Projekt: Bauen eines Schneidwerkzeuges Ziele: Konstruieren, kalkulieren und bauen eines Folgeschnittwerkzeuges

Zuständigkeit: Grundplatte und Führungsleisten Gruppe 5 A&B construktion Arne Schmidt Benjamin 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 Tabmax  0,8 * 440 Rm Tabmax  352 N/mm² Schneidkraft F = s * Tabmax F1 = (15,7mm + 9,4mm + 28,4mm) * 0,5 * 352 N/mm² F1 = 9451 N   F2 = (2 * 28mm + 2 * 25mm) * 0,5 * 352 N/mm² F2 = 18656 N Fg = 9451 N + 18656 N Fg = 28,1 KN

Flächenpressung Flächenpressung Ls = 15,7 mm + 9,4 mm + 28,6 mm Ls = 53,7 mm   F = ls * s * Tabmax F = 53,7 mm * 0,5 * 352 N/mm² F = 9451 N = 9,451 KN A = (10^2 *π/8mm) + (6^2 *π/8) + 8 * 14,15 A = 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   Lage des Einspannzapfens Länge X Linie lx Y ly 28mm 1 14 392 25mm - 12,5 2 - 312,5 - 25 3 - 700 4 28 700 15,7mm - 38,4 5 - 602,9 22,8 358 14,3mm - 34,4 6 - 491,9 200,2 9,4mm 7 - 361 5,9 55,5 - 42,4 8 - 606,3    X0 = Σlx / Σl X0 = -3387,1mm²/ 159,7mm X0 = -21,2mm Y0 = Σly / Σl Y0 = 2297,9mm²/ 159,7mm Y0 = 14,4mm Σ = 159,7mm Σ = -3387,1 mm² Σ = 2297,9mm²  

Durchbruch Berechnung 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

Stempel Berechnung Lochen (Stempel) St = (Gs - 1/5T) – H Stempeltoleranz 14 (+0,08/+0,07) Ausschneiden (Stempel)   Stempeltoleranz = Schneidplattenmaß – 2 * Schneidspalt = 28,13 – 2 * 0,02 = 28,09mm = 28,12 – 2 * 0,02 = 28,08mm Stempeltoleranz 28 (+0,09/+0,08) 25 (+0,09/+0,08)

Schneidspalt Berechnung Us = c * s * Tb/10 c = 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% Lochstempel Fr1 = 9451N / 4 Fr1 = 2363N Ausschneidstempel Fr2 = 18656N / 4 Fr2 = 4664N Gesamtkräfte Frg = 28107N / 4 Frg = 7026N Bei zwei schrauben: 3513N

Schraubenquerschnitt für Stempel Re = 640N/mm² Lochstempel: A1 = F1/Re A1= 2363N / 640N/mm² A1 = 3,7mm² Ausschneidstempel A2 = F2 / Re A2 = 4664N / 640N/mm² A2 = 7,3mm² Sicherheitszahl = 2 A1 = 2,7mm² * 2 A1 = 7,4mm² A2 = 7,3mm² * 2 A2 = 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

Zeichnung Gesamtzeichnung Grundplatte Führungsleisten Fertigteil Stückliste

Gesamtzeichnung

Grundplatte

Führungsleisten

Fertigteil

Stückliste Pos. Menge Benennung Norm-Kurzbezeichnung Werkstoff 1. 1 Grundplatte DIN ISO 2768-1 (m) 124x100x20 C45W3 2. Schneidplatte DIN ISO 2768-1 (m) 84x100x30 X155CrVMo12 1 3. 1.Führungsleiste DIN ISO 2768-1 (m) 104x25x4 4. 2.Führungsleiste DIN ISO 2768-1 (m) 129x25x4 5. Einführblech DIN ISO 2768-1 (m) 59x25x2 6. Führungsplatte DIN ISO 2768-1 (m) 84x100x20 7. Lochstempel 80,3x30,3x150 8. Ausschneidstempel 9. Stempelhalteplatte DIN ISO 2768-1 (m) 80x54x20 10. Kopfplatte 11. Einspannzapfen DIN 9859/5 d1 25 E295 12. Zyl.-schraube DIN EN ISO 4762 M4x18 8.8. 13. DIN EN ISO 4762 M6x20 14. 2 DIN EN ISO 4762 M5x40 15. DIN EN ISO 4762 M5x50 16. Zylinderstift DIN EN ISO 8734 5m6x50 1.305 17. Anschlagstift DIN EN ISO 8734 10m6x10 18. 4 DIN EN ISO 8734 5m6x70 19. Senkschraube DIN EN ISO 2009 M3x5 5.8.

Erodieren Erodieren Geschichtlicher Überblick Der Erodiervorgang Aufbau der Drahterodiermaschine E -Pack

Erodieren Kennzeichnend 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 Werkzeug und Formenbau der Hauptanwender der Erodiertechnik. Nachteilig ist, das der Zeit- und Energieaufwand sehr hoch ist.

Geschichtlicher Überblick Schon 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 Erodiervorgang Der 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 eine Entladung Stattfinden. Das wird das Endergebnis eines ganzen Prozesses sein. Unter der Einwirkung dieses Feldes werden freie positive Ionen und Elektronen beschleunigt, 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 unendliche Zahl 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 einer Elektrode 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 Grundplatte 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 an der 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 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 vom Betriebshandwerker hergestellt wurden hatten wir mit der Herstellung nichts zu tun