item forscht: Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden

3. Feb 2016 item Redaktion

Neue Ansätze für die spanlose Bearbeitung von Serienbauteilen.

Der Sondermaschinenbau-Markt entwickelt sich stetig weiter – und damit verändern sich auch die Wünsche und Anforderungen der Kunden, Partner und Lieferanten. Dementsprechend sind auch die Unternehmen gefordert, diese Herausforderung anzunehmen und in Sachen Innovation nie stillzustehen. Wir haben uns dies seit jeher auf die Fahnen geschrieben und sind bestrebt, den MB Systembaukasten immer weiter zu verbessern. In diesem Rahmen setzen wir daher kontinuierlich auf Forschungsprojekte. Hierzu zählt unter anderem eine Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz.

Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden statt Zerspanen

Ziel der Zusammenarbeit war es, einen Ersatz für die spanende Bearbeitung von Serienbauteilen zu finden. Dafür erwies sich Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden (HGSS), das eine Geschwindigkeit von 1 ms-1 aufweist, als ideale Lösung. Zu diesem Zweck erfolgte die Untersuchung einer Gewindekernbohrung in einem Stahlprofil. Bereits zuvor hatte eine Studie erwiesen, dass dieses Verfahren sowohl realisierbar wäre als auch für hochqualitative Bauteile sorgen würde. Standmengenuntersuchungen allerdings präsentierten ein anderes Bild: So kam es selbst bei Schneidstempeln, deren Oberfläche PVD-beschichtet und poliert war, schon nach einigen wenigen Schnitten am Schneidstempel zu ausgeprägtem Adhäsionsverschleiß, welcher zur Abrasion und schließlich zum Bruch der Versuchswerkzeuge führte.

Infolgedessen traten Schäden an der Schneidkante bereits auf, noch bevor 800 Schnitte durchgeführt worden waren. Abhilfe bei diesem Problem konnten einschlägige wissenschaftliche Untersuchungen zum Hochgeschwindigkeits-Scherschneiden liefern – auf Basis einer Idee der item Ingenieure. Diesen Untersuchungen ließ sich Folgendes entnehmen: Wenn der Stempel in den Blechwerkstoff eindringt, kommt es nach 10 bis 50 Prozent der Blechdicke zur kompletten Trennung von ausgeschnittenem Bereich und angrenzender Zone auf Grund der Energiekonzentration und des sogenannten „adiabatischen Effekts“, der im Mikrobereich zu Scherbandbrüchen führt.

Mit HGSS gegen den Verschleiß

Aus dieser Forschungsarbeit ließ sich zweierlei ableiten. Um derartige Schäden zu vermeiden, muss einerseits die Form bis zur vollständigen Werkstofftrennung eingeschnitten, andererseits die getrennte Kontur später mit umlaufend kleinerer Stempelkontur ausgeworfen werden. Auf diesem Ansatz fußten sämtliche darauffolgende Untersuchungen, die allesamt von Erfolg gekrönt waren. Der Verschleiß ließ sich deutlich reduzieren. Trotz der Durchführung mehrerer tausend Schnitte wies der Schneidstempel (Standard Stempel, nicht beschichtet und unpoliert) lediglich gewöhnliche Spuren des Verschleißes auf, wie sie auch bei herkömmlichen Verfahren zu finden sind. Auch die Serientauglichkeit wurde für das Verfahren erwiesen, das übrigens patentrechtlich geschützt ist.

Anschließend wurde anhand dieser Erkenntnisse zusammen mit einem renommierten Hersteller von Anlagen ein Antriebsmodul auf HGSS-Basis entwickelt. Dieses Modul soll es ermöglichen, das Verfahren in konventionelle Stanzwerkzeugtechnik und auch modulare Fertigungsanlagen integrieren zu können. Aktuell wird von unseren zuständigen Mitarbeitern und denjenigen des IWU erprobt, ob sich diese Methode auch auf andere Zusammenhänge und Anforderungen übertragen lässt. Man darf also gespannt sein, was die Zukunft bringen wird.

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