4 Grundlagen des Schneidens

4 Grundlagen des Schneidens
4.1 Schneidvorgang und Schneidarten
Schneiden ist ein spanloses Zerteilen von Werkstoff entlang einer Schnittlinie (siehe
Übersichtstafel II, S. 7), die beim Ausschneiden einer Außen- oder Innenform (Scherschneiden)
in sich geschlossen (geschlossene SchnittlinieFehler! Textmarke nicht definiert.), beim
Abschneiden bzw. Ausklinken dagegen offen (offene Schnittlinie) ist. Das dazu verwendete
Werkzeug hat als Hauptbestandteile Schneidstempel und Schneidplatte bzw. Matrize. Deren
Schneidkanten Sk, Schneiden genannt, bilden sich aus den beiden Schneidflächen, der Druckfläche
AD und Freifläche AF (Bild 4.1). Die Druckflächen AD des Stempels und der Matrize
üben die Schneidkraft auf den zu trennenden Werkstoff aus, sie sind der Werkstückoberfläche
zugekehrt. Nach dem Trennen gleiten die Schnittflächen des Werkstoffes entlang den Freiflächen
Af.
Beim Ausschneiden (geschlossene Schnittlinie) wirken auf den Werkstoff durch den eindringenden
Schneidstempel Druckkräfte Fs (Bild 4.1).
S k = Schneide
u S = Schneidspalt
F S = maximale Umform- und (oder) Schneidkraft
F F = Freiflächen-(Seiten)kraft senkrecht dazu
sp = Stempelspiel = 2 u s
Bild 4.1 Schneidvorgang beim Lochen (geschlossene Schnittlinie) Erklärungen: Schneide S k (Schneidkante)
ist die Durchdringungslinie der Schneidflächen A D und A F, die den Schneidkeil bilden. Bildfolge:
a) Schneidbeginn nach elastischer Verformung; Beginn des Fließens (plastische Verformung)
b) und c) Ende des Fließens, Bruchbeginn
d) Bruchende, Trennung beendet, Reibkraft wirkt noch
e) Ende des Arbeitshubes, Stempel dringt in die Öffnung der Schneidplatte ein (e T = Eintauchtiefe)
f) Kraft-Weg-Diagramm, Stempelspiel sp bei I normal; bei II klein
g) Kraftvektoren beim Schneiden
h) Schnittflächenaufteilung
Beim Schneidvorgang wird der zu trennende Werkstoff zunächst elastisch verformt. Beim
Zusammendrücken weicht er auch seitlich aus. Daraus entstehen Seitenkräfte FF. Danach er-
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4.1 Schneidvorgang und Schneidarten 17
folgt eine plastische Verformung ohne Trennung. So entsteht eine abgerundete Kante. Nun
folgt durch vorauseilende Rissbildung ein Trennvorgang, wobei die Werkstoffteile aufeinander
gleiten. Folge davon ist die Gleitfläche, auch Glattfläche genannt (Bild 4.4), in der der Werkstoff
fließt.
Nach Beendigung des Fließvermögens entstehen Kerbrisse, denen der Bruch und somit die
Bruchebene (Bruchfläche, Bild 4.4) folgt.
Der Schneidvorgang kann hinsichtlich des Werkstoff Verhaltens in drei Abschnitte gegliedert werden:
1. Elastisches Verformen mit seitlichem Ausweichen (Bild 4.1a)
2. Plastisches Verformen durch Druck (Einziehkante)
3. Fließen entlang der Gleitebenen (Bild 4.1b-c). Hier sind die Teile noch nicht getrennt.
4. Abreißen (Bruch) durch Überschreitung der Brechkraft (Bild 4.1d).
Diese drei Teilvorgänge sind auf der Schnittfläche des Stanzteils als drei unterschiedliche Bereiche zu
erkennen:
Bereich 1: Anrundung: Schmale Rand- und Stegbreiten etwas gekippt.
Bereich 2: Scherzone, Schnittfläche glänzend glatt. Im Fließzustand wird hier der Werkstoff an die
Freiflächen A F gepresst.
Bereich 3: Bruchzone, Bruchfläche mit Kerbrissen und anschließendem Abriss, matt, körnig. Die Anteile
an den einzelnen Bereichen sind von mehreren Bedingungen abhängig:
1) Schneidspalt u S
Je kleiner der Schneidspalt, desto größer der Anteil der Schnittfläche.
2) Verformungsverhalten des Werkstoffes
Je duktiler (fließfähiger) der Werkstoff, desto größer der Anteil der Schnittfläche.
3) Tribologisches Verhalten von Schneid- und Bandwerkstoffen sowie Schmiermitteln.
Beim Abschneiden (offene Schnittlinie) entsteht durch die gleichgroßen, parallel und gegensinnig
gerichteten Druckkräfte des Schneidstempels und der Schneidplatte ein Kräftepaar, d.h. ein
Drehmoment M (Bild 4.21 II); eine feste oder federnde Gegenhalterplatte P soll das Moment aufnehmen.
Durch die Seitenkraft FF werden bei dickem Blech während des Abtrennens schmaler
Bild 4.2
Offene Schnittlinie
I Schema: M Drehmoment, hervorgerufen durch
Schnittkraft Fs; Gegenhalterplatte P nimmt M auf
II federnder Längenanschlag zum Schneiden dicker
Bleche (Abschneidwerkzeug)
1 feste Abstreifplatte, zugleich Gegenhalterplatte P
2 Kopfplatte
3 Druckplatte
4 Stempelführung einsatzgehärtet, im Werkzeug
seitlich und rückwärts geführt
5 Schneidstempel, mit Kopfplatte (2) und Stempelführung
(4) verschraubt, Neigung der Druckfläche
(Schneide) quer zum Streifen
6 Schneidplatte, lichte Höhe zwischen den Teilen
(1) und (6), h2 = Blechdicke + (0,3 ... 0,5) mm
7 federnder Anschlag, einsatzgehärtet, mit zwei
Schraubenfedern je ≈ 300 N Vorspannkraft zur
Aufnahme der Streifenanschlagskraft
8 Halter, einsatzgehärtet, mit Teil 4 verschraubt und
verstiftet
9 federnde Streifenführung

18 4 Grundlagen des Schneidens
Abschnitte Werkstoffteilchen seitlich weggedrückt, wodurch der Einbau eines federnden
Längenanschlages notwendig wird (Bild 4.2 II). Dieser verbessert die Schnittflächengüte und
erhöht zugleich Standmenge sowie Lebensdauer des Werkzeuges.
Der Schneidstempel (Bild 4.2 II, Teil 5) wird zum Schärfen ausgebaut. Damit er nachher auf dem Halter
(8) wieder satt aufliegt, ist die Stempelführung (4) ebenfalls kopfseitig abzuschleifen.
Beim Feinschneiden werden Bleche über 1 mm Dicke mit einem Schneidspalt us von 0,5 bis
0,6 % der Blechdicke bei gleichzeitiger Behinderung des seitlichen Einzugs des Werkstoffes
mit der Ringzacke oder einer Blechklemmung geschnitten. So entsteht eine Scherzone (Glattfläche)
auf der ganzen Schnittfläche, die glänzend ist. Bild 4.3 zeigt das Ablaufschema im
Feinschneidwerkzeug. Nach dem Einschieben des Bandes (A) wird die Ringzackenkraft FR
und gleichzeitig die Gegenkraft FG aufgebracht (B). Dann folgt die Schneidkraft FS für
Durchsetzungen (C) oder zum Lochen (D). Sodann wird die Matrize nach unten bewegt (E)
und das Werkstück mit der Kraft FRA ausgestoßen (F), sowie das Band und das Werkstück
FGA ausgeschoben (G und H).
Bild 4.3
Ablaufschema mit acht
verschiedenen Werkzeugstellungen
beim
Feinschneiden [1]

4.3 Maßtoleranzen geschnittener Teile 19
4.2 Oberflächenbeschaffenheit von Schnittflächen
Beim normalen Schneiden und Hochleistungsschneiden mit Schneidspalten us von 3 bis 5 %
der Blechdicke entsteht nach dem Einziehbereich (Abrundung) der Glattschnitt und danach der
Bruchbereich. Je nach Werkstoff und Schneidspalt beträgt der Glattbereich 20 bis 60 % der
Blechdicke. Bei duktilen Werkstoffen ist dieser Bereich größer als bei spröden.
Beim Feinschneiden eines geeigneten Werkstoffes erreicht man mit einem Schneidspalt von
0,5 % der Blechdicke auf der gesamten Schnittfläche einen Glattschnitt (Bild 4-4). Dabei wird
das Werkstoffgefüge stark verformt. Die Kristalle werden in Schnittrichtung verfestigt bzw.
kalt aufgehärtet. Bild 4.4 zeigt die Strukturen an der Oberfläche und die Härte in verschiedenen
Abständen von der Oberfläche. Dies ist günstig für Funktionsteile mit höherer Flächenpressung
wie bei Zahnrädern, Schnappschlössern usw.
4.3 Maßtoleranzen geschnittener Teile
Bild 4.4
Schnittflächen mit Kaltaufhärtung
beim Normalschneiden
(links) und Feinschneiden
(rechts) [1]
Beim Hochleistungsschneiden dünner Bleche erreicht man Maßtoleranzen an Stanzteilen von
± 0,003 mm. Beispiele dazu sind die Chipträger oder lead frames (Bild 4.5). Diese Anforderungen
treiben jedoch die Werkzeugkosten in die Höhe. Beim Feinschneiden gelten für
Werkstücke von 2 bis 12 mm Dicke und bis 20 mm Breite Maßtoleranzen von ± 0,025 mm.
Ein Beispiel für die Bemaßung eines Feinschnittteils zeigt Bild 4.6. Hohe Anforderungen sind
nur an die besonderen Funktionsmaße zu stellen. An den Rauhheitsangaben sind die Anteile
der Glatt- zu Bruchfläche angegeben.

20 4 Grundlagen des Schneidens
Bild 4.6 Bemaßung von Feinschnittflächen
4.4 Schneidkraft
Bild 4.5
4.4.1 Bestimmung der Schneidkraft
Die erforderliche Schneidkraft Fs [N] ist hauptsächlich abhängig von
Stanzteil für Elektronikindustrie:
Chipträger (lead frame) mit 208
Anschlüssen (Leitungsträger)
Strangdicke 0,14
Strangbreite 0,13 mm
Abstand 0,1 mm
Werkstoff: Kupferlegierung
Toleranzen + 0 ... 0,003 mm
Hubfrequenz n = 250 H/min
• Länge [mm] der Schnittlinien bei Berücksichtigung der Schnittform,
• Blechdicke s [mm],
• Schneidwiderstand oder spezifische Schneidkraft des Werkstoffes ks [N/mm 2 ] Tabelle 4.1,
• Schärfe der Schneiden,
• Größe des Schneidspaltes,
• Oberflächengüte der Druck- und Freiflächen (siehe Bild 4.1a) des Stempels und der
Schneidplatte,
• Art der Schmierung.