Fachbeiträge Schmiede-Journal März 2010 31 grierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH arbeitet aktuell in mehreren Projekten an der Weiterent wicklung und Optimierung des gratlosen Schmiedens. Um den Anforderungen an die Genauigkeit der Halbzeuge beim Scheren gerecht zu werden, werden beispielsweise mit nachgelagerten Messeinrichtungen die Masse und somit das Werkstückvolumen der Halbzeuge überprüft. Daraufhin werden Scherparameter (z. B. Schneidspalt, Schergeschwindigkeit) an ge passt. Eine Verbesserung der Scher er - geb nisse kann vor allem in Bezug auf eine mög lichst plane, senkrechte Scherfläche er - reicht werden. Mit einer Schwingungs an re - gung des Scher messers können mehrere Para - meter, wie Stand winkel oder Unebenheit der Schnitt fläche, der Scherflächenausbildung gleichzeitig verbessert werden. Neben einer Steigerung der Qualität der Scherfläche wird insbesondere eine Reduktion des Stand win - kels – der Standwinkel ist zwischen idealer Scherfläche (90 ° zur Längsachse) und realer Scherfläche – auf weniger als 1° und die Ver - rin gerung der Welligkeit der Scherfläche erreicht. Bauteile, bei denen besonders gerade oder scherfehlerfreie Schnittflächen an Halb zeugen notwendig sind, profitieren deshalb vom schwingungsüberlagerten Knüppel - scheren. Schwingungsüberlagertes Knüppelscheren Die Arbeiten zur Untersuchung der Ein - flüsse auf die Scherflächenqualität beim Knüp pelscheren erfolgten im Rahmen des For schungsprojekts „Untersuchungen zum Knüppelscheren mit niederfrequenter Schwin gungsanregung des Schneidewerk - zeu ges“ (RE 2207/14-1) in einer hydraulischen Knüppel schere. Für die Versuche in der Knüppelschere wurden folgende Möglichkeiten geprüft: • piezoelektrische, • hydraulische und • mechanische Schwingungsanregung. Der Einsatz von Piezoaktoren erfordert eine Batterie an Piezoelementen. Diese Me - thode erfordert folglich einen hohen apparativen Aufwand sowie umfangreiche Inves ti - tionen und musste daher ausgeschlossen werden. Des Weiteren verhindert der antiproportionale Zusammenhang zwischen maximal aufbringbarer Leistung und maximalen Hub der Piezoaktoren eine adäquate Amplitude bei der benötigten Kraft. Eine hydraulische Anregung wurde mittels eines autarken Aggregates geprüft. Der Druck im Scherzylinder steigt schwellend an, jedoch verhindern die Trägheit des Scherkolbens, des Messerhalters und des Scher messers sowie die Kompressibilität des Hydrauliköls, dass Schwingungen im Werk - stück zu messen sind. Weiterhin ermöglicht eine hydraulische Anregung nicht den kurzen Rückhub, der für das Einhämmern in den zu scherenden Werkstoff benötigt wird. Die Berechnung verschiedener mechanischer Anregungsmöglichkeiten ergab, dass hohe Leistungsniveaus nötig sind, um Schwin gungen in ausreichender Frequenz zu erzeugen. Mit einer Antriebsleistung von 15 kW kann eine mechanische Schwin gungs - an regung realisiert werden (Bild 1). Die Mechanik basiert auf einer Schlag - welle mit sechs flachen Nocken. Diese wird zwischen Scherkolben und Messerhalter angetrieben. Für den Antrieb wird ein Asynchron motor mit einer maximalen Drehzahl von 1500 min-1 eingesetzt. Die maxi mal erreichbare Schlagfrequenz beträgt demzufolge 150 Hz. Der Motor ist schwimmend über Li nearführungen an einem Gerüst an der Knüppelschere montiert. Das Eigen ge - wicht des Motors und der Schlagwelle ist durch Gegengewichte vollständig kompensiert. Um die Reibung zwischen Scherkolben und Mess erhalter zu verringern, sind Schon - plat ten aus Bronze ober- und unterhalb der Schlagwelle montiert. Des Weiteren wurden die Kontakt flächen zwischen Schlagwelle und Schon plat ten bei der Versuchs durch füh - rung geschmiert. Die Drehzahl wurde mit einem Frequenz um richter variiert, der Weg des Schermessers mit einem Laser-Weg- Sensor aufgenommen. Ein exemplarischer Weg-Zeit-Verlauf, der die Schwingungen des Schermessers visualisiert, ist in Bild 2 dargestellt. Der Kurvenverlauf zeigt den Bereich des Wegs des Schermessers, in dem der zu scherende Knüppelabschnitt einen Gegendruck ausübt. Ab ca. 0,45 s beginnt der Bruch des Restquerschnitts. Der Weg-Zeit-Verlauf zeigt deutlich, dass das Schermesser nach jedem Schwingungshub wieder vom zu scherenden Material abhebt. Das Abheben ist Grund vor - aussetzung für das „Einhämmern“ des Scher - messers. Darstellung der erzielten Ergebnisse Für die Bewertung der Scherergebnisse wurden Unebenheit der Schnittfläche, Stand - winkel und Verhältnis von maximalem und minimalem Durchmesser (Ovalität) mittels einer 3D-Kordinationmessmaschine ermittelt. Die innermetallischen Untersuchungen wurden mithilfe von Aufnahmen eines Trans - elektronenmikroskops durchgeführt. Pri mä - res Ziel der Untersuchungen war die Ver - besse rung der Scherflächen der Knüppel ab - schnitte. Scherfehler wie Zipfel, Zungen, Aus brüche oder Druckflächenverformung waren nicht zu beobachten oder konnten durch die Anpassung des Schneidspaltes eliminiert werden. Der op timale Schneidspalt für das zu scherende Ma terial wurde mit 0,45 mm ermittelt. Ovalität Die Ovalität der Schnittfläche hat durch die ungleichmäßige laterale Massenverteilung des Halbzeugs Einfluss auf die Qualität des Schmiedeergebnisses. Daher wurden alle Bild 2: Weg-Zeit-Verlauf des Schermessers. Bild 3: Ovalität der Knüppelabschnitte.
2010-03-Schmiede-Journal
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