Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1091
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
Dr.-Ing. Kurt Buchmann
v.,
For.rchungsgeselischaJt Blechverarbeitung e. Düsseldorf
Beitrag zur Verschleißbeurteilung
beim Schneiden von Stahlfeinblechen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06213-4 ISBN 978-3-663-07126-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07126-6
Verlags-Nr.011091
© 1962 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1962.
Inhalt
Formelverzeichnis ...................................................... 7
1. Stand der Erkenntnisse und Abgrenzung der Aufgabe................. 9
1.1 Bisherige Untersuchungen des Schneidkantenverschleißes . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Definitionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Aufgabe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2. Grundfragen der Verschleißprüfung .................................. 19
2.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .. 19
2.2 Der Knabberschnitt als Vergleichsprüfverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Ersatzformen für verschlissene Schneid kanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4 übertragbarkeit des Prüfverfahrens auf andere Werkstück-und Werkzeug-
stoffe .......................................................... 22
3. Die angewandten Meßverfahren ................................... . . . 23
3.1 Die Verschleißmessung .......................................... 23
3.2 Das Messen des Grates .......................................... 31
3.3 Das Messen der Werkzeughärte ................................... 34
3.4 Die Schneidkraftmessung ........................................ 34
4. Die Änderung des Schneidvorganges durch den Verschleiß ............ 35
4.1 Die Entstehung des Verschleißes und des Grates .................... 35
4.2 Die Änderung der Werkzeugform durch den Verschleiß. . . . .. . . . . .. . . 42
4.3 Werkzeugform und Gratbildung .................................. 46
4.4 Verschleiß und Grat in Abhängigkeit von der Schnittzahl ............ 47
4.5 Die Werkzeugaufhärtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.6 Die Schneidkraftänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . 53
5. Plan der Untersuchungen ............................................ 56
6. Ergebnisse am geschlossenen Schnitt ................................. 66
6.1 Der Verschleiß am geschlossenen Schnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.11 Einfluß der Werkzeuggrößen auf den Verschleiß .................... 66
6.111 Werkzeugstoff ........... ...................................... 66
6.112 Werkzeughärte ................................................. 68
6.113 Form der Schnittlinie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.114 Rauheit der Werkzeugstirnflächen ................................. 75
5
6.115 Blecheinspannung ............................................... 76
6.116 Schneidspalt .................................................... 78
6.12 Einfluß des Werkstückstoffes auf den Verschleiß .................... 81
6.13 Einfluß der Maschine auf den Verschleiß ........................... 81
6.2 Die Grathöhenzunahme mit wachsender Schnittzahl ................. 83
6.21 Die Grathöhenzunahme beim Schneiden mit verschiedenen Werkzeug-
stoffen ......................................................... 83
6.22 Die Grathöhenzunahme bei verschiedenen Schneidspalten ............ 84
6.23 Die Grathöhenzunahme an verschiedenen Werkstückstoffen . . . . . . . . . .. 86
6.24 Die Grathöhenzunahme mit der Schnittzahl beim Schneiden mit und ohne
Blechhalter .................................................. . .. 87
6.3 Der Zusammenhang zwischen Verschleiß und Grat. . . . . . . . . . . . . . . . .. 88
6.4 Die Gratbildung beim Schneiden mit künstlich verschlissenen Werkzeugen 92
6.5 Die Schneidkraftänderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
6.6 Die Härtezunahme der Werkzeuge mit der Schnittzahl. . . . . . . . . . . . . . .. 100
7. Der Abknabberschnitt.im Vergleich mit dem geschlossenen Schnitt ..... 102
7.1 Der Verschleiß beim Abknabberschnitt und Vergleich mit dem beim
geschlossenen Schnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 102
7.2 Der Grat beim Abknabberschnitt und Vergleich mit dem beim geschlosse-
nen Schnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 109
7.3 Die Schneidkraftänderung beim Abknabberschnitt und Vergleich mit der
beim geschlossenen Schnitt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 112
7.4 Die Werkzeugaufhärtung beim Abknabberschnitt und Vergleich mit der
beim geschlossenen Schnitt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 113
8. Vorschlag zur Prüfung der Schneidbarkeit von Blechen und der Schneid
haltigkeit von Werkzeugstoffen mittels Abknabberschnitt und künstlich
verschlissener Schneidkanten ......................................... 115
8.1 Prüfung der Schneidbarkeit von Blechen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 115
8.2 Prüfung der Schneidhaltigkeit von Werkzeugstoffen ................. 117
9. Zusammenfassung 118
Literaturverzeichnis .................................................... 125
6
Formelverzeichnis
cG Gestellfederzahl [Mp/mm]
Cge. Gesamtfederzahl [Mp/mm]
8B Bruchdehnung [%]
Fs Schnittfläche = Schnittlinienlänge X Blechdicke [mm!:]
f( ... ) Funktion von ...
H Härte nach Rockwell
Rc
HB Härte nach Brinell [kp/mm2]
Hv Härte nach Vickers [kp/mm2]
hI Grat am Innenstück bzw. Abschnitt [!Lm]
hA Grathöhe am Außenstück bzw. Streifen [!Lm]
Schnittzahl
j laufender Index
k Korrelationskoeffizient
Mv Mittelwert mehrerer Verschleißwerte [mml]
m mittlerer Fehler der Einzelmessung [mmS]
mMV mittlerer Fehler des Mittelwertes Mv [mml]
n Anzahl der Verschleißwerte bei einer bestimmten
Schnittzahl gemessen
Pmax Größtwert der Schneidkraft [kp]
Pmax spezifische Schneidkraft (P max/F s)
= Schneidwiderstand ks [kp/mm2]
R Rauhtiefe [!Lm]
r Rundungshalbmesser [mm]
s Blechdicke [mm]
t Eindringtiefe des Stempels [mm]
u Schneidspalt [!Lm]
us bezogener Schneidspalt = u/s
V Verschleiß allgemein [mmS]
Vs Stirnflächenverschleiß [mmS]
VM Mantelverschleiß [mmS]
Vss Stirnflächenverschleiß des Stempels [mm2]
VSP Stirnflächenverschleiß der Schneidplatte [mmS]
VMS Mantelverschleiß des Stempels [mmS]
VL,VT Verschleißlänge bzw. Verschleißtiefe [!Lm]
VLS, VLP Verschleißlänge am Stempel bzw. an der Schneidplatte [!Lm]
VTS, VTP Verschleißtiefe am Stempel bzw. an der Schneidplatte [!Lm]
v Differenz aus Verschleißwert V und dem
Verschleißmittelwert = V - Mv [mmS]
z Hubzahl der Schneidpresse [Hübe/sec]
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Es ist die Eigenart aller Werkzeuge, daß sie einem starken Verschleiß unter
worfen sind, wenn sie unter Krafteinwirkung Relativbewegungen gegenüber
harten Werkstoffen zwecks Umformung oder Trennung ausführen. Obwohl der
Verschleiß durch Werkstoffumformung nicht Gegenstand der vorliegenden Ar
beit ist, so ist doch zu beachten, daß jede Trennung bildsamer Stoffe mit einer
Verformung beginnt. Insofern sind die beiderseitigen Verschleißerscheinungen
verwandt, jedoch kommt beim Trennen noch ein Gleiten des Werkzeugs an der
frischen Trennfläche hinzu. Unter Verschleiß versteht man:
jede, durch gleitende Berührung von Körpern hervorgerufene, unerwünschte und
stetige Abtragung von Werkstoff [7].
Von den zahlreichen Trennverfahren ist der Verschleiß spanender Werkzeuge
schon seit langem eingehend untersucht worden.
Obwohl der Werkzeugverschleiß beim Schneiden von Blechen eine ähnliche
wirtschaftliche Bedeutung hat wie der beim Drehen, wurde er bis jetzt wenig
untersucht. In der Bundesrepublik Deutschland wurden im Jahr 1958 rd. 2,3 Milli
onen Tonnen oder rd. 250 Millionen Quadratmeter Feinblech [26] verarbeitet,
d. h. zerschnitten. Daher werden alljährlich Millionen von Schneidkanten an
Stempeln und Schneidplatten zerstört und sind neu herzurichten.
Hinzu kommt der Einfluß des Verschleißes auf das erzeugte Werkstück. Die
Sauberkeit der Schnittfläche und die Höhe des Grates hängen unmittelbar vom
Verschleißzustand des Werkzeugs ab. Die Tatsache, daß der Grat am Werkstück
seine Funktion unter Umständen beeinträchtigen (bei Elektroblechen darf der
Grat wegen der Gefahr des magnetischen Schlusses sowie zwecks Erzielung eines
günstigen Stapelfaktors eine bestimmte Höhe nicht überschreiten, in der Fein
werktechnik will man die durch Schneiden hergestellten Werkstücke ohne Nach
arbeit verwenden usw.), die Weiterverarbeitung erschweren und das Aussehen
mindern kann, erhellt die Bedeutung der Verschleißforschung.
Angesichts dieser Bedeutung ist man überrascht, daß der Schneidkantenverschleiß
nicht früher erforscht worden ist. Als wissenschaftliches Problem ist im letzten
Jahrzehnt der Schneidkantenverschleiß am Institut für Werkzeugmaschinen und
Umformtechnik der Technischen Hochschule Hannover mit den Arbeiten von
F. W. TIMMERBEIL [29] und W. KIENZLE [7] angefaßt worden. Einen weiteren
Beitrag lieferte R. DIES [3]. Daneben sind nur wenige Aufsätze [8, 10,20,28]
erschienen. So ist es verständlich, daß noch manche Fragen offen geblieben sind.
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1. Stand der Erkenntnisse und Abgrenzung der Aufgabe
1.1 Bisherige Untersuchungen des Schneidkantenverschleißes
Bei den ersten Schneiduntersuchungen zeigte TIMMERBEIL [29,9], in welcher
Weise die Schneidkanten beim Eindringen in das Blech verschleißen; er fand,
daß sich der Schneidvorgang durch den Werkzeugverschleiß ändert, indem die
Randfasern des Bleches, die sich beim Eindringen des Stempels strecken, leichter
um die Schneidkante herum gleiten. Das Werkstoffgefüge erleidet dadurch eine
größere Pressung, und der Stempel muß, um den Werkstoff zu trennen, tiefer
eindringen.
W. KIENZLE [7,8] ging darauf aus, Verschleißmerkmale zu finden, die der
Schneidbarkeit von Feinblechen und der Standmenge von Schneidwerkzeugen
zugrunde gelegt werden können, so wie man beim Drehmeißel z. B. den Frei
flächenverschleiß als ein Merkmal heranzieht. Da seine Arbeit die erste dieser
Art war und die vorliegende sie in manchen Punkten ergänzen soll, so ist an
dieser Stelle näher auf sie einzugehen. Er ~ählte als Verschleißmerkmale das dem
verschlissenen Werkzeug gegenüber dem frisch angeschliffenen fehlende Volumen
an der Stirnfläche und an der Mantelfläche und den Grat am Innenstück und am
Außenstück (Definition s. Abschnitt 1.2). Kennzeichnend für das Verschleiß
volumen, das unmittelbar zu messen schwierig und aufwendig ist, war die in
einem Axialschnitt eines Stempels oder einer Schneidplatte gemessene fehlende
Fläche. W. KIENZLE fand, daß der Stirnflächenverschleiß (Definition s. Ab
schnitt 1.2) der Anzahl der geschnittenen Teile mit einer gewissen Annäherung
verhältnisgleich sei, und hat das durch den Anstieg der Verschleißkurven (Stirn
flächenverschleiß als Funktion der Schnittzahl) ausgedrückt (s. [7], Abb. 5/25).
Neben dem Stirnflächenverschleiß ist aber bei bestimmten Werkstückstoffen,
Werkzeugstoffen und Schneidbedingungen auch der Mantelverschleiß (Definition
unter 1.2) kennzeichnend.
Was die Geradlinigkeit der Verschleißkurven anbelangt, so ist ähnliches bei
Kurven der Verschleißmarkenbreite an Drehmeißeln zu beobachten. Aber neuere
Beobachtungen von anderweitigem Verschleiß lassen vermuten, daß der Schneid
kantenverschleiß anfänglich stärker ansteigt, dann eine schwächere Zunahme er
fährt, um schließlich überproportional anzuwachsen. In der Tat zeigen sich bei
W. KIENZLE, der neben den geglätteten Kurven auch die ungeglätteten vorgelegt
hat, häufig die beiden ersten Kurvenäste, seltener der dritte. Da die Unterschiede
nicht groß waren, sind sie zur Gesamtbeurteilung in die Streuung einbezogen
worden.
Dieser Punkt ist noch näher zu untersuchen. Dafür spricht auch, daß die Grat
kurven (der Grat am Innenstück und Außenstück als Funktion der Schnittzahl)
9
bei W. KIENZLE keinen linearen Verlauf haben; vielmehr sind drei in der Steigung
unterschiedliche Kurventeile zu erkennen, wie sie soeben geschildert wurden
(s. [7], Abb. 5/49). Diese Gratkurven bilden das eigentliche Kriterium für die
Standmenge eines Werkzeugs.
W. KIENZLE hat die bei den Verschleißmerkmale an einer Vielzahl von Werkstück
stoffen erprobt und gefunden, daß man auch Schneidbedingungen, die den Ver
schleiß nur mittelbar beeinflussen (Stempelauftreffgeschwindigkeit, Maschinen
steifheit, Blechvorschubrichtung u. a.), mit diesen Merkmalen erfassen kann.
Er fand im einzelnen folgende Einflüsse auf den Stirnflächenverschleiß, der, weil
er bei den an Feinblechen angestellten Versuchen ausgeprägter war als der Mantel
verschleiß, als der wichtigere bezeichnet wurde.
1. Gleich bezeichnete Werkzeugstoffe, von verschiedenen Herstellern erzeugt, ergeben
nur geringe Unterschiede des Stirnflächenverschleißes.
2. Die physikalischen Eigenschaften des Werkstückstoffes (Streckgrenze, Dehnung,
Korngröße usw.) wirken sich auf den Verschleiß und die Grathöhe aus.
3. Ein überzug auf dem Werkstückstoff, z. B. Isolierpapier oder Oxydhaut, beeinflußt
den Verschleiß.
4. Der Mantelverschleiß ist bei Blechen unter 1 mm Dicke kleiner als der Stirnflächen
verschleiß, dagegen ist der Verschleiß an einer scharfen Stempellängskante viel größer
als der Stirnflächenverschleiß.
5. Schneidkantenform und Blechvorschub haben keinen Einfluß auf den Stirnflächen
verschleiß.
6. Der Stirnflächenverschleiß nimmt mit wachsender Stempelauftreffgeschwindigkeit
geringfügig ab ([7], Abb. 5/48).
7. Der Verschleiß ist stark abhängig vom Werkzeugstoff.
8. Bei gleicher Härte ist der Stirnflächenverschleiß an derSchneidplatte größer als am,
Stempel.
Da sich die Arbeit von W. KIENZLE auf das Finden geeigneter Verschleißmerk
male beschränkte, hat er nicht alle den Verschleiß beeinflussende Bedingungen
untersucht und verhältnismäßig wenig Werkstückstoffe, allerdings aus drei
Werkstückstoffgruppen, herangezogen. Daraus leitet der Verfasser den Plan ab,
ähnlich wie in der Zerspanungsforschung die Einflüsse von mehr Werkzeug
und Werkstückstoffen sowie von verschiedenen Schneidbedingungen kennen
zu lernen. Außerdem nahm er die von W. KIENZLE am Schluß seiner Arbeit (S. 68)
gegebene Anregung auf, den Knabberschnitt als ein wirtschaftliches Verschleiß
prüfverfahren zu untersuchen. Somit stellt die vorliegende Arbeit einen weiteren
Beitrag zur Verschleiß beurteilung beim Schneiden von Stahlfeinblechen dar.
Darin sind unverändert die von der Praxis gestellten Aufgaben eingeschlossen,
nämlich die Bestimmung
a) der Schneidbarkeit von Blechwerkstoffen und
b) der Standmenge eines Werkzeugpaares.
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