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