (m) 80x54x20 C45W3

11. 1 Einspannzapfen DIN 9859/5 d1 25 E295

12. 1 Zyl.-schraube DIN EN ISO 4762 M4x18 8.8.

13. 1 Zyl.-schraube DIN EN ISO 4762 M6x20 8.8.

14. 2 Zyl.-schraube DIN EN ISO 4762 M5x40 8.8.

15. 2 Zyl.-schraube DIN EN ISO 4762 M5x50 8.8.

16. 2 Zylinderstift DIN EN ISO 8734 5m6x50 1.305

17. 1 Anschlagstift DIN EN ISO 8734 10m6x10 1.305

18. 4 Zylinderstift DIN EN ISO 8734 5m6x70 1.305

19. 2 Senkschraube DIN EN ISO 2009 M3x5 5.8.

Erodieren

• Erodieren

• Geschichtlicher Überblick

• Der Erodiervorgang

• Aufbau der Drahterodiermaschine

• E -Pack

ErodierenKennzeichnend für dieses verfahren ist, dass der Werkstoffabtrag durch eine Folge von elektrischen Entladungen entsteht. Eine Entladung ist ein Ausgleich zwischen positiven (+) und negativen (-) Ladungen, dabei haben Werkstück und Erodierdraht bzw. Elektrode eine unterschiedliche Polarität (+/-).Als folge einer Entladung springt ein Funke zwischen den Polen über. Diese Entladungen sind örtlich und zeitlich voneinander getrennt, was bedeutet, das immer nur ein Funke zu einer bestimmten zeit an einem bestimmten Ort entsteht. Dieser Vorgang geschieht fortlaufend mit sehr hoher Geschwindigkeit. Der Funke wandert bildlich gesehen über das Werkstück. Die Entladungen werden durch Spannungsquellen von über 200 V verursacht. Die Bearbeitung findet in einer Bearbeitungsflüssigkieit ( Dielektrikum ) statt, die elektrisch nicht leitfähig ist. Das kann z.b. Petroleum oder Wasser sein dem durch einen Chemischen Prozess die Leitfähigkeit entzogen wurde. Das Erodieren ist auch unter dem Namen Elektroerosion oder Der Englischen Bezeichnung EDM (Electrical Discharge Maschining) bekannt. Das Erodieren wird überall dort eingesetzt wo andere Abtragsverfahren aufgrund der Bearbeitungsaufgabe nicht verwendet werden können. Die gründe sind entweder die Eigenschaften des Werkstoffes, insbesondere dessen Härte oder die zu erzielende Kontur, Innenecken oder komplizierte Hinterschneidungen. Ein weiterer Vorteil ist, das bei der Erodierenden Bearbeitung kaum Prozesskräfte auftreten und somit das Werkstück keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.Für die Fertigung hat dies zur folge, das mit der Erodierenden Bearbeitung die gewünschte Maßhaltigkeit ohne manuelle Nachbearbeitung erreicht werden kann. Somit ist der Werkzeugund Formenbau der Hauptanwender der Erodiertechnik. Nachteilig ist, das der Zeit- und Energieaufwand sehr hoch ist.

Geschichtlicher ÜberblickSchon im Jahre 1770 entdeckte der englische Wissenschaftler Priestely die Erodierende Wirkung elektrischer Entladungen. Während der Durchführung von Forschungsarbeiten zur Eliminierung dieser erodierenden Wirkung bei elektrischen Kontakten, kamen die Sowjetischen Wissenschaftler Die Gebrüder Lazarenko auf die Idee, die zerstörerische Wirkung elektrischer Entladungen nutzbar zu machen und ein gesteuertes Verfahren zum bearbeiten von Metallen zu entwickeln. Im Jahre 1943 erprobten sie ein verfahren zur Bearbeitung durch Funkenerosion, das so genannt wurde, weil bei ihm aufeinanderfolgend Funken zwischen zwei in ein flüssiges Dielektrikum eingetauchten Stromleitern erzeugt werden. Das Prinzip des damals verwanden Funkengenerators, Lazarenko-Kreis genannt, wurde lange Zeit beim Bau von Generatoren von Funkenerodiermaschinen angewandt. In verbesserter Form wird dieser Generatortyp noch heute bei bestimmten Anwendungen eingesetzt.Die spektakuläre Entwicklung der Funkenerosion war durch den Einsatz von Forschern möglich, die dazu beigetragen haben, die grundlegenden Merkmale dieses Bearbeitungsverfahens aufzuklären und es heute optimal zu nutzen. 1952 begann Charmilles, sich für die Funkenerosion zu interessieren und 1955 wurde die

erste Maschine die dieses verfahren nutzt als Neuheit auf der Europäischen Werkzeugmaschinen Ausstellung

in Mailand vorgestellt.

Der ErodiervorgangDer Erodiervorgang beginnt mit einer elektrischen Entladung. Es wird ein Funken zwischen Elektrode bzw. Draht und Werkstück erzeugt. Dazu muss eine Spannung angelegt werden, die größer ist als die Durchbruchspannung des Funkenspalts ( der Zwischenraum Elektrode-Werkstück)  Diese Durchbruchspannung ist abhängig • - Von der Entfernung zwischen der Elektrode und dem Werkstück • - Von der Isolierfähigkeit des Dielektrikums • - Vom Verschmutzungszustand des Funkenspalts durch • Erosionsrücktände

An der Stelle, an der das elektrische Feld am stärksten ist wird eineEntladung Stattfinden. Das wird das Endergebnis eines ganzen Prozesses sein.

Unter der Einwirkung dieses Feldes werden freie positive Ionen und Elektronenbeschleunigt, erreichen große Geschwindigkeiten und bilden sehr schnell einen ionisierten und damit leitenden Kanal. In diesem Stadium kann der Strom fließen. Der Funke entsteht zwischen der Elektrode bzw. Draht und provoziert zwischen den Teilchen eine unendlicheZahl von Kollisionen.  

Der Erodiervorgang

Es entsteht eine Plasmazone. Sie erreicht schnell sehr hohe Temperaturen der Größenordnung von 8000°C bis 1200°C und bildet sich weiter aus unter der Einwirkung immer zahlreicher werdenden Stöße die ein lokales und momentanes Schmelzen einer gewissen Materialmenge sowohl an der Oberfläche des Werkstücks als auch an der Elektrode bzw. des Drahtes.Gleichzeitig bildet sich aufgrund der Verdampfung zwischen Werkstück und Elektrode eine Gasblase im Dielektrikum deren Druck gleichmäßig bis zum Erreichen eines sehr hohen Wertes ansteigt.  

 Im Moment der Stromunterbrechung führt das plötzliche absinken der Temperatur zur Implosion der Blase. Dabei entstehen dynamische Kräfte die das Geschmolzene Material aus dem Krater herausschleudern   Das erodierte Material wird dann im Dielektrikum in Form kleiner Kügelchen fest und vom Dielektrikum abtransportiert.

Der Erodiervorgang

Die Erodierung an der Einheit Elektrode Werkstück ist unsymmetrisch und wird insbesondere von der Polarität , der Temperaturfähigkeit, der Schmelztemperatur, der Materialien und der Dauer und Intensität der Entladungen bestimmt. Die Erodierung heißt Abbrand wenn sie an Elektrode oder Draht stattfindet und Materialabtrag wenn sie am Werkstück erfolgt.

Beispiel für das Senkerodieren Verwendung für die Herstellung von Spritzformen, Pressformen und jeder anderen komplex geformten Einsenkung oder Volumina. Der Formabdruck wird mittels einerElektrode die, die negative Form des gewünschten Resultats hat.

 Beispiel für das Drahterodieren Verwendung für die Herstellung von Schnittmatritzen und Stempeln, Ziehdüsen und anderer komplexer durchgängiger Profile. Die Profile werden mitels einer dünnen Drahtelektrode (in unserm fall 0,25 mm) realisiert, die sich in X, Y und U, V gleichzeitig bewegen lässt.

Aufbau der Drahterodiermaschine

Die RA-Serie ist für ein breites Bearbeitungszentrum entwickelt worden.In der Produktion wird sie im Schnittwerkzeugbau und Formenbau verwendet.Ihre Vorteile sind:-eine größere Schneidrate-hohe Genauigkeit-eine sehr einfache Bedienung-sehr schnelle 64-Bit CNC-PC-Steuerung in Kombination mit einem AC-Servo-Antriebssystem -niedriger Preis-geringer Energieverbrauch Die Bezeichnung und Funktion der Hauptmaschinenkomponenten sind im folgenden erklärt.  • Kopf : Durch verfahren der oberen Drahtführung kann der vertikale abstand zwischen oberer • Spüldüse und Werkstück entsprechend der Werkstückdicke verkleinert oder vergrößert • werden.  • Drahtzuführung : In der Drahtzuführung werden Drahtantrieb und Drahtzugspannung erzeugt.  • Anschlusseinheit : Optionale Arbeitsleuchten und Drahtausrichtblöcke können hier angeschlossen

werden. • Arbeitstisch : Dient zum aufspannen von Werkstücken.  • Drahtauffangeinheit : Dient zum Sammeln des verbrauchten Drahtes. • Obere Drahtführung : Dient zum führen des Drahtes und zur Übertragung des Stromes.•  Untere Drahtführung : Dient zum führen des Drahtes und zur Übertragung des Stromes

E – Pack

E- Packs sind die Voreingestellt Daten, für den Erodiervorgang:

Damit ist gemeint das die Maschine automatisch erkennt welche Werte (z.B. welche

Stromstufe, welchen Drahtvorschub usw.) zu wählen sind

Zudem erkennt die Maschine wie oft sie verfahren muss um eine bestimmt

Rauhigkeit zu erhalten

E – Pack

In diesen E- Packs ist außerdem festgelegt wie viel abstand der Draht zum

Werkstück benötigt, damit man das angegebene Maß auch erhält

Fertigung der GrundplatteGrundplatte

Die Grundplatte stellt die Verbindung zwischen dem Werkzeugunterteil und dem Pressentisch dar. Sie ist meistens zwischen 25 – 60 mm Dick und wird häufig aus Baustahl oder Grau Guss hergestellt in einigen fällen wird sie aber auch aus Aluminium Legierungen gefertigt. Damit die Schnitteile bzw. der Abfall ungehindert durchfallen kann ist der Durchbruch in der Grundplatte ca. 2 mm größer als in der Schneidplatte. Zum Festspannen der Grundplatte auf dem Pressentisch Können ander Grundplatte ein Spannrand oder Spannschlitze vorgesehen werden.  Unsere Grundplatte  Unsere Grundplatte wurde aus C45W gefertigt und hat eine Stärke von 25 mm und besitzt einen Spannrand von 20 mm pro Seite. Die Durchbrüche sind jeweils 2 mm größer dimensioniert als in der Schneidplatte damit das Schnittteil sauber durchfällt. Beim erodieren der Grundplatte gab es keinerlei Probleme.    

Fertigung der Führungsleisten

Führungsleisten

Die Führungsleisten sind feste Leisten die bei Werkzeugen mit Plattenführung Angewendet werden sie sind 5 bis 8 mm dick und aus einem verschleißfesten Stahl. Sie werden zwischen Schneidplatte und Stempel Führungslplatte montiert.   Unsere Führungsleisten  Unsere Führungsleisten sind aus C45W und 5 mm dick da sie vomBetriebshandwerker hergestellt wurden hatten wir mit der Herstellung nichts zu tun