Prozessanalyse und effektive Gestaltung von Hochgeschwindigkeitsscherschneidprozessen

Anlass der vorliegenden Arbeit war der geringe Kenntnisstand über technologische und werkzeugtechnische Grenzen beim Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS). Daher zielte diese Dissertationsschrift darauf ab, erstmals eine fundierte Berechnungsgrundlage der wichtigsten Prozessparameter, wie beispielsweise die zum Trennen notwendige kinetische Energie des Schneidstempels, für das HGSS zu erarbeiten. Des Weiteren wurden Auslegungskriterien für Werkzeugaktivelemente für das HGSS definiert. Außerdem wird auf die Schneideignung ausgewählter Blechwerkstoffe mittels HGSS detailliert eingegangen. Mit der Auswahl einer Reihe konventioneller Scherschneid- und HGSS-Anlagentechnik wurde eine versuchstechnische Basis für den Vergleich der unterschiedlichen Prozesse geschaffen. Der Fokus lag stets auf dem HGSS-Prozess und das konventionelle Scherschneiden diente als Referenz. Die messtechnische Erfassung der einzelnen Prozessparameter war ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Dissertation. Hierzu werden Methoden aufgezeigt, mit denen die wichtigsten Kenngrößen, wie zum Beispiel Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung sowie Prozesskräfte beim HGSS messtechnisch reproduzierbar erfasst werden. In der Folge wird dargelegt, wie aus den ermittelten Daten die notwendige Schneidarbeit errechnet werden kann. Weiterhin wird erstmals praxisnah aufgezeigt, dass der Schneidenergiebedarf beim HGSS im Vorfeld berechnet werden kann. Diese Ergebnisse wurden anhand einer speziellen HGSS-Anlage verifiziert und auf Skalierbarkeit untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit war die Bestimmung der wesentlichen Einflussparameter des HGSS-Prozesses auf die Qualität der Bauteile. Anhand der aus der numerischen Simulation und dem Realversuch gewonnenen Erkenntnisse wurde eine Konstruktions- bzw. Anwendungsrichtlinie für das HGSS erstellt. Diese gewährleistet künftig, dass bereits in der Entwicklungsphase von HGSS-Werkzeugen die Voraussetzungen für optimale Bauteilqualitäten gesetzt werden.
Main aim of the present dissertation was the low state of knowledge about technological and tool technical limits in fields of High Speed Impact Cutting (HSIC). Therefore this doctor thesis tends to acquire a calculation rule of the most important process parameters, e. g. the minimum of necessary kinetic energy to cut certain sheet metals for the HSIC process, as well as to provide tool design criteria of this innovative cutting technology. Furthermore the suitability of selected sheet metals cut by HSIC is discussed. A basis with different conventional and high speed cutting press-facilities was made to ensure the comparability of the individual processes. The focus was the HSIC-processes, the conventional shear cutting procedures were used as a reference. The measurement of the several process parameters was an essential element of this dissertation. Suitable methods are shown how to detect repeatable all important process parameters at the HSIC, e. g.: velocity, acceleration and process forces. In addition it is shown how the cutting energy (respective the cutting work) could be calculated from the measured data. Out of the context of measured process parameters from a serial HSIC-machine an example is shown how to calculate the cutting energy, required for a HSIC process. This calculation term were verified of scalability by using another HSIC-facility. Another topic of the present dissertation is to determine the key parameters of the HSIC process, which influence the quality of the components. With the help of the numerical simulation and real tests a design and application guideline for HSIC was created. Using this guideline helps to implement activities to get very good cutting results already during the development phase of HSIC tool design.