Dokumentation der Gruppenarbeit

Dokumentation der Gruppenarbeit
Aufgabenstellung:
Die Aufgabestellung umfasst die Entwicklung und Konstruktion eines
Schneidwerkzeuges zur Herstellung eines Bauteils aus CuZn37 Materialdicke 0,5mm
innerhalb von sechs Blockwochen. In der ersten Woche hat jede Gruppe den
Auftrag sich mit der Technologie des Scherschneidens und den, für die ,Konstruktion
notwendigen, Fachkenntnissen zu versorgen. Bis zum fünften Projekttag ist von jeder
Gruppe ein Entwurf als CAD Modell zu präsentieren und zur Abstimmung zu stellen.
Nachdem ein Gruppenentwurf ausgewählt wurde, ist mit der Detailkonstruktion des
zuvor zugewiesenen Bauteils fortzufahren. Bis zum zehnten Projekttag ist von
diesem Bauteil eine Fertigungszeichnung zu erstellen und eine Materialauswahl zu
treffen. Für die Vormontage des Schneidwerkzeuges ist ein Arbeitsauftrag
anzufertigen. Die Zwischenergebnisse sind an den vorgesehenen Terminen
entsprechend zu präsentieren. Des Weiteren sind die Ergebnisse regelmäßig im
Onlinelernsystem Lo-Net abzulegen. Am Ende der Projektzeit ist innerhalb dieser
Internetpräsens eine Homepage zu generieren. Um dem Anspruch eines breit
angelegten Themas gerecht zu werden ist eine Beschreibung des Werkzeuges in
Englisch zu formulieren und eine betriebliche Kostenkalkulation zu erstellen. Nach
Abschluss der einzelnen Arbeitsphasen ist eine Reflektion der Vorgehensweise
vorgesehen.
Gruppenzusammensetzung:
Jede Arbeitsgruppe setzt sich aus 4 Mitgliedern zusammen. Die
Gruppenzusammenstellung wurde in einen Los -Zuweisungsverfahren realisiert, dass
heißt fünf Startkandidaten wurden per Los drei weitere Teilnehmer zugewiesen.
Werkzeugaufbau:
Um den Anforderungen von Losgröße und Fertigungstoleranzen gerecht zu werden
empfiehlt sich ein plattengeführtes Folgeschneidwerkzeug. Bei der Dimensionierung
ist auf Verfügbarkeit der Platten zu achten. Entsprechend dem Thema des Projektes
sind alle Durchbrüche mittels Drahterosion zu fertigen. Der Stempelkopf und der
Schneidkasten werden in der schuleigenen mechanischen Werkstatt an Hand des zu
formulierenden Arbeitsauftrages, vormontiert.
Werkstoffauswahl:
Bei der Auswahl der verwendeten Werkstoffe gilt es sich an zunächst drei
Randbedingungen zu orientieren. Der Werkstoff muss bei Lieferanten der Schule
verfügbar sein, entsprechend seiner Spezifikation technisch sinnvoll verwendet
werden und sich gut durch Drahterosion bearbeiten lassen. Die
Auswahl erfolgt zudem in enger Abstimmung mit dem Werkzeugaufbau.
In unserem Fall wird für die Bauteile höherer Belastung (Schneidplatte,
Schneidstempel, Druckplatte) der Werkstoff 1.2379 (X155CrMoV12) verwendet.
Die Bauteile die wenig beansprucht werden sind aus 1.1730 (C45U) zu fertigen.
Beide Werkstoffe sind verfügbar und sind durch Drahterosion einfach zu bearbeiten.
.
Berechnungen:
Zur Auslegung des Entwurfes sind folgende Berechnungen notwendig:
Die Lage des Einspannzapfens ist, auf Grund des asymmetrischen Verlaufes der
Schneidkanten nach der Methode der Linienschwerpunkte zu ermitteln.
Die Schneidkraft ist für die Dimensionierung der Platten und zur Auswahl der
Presse zu bestimmen.
Aus der Schneidkraft wird in einer Überschlagsrechnung die Abstreifkraft errechnet,
sie ist für die Auswahl der Schrauben von Bedeutung.
Die Schraubenverbindungen sind in einer vereinfachten Rechnung nachzuweisen.
Die Größe und Lage des Schneidspaltes wird durch Tabellen bestimmt. Hierbei
blieben die Werkstücktoleranzen unberücksichtigt, da keine besonderen
Anforderungen gestellt wurden.
Die Lage des Einspannzapfens:
Ausgehend von der Tatsache, dass ein Werkstoff mit homogener Dicke einem
Schervorgang an jeder Stelle den gleichen Widerstand entgegensetzt, kann durch
die Aufteilung des Schnittes in einzelne Elemente mit bekanntem Schwerpunkt der
Gesamtschwerpunkt ermittelt werden. Hierzu legt man ein Koordinatensystem fest,
ermittelt die Längen der einzelnen Elemente und stellt die Entfernung ihrer
Einzelschwerpunkte zum Bezugspunkt des Koordinatensystems fest. Durch
Ermittlung der linksdrehenden und der rechtsdrehenden Momente kann der
Kräfteschwerpunkt nun bestimmt werden.
Die richtige Lage des Einspannzapfens ergibt eine gleichmäßige Kraftverteilung im
Werkzeug und erhöht damit seine Standzeit und Wirtschaftlichkeit.
In Formeln ausgedrückt:
l 1*a1+l2*a2+.....+ln*an
x= ------------------------------l1 + l2 +......+ln
∑ln*an
x= -------------- =
∑ln
15972,497mm2
----------------------- = 45,96mm von der Bezugslinie entfernt.
347.497mm
n l (mm)
a (mm) l*a (mm2)
1 16,283 0,7268
4,566
2
6,283 0,7268
4,566
3
33
18,5
610,5
4
33
18,5
610,5
5
33
18,5
610,5
6
33
18,5
610,5
7
18,85 38,8196
731,75
8 31,416 41,366
1299,55
9
78
71,5
557,7
10 43,982 99,9124 4394,347
11
6,283 50,727
318,718
12
24
50
1200
∑ 347,097
15972,497
3
4
8
13
12
9
10
1 +
+
2
5
6
7
11
Fig. 1: Anordnung der Einzelschwerpunkte.
Die Schneidkraft:
Die Berechnung der Schneidkraft ist notwendig, um für ein Schnittteil die
Mindestgröße der zu verwendenden Presse festzulegen. Die Größe der Schneidkraft
ist proportional zur Schnittfläche und zur maximalen Scherfestigkeit des zu
schneidenden Werkstoffes. Um die Reibung zwischen Stempel und Führungsplatte,
Stempel und Schnittstreifen oder um die Abstumpfung der Schneidkanten sowie die
Werkstückdickentoleranz zu berücksichtigen, wird oft eine um 20% erhöhte
Schneidkraft veranschlagt.
Für unser Werkstück sieht die Berechnung der Schneidkraft wie folgt aus:
Formel:
Bezeichnung:
F = S• τaB max
S= ls• s
τaB max =0.8 •Rm max
F
Schneidkraft
S
Schnittfläche
τaB max Maximale Scherfestigkeit
ls
Länge der Schnittlinie
s
Blechdicke
Rm max Maximale Zugfestigkeit
Schnittfläche Lochen:
(132mm+ 12.566mm+ 18.8496mm+ 31.416mm)• 0.5mm = 97, 415mm2
Schnittfläche Ausschneiden:
(78mm+ 24mm+ 43.982mm+ 6,283mm)• 0,5mm = 76,1325mm2
Scherfestigkeit τaB max:
Die maximale Zugfestigkeit Rm max des Messingbleches kann mit 440 N/mm2
angenommen werden, daraus folgt:
τaB max = 440 N/mm2 • 0,8
τaB max = 350 N/mm2
Demnach errechnet sich die Schneidkraft:
F = S• τaB max
F= 173, 5475mm2 • 350 N/mm2
F = 60, 75 KN
Die erforderliche Pressenkraft wird mit 120% der tatsächlichen Schneidkraft
veranschlagt und beträgt demnach 73 KN.
Die Abstreifkraft FA:
Nach dem Schneidvorgang muss der Werkstoff von den Stempeln abgestreift
werden. Die hierzu notwendige Kraft hängt von mehreren Faktoren wie:
Stempelquerschnittsform, Oberflächengüte der Freiflächen, Material und Schmierung
ab. Einzeln sind diese Werte nicht zu erfassen, erfahrungsgemäß beträgt die
Abstreifkraft jedoch 20% der Schneidkraft. In unserem Fall also:
FA= 0,2 • 60.75KN
FA= 12,15 KN
Die Abstreifkraft FA wird über die Schrauben und Passschrauben zur
Stempelbefestigung übertragen, es ist also ein vereinfachter Festigkeitsnachweis für
diese Elemente zu führen. Die Abstreifkraft verteilt sich entsprechend der
Schnittflächenanteile auf die einzelnen Stempel.
Lochstempel:
Passschrauben M6x40 aus E295
Schnittflächenanteil:
Anteil an der Abstreifkraft :
Abstreifkraft am Lochstempel:
Scherflächen der Passschrauben:
Scherspannung τA = F : S
Zulässige Scherspannung E295:
56%
56%
0,56• 12.15 KN = 6,804 KN
8• 4,7123mm2 = 37,6984 mm2
6804 N : 37,6984mm2= 180,5 N/ mm2
390 N/mm2
Die Passschraubenverbindung ist also etwa mit zweifacher Sicherheit gestaltet.
Ausschneidstempel:
Innensechskantschrauben M6x30-8.8 bei vierfacher Sicherheit.
Schnittflächenanteil
Anteil an der Abstreifkraft
Abstreifkraft am Ausschneidstempel
44%
44%
0,44• 12,15 KN = 5,346 KN
Zulässige Zugspannung 8.8 bei
vierfacher Sicherheit
Spannunngsquerschnitt 2 Schrauben
Tatsächliche Zugspannung
160 N/mm2 (800 • 0,8• 0,25 =160 N/mm2)
40,2 mm2
132,985 N/mm2
Die Befestigung des Ausschneidestempels ist also mit vierfacher Sicherheit
ausgeführt.
Präsentation des Gruppenentwurfes:
Der Vorschlag der Gruppe 4 wurde am Freitag den 16.09.05 an Hand eines
Vortrages mit Hilfe von MS Powerpoint vorgestellt. Die Dateien können im Lo-Net
eingesehen werden.
Detailkonstruktion:
Die zu erstellende Fertigungszeichnung für das Bauteil der Gruppe 4, die
Schneidplatte, liegt in digitaler Form vor und ist im lo-net abgelegt. Es wurde
zusätzlich eine Koordinatenbemaßung der Durchbrüche vorgenommen, so dass die
Konturübergangspunkte zur Programmierung der Drahterodiermaschine vorliegen.
Am Freitag den 23.09.05 erfolgte die abschließende Kontrolle zur Sicherstellung der
Lageübereinstimmung mit den angrenzenden Bauteilen.
Die Fertigungszeichnung und die Koordinatentabelle sind im Anhang angefügt.
Fertigungsvorbereitung:
Um von der schuleigenen mechanischen Werkstatt bis zum zweiten Block den
Stempelkopf und den Schneidkasten vorbereiten zulassen, wurde eine
Arbeitsanweisung formuliert. Diese enthält Angaben über die auszuführenden
Arbeiten und gibt Hinweise für zum Beispiel die gemeinsame Fertigung von
Stiftbohrungen. Um anderen Gruppen den Zugriff darauf zu ermöglichen ist sie unter:
www.pupil.lo-net.de abgelegt
Materialbeschaffung:
Ein Entwurf zur Materialbeschaffung für das gemeinsame Werkzeug wurde
ausgearbeitet und im Plenum vorgestellt. Aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen
Händlern wurde der Entwurf, trotz der niedrigsten Kosten, nicht angenommen.
Die entsprechenden VOL- Bestellscheine sind online im lo.net verfügbar und sind im
Anhang angefügt.
Fertigung der Schneidplattendurchbrüche:
Die Fertigung der Schneidplatten beanspruchte einen Großteil des zweiten Blockes.
Die für die Drahterodiermaschine notwendigen Programme sind in weiten Teilen mit
der DIN- Programmierung übereinstimmend, die beiden Programmausdrucke sind
im Anhang abgebildet. Wesentlich zeitintensiver gestaltete sich die Einweisung an
der Drahterodiermaschine selbst, da diese in den einzelnen Gruppen erfolgte.
Kostenüberschlagsrechnung: