completed Doctorates & Habilitations
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Ein Beitrag zum Schrägschneiden von Leichtbauprofilen
Art der Abschlussarbeit
Dissertation
Autoren
- Kötter, Hanno
Betreuer
- Prof. Dr.-Ing. habil. Eckhard Beyer
Weitere Betreuer
Prof. Dr.-Ing. habil. W. Voelkner
Abstract
Das Schrägschneiden stellt eine interessante Alternative zum üblichen, vollkantigen Scher¬schneiden dar; zum spanlosen Trennen von bauteilartigen Werkstücken, wie Leichtbauprofi¬len und -rohren, ist es unumgänglich.rnEinige, wenige Darlegungen zum Schrägschneiden beschreiben in geringem Maße die Kenn¬größen, wie z.B. die Wirkung des Schneidflächenneigungswinkels. Zum Schneidkraftverlauf, zur Schnittflächenqualität und zum Verschleiß fehlen aussagefähige Darstellungen völlig.rnrnVerschlissene Schrägschneidwerkzeuge treten beim Zerteilen von Profilen und Rohren auf; eine Minimierung des Verschleißes ist einerseits über eine Beeinflussung mittels der Kenn¬größen des Scher¬schneidvorganges möglich bzw. andererseits über Beschichtungen erreich¬bar. In beiden Fällen ist die Kenntnis der Kenngrößen, der erzielbaren Schnittflächenqualität und des Verschleißverhaltens erforderlich.rnrnIn der vorliegenden Arbeit wurde daher zunächst anhand der Literatur der gegebene Wissens-rn¬stand zum Scherschneiden bei einer Einordnung des Schrägschneidens ermittelt. Die breiten Defizite bestimmten Modellversuche an Blechen, nach denen der Schrägschneidvorgang ein kom¬bi¬niertes Scherschneiden/Reißen darstellt. Anhand der weiteren Modellversuche zeigt sich, daß ein wesentlicher Einfluß vom Schneidflächenneigungswinkel und der Schneid¬flä¬chen¬¬form ausgeht. Beide geometrischen Größen wirken entscheidend auf den Reaktions¬kraft¬verlauf eines Schrägschneidvorganges und die resultierende Schnittflächenqualität ein.rnrnIm Unterschied zum vollkantigen Schneiden steuert damit die Schnittlinie, in Abhängigkeit von der Schneidflächenform und dem –neigungswinkel, das Fortschreiten einer Schnittzone, die für das Schrägschneiden typisch ist. Somit ist die Schnittflächenqualität in ihrer Ausbil¬dung in einen Glattschnitt- und Bruchflächenanteil nur noch bedingt über den Schneidspalt zu beeinflussen. Die sich in der Schnittzone ausbildende Reaktionskraft ist in ihrem Kraft-Weg-Verlauf von der Schnittlinie bestimmt und damit charakteristisch für eine bestimmte Schneid¬flächenform; von der Neigung der Schneidfläche hängt im wesentlichen die Höhe der Reak¬tionskräfte ab. Die Reaktionskraft beim Schrägschneiden umfaßt neben einem Schneid¬kraft¬anteil einen Biegekraftanteil, der unabhängig von der Schnittliniengestalt eine Schnitteilver¬for¬mung verursacht, die z.B. zu einer Abfallkrümmung führt.rnrnErstmals wurde damit in umfangreich die Abhängigkeit zwischen Schneidflächenform, -nei¬gung und den aus dem vollkantigen Schneiden bekannten Kenngrößen wie Blechdicke, rn-festig¬keit und Schneidspalt dargelegt und beschrieben.rnrnDie Kraftanteile der Reaktionskraft bilden im wesentlichen das Beanspruchungskollektiv, das an den Schneid¬kanten eines Schrägschneidwerkzeuges fortschreitend einen Verschleiß be¬wirkt. Dieser Ver¬schleiß tritt vordergründig als Furchungs-, Abrasiv- bzw. Tribooxida¬tions¬ver¬schleiß in Erscheinung.rnrnEine Übertragung der Ergebnisse der Modellversuche zum Schrägschneiden auf Schneid¬ver¬suche an Leichtbauprofilen und –rohren aus Stahlblechen, zeigt, dass sich der Schrägschneid¬vorgang gleichfalls als kombinierter Schneidvorgang auffassen läßt. Allerdings sind die Reak¬tionskraftverläufe wesentlich komplexer und werden von einem Zusammenspiel der Profil- oder Rohrquer¬schnitts¬form und der Schneidmesserform bestimmt. Aus dieser Formabhän¬gig¬keit können, im Gegensatz zu den Modellversuchen, Schneidoperationen resultieren, die nicht nur gegenläufig sind, sondern auch rechtwinklig zur Profil- oder Rohrblechdicke schneiden.rnrnDamit ist eine Glättung der Schnittfläche verbunden, wodurch die Beeinflußbarkeit der Schnitt¬¬¬flächenqualität mittels bekannter Verfahrenskenngrößen, wie des Schneidspaltes, kaum noch gegeben ist.rnrnDie Verschleißerscheinungen beim Schrägschneiden von Profilen gleichen denen der Mo¬dellversuche; in Betriebsversuchen zur Verschleißprüfung mit einer hohen Beanspru¬chungs¬dauer wurde erstmalig das Verschleißverhalten an unbeschichteten Schneidmessern bis zu Schnittanzahlen von 10000 Stück gezeigt.rnEs dominiert dabei ein abrasiver Verschleiß, der sich vor allem in einem Kolkverschleiß äußert. Anhand eines Vergleiches mit analytischen Verschleißbeschreibungen bestätigt sich, daß der festgestellte Abrasivverschleiß mit einem gleichbleibenden Produkt aus Gleitge¬schwin¬digkeit und Kontaktnormalspannung zu erklären ist.rnrnNeuartig ist die dazu zusammengestellte Verschleißbeschreibung, insbesondere in Abhängig¬keit von der Anzahl geführter Schnitte beim Schrägschneiden von Profilen. Zusammen mit den nachge¬wiesenen Abhängigkeiten der Reaktionskraftverläufe und der auftretenden Schnittflächenqualität ist damit künftig eine Simulation des Schrägschneidens erstmalig möglich, da mit den Modell- und den Profilschneidversuchen das erforderliche techno¬logische Vergleichsmaterial zum Schrägschneiden vorliegt.rnrnEine Verschleißminimierung mittels Beschichtungen an Schneidwerkzeugen ist bekannt. Insbesondere aus der Sicht einer Beschichtbarkeit mit rel. geringer Grundmaterialbeein¬flus-sung, der ausgewiesenen Verschleißbeständigkeit gegen einen abrasiven Verschleiß und sol¬cher fertigungstechnologischen Randbedingungen wie einer Nachschliffmöglichkeit, wurde rndas Laser-Pulver-Auftragschweißen von Hartstoff-Metallmatrix-Schichtsystemen zur Schneid¬¬flächenbeschichtung an Schrägschneidwerkzeugen ausgewählt.rnrnEs wurde drei Schichtsysteme auf der Basis von Vanadium-, Titan und Wolframschmelz¬kar¬bid an Schneidflächen laserauftraggeschweißt, im Schrägschneiden an Profilen erprobt und miteinander verglichen. Dabei erweist sich das Wolframschmelzkarbid aus der Sicht der er¬mittelten Reaktionskräfte und der nachgewiesenen Verschleißerscheinungen als herausragend geeignet. rnrnEine Substitution des Schneidmessergrundmaterials durch einen preiswerteren Ver¬gütungs¬stahl ist dabei möglich und zeigt das erhebliche Potential des Laser-Pulver-Auf¬trag¬schweis¬sens zur Senkung der Herstellungskosten von Schneidmessern bei gleichzeitiger Erhöhung der Verschleißfestigkeit.rn
Schlagwörter
Schrägschneiden, Scherschneiden, spanloses Trennen
Berichtsjahr
2009
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