Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben durch das Kultusministerium
Nr.916
Dipl.-Ing. Hans-Joachim Crasemann
Forschungsstelle Blechbearbeitung am Institut fur Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik der Technischen Hochschule Hannover
Oirektor: Prof. Or.-Ing., Or.-Ing. E. h. O. Kienzle
Im Auftrage der Forschungsgesellschaft Blechverarbeitung e. V., Ousseldorf
Der offene, kreuzende Scherschnitt an Blechen
Ais Manuskript gedruckt
SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH
ISBN 978-3-663-03390-5 ISBN 978-3-663-04579-3 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04579-3
UrsprOnglich erschienen bei Wesfdeufscher Verlag / Koln und Opladen 1960
G 1 i e d e run g
Verzeichnis der Abktirzungen und Begriffe •• · • S. 6
0.1 Einftihrung. . . . . . . . . s. 9
0.2 Begriff Schneiden und Stellung innerhalb der Verfahren der
Fertigungstechnik •....••..••••...••• • S. 10
0.3 Bedeutung der Kreismesserscheren und Kreis-Langmesserscheren S. 12
0.4 Uberblick tiber das Schrift tum • . . • • • • . . • • . 13
• S.
0.5 Umgrenzung der Aufgabe. 14
• S.
1. Geometrie und Kinematik des offenen Schnittes •. · S. 16
1.1 Bezugssystem zur Beschreibung des Schneidvorganges. • • • S. 17
1.2 Winkel und Langen am Wirkpaar . . . . . s. 18
1.3 Schneidkantenform, Eingriffswinkel und Neigungswinkel • . . . s. 21
1.4 Kreismesser- und Kreis-Langmesserschnitt •. · . s. 23
2. Versuchsvorrichtungen •. · . s. 26
2.1 Kreismesserschnitt •• • S. 26
2.2 Kreis-Langmesserschnitt • • • • • S. 32
3. Erkenntnisse tiber den Schneidvorgang •. · . s. 36
3.1 AuBere Krafte am Blech und seine Lage zu den Schneidkanten .• S. 37
3.2 Kraftverteilung an den Schneidkanten •• · S. 41
3.3 Vorgange im Innern des Werkstoffes ••• · S. 46
3.31 Vorgange beim Eindringen der Schneiden in den Werkstoff S. 48
3.32 Werkstoffbeanspruchung und RiBbiIdung. . • S. 48
3·33 Trennung in der ReiBzone . . • . . . . . • S. 56
3.34 Schabspanbildung • . . . • . • . • • • . • • • • • S. 64
3.4 Bemerkungen zur Verformung der Schnitteile •. · S. 67
4. Die Schneidkrafte . · . s. 70
4.1 Bisher bekannte Schneidkraftformeln · . s. 72
4.2 Neue Berechnungsunterlage ftir die Hauptschneidkrafte. • S. 72
4.21 Ansatz fur den offenen Schnitt • • • • • • • .• • • S. 72
4.22 Gleichung ftir die stationaren Verfahren des kreuzenden
Schnittes. . . . . . . . • . . . . . . . . . S. 76
4.23 Gleichung fur die untersuchten Verfahren • . . .. • S. 79
4.24 MeBergebnisse und Berechnungsschaubild •..•.••.• S. 82
4.25 Hinweise ftir die Auslegung von Kreismesserscheren .... S. 88
4·3 Abdrangkraft. . • • • • • . . . . . . . . • . . . S. 89
5. Die Berechnung der Leistung von Kreismesserscheren •.. • • S. 93
6. Zusammenfassung •..•.. . . . . . s. 96
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7. Anlagen · · · · · s. 10t
Anlage 1 Aufspaltung von F. u.n k.ti o.n en mehrer V. e.r a.n d.e rlicher in
Teilfunktionen. · · · · · S. 101
Anlage 2 Versuche zur Ermittlung der Hauptschneidkraft • · · s. t05
Anlage 3 Ergebnisse der Hauptschneidkraftmessungen · · · · · s. 115
Literaturverzeichnis •.•••.••••.••••••. · . s. 135
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Die vorliegende Arbeit bildet einen Baustein in der Reihe der Untersu
chungen, die das Institut fur Werkzeugmaschinen und Umformtechnik der
Technischen Hochschule Hannover fur die Forschungsgesellschaft Blechver
arbeitung e.V., Dusseldorf, unternommen hat. Das Forschungsvorhaben hat
die Unterstutzung des Landes Nordrhein-Westfalen und der Deutschen For
schungsgemeinschaft gefunden. Ihnen sei an dieser Stelle der gebuhrende
Dank ausgesprochen.
Meinem Lehrer, Herrn Professor Dr.-Ing., Dr.-Ing. E.h. O.KIENZLE danke
ich fur die Anregung zu dieser Arbeit sowie fur seine Unterstutzung.
Herrn Professor SCHWERDTFEGER verdanke ich wertvolle Hinweise zur Ver
suchsauswertung.
Eine Reihe von Werken stellte fur die Versuche kostenlos Vorrichtungen
und Werkzeuge her und spendete die Versuchswerkstoffe. Den Firmen
Wagner & Co., Werkzeugmaschinenfabrik, Dortmund,
Klingelnberg, W.Ferd.Klingelnberg & Sohne, Remscheid-Berghausen,
Vereinigte Leichtmetall-Werke, GmbH., Bonn,
Stahlwerke Sudwestfalen AG., Geisweid Krs.Siegen,
Salzgitter Huttenwerke AG., Salzgitter-Drutte
sei an dieser Stelle besonders gedankt.
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Verzeichnis der Abkurzungen
x
Abstand der Angriffspunkte zwischen P und P :
123 123
a1 in der P.a.d. Schnittebene, senkrecht zur Werkstuck
mittelebene,
a2 in der P.a.d. Schnittebene und Werkstuckmittelebene,
a senkrecht zur Schnittebene, in der P.a.d. Werkstuck
3
mittelebene
B Stuckbreite
c KenngroBe fur den Werkstuckstoff
w
F Scherquerschnitt
F Schneidquerschnitt
s
fA Abstand des Angriffspunktes von P1 von der gemeinsamen
Normalen der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittel-
ebene
fE Abstand des Eingriffspunktes von der gemeinsamen Norma
len der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittelebene
k Schneidwiderstand
s
ks10 spezifischer Schneidwiderstand
Abstand des Blechhalters von der gemeinsamen Normalen
LH2
der Schneidkanten in der P.a.d. Werkstuckmittelebene
1 Schnittlange
Md Antriebsmoment eines Kreismessers
m Breite der Abschiebzone am Werkstuck
n Breite der ReiBzone am Werkstuck
0 Abstand der Kreismessermittelpunkte in der P.a.d. Werk
stuckmittelebene
P resultierende Schneidkraft im Raum
123
P12 resultierende Schneidkraft in der P.a.d. Schnittebene
P1 Hauptschneidkraft
P spezifische Hauptschneidkraft
10
P2 Fortschreitkraft
P Abdrangkraft
3
p Flachenpressung
Q Abstand der Kreismessermittelpunkte voneinander
q Abstand des Kreismessermittelpunktes von der Langmesser
schneidkante
P.a.d. Projektion auf die •.••
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R Kreismesserhalbmesser
r Abstand des Momentanpoles von der Schneidkante
s Werkstuckdicke
U Uberdeckung (wenn negativ Einzugsspalt)
u Schneidspalt
resultierende Schneidgeschwindigkeit
Fortschreitschneidgeschwindigkeit
Freiwinkel
Keilwinkel
Druckwinkel
Schrankungswinkel
Gehrungswinkel
Neigungswinkel
Einlaufwinkel
Reibungsbeiwert an den Druckflachen der Schneidkanten
~1
Reibungsbeiwert an den Freiflachen der Schneidkanten
~3
Reibungsbeiwert beim Schnitt ohne Schmierung
~o
d Normalspannung
dB Bruchfestigkeit des Werkstuckstoffes
"'C Schubspannung
Eingriffswinkel
4>a
Eingriffswinkel im Angriffspunkt von P123
4>aA
tjJ Winkel zwischen EinriB und Verbindungslinie der Schneid
kant en in der Ebene senkrecht zur Schnitt- und Werkstucks
ebene
w Winkelgeschwindigkeit der Kreismesser
x angekre.u zte GraBen beziehen sich auf das Untermesser
Zeiger i GraBen kommen an beiden Messern vor und kannen verschie-
den groB sein
Zeiger 0 Bezugswert der betreffenden GraBe
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Begriffe:
Schneidverfahren:
Schneiden Kurvenschnitt
Scherschnitt Gehrungsschnitt
Messerschnitt Besaumschnitt
BeiBschnitt Teilschnitt
offener Schnitt Langmesserschnitt
geschlossener Schnitt Kreis-Langmesserschnitt
vollkantiger Schnitt Kreismesserschnitt
kreuzender Schnitt
Druckschnitt
ziehender Schnitt
Wirkpaar:
Schneidebene Krafteinleitzone
Schneidnormalebene AuBenkraftfreie Zone
Schnittebene /Abschiebzone
Werksttickmittelebene Schni ttzone\
Schnittufer ReiBzone
Werkzeug
Schneide
Schneidkante
DruckfHiche
Freiflache
Werksttick
Schnittlinie RiB I.Art, II.Art, III.Art
Schnitteil Zipfel
Schnittkante Schuppe
Abschiebflache
Schabspan
Schnittflach!
Grat
\ReiBflache
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0.1 Einftihrung
In der Blechbearbeitung ist das Schneiden das am haufigsten vorkommende
Bearbeitungsverfahren. Von den drei Schneidverfahren, dem Scherschnitt,
Messerschnitt und BeiSschnitt [28J kommt dem Scherschnitt in der Erzeu
gung und der Weiterbearbeitung des Bleches die groSte Bedeutung zu. In
Walzwerken besaumen Scheren die ungeraden Walzrander und zerteilen die
gewalzten Bander in Tafeln oder Streifen. Die Weiterbearbeitung des Ble
ches beginnt wieder mit dem Schneiden. Vor dem Umformen des Bleches zu
raumlichen Gebilden werden aus den Tafeln die Werkstticke zwischen Stem
pel und Schneidplatte ausgeschnitten oder auf Tafelscheren abgetrennt.
Nach dem Umformen trennen Scherschnitte die Ziehrander von Ziehteilen
ab und bringen die vorgesehenen Durchbrtiche ein.
Beim Scherschnitt kennen wir zwei Arten:
a) den geschlossenen Schnitt zwischen Stempel und Schneidplatte; hierbei
bilden die Projektionen der Schneidkanten auf der Werksttickoberfla
che geschlossene Linien.
b) den offenen Schnitt zwischen den Schneidkanten zweier Messer, hierbei
schneiden die Projektionen der Schneidkanten auf der Werksttickober
flache diese mindestens an einem Rand.
Der offene Schnitt wird zwischen verschiedenartigen Werkzeugpaaren ver
wirklicht, namlich
a) zwischen zwei Langmessern,
b) zwischen einem Langmesser und einem Kreismesser,
c) zwischen zwei Kreismessern.
In dieser Arbeit wird tiber eigene experimentelle Untersuchungen zu b)
und c) berichtet. Zu a) werden Arbeiten Dritter ausgewertet und das Gan
ze zu einer einheitlichen Betrachtung verschmolzen.
Uber den offenen Scherschnitt wurden im Vergleich zum geschlossenen
Schnitt bisher nur wenige Arbeiten veroffentlicht; sie erstrecken sich
fast ausschlieSlich auf die Schnittart a). Mit den Schnittarten b) und
c) betreten wir deshalb wissenschaftliches Neuland. Die Schnittart b),
obwohl wirtschaftlich weniger bedeutend als c), erlaubt den AnschluS an
die bekannten Untersuchungen tiber den Langmesserschnitt.
Um die Grenzen in der praktischen Anwendung der in der Aufgabenstellung
behandelten Verfahren zu erfassen und aIle Untersuchungen, welche auf
verwandten Gebieten aus dem Schrifttum bekannt geworden sind, hinzuzu-
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ziehen, galt es, eine systematische Ubersicht uber die Schneidverfahren
des offenen Schnittes auszuarbeiten. Sie wurde im Abschnitt 1 auf der
Grundlage der Geometrie und Kinematik dargelegt und erfaSt gleichzeitig
alle zur Beschreibung des Schneidvorganges erforderlichen Langen und
Winkel am Wirkpaar (Werkzeug/Werkstuck).
Fur die Versuche mit zwei Kreismessern und Kreis-Langmesser wurde eine
eigene Einrichtung konstruiert, mit der die Schneidkrafte und Momente
gleichzeitig gemessen werden konnten (Abschn.2).
Die Untersuchung des Schneidvorganges (Abschn.3) erstreckt sich auf die
Krafte im Wirkpaar und gibt uns Auskunft uber die Beanspruchung des in
Trennung befindlichen Werkstuckquerschnittes. Damit stellt sie gleich
zeitig die Grundlage fur die darauf folgende Betrachtung der im Scher
querschnitt ablaufenden Vorgange dar. Letztere ist von praktischer Be
deutung, weil sie Antwort auf die Frage nach der Ursache der Gratbildung,
Zipfelbildung und andere die Sauberkeit der Schnittkante beeintrachti
genden Erscheinungen gibt.
Der vierte Abschnitt liefert auf Grund zahlreicher Versuche und der Aus
wertung des Schrifttums eine neue Grundlage fur die Bestimmung der
Schneidkrafte fur einen Blechdickenbereich von 0,5 bis 10 mm.
Die Untersuchungsverfahren und Versuche wurden auf die Teilaufgaben ab
gestimmt, sie werden daher nicht geschlossen dargestellt, sondern in den
einzelnen Abschnitten angefuhrt.
Fur die Darstellung der Ergebnisse muSte eine Anzahl neuer Begriffe ge
bildet werden. Soweit diese sich auf das Werkzeug beziehen, wurden sie
vom Stammwort "Schneiden" und soweit sie das Werkstuck betreffen, vom
Stammwort "Schnitt" abgeleitet. Sie sind im Verzeichnis der Abkurzungen
aufgenommen.
0.2 Begriff "Schneiden" und Stellung des Schneidens innerhalb der Verfah
ren der Fertigungstechnik
Die untersuchten Schneidverfahren wurden mit den ubergeordneten Verfah
rensgruppen zusammen in Form eines Stammbaumes dargestellt (Tab.1), aus
dem ihre Stellung innerhalb der Verfahren der Fertigungstechnik erkennt
ist.
Das Schneiden leitet sich von dem Fertigungsverfahren "Trennen" ab, wel
ches bezuglich der geometrischen Veranderungen des Werkstuckes als Klasse
neben den Klassen Urformen, Umformen, Fugen und Veredeln steht [29J.
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