Stanzschablone für Piercing-Design

Die Konzeption des Stanzstempels

• Stanzen ist ein Stanzverfahren, bei dem Matrizen zum Trennen von Blechen verwendet werden. Dabei handelt es sich in erster Linie um Stanzen (zur Herstellung von Teilen) und Lochen (zur Herstellung von Löchern).
• Der Vorgang des Abscherens eines Teils (oder Rohlings) mit der erforderlichen Form aus einem Blech wird als Stanzen bezeichnet, während der Vorgang, bei dem in einem Werkstück ein Loch mit der erforderlichen Form erzeugt wird, als Durchstechen bezeichnet wird.
• Die für Stanzprozesse verwendete Matrize wird als Schneid- und Lochmatrize bezeichnet. Es kann zur Herstellung von Teilen oder zur Vorbereitung von Rohlingen für nachfolgende Schritte wie Biegen, Ziehen und Umformen verwendet werden.

Verformungseigenschaften des Stanzwerkzeugs

• Der gesamte Stanzprozess kann in drei Phasen unterteilt werden: die Phase der elastischen Verformung, die Phase der plastischen Verformung und die Phase des Scherbruchs.

Phase der elastischen Verformung: Unter dem vom Stempel ausgeübten Druck erfährt das Material eine elastische Biegung und dringt leicht in die Matrizenkante ein, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Stadium der plastischen Verformung: Die Belastung des Materials hat seine Elastizitätsgrenze überschritten. An diesem Punkt dringt der Stempel in das Material ein, während das Material gleichzeitig in die Matrize eindringt. Aufgrund des Widerstands des Materials gegen das Eindringen von Stempel und Matrize wird ein Biegemoment M erzeugt, wie im folgenden Diagramm dargestellt.

Scherbruchstadium: Die Spannung in der Nähe der Matrizenkante erreicht zunächst die Scherfestigkeit des Materials und führt zur Bildung von Rissen an der Matrizenkante. Zu diesem Zeitpunkt bleibt das Material in der Nähe der Stempelkante in einem plastischen Zustand und der Stempel dringt weiterhin in das Material ein (Abbildung a). Anschließend kommt es auch an der Stempelkante zu Rissen im Material. Wenn das einseitige Spiel z/2 zwischen Stempel und Matrize angemessen ist, breiten sich die Scherrisse, die sowohl vom Stempel als auch von der Matrize ausgehen, aus und fallen zusammen, wodurch das gestanzte Teil vom Material getrennt wird (Abbildung b). Nach der Trennung setzt der Stempel seine Bewegung fort, um das gestanzte Teil in den Hohlraum der Matrize zu drücken (Abbildung c).

Gescherte Oberfläche : Die durch das Stanzen entstehende Oberfläche weist, wie in der Abbildung unten dargestellt, drei verschiedene Zonen auf dem gestanzten Loch auf: eine leicht abgerundete Ecke an der Oberseite, die als Überschlag (Verformungszone) bezeichnet wird, gefolgt von einer glatten, glänzenden Oberfläche, die durch Scheren entsteht und als brünierte Zone bezeichnet wird, und schließlich einer rauen Oberfläche, die durch Reißen entsteht und als Bruchzone bezeichnet wird. Auf dem Schrottmaterial erscheinen ähnliche drei Zonen, jedoch in umgekehrter Reihenfolge der Verteilung.

Scherfläche und Spiel am Stanzstempel

Typ I – Großes Spiel, großer Überschlag (R), großer Winkel (a), starke Gratbildung (Zugriss).

Typ II – Relativ großes Spiel, relativ großer Überschlag (R), normaler Winkel (a), normale Grate.

Typ III – Mäßiges Spiel, reduziertes Überrollen (R), normaler Winkel (a), normale Grate.

Typ IV – Kleines Spiel, reduziertes Überrollen (R), normaler Winkel (a), Grate im Bereich von normal bis vergrößert.

Typ V – Sehr kleiner Spalt, sehr kleiner Überschlag (R), sehr kleiner Winkel (a), erhöhte Gratbildung (sowohl Zugriss als auch Druckextrusion).

• Die Abbildung auf der vorherigen Seite zeigt Veränderungen der Scherfläche bei verschiedenen Spielen, wobei das Spiel von Typ I zu Typ V allmählich abnimmt. Typ III stellt ein optimales Spiel dar. Diese Oberfläche besteht aus einer brünierten Zone und einer Bruchzone, begleitet von einem Überschlag (R) und Graten. Durch Zugbeanspruchung entstehende Grate werden als Zugriss bezeichnet. Die Bruchzone weist einen Winkel (a) auf.

• Bei Typ II nimmt der Überschlag (R) im Vergleich zu Typ III zu, während der Winkel (a) weitgehend unverändert bleibt und der Zugriss weiterhin normal ist.

• Wenn das Spiel weiter vergrößert wird (Typ I), nehmen der Überschlag (R) und der Winkel (a) erheblich zu, der Zugriss nimmt zu und es kommt zu einer Verformung des Teils.

• Bei Typ IV nimmt der Überschlag (R) im Vergleich zu Typ III ab, der Winkel (a) ist jedoch ähnlich. Aufgrund des verringerten Spiels treten helle Flecken innerhalb der Bruchzone auf, Grate sind mäßig und es treten zusätzlich zum Zugriss auch Druckextrusionsgrate auf.

• Typ V zeigt einen extrem kleinen Überschlag (R), fast keinen Winkel (a), abwechselnde Schichten von Brünierungs- und Bruchzonen und eine erhöhte Gratbildung (sowohl Zugriss als auch Druckextrusion). Die Höhe der Extrusionsgrate hängt von der Schärfe der Matrizenkante ab: Je schärfer die Kante, desto geringer ist die Extrusionsgrathöhe.

Durch die Analyse der Stanzprozesstechnologie , die Parameteranpassung und die Optimierung von Formteilen können Testformzyklen erheblich verkürzt werden, wodurch die Rentabilität des Unternehmens maximiert und die Wettbewerbsfähigkeit am Markt verbessert wird.