DE2814012C2

DE2814012C2 - Verfahren zum Herstellen einer Matrize eines Stanzwerkzeugs

Info

Publication number: DE2814012C2
Application number: DE2814012A
Authority: DE
Inventors: Takeo Kawasaki Kanagawa Nakagawa; Hiroyasu Mitaka Tokio/Tokyo Okawa; Kiyoshi Misato Saitama Suzuki
Original assignee: Aida Engineering Ltd
Current assignee: Aida Engineering Ltd
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1985-05-23
Also published as: DE2814012A1; GB1577006A; JPS53122991A; JPS568688B2; US4198884A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Eindrücken des Stempels (1) In den Rohling (9) und der spangebenden Bearbeitung desselben, aber vor dem Auflegen der verschleißfesten

Platte (4) der Stempel (1) zur Glattung der öffnung (3) des Rohlings (9) erneut in diesen eingepreßt wird.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere dünne Platte (4') auf der verschleißfesten Platte (4) angeordnet, mit dem Stempel (1) ausgestanzt und auf der Platte (4) befestigt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren Ist aus der US-PS 28 03 152 bekannt.

Viele Gegenstände von gewünschter Umrißgestaltung lassen sich Im Stanzverfahren herstellen. Hierfür benötigt man einen Stanzstempel und eine Stanzmatrize. Den Stanzstempel herzustellen, bereitet keine wesentlichen Schwierigkelten, da die Formbearbeitung auf Außenflachen erfolgt. Schwieriger Ist es jedoch, die Stanzmatrize herzustellen, deren auf Form 2:11 bearbeitende Flächen Innenflächen sind.

Gemäß dem aus der eingangs erwähnten US-PS 28 03 152 bekannten Verfahren !st es bekannt, zum Herstellen

einer Stanzmatrize aus Insgesamt billigem Material eine Grundplatte aus relativ welchem Stahl und eine darauf

In einer Einsenkung angeordnete harte Stahlplatte gleichzeitig mit dem Stanzstempel zu lochen. Dabei entsteht

in der Grundplatte ein Loch einer schartigen, sich erweiternden Form. Auf den beiden Stahlplatten liegt eine

Führungsplatte mit einem Loch für den Stempel. Das bekannte Verfahren ist aufwendig, erfordert große Kräfte

zum Ausstanzen der beiden Stahlplatten und ergibt keine Stanzwerkzeuge optimaler Präzision, Insbesondere bei komplizierten Stanzformen.

Aus der DE-PS 80021 ist es bekannt, zur Herstellung eines Gesenkes zunächst mit dem Stempel eine Metallplatte auszustanzen und diese dann als Grundplatte über der öffnung eines gesondert hergestellten Matrizenkörpers zu befestigen. Der Zweck dieser Maßnahme besteht bei diesem bekannten Verfahren darin, die an der Stempelaustrittsseite der Platte schärferen Kanten als Matrize auszunutzen, weshalb die Platte In der bezüglich •»5 des Ausstanzens Ihrer öffnung umgekehrten Lage auf dem Matrizenkörper befestigt wird.

Aus der Zeitschrift »Industrie-Anzeiger« 93, Nr. 110 vom 3. 12. 1971, Selten 2575-2576 sind an steh verschiedene superplastische Metalle einschließlich der erfindungsgemäß verwendbaren Zn-22% Al-Leglerung bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf einfache Welse eine scharfe und dauerhafte Matrize herstellbar Ist, die auch bei komplizierten Stanzformen hohe Stanzpräzision gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit einer erfindungsgemäß hergestellten Matrize lassen sich Werkstück sehr unterschiedlicher Art und Dicke mit hoher Präzision stanzen, wobei die Verwendbarkelt Im Rahmen zwischen 10 000 und 100 000 Stanzteilen liegt. Die Herstellung der Matrize Ist einfacher als bei vergleichbaren bekannten Verfahren und erfordert weniger Kraft. Ein zusätzlicher Vorteil Ist die Möglichkeit einer einfachen Erneuerung der Schneidkante durch Auswechseln der verschleißfesten Platte. Man kann auch auf der Oberfläche der Matrize übereinander mehrere dünne Platten befestigen und der Reihe nach mit fortschreitender Abnutzung die jeweils oberste Platte entfernen, um die Lebensdauer der Matrize zu verlängern.

Die Erfindung wird nun an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Flg. 1 und 2 Querschnittsansichten durch ein Stanzwerkzeug, das mit einer darübergelegten harten, dünnen Platte verstärkt 1st, wobei FI g. 1 den Herstellungsgang zeigt;

Flg. 3 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbelsplel des Stanzwerkzeugs;

Flg. 4 A bis 41 Darstellungen zur Erläuterung der Reihenfolge bei der Herstellung einer Matrize unter Verwendung eines stark plastischen Metalls; Flg. 5 eine Skizze der Umrlßllnle eines mit dem Stanzwerkzeug hergestellten Stanztells;

Flg. 6 ein Diagramm, das die Abmessungsänderungen von Stanzteilen aus Werkzeugen ohne harte Platte auf, der Matrize zeigt mit zunehmender Zahl der Stanzvorgänge In Gegenüberstellung mit den Stanztellen, die erfindungsgemäß hergestellt sind;

Flg. 7 ein Diagramm, das die Zahl der Stanzungen der Krümmungstiefe der Staiizteile gegenüberstellt;

F1 g. 8 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung, die den Abrieb am Matrizenteil des Stanzwerkzeugs verdeutlicht;

Fig. 9 ein Diagramm, das die Testerjebnisse von Lebensdauerversuchen des Stanzwerkzeug nach der Erfindung und solchen von Matrizen aus Zn-22« Al-Legierung ohne harte Platte gegenüberstellt. S

Flg. 2 zeigt ein Grundbeispiel eines Stanzwerkzeugs, das aus einem Stanzstempel 1 aus gewöhnlichem gehärtetem Stahl besteht, der auf die Stanzteilabmessungen feinbearbeitet ist, und einem Matrizenkörper 2, der in seinem Werkstoff so weich 1st, daß er maschinenbearbeitet werden kann. Der Matrizenkörper I ist von einer dünnen Platte Aa überdeckt, die harter als der Matrizenkörper 2 und mit einem Loch 41 versehen 1st, das in der Gestalt J.lt dem Umriß des Stempels 1 übereinstimmt. Die Platte Aa 1st fest auf dem Matrizenkörper 2 befestigt. Der Matrizenkörper 2 weist eine Öffnung 3 auf, die ebenfalls im Umriß dem Stempel 1 entspricht und sich im tieferen Bereich bei 31 erweitert. Die gestanzte Platte Aa ist der zurückgebliebene Teil einer dünnen Platte 4, In der mit dem Starustempel 1 gemäß Fig. 1 ein Loch ausgestanzt worden 1st.

Ein weiteres Beispiel zeigt die Fig. 3, bei der mehrere gestanzte Platten Aa, Ab aus dem härteren Material übereinander auf der Oberflache des Matrizenkörpers 2 befestigt sind. Die übrigen Teile sind denen in der Fig. 2 gleich. Flg. 3 zeigt zwei übereinander angeordnete Platten, jedoch können dies auch mehr als zwei sein.

Die Fig.4 A bis 41 zeigen die Herstellung eines Stanzmatrizenkörpers 2 aus stark plastischem Metall In Verbindung mit einer gestanzten harten Platte 4a. Zuerst wird das stark plastische Metall aus Zink mit 22% Aluminium zu einem Rohling 9 in Form einer Scheibe von bestimmter Größe bearbeitet (F i g. 4 A). Dieser Rohling wird dann erhitzt auf etwa 230 bis 270° C, so daß das Metall stark plastisch wird und sein Verformungswiderstand einen «ehr kleinen Wert annimmt (Fig. 4B). In diesem Festigkeitszustand wird nun der Stanzstempel 1 in den Rohling mit Hilfe einer hydraulischen Presse 10 langsam hineingedrückt, was die Heißprägung des Rohlings bewirkt (Fig.4C). Dabei befindet sich der Rohling 9 In einem Behälter 12, der der seitlichen Expansion standhält, so daß In der Matrize eine öffnung 3 entsteht, die in der Gestalt dem Stanzstempel 1 entspricht. Die Eintreibkraft ist bei dieser Temperatur nicht größer als 1/10 bis 1/20 derer bei Raumtemperatür.

Der aus dem Behälter 12 entnommene Rohling 9 (Flg. 4 D) wird erneut erhitzt und anschließend mit Wasser abgeschreckt, wodurch er erhärtet. Daraufhin werden der obere und der untere Flächenbereich abgeschnitten oder gehobelt oder gefräst. Von der Unterseite her wird eine Erweiterung 31 In der Matrlzenbohning ausgearbeitet, und von der Oberseite her werden Löcher zvr Befestigung der dünnsn Platten eingebohrt (F I g. 4 E). Dieser halbfertige Matrizenkörper 2' erhält einen Ring 13 und wird auf eine Gesenkstützplatte 15 aufgesetzt, wie es die Flg. 4 F zeigt, und abermals wird der Stanzstempel 1 In die öffnung 3 der Stanzmatrize abgesenkt (Flg. 4 G), um In der öffnung vorhandenes überschüssiges Material zu beseitigen und die Matrizenöffnung zu glätten. Aufgrund des Abkuhiens und der Wärmebehandlung ist nämlich die Öffnung Im Matrizenkörper kleiner geworden als der Außendurchmesser des Stanzstempels, und durch dieses Einpressen und Glätten wird nun ein Matrizenkörper hergestellt, der mit dem Stanzstempel ohne Spiel zusammenpaßt. Hiernach wird die harte dünne Platte 4 auf die Oberfläche des Matrizenkörpers 2 aufgelegt (Flg. 4H) und mit dem Stanzstempel 1 gestanzt und dann die gestanzte verbleibende Platte Aa auf dem Matrizenkörper 2 befestigt, wie es die Fl g. 41 zeigt.

Im folgenden wird an Beispielen die Arbeltswelse der Stanzmatrize dargelegt. Beispiel 1

(I) Stanzstempel 1: SKD-I gehärtet In H_RC58 und gefräst. Matrizenkörper 2: Zn-22% Al stark plastisches Metall. Dünne Auflageplatte 4: Bainit.

Form und Größe des Stanzloches: Fig. 5 und Tabelle 1. Tabelle 1

(11) Das stark plastische Rohmaterial für den Matrizenkörper 2 wurde auf etwa 250° C erhitzt, und bei dieser Temperatur wurde der fertig bearbeitete Stanzstempel in das Rohtlngsmaterlal hineingedrückt, wodurch die Öffnung 3 Im Matrizenteil entstand. Anschließend wurde der Matrizenrohling mit kaltem Wasser abge-

	1	a	2	b	3	C	4	d	5	e	6	f	7	g	8	h
θ°	90	225	90	225	90	225	90	210	120	210	90	240	60	270	30	255
Rmm	0,1	0,1	0,2	0,4	C,8	3,2	1,4	1,6	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	1,6

θ°
Rmm

schreckt und dann an der oberen und unteren Flache beschnitten, sowie In der öffnung 3 mit einer Erweiterung 31 versehen. In diesem Zustand wurde er in die Halterung eingesetzt und nochmals mit Hilfe des Stanzstempels 1 glatt und auf Maß gezogen. Die dünne harte Platte 4 wurde dann über die Oberflache des Matrizenkörpers 2 gelegt, gestanzt und mit den Schrauben 5 festgeschraubt. Dieser ganze Herstellungsprozeß dauerte weniger als eine Stunde. Die Platte 4 war um so brauchbarer, je höher Ihre Härte und je dicker sie war, und zwar Im Hinblick auf die Festigkeit Ihrer Schneidkante, wie auch Ihre Abriebfestigkeit. Versuche haben jedoch gezeigt, daß bereits Platten von 0,2 mm t (Hv 467) und 0,5 mm t (Hv 390) zu einwandfreiem Ergebnis führten.

(III) Es wurde nun mit einer Platte Aa (mit 0,5 mm t) gestanzt. Die zu stanzenden Materlallen waren folgende: 0,8 mm t (δ_β = 27 kg/mm² und 45» Dehnung), SPC von 1,6 mm t (6_fl = 32 kg/mm² und 52% Dehnung)

und eine hoch zugfeste Stahlplatte von 1,6 mm t (δ_β = 60 kg/mm²); es wurden Lebensdauerversuche mit jeweils 1000 Stanzungen durchgeführt.

Zum Vergleich mit der Erfindung wurde eine Stanzmatrize ohne die aufgesetzte harte dünne Platte denselben Versuchsbedingungen unterworfen, wobei Flg. 6 eine Gegenüberstellung der Veränderung In der Größe und Form der Stanzprodukte (Abrieb) In bezug auf die rechtwinkligen Abschnitte der gestanzten Löcher bringt. Aus Flg. 6 wird deutlich, daß die Verstärkungswirkung sehr gut 1st, und daß der Unterschied in der Größe durch Abrieb erheblich vermindert wird Im Vergleich zu dem Fall, daß keine harte dünne Platte aufgesetzt Ist. Speziell bei Verwendung der harten dünnen Platte Aa sind die Veränderungen der Größenunterschiede mit zunehmender Zahl von Stanzungen klein. Dies hängt damit zusammen, daß die Schneidkante eine hinreichend hohe Härte und Abriebfestigkelt hat.

Daraus läßt sich ableiten, daß Maßgenauigkeit der gestanzten Teile für ein weites Feld von Materlallen bei großen Stückzahlen erwartet werden kann.

(IV) Flg. 7 zeigt einen Vergleich der Wölbungen der gestanzten Teile bei Verwendung einer Stanzmatrtze mit gehärteter Platte und ohne diese. FI g. 7 läßt erkennen, daß die Wölbung zu Beginn des Stanzens mit einem Stanzwerkzeug nach der Erfindung vorhanden Ist, daß sie jedoch kleiner Ist, als wenn die dünne Platte 4a nicht verwendet wird. Nach 50 bis 100 Stanzungen nimmt jedoch dann die Wölbung erheblich ab, so daß die Wölbungen der Stanzteile, die mit einer Stanzmatrlze ohne dünne harte Platte hergestellt sind, bei der 1000. Stanzung etwa 1,3 mm betragen, während es mit der Erfindung möglich 1st, diese Werte auf 1/6 dessen zu verringern. Der Grund für die Wölbung der Stanzteile Hegt darin, daß die öffnung der Stanzmatrlze an der Schneidkante sich Infolge Abriebs stark vergrößert, und der mit dem vergrößerten Durchmesser ausgestanzte Teil wird dann durch die öffnung hindurchgedrückt.

Bei der Erfindung besteht der Teil mit der Schneidkante jedoch aus den harten dünnen Platten Aa bzw. Ab, und der Abrieb findet, wie es die Fig. 8 zeigt, in den Seltenwänden des welchen Matrizenkörpers 2 statt, so daß zwar anfangs die Wölbung noch verhältnismäßig groß ist, solange der Abrieb der Seltenwände

der Öffnung noch nicht weit genug fortgeschritten 1st, diese Wölbung aber dann geringer wird, wenn die

Öffnung sich durch Abrieb etwas erweitert hat, wie bei 32 gezeigt.

(V) Man machte sich die spielfreie Passung zwischen Stanzstempel und Stanzmatrize und die Abrundung der Kanten der dünnen Platten Aa, Ab zunutze und stellte Stanztelle aus Nichteisenmetallen her, wie aus reinem Kupfer oder reinem Aluminium. Bei Stanzstücken aus reinem Aluminium von 4 mm und 2 mm Dicke und aus reinem Kupfer von 3 mm und 2 mm Dicke erhielt man eine Glättung durch Scherung. Es lassen sich also mit der Erfindung auch glatt bearbeitete Stanztelle aus Nichteisenmetallen herstellen.

Beispiel 2

♦5 (I) Die Bedingungen des Matrizenkörpers, des Stanzstempels und die Gestalt der gestanzten Teile entsprechen dem Beispiel 1. Es wurden dünne Balnii-Stahlplatten von 0,5 mm, 0,8 mm und 1,0 mm Dicke auf die Oberfläche des Matrizenkörpers 2 gelegt und mit dem Stempel 1 gestanzt. Die so erhaltenen Bleche wurden aufeinander auf der Oberfläche der Stanzmatrlze 2 befestigt, was eine Kantenstärke bei vier aufelnanderliegenden Platten von 0,5 mm, 0,8 mm und 2 χ 1,0 mm von 3,3 mm ergab.

(II) Anschließend wurden die Stanzungen mit dieser Stanzmatrlze durchgeführt. Das zu stanzende Material war eine warmgewalzte Stahlplatte (2,3 mm), und es wurden Stanzversuche bis zu 5000 Stanzungen durchgeführt. Zum Vergleich wurde dann eine kaltgewalzte Stahlplatte von 0,8 mm Dicke mit einer Stanzmatrize (Vergleichsmatrize) aus dem weichen Matrizenwerkstoff ohne harte dünne Auflagenplatten durchgeführt.

(III) Die Ergebnisse sind in der Fig.9 aufgeführt, wobei der Zahl der Stanzungen die Größenänderungen aufgrund des Abriebs der Stanzmatrlze In den rechtwinkligen Bereichen der Stanzteile und den konkaven Teilen gegenübergestellt sind. Wie deutlich aus Fig. 9 hervorgeht, kann mit der Erfindung bei dreimal so dickem, zu stanzendem Material der Abmessungsunterschied stark vermindert werden im Vergleich zu dem Vergleichswerkzeug. Besonders die Größenveränderungen in den konkaven Stellen waren bemerkenswert klein.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer zu einem Stempel passenden Matrize eines Stanzwedezeugs, wobei eine verschleißfeste Platte auf einem Matrizenkörper aus weicherem Werkstoff befestigt wird und durch den Stempel in der Platte und dem Matrizenkörper eine Öffnung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Matrizenkörper-Rohling (9) aus einer Zn-22% Al-Legierung oder einem anderen stark plastischen Metall besteht und auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der sein Verformungswiderstand ein Mlni mum erreicht;

b) der Stempel (1) in den erwärmten, stark plastischen Rohling (9) eingedrückt wird;

c) der Rohling nach dem Erzeugen der öffnung (3) durch erneutes Erhitzen und Abschrecken ausgehärtet wird;

d) danach von der anderen Seite des Rohlings (9) her eine Erweiterung (31) eingearbeitet und Ober- und Unterseite des Matrizenkörpers fertigbearbeitet wird;

e) und sodann die verschleißfeste Platte (4) auf den Matrlzenkörper (2) gelegt und mit dessen öffnung (3) fluchtend ausgestanzt und auf dem Matrizenkörper befestigt wird.