WO2024083991A1 - Verfahren zum erzeugen eines dickenreduzierten verbindungsstegs beim schneiden eines werkstückteils aus einem plattenartigen werkstück sowie zugehöriges steuerungsprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zum erzeugen eines dickenreduzierten verbindungsstegs beim schneiden eines werkstückteils aus einem plattenartigen werkstück sowie zugehöriges steuerungsprogrammprodukt Download PDF

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WO2024083991A1
WO2024083991A1 PCT/EP2023/079160 EP2023079160W WO2024083991A1 WO 2024083991 A1 WO2024083991 A1 WO 2024083991A1 EP 2023079160 W EP2023079160 W EP 2023079160W WO 2024083991 A1 WO2024083991 A1 WO 2024083991A1
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connecting web
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web
cut
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Patrick Mach
Takeshi Abiko
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TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing at least one reduced-thickness connecting web when cutting a workpiece part from a plate-like workpiece, as well as to a control program product which has code means adapted to carry out the method according to the invention when the program runs on a control of a suitable machine tool.
  • microjoints are left in place to fix cut workpiece parts, through which the workpiece parts continue to be connected to the remaining scrap grid.
  • the microjoints make it very difficult to remove the workpiece parts from the scrap grid by hand, especially with sheet thicknesses greater than 2 mm.
  • a workpiece part is cut from a plate-like workpiece while leaving a connecting web.
  • the connecting web is then pressure-formed using a forming tool in order to reduce the thickness of the connecting web.
  • the object of the present invention is to provide an alternative method for producing at least one reduced-thickness connecting web when cutting a workpiece part from a plate-like workpiece.
  • subsequent edge processing along the entire contour of the workpiece part should be possible despite the presence of a connecting web.
  • the connecting web (“microjoint”) is squeezed on one or both sides and thus reduced in thickness, so that the metallic connection point of the connecting web is shifted towards the middle of the sheet. Due to the reduced thickness of the squeezed connecting web, the cut workpiece part can be easily removed from the residual grid, even with workpiece thicknesses of more than 2 mm. Due to the offset of the squeezed The connecting web also creates a straight edge of the future workpiece part in the workpiece, which together with the later cutting edge of the workpiece part forms a continuous edge of the workpiece part. This continuous edge can then be rounded or chamfered in a subsequent processing step using an edge processing tool.
  • a cutting edge of the cut workpiece part and the edge of the workpiece part formed by the offset of the squeezed connecting web, which together form a continuous edge of the workpiece part are machined, in particular rounded or chamfered, by means of an edge machining tool guided along the (entire) contour of the workpiece part.
  • the connecting web can be squeezed to a smaller thickness at a web end on the workpiece part side than at a web end on the residual grid side, in order to advantageously form a predetermined breaking point to the workpiece part at the web end on the workpiece part side.
  • the squeezed connecting web preferably has a cross-section tapering towards the web end on the workpiece part side, e.g. a wedge-shaped cross-section, in a longitudinal plane spanned by its longitudinal direction and its thickness direction.
  • the connecting web is squeezed on both sides in the thickness direction, at least on the web section adjacent to the workpiece part still to be cut, in order to set the squeezed connecting web back towards the center of the workpiece relative to both plate sides of the workpiece, whereby the edges of the workpiece formed by the two-sided offset of the squeezed connecting web each form an edge of the workpiece part still to be cut.
  • the squeezed connecting web is only located in the middle of the sheet thickness; this makes it possible to apply a continuous edge rounding or chamfer over the entire contour of the workpiece part still connected to the residual grid on both sides, despite the squeezed connecting web.
  • the cutting edges of the cut workpiece part and the offset on both sides of the squeezed connecting web formed edges of the workpiece part, which together each form a continuous edge of the workpiece part, are simultaneously processed, in particular rounded or chamfered, by means of an edge processing tool guided along the (entire) contour of the workpiece part.
  • the connecting web is created in the workpiece by two spaced-apart cutouts that form the connecting web between them.
  • the separating gap can open into the cutouts on both sides of the crushed connecting web, in particular into a cutout tip of the cutouts.
  • the crushed connecting web is only connected to the front of the workpiece part. If the separating gap does not open into the cutouts on both sides of the crushed connecting web, the crushed connecting web is also still connected to the residual skeleton on both sides.
  • the ideal shape for the cutouts is a triangle, because then the residual skeleton can exert a supporting force on the crushed connecting web during subsequent edge processing of the workpiece part with an edge processing tool, and the edge rounding tool is not pushed aside. Cutouts with a shape other than a triangle are also conceivable.
  • the cutouts can be punched out of the workpiece or cut out with a processing beam, e.g. a laser beam.
  • the workpiece is therefore not punched all the way through at the point of the connecting web.
  • the squeezing connecting web is preferably located in the lower third of the workpiece thickness.
  • the separation gap is cut with a processing beam, e.g. laser beam, or a punching tool.
  • a processing beam e.g. laser beam
  • the invention also relates to a control program product which has code means adapted to carry out all steps of the method according to the invention when the program runs on a controller of a machine tool suitable for carrying out all steps of the method according to the invention.
  • Fig. 1 a machine tool for sheet metal processing with a
  • Fig. 2 a sheet with two cutouts, which have a
  • Figures 3a-3c show the sheet with a crimped connecting web in a perspective top view (Fig. 3a) as well as in a perspective sectional view (Fig. 3b) and in a longitudinal section of the crimped connecting web (Fig. 3c);
  • Figures 4a-4c show the sheet metal with a workpiece part cut out except for the squeezed connecting web in a perspective top view (Fig. 4a) as well as the squeezed connecting web in a top view (Fig. 4b) and in a perspective sectional view (Fig. 4c);
  • Figures 5a-5c an edge rounding of the up to the squeezed
  • Fig. 6 the finished workpiece part in a perspective top view.
  • the machine tool 1 shown in Fig. 1 is designed as a punch-laser combination machine.
  • a machine frame 2 of the machine tool 1 has a C-shape and has an upper frame leg 3 and a lower frame leg 4.
  • a laser cutting station 5 and a forming station 6 are provided at the free ends of the upper frame leg 3 and the lower frame leg 4.
  • the laser cutting station 5 comprises a laser cutting head 7 on the upper frame leg 3 and a laser beam holder 8 on the lower frame leg 4.
  • the forming station 6 has an upper tool holder 9 on the upper frame leg 3 and a lower tool holder 10 on the lower frame leg 4.
  • An upper tool designed as a punch 11 can be inserted into the upper tool holder 9, and a lower tool designed as a die 12 can be inserted into the lower tool holder 10.
  • the punch 11 and the die 12 are tool parts of a forming tool or punching tool 13.
  • the punch 11 can be raised and lowered along a lifting axis 14 relative to the die 12.
  • the upper tool holder 9 and the lower tool holder 10 can be rotated together with the punch 11 and the die 12 about the lifting axis 14 (double arrow in Fig. 1). All functions of the machine tool 1 are controlled by a programmable numerical control 15.
  • Plate-like workpieces 16, in the example shown a sheet metal, are processed at the laser cutting station 5 and at the forming station 6.
  • the sheet metal 16 is processed using a conventional Coordinate guide 17 with a two-axis horizontal movement over a workpiece support 18 of the machine tool 1 and in doing so moves relative to the laser cutting head 7 and the laser beam holder 8 and also relative to the forming tool 13.
  • the sheet metal 16 is shown broken off, whereby the laser beam holder 8 and the lower tool holder 10 with the forming die 12 of the forming tool 13 can be seen. Due to a movement of the sheet metal 16 generated by means of the coordinate guide 17, a laser beam directed from the laser cutting head 7 onto the sheet metal 16 cuts sheet metal parts (e.g.
  • Figures 2 to 6 show the process steps of the processing method according to the invention carried out on the machine tool 1 in order to cut a workpiece part 19 (Fig. 6), hereinafter referred to as a good part, from the sheet metal 16 (e.g. 2 mm structural steel) and, while the good part 19 is still connected to the residual grid of the sheet metal 16 via a reduced-thickness connecting web, to machine the edges of the good part 19 along the entire good part contour.
  • a workpiece part 19 e.g. 2 mm structural steel
  • two spaced-apart cutouts or free cuts 20 are punched into the sheet metal 16 using a corresponding punching tool 13, which form a connecting web (“microjoint”) 21 between them (Fig. 2).
  • a connecting web (“microjoint”) 21 between them (Fig. 2).
  • material can flow sideways into the two free cuts 20.
  • the free cuts 20 open into a separating gap 22 that is still to be created.
  • the free cuts 20 can also be made using the laser beam of the laser cutting head 7.
  • the free cuts 20 are designed, for example, as triangles, in particular with rounded corners, which form the connecting web 21 between mutually facing triangle sides and each open with a triangular tip into the separating gap 22 that is still to be created.
  • the connecting web 21 is squeezed on a web section 23 adjacent to the future good part 19 that is still to be cut (or alternatively on its entire web length) in the thickness direction 24 of the sheet 16 by means of a corresponding forming tool (embossing tool) 13 in order to move the connecting web 21 back towards the center of the workpiece relative to one of the two plate sides 16a, 16b of the sheet 16 or, as shown, relative to both plate sides 16a, 16b ( Figures 3a-3c).
  • the squeezed connecting web or web section is designated 21' and forms, for example, a so-called nanojoint. The excess material from the squeezing process flows into the previously made free cuts 20.
  • the squeezed connecting web 21' is now in the middle of the sheet thickness and is preferably a maximum of 1/3 of the sheet thickness thick.
  • the straight upper edges and lower edges 25a, 25b formed by the offset of the squeezed connecting web 21' on the future good part 19 correspond to the contour of the future good part 19.
  • the connecting web 21 is squeezed more strongly at its web end 21a on the good part side, which is connected to the future good part 19, than at its web end 21b on the left-hand side, which is connected to the future residual skeleton 26, whereby the squeezed connecting web 21' has a wedge-shaped cross-section tapering towards the web end 21a on the good part side in a longitudinal plane spanned by its longitudinal direction and its thickness direction 24.
  • the web thickness d1 of the web end 21a on the good part side is smaller than the web thickness d2 of the web end 21b on the left-hand side, i.e. d1 ⁇ d2, in order to form a predetermined breaking point to the good part 19 at the web end 21a on the workpiece part side.
  • the separating gap 22 opens into the cutouts 20 on both sides of the squeezed connecting web 2T, whereby the good part 19 is only held to the residual grid 26 by the squeezed connecting web 2T.
  • the separating gap 22 is cut out with the laser beam or alternatively created with a punching tool 13.
  • the laser beam should preferably be used to cut the contour, since the cutting gap with its size of a few tenths of a millimeter then has the ideal shape for an edge processing tool used subsequently.
  • the edges of the good part 19 are processed, e.g. rounded, along the entire contour of the good part 19, i.e. both along the upper and lower cutting edges 27a, 27b and along the upper and lower edges 25a, 25b, using an edge processing tool 28 that is used instead of the forming tool or punching tool 13 ( Figures 5a-5c).
  • the edge processing tool 28 is designed here as a roller pinching tool with an upper tool roller 28a in the upper tool and a lower tool roller 28b in the lower tool. The edges can thus be rounded simultaneously on the upper side of the sheet and on the lower side of the sheet.
  • the tool rollers 28a, 28b have a ring-shaped rounding projection 29a, 29b with a rounding radius (e.g.
  • an appropriate edge processing tool can alternatively be used to process, e.g. round, only the upper edges 25a, 27a or only the lower edges 25b, 27b (one-sided component rounding).
  • the edge processing tool 28 can be For example, a ball deburring tool can also be used to round the edges 25a, 25b and 27a, 27b by means of roller deburring.
  • the good part 19 is now finished and can be removed from the machine tool 1 (Fig. 6). To do this, the crushed connecting web 21' can be punched out in the machine tool 1 or separated using a laser beam before the then free good part 19 is discharged via a parts chute. Alternatively, the good part 19 can also remain attached to the residual grid 26 and be removed from the residual grid 26 at a later point in time, manually or with mechanical assistance, by breaking open the crushed connecting web 2T.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs (21) beim Schneiden eines Werkstückteils (19) aus einem plattenartigen Werkstück (16), wobei das geschnittene Werkstückteil (19) mittels des Verbindungsstegs (21) an einem Restgitter (26) des Werkstücks (16) angebunden bleibt, weist erfindungsgemäß folgende Verfahrensschritte auf: - Erzeugen des mindestens einen Verbindungsstegs (21) in dem Werkstück (16) vor dem Schneiden des Werkstückteils (19); - Quetschen des Verbindungsstegs (21) zumindest auf einem an das noch zu schneidende Werkstückteil (19) angrenzenden Stegabschnitt (23) in Dickenrichtung (24) des Werkstücks (16), um den gequetschten Verbindungssteg (21') gegenüber mindestens einer der beiden Plattenseiten (16a, 16b) des Werkstücks (16) in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei eine durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (21') gebildete Kante (25a, 25b) des Werkstücks (16) eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils (19) ausbildet; und - Schneiden eines der Kontur des Werkstückteils (19) entsprechenden Trennspalts (22), der entlang der durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (21') gebildeten Kante (25a, 25b) unterbrochen ist, in das Werkstück (16), wodurch das Werkstückteil (19) mittels des gequetschten Verbindungsstegs (21') an dem Restgitter (26) des Werkstücks (16) angebunden bleibt.

Description

Verfahren zum Erzeugen eines dickenreduzierten Verbindunqssteqs beim Schneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartiqen Werkstück sowie zugehöriges Steuerunqsproqrammprodukt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs beim Schneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück, sowie auch ein Steuerungsprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist, wenn das Programm auf einer Steuerung einer geeigneten Werkzeugmaschine abläuft.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der EP 3 088 096 A1 bekannt geworden.
Bei einer Stanzbearbeitung oder Stanz-Laserbearbeitung werden zur Fixierung von geschnittenen Werkstückteilen Verbindungsstege, so genannte Microjoints“, stehengelassen, durch welche die Werkstückteile weiterhin am verbleibenden Restgitter angebunden sind. Durch die Microjoints können die Werkstückteile, speziell bei Blechdicken größer 2 mm, aus dem Restgitter händisch nur sehr schwer entnommen werden. Zusätzlich ist es nicht möglich, an der Stelle eines Microjoints die Kante des Werkstückteils zu verrunden oder anzufasen, da der Microjoint über die gesamte Werkstückdicke geht.
Bei dem aus der EP 3 088 096 A1 bekannten Verfahren wird ein Werkstückteil aus einem plattenartigen Werkstück unter Stehenlassen eines Verbindungsstegs geschnitten. Anschließend wird der Verbindungssteg mittels eines Umformwerkzeugs druckumgeformt, um so die Dicke des Verbindungsstegs zu reduzieren.
Aus der WO 2022/037797 A1 ist es weiterhin bekannt, beim Laserschneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück einen oder mehrere Verbindungsstege zwischen Werkstückteil und Restgitter stehenzulassen und mit dem Laserstrahl die Schnittkante des noch an das Restgitter angebundenen Werkstückteils zu bearbeiten, insbesondere zu verrunden.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs beim Schneiden eines Werkstückteils aus einem plattenartigen Werkstück anzugeben. Insbesondere soll trotz eines vorhandenen Verbindungssteges eine nachfolgende Kantenbearbeitung entlang der gesamten Kontur des Werkstückteils ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
- Erzeugen des mindestens einen Verbindungsstegs vor dem Schneiden des Werkstückteils;
- Quetschen des Verbindungsstegs zumindest auf einem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt in Dickenrichtung des Werkstücks, um den gequetschten Verbindungssteg gegenüber mindestens einer der beiden Plattenseiten des Werkstücks in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei eine durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildete Kante des Werkstücks eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils ausbildet; und
- Schneiden eines der Kontur des Werkstückteils entsprechenden Trennspalts, der entlang der durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kante unterbrochen ist, in das Werkstück, wodurch das Werkstückteil mittels des gequetschten Verbindungsstegs an dem Restgitter des Werkstücks angebunden bleibt.
Erfindungsgemäß wird der Verbindungssteg („Microjoint“) einseitig oder beidseitig gequetscht und dadurch in seiner Dicke verkleinert, so dass die metallische Anbindungsstelle des Verbindungsstegs in Richtung Blechmitte verlagert wird. Aufgrund der reduzierten Dicke des gequetschten Verbindungsstegs lässt sich das geschnittene Werkstückteil, auch bei Werkstückdicken von größer 2 mm, leicht aus dem Restgitter auslösen. Durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs entsteht im Werkstück zudem eine gerade Kante des zukünftigen Werkstückteils, die zusammen mit der späteren Schnittkante des Werkstückteils eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbildet. Diese durchgehende Kante kann dann in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mittels eines Kantenbearbeitungswerkzeugs verrundet oder angefast werden.
Besonders bevorzugt werden eine Schnittkante des geschnittenen Werkstückteils und die durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildete Kante des Werkstückteils, die zusammen eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbilden, mittels eines entlang der (gesamten) Kontur des Werkstückteils geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs bearbeitet, insbesondere verrundet oder angefast.
Der Verbindungssteg kann an einem werkstückteilseitigen Stegende auf eine geringere Dicke gequetscht werden als an einem restgitterseitigen Stegende, um so vorteilhaft am werkstückteilseitigen Stegende eine Sollbruchstelle zum Werkstückteil auszubilden. Dabei weist der gequetschte Verbindungssteg vorzugsweise in einer durch seine Längsrichtung und seine Dickenrichtung aufgespannten Längsebene einen in Richtung auf das werkstückteilseitige Stegende zulaufenden, z.B. keilförmigen Querschnitt auf.
Besonders bevorzugt wird der Verbindungssteg, zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt, beidseitig in Dickenrichtung gequetscht, um den gequetschten Verbindungssteg gegenüber beiden Plattenseiten des Werkstücks jeweils in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kanten des Werkstücks jeweils eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils ausbilden. Der gequetschte Verbindungssteg befindet sich nur in der Mitte der Blechdicke; dadurch ist es möglich, trotz des gequetschten Verbindungsstegs beidseitig eine durchgehende Kantenverrundung bzw. Fase über die gesamte Kontur des noch an das Restgitter angebundenen Werkstückteils anzubringen.
Nachfolgend können dann die Schnittkanten des geschnittenen Werkstückteils und die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs gebildeten Kanten des Werkstückteils, die zusammen jeweils eine durchgehende Kante des Werkstückteils ausbilden, gleichzeitig mittels eines entlang der (gesamten) Kontur des Werkstückteils geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs bearbeitet, insbesondere verrundet oder angefast werden.
Vorzugsweise wird der Verbindungssteg im Werkstück durch zwei voneinander beabstandete Freischnitte erzeugt, die zwischen sich den Verbindungssteg ausbilden. Dabei kann der Trennspalt beidseitig des gequetschten Verbindungssteges jeweils in die Freischnitte, insbesondere in eine Freischnittspitze der Freischnitte, münden. In diesem Fall ist der gequetschte Verbindungssteg lediglich stirnseitig am Werkstückteil angebunden. Falls der Trennspalt beidseitig des gequetschten Verbindungssteges nicht in die Freischnitte mündet, ist der gequetschte Verbindungssteg auch beidseitig noch am Restgitter angebunden. Die ideale Form für die Freischnitte ist ein Dreieck, denn dann kann das Restgitter bei einer nachfolgenden Kantenbearbeitung des Werkstückteils mit einem Kantenbearbeitungswerkzeug eine stützende Kraft auf den gequetschten Verbindungssteg ausüben, und das Kantenverrundungswerkzeug wird nicht beiseite gedrückt. Freischnitte mit einer von einem Dreieck abweichenden Form sind ebenfalls denkbar. Die Freischnitte können in dem Werkstück ausgestanzt oder mit einem Bearbeitungsstrahl, z.B. Laserstrahl, ausgeschnitten werden.
Statt den Verbindungssteg in zwei separaten Schritten zuerst mittels zweier Freischnitte zu erzeugen und dann zu quetschen, kann dies alternativ auch in einem einzigen Schritt erfolgen, indem der Verbindungssteg mittels eines geeigneten Stanzwerkzeugs gleichzeitig gestanzt und, zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil angrenzenden Stegabschnitt, in Dickenrichtung des Werkstücks einseitig oder beidseitig gequetscht wird. Das Werkstück wird also an der Stelle des Verbindungsstegs nicht ganz durchgestanzt. Der gequetschte Verbindungssteg befindet sich bevorzugt im unteren Drittel der Werkstückteildicke.
Vorzugsweise wird der Trennspalt mit einem Bearbeitungsstrahl, z.B. Laserstrahl, oder einem Stanzwerkzeug geschnitten. Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch ein Steuerungsprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens angepasst ist, wenn das Programm auf einer Steuerung einer zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Werkzeugmaschine abläuft.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Es zeigt:
Fig. 1 eine Werkzeugmaschine für die Blechbearbeitung mit einer
Schneidstation und einer Umformstation;
Fig. 2 ein Blech mit zwei Freischnitten, die zwischen sich einen
Verbindungssteg ausbilden, in einer perspektivischen Draufsicht;
Figuren 3a-3c das Blech mit einem gequetschten Verbindungssteg in einer perspektivischen Draufsicht (Fig. 3a) sowie in einer perspektivischen Schnittansicht (Fig. 3b) und in einem Längsschnitt des gequetschten Verbindungsstegs (Fig. 3c);
Figuren 4a-4c das Blech mit einem bis auf den gequetschten Verbindungssteg ausgeschnittenen Werkstückteil in einer perspektivischen Draufsicht (Fig. 4a) sowie den gequetschten Verbindungssteg in einer Draufsicht (Fig. 4b) und in einer perspektivischen Schnittansicht (Fig. 4c);
Figuren 5a-5c eine Kantenverrundung des bis auf den gequetschten
Verbindungssteg ausgeschnittenen Werkstückteils mittels eines Kantenverrundungswerkzeugs in einer perspektivischen Draufsicht (Fig. 5a) sowie in einem Längsschnitt (Fig. 5b) und in einer perspektivischen Schnittansicht (Fig. 5c); und
Fig. 6 das fertige Werkstückteil in einer perspektivischen Draufsicht.
Die in Fig. 1 gezeigte Werkzeugmaschine 1 ist als Stanz-Laser-Kombimaschine ausgeführt. Ein Maschinenrahmen 2 der Werkzeugmaschine 1 besitzt eine C-Form und weist einen oberen Rahmenschenkel 3 sowie einen unteren Rahmenschenkel 4 auf. An den freien Enden des oberen Rahmenschenkels 3 und des unteren Rahmenschenkels 4 sind eine Laser-Schneidstation 5 sowie eine Umformstation 6 vorgesehen.
Die Laser-Schneidstation 5 umfasst einen Laserschneidkopf 7 an dem oberen Rahmenschenkel 3 und eine Laserstrahlaufnahme 8 an dem unteren Rahmenschenkel 4. Die Umformstation 6 weist eine obere Werkzeugaufnahme 9 an dem oberen Rahmenschenkel 3 und eine untere Werkzeugaufnahme 10 an dem unteren Rahmenschenkel 4 auf. In die obere Werkzeugaufnahme 9 kann ein als Stempel 11 ausgebildetes Oberwerkzeug, in die untere Werkzeugaufnahme 10 ein als Matrize 12 ausgebildetes Unterwerkzeug eingewechselt werden. Der Stempel 11 und die Matrize 12 sind Werkzeugteile eines Umformwerkzeug oder Stanzwerkzeugs 13
Mittels eines herkömmlichen Hubantriebs kann der Stempel 11 längs einer Hubachse 14 relativ zu der Matrize 12 angehoben und abgesenkt werden. Die obere Werkzeugaufnahme 9 und die untere Werkzeugaufnahme 10 sind gemeinsam mit dem Stempel 11 und der Matrize 12 um die Hubachse 14 dreheinstellbar (Doppelpfeil in Fig. 1 ). Sämtliche Funktionen der Werkzeugmaschine 1 werden durch eine programmierbare numerische Steuerung 15 gesteuert.
An der Laser-Schneidstation 5 und an der Umformstation 6 werden plattenartige Werkstücke 16, in dem dargestellten Beispielsfall ein Blech, bearbeitet. Zu Bearbeitungszwecken wird das Blech 16 mittels einer herkömmlichen Koordinatenführung 17 mit einer zweiachsigen horizontalen Bewegung über eine Werkstückauflage 18 der Werkzeugmaschine 1 und dabei relativ zu dem Laserschneidkopf 7 und der Laserstrahlaufnahme 8 und auch relativ zu dem Umformwerkzeug 13 bewegt. In Fig. 1 ist das Blech 16 abgebrochen dargestellt, wodurch die Laserstrahlaufnahme 8 und die untere Werkzeugaufnahme 10 mit der Umformmatrize 12 des Umformwerkzeugs 13 zu erkennen sind. Aufgrund einer mittels der Koordinatenführung 17 erzeugten Bewegung des Blechs 16 schneidet ein von dem Laserschneidkopf 7 auf das Blech 16 gerichteter Laserstrahl Blechteile (z.B. Gutteile) unter Stehenlassen von Verbindungsstegen („Microjoints“) frei. Infolge der über die Verbindungsstege hergestellten Restverbindung sind das Restgitter und die Blechteile nur unvollständig voneinander getrennt. Anstelle des Laserschneidstrahls könnte zum unvollständigen Trennen des Restgitters und der Blechteile auch ein andersartiges Schneidwerkzeug, insbesondere ein an der Umformstation 6 eingewechseltes Stanzwerkzeug, eingesetzt werden.
In den Figuren 2 bis 6 sind die Verfahrensschritte des an der Werkzeugmaschine 1 durchgeführten, erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens gezeigt, um aus dem Blech 16 (z.B. 2 mm Baustahl) ein nachfolgend als Gutteil bezeichnetes Werkstückteil 19 (Fig. 6) zu schneiden und, während das Gutteil 19 am Restgitter des Blechs 16 noch über einen dickenreduzierten Verbindungssteg angebunden ist, die Kanten des Gutteils 19 entlang der gesamten Gutteilkontur zu bearbeiten.
In einem ersten Verfahrensschritt werden mit einem entsprechenden Stanzwerkzeug 13 zwei voneinander beabstandete Ausschnitte bzw. Freischnitte 20 in das Blech 16 gestanzt, die zwischen sich einen Verbindungssteg („Microjoint“) 21 ausbilden (Fig. 2). So kann beim nachfolgenden Umformen des Verbindungsstegs 21 Material zur Seite in die beiden Freischnitte 20 fließen. Vorzugsweise münden die Freischnitte 20 in einen noch zu erzeugenden Trennspalt 22. Alternativ können die Freischnitte 20 auch mit dem Laserstrahl des Laserschneidkopfs 7 eingebracht werden. Die Freischnitte 20 sind beispielsweise als Dreiecke, insbesondere mit abgerundeten Ecken, ausgebildet, die zwischen einander zugewandten Dreieckseiten den Verbindungssteg 21 ausbilden und jeweils mit einer Dreieckspitze in den noch zu erzeugenden Trennspalt 22 münden. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Verbindungssteg 21 auf einem an das noch zu schneidende, zukünftige Gutteil 19 angrenzenden Stegabschnitt 23 (oder alternativ auf seiner gesamten Steglänge) in Dickenrichtung 24 des Blechs 16 mittels eines entsprechenden Umformwerkzeug (Prägewerkzeug) 13 gequetscht, um den Verbindungssteg 21 gegenüber einer der beiden Plattenseiten 16a, 16b des Blechs 16 oder, wie gezeigt, gegenüber beiden Plattenseiten 16a, 16b in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen (Figuren 3a-3c). Der gequetschte Verbindungssteg bzw. Stegabschnitt ist mit 21 ‘ bezeichnet und bildet beispielsweise einen sogenannten Nanojoint. Das überschüssige Material des Quetschvorganges fließt in die zuvor eingebrachten Freischnitte 20. Der gequetschte Verbindungssteg 21 ' befindet sich nun in der Mitte der Blechdicke und ist bevorzugt maximal 1/3 der Blechdicke dick. Die durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs 21 ' am zukünftigen Gutteil 19 gebildeten, geraden Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b entsprechen dabei der Kontur des zukünftigen Gutteils 19.
Wie in Fig. 3c gezeigt, wird der Verbindungssteg 21 an seinem am zukünftigen Gutteil 19 angebundenen, gutteilseitigen Stegende 21a stärker gequetscht als an seinem am zukünftigen Restgitter 26 angebundenen, restgitterseitigen Stegende 21b, wodurch der gequetschte Verbindungssteg 21 ' in einer durch seine Längsrichtung und seine Dickenrichtung 24 aufgespannten Längsebene einen in Richtung auf das gutteilseitige Stegende 21a zulaufenden, hier keilförmigen Querschnitt aufweist. Die Stegdicke d1 des gutteilseitigen Stegende 21a ist kleiner als die Stegdicke d2 des restteilseitigen Stegende 21 b, also d1 < d2, um so am werkstückteilseitigen Stegende 21a eine Sollbruchstelle zum Gutteil 19 auszubilden.
Statt den Verbindungssteg 21 in zwei separaten Schritten zuerst zu erzeugen und dann zu quetschen, kann dies alternativ auch in einem einzigen Schritt erfolgen, indem der Verbindungssteg 21 mittels eines geeigneten Stanzwerkzeugs gleichzeitig sowohl freigestanzt als auch gequetscht wird. Das Blech 16 wird also an der Stelle des Verbindungsstegs 21 nicht ganz durchgestanzt. Der gequetschte Verbindungssteg 21 ' befindet sich dann bevorzugt im unteren Drittel der Blechdicke. In einem dritten Verfahrensschritt wird ein der Kontur des Gutteils 19 entsprechender Trennspalt 22, der entlang des gequetschten Verbindungsstegs 2T bzw. der Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b unterbrochen ist, in das Blech 16 geschnitten (Figuren 4a-4c). Der Trennspalt 22 mündet beidseitig des gequetschten Verbindungssteges 2T jeweils in die Freischnitte 20, wodurch das Gutteil 19 nur noch durch den gequetschten Verbindungssteg 2T am Restgitter 26 gehalten ist. Der Trennspalt 22 wird mit dem Laserstrahl ausgeschnitten oder alternativ mit einem Stanzwerkzeug 13 erzeugt. Bevorzugt sollte der Laserstrahl zum Schneiden der Kontur verwendet werden, da dann der Schnittspalt mit seiner Größe von wenigen Zehntelmillimetern die ideale Form für ein nachfolgend eingesetztes Kantenbearbeitungswerkzeug hat.
In einem optionalen, vierten Verfahrensschritt werden die Kanten des Gutteils 19 entlang der gesamten Kontur des Gutteils 19, also sowohl entlang der oberseitigen und unterseitigen Schnittkanten 27a, 27b als auch entlang der Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b, mittels eines Kantenbearbeitungswerkzeuges 28, das anstelle des Umformwerkzeug oder Stanzwerkzeuges 13 eingewechselt wird, bearbeitet, z.B. verrundet (Figuren 5a-5c). Das Kantenbearbeitungswerkzeug 28 ist hier beispielhaft als Rollkneifwerkzeug mit einer oberen Werkzeugrolle 28a im Oberwerkzeug und einer unteren Werkzeugrolle 28b im Unterwerkzeug ausgeführt. Somit kann das Kantenverrunden gleichzeitig auf der Blechoberseite als auch auf der Blechunterseite erfolgen. Die Werkzeugrollen 28a, 28b haben umfangsseitig einen ringförmigen Verrundungsvorsprung 29a, 29b mit einem Verrundungsradius (z.B. 0,5 mm oder auch kleiner) und greifen in den Trennspalt 22 ein. Die Werkzeugrollen 28a, 28b werden im Trennspalt 22 zum Gutteil 19 hin verschoben bzw. kraftbeaufschlagt, um die Oberkanten und Unterkanten 25a, 25b und die Schnittkanten 27a, 27b des Gutteils 19 zu verrunden. Der Stempel des Oberwerkzeuges drückt auf die obere Werkzeugrolle 28a, um den notwendigen Anpressdruck zu erzeugen. Der Stempel ist federnd gelagert und kann dadurch Blechdickenschwankungen ausgleichen. Statt der gezeigten, beidseitigen Bauteilverrundung können mit einem entsprechenden Kantenbearbeitungswerkzeug alternativ auch nur die oberseitigen Kanten 25a, 27a oder nur die unterseitigen Kanten 25b, 27b bearbeitet, z.B. verrundet werden (einseitige Bauteilverrundung). Als Kantenbearbeitungswerkzeug 28 kann beispielsweise auch ein Kugelentgratwerkzeug eingesetzt werden, um die Kanten 25a, 25b und 27a, 27b mittels Rollentgraten zu verrunden.
Nun ist das Gutteil 19 fertiggestellt und kann aus der Werkzeugmaschine 1 geschleust werden (Fig. 6). Dazu kann der gequetschte Verbindungssteg 21 ‘ in der Werkzeugmaschine 1 weggestanzt oder mittels eines Laserstrahls aufgetrennt werden, bevor das dann freie Gutteil 19 über eine Teilerutsche ausgeschleust wird. Alternativ kann das Gutteil 19 aber auch am Restgitter 26 angebunden bleiben und zu einem späteren Zeitpunkt, unter Aufbrechen des gequetschten Verbindungsstegs 2T, manuell oder mit maschineller Unterstützung aus dem Restgitter 26 entnommen werden.

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Erzeugen mindestens eines dickenreduzierten Verbindungsstegs (21) beim Schneiden eines Werkstückteils (19) aus einem plattenartigen Werkstück (16), wobei das geschnittene Werkstückteil (19) mittels des Verbindungsstegs (21 ) an einem Restgitter (26) des Werkstücks (16) angebunden bleibt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Erzeugen des mindestens einen Verbindungsstegs (21 ) in dem Werkstück (16) vor dem Schneiden des Werkstückteils (19);
- Quetschen des Verbindungsstegs (21 ) zumindest auf einem an das noch zu schneidende Werkstückteil (19) angrenzenden Stegabschnitt (23) in Dickenrichtung (24) des Werkstücks (16), um den gequetschten Verbindungssteg (21 ') gegenüber mindestens einer der beiden Plattenseiten (16a, 16b) des Werkstücks (16) in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei eine durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (21 ') gebildete Kante (25a, 25b) des Werkstücks (16) eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils (19) ausbildet; und
- Schneiden eines der Kontur des Werkstückteils (19) entsprechenden Trennspalts (22), der entlang der durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (2T) gebildeten Kante (25a, 25b) unterbrochen ist, in das Werkstück (16), wodurch das Werkstückteil (19) mittels des gequetschten Verbindungsstegs (2T) an dem Restgitter (26) des Werkstücks (16) angebunden bleibt. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittkante (27a, 27b) des geschnittenen Werkstückteils (19) und die durch den Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (2T) gebildete Kante (25a, 25b) des Werkstückteils (19) mittels eines entlang der Kontur des Werkstückteils (19) geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs (28) bearbeitet werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (21 ) an einem werkstückteilseitigen Stegende (21a) auf eine geringere Dicke gequetscht wird als an einem restgitterseitigen Stegende (21 b). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gequetschte Verbindungssteg (21 ') in einer durch seine Längsrichtung und seine Dickenrichtung (24) aufgespannten Längsebene einen in Richtung auf das werkstückteilseitige Stegende (21a) zulaufenden Querschnitt aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (21 ) zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil (19) angrenzenden Stegabschnitt (23) beidseitig in Dickenrichtung (24) gequetscht wird, um den gequetschten Verbindungssteg (21 ') gegenüber beiden Plattenseiten (16a, 16b) des Werkstücks (16) jeweils in Richtung Werkstückmitte zurückzuversetzen, wobei die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (21 ') gebildeten Kanten (25a, 25b) des Werkstücks (16) jeweils eine Kante des noch zu schneidenden Werkstückteils (19) ausbilden. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkanten (27a, 27b) des geschnittenen Werkstückteils (19) und die durch den beidseitigen Rückversatz des gequetschten Verbindungsstegs (21 ') gebildeten Kanten (25a, 25b) des Werkstückteils (19) gleichzeitig mittels eines entlang der Kontur des Werkstückteils (19) geführten Kantenbearbeitungswerkzeugs (28) bearbeitet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (21 ) im Werkstück (16) durch zwei voneinander beabstandete Freischnitte (20) erzeugt wird, die zwischen sich den Verbindungssteg (21 ) ausbilden. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspalt (22) beidseitig des gequetschten Verbindungssteges (2T) jeweils in die Freischnitte (20) mündet. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspalt (22) beidseitig des gequetschten Verbindungssteges (2T) jeweils in eine Freischnittspitze der Freischnitte (20) mündet. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Freischnitte (20) als Dreiecke ausgebildet sind, die zwischen einander zugewandten Dreieckseiten den Verbindungssteg (21 ) ausbilden. Verfahren einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Freischnitte (20) in dem Werkstück (16) ausgestanzt oder mit einem Bearbeitungsstrahl ausgeschnitten werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (21 ) mittels eines Stanzwerkzeugs (13) gleichzeitig gestanzt und zumindest auf dem an das noch zu schneidende Werkstückteil (19) angrenzenden Stegabschnitt (23) in Dickenrichtung (24) des Werkstücks (16) einseitig oder beidseitig gequetscht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspalt (22) mit einem Bearbeitungsstrahl oder einem Stanzwerkzeug geschnitten wird. Steuerungsprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche angepasst ist, wenn das Programm auf einer Steuerung (15) einer zum Durchführen aller Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeigneten Werkzeugmaschine (1 ) abläuft.
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