Einführung

Der Scherprozess ist ein grundlegender Vorgang in der Metallverarbeitung und -fertigung und entscheidend für das präzise Schneiden verschiedener Materialien, insbesondere Bleche. Dabei wird Material entlang einer festgelegten Linie durch Scherkräfte entfernt, was zu einem sauberen und präzisen Schnitt führt.

Im Kern Scheren Beim Trennen wird durch Krafteinwirkung eine plastische Verformung des Materials bewirkt, wodurch es entlang einer vorgegebenen Bahn getrennt wird. Dieser Vorgang wird üblicherweise mit speziellen Scherenmaschinen durchgeführt, die über scharfe Klingen verfügen, die so angeordnet sind, dass ein effizientes Schneiden möglich ist.

Zu den wichtigsten Komponenten des Scherprozesses gehören das Werkstück, also das zu schneidende Material, und die Scherklingen, die den Schneidvorgang ausführen. Das Material wird zwischen den Klingen positioniert, und bei Krafteinwirkung üben die Klingen ausreichend Druck aus, um eine Verformung und Trennung entlang der Schnittlinie zu bewirken.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Effektivität des Scherprozesses, darunter Materialeigenschaften wie Dicke, Härte und Duktilität sowie Klingenschärfe, -abstand und -ausrichtung. Die richtige Kontrolle dieser Parameter ist entscheidend für präzise Schnitte mit minimaler Verzerrung oder Defekten.

Der Einsatz von Scheren in der Blechfertigung hat durch den Einsatz von Trennwerkzeugen beim CNC-Stanzen und den Einsatz von Auspacktechnik zum Trennen von Teilen vom Blechskelett abgenommen. Scheren werden hauptsächlich zum Schneiden von Rechtecken oder Streifen für Stanz- und CNC-Presswerkzeuge verwendet.

In den Fällen, in denen zur Herstellung der endgültigen Abmessungen ein Scherverfahren verwendet wird, bestimmen die Materialdicke und die XY-Abmessung des Teils den Grad der wirtschaftlich realisierbaren Präzision. Dickeres Material und größere XY-Abmessungen erfordern großzügigere Toleranzen.

Im breiten Spektrum der Blechproduktion variieren die Materialstärken bei Eisen- und Nichteisenwerkstoffen zwischen 0,005 Zoll (0,13 mm) und 0,25 Zoll (6,35 mm). Scherausrüstung variiert dementsprechend von 1⁄4 Zoll (6,0 mm) Kapazität x 12 Fuß (3,5 m) Bettlänge bis hin zu winzigen handbetriebenen Scheren mit einer Kapazität von 0,030 Zoll (0,8 mm) und einer Klingenlänge von 12 Zoll (300 mm).

In der XY-Dimension wird eine Toleranz von ±0,060 Zoll (1,52 mm) für dickeres Material und ±0,010 Zoll (0,26 mm) für dünneres Material verwendet. Es wird empfohlen, sich bei Ihrem Metallumformungslieferanten über die Möglichkeiten der verfügbaren Geräte zu informieren.

Beschaffenheit der Schnittkanten

Beim Schneiden von Blechen, sei es mit Stempeln und Matrizen, Scheren oder Längsschneidern, sind die Eigenschaften der Schnittkanten immer ähnlich (Abbildung 1).

Der Schneidvorgang erfolgt in drei Phasen, während sich die Schneide durch das Material bewegt: plastische Verformung, Eindringen und Bruch. Bei der plastischen Verformung bildet sich der Kantenradius. Beim Eindringen entsteht der Schnittrand. Beim Bruch entstehen Bruch und Grat.

Scheren und andere Metallschneidegeräte werden normalerweise so gewartet und eingestellt, dass sie eine akzeptable Schnittqualität mit minimalen Graten gewährleisten und den Verschleiß von Werkzeugen und Geräten minimieren. Dadurch entsteht ein Schnitt, bei dem das Material bis zu einer Tiefe von etwa 1/3 der Materialstärke eindringt und das verbleibende Material bricht. Bei richtiger Einstellung entsteht ein Grat, der selten 10 % der Materialstärke überschreitet.

Ausstattungsmerkmale

Es gibt eine große Vielfalt an Schermaschinen. Zu den wichtigsten Maschinenelementen, die die meisten Scheren gemeinsam haben, gehören Rahmen, Bett, Tisch, Stößel, Niederhalter, Messgeräte, der Aktivierungsmechanismus und die Klingen (Abbildung 2). Niederhalter, die entlang des Betts in der Nähe der Klinge angeordnet sind, greifen das Werkstück und klemmen es fest in der Scherposition fest.

Hinteranschläge dienen dazu, das Werkstück unter dem beweglichen Sägeblatt auf ein vorgegebenes Maß zu positionieren. Sie können von einfachen, positiven, mechanischen Anschlägen bis hin zu mehreren Sensoren (Näherungsschaltern) reichen, die das Werkstück erfassen und die Maschine aktivieren, wenn mehrere Sensoren gleichzeitig berührt werden. Je nach Typ und Komplexität können Hinteranschläge manuell eingestellt oder programmiert werden.

Zur Positionierung des Werkstücks, insbesondere bei großen Werkstücken, werden häufig Frontanschläge verwendet. Diese können mechanisch oder programmierbar sein.

Seitenlehren, auch als „Rechtwinklige Arme“ bezeichnet, werden senkrecht zum Sägeblatt entweder auf der linken oder rechten Seite des Bettes montiert und helfen dabei, das Material zum Sägeblatt zu führen und auszurichten.

Betrieb

Unabhängig von Bauweise, Größe oder Geschwindigkeit funktionieren alle elektrischen Scheren ähnlich. Ein Blech wird über den Tisch vorgeschoben, bis die hinteren Anschläge berührt werden und die Schnittlinie unter dem Sägeblatt liegt (Abbildung 3). Beim Einschalten der Maschine klemmen die Niederhalter das Blech fest, und das abgewinkelte Sägeblatt schneidet guillotinenartig durch das Blech.

Je nach Anwendung kann die Zuführung von elektrischen Scheren von vorne oder von hinten erfolgen. Die Zuführung von hinten kann den Aufwand für die Handhabung des Werkstücks für nachfolgende Schnitte verringern, erfordert jedoch einen zusätzlichen Bediener.

Aufrechterhaltung der Qualität

Während des Schervorgangs werden wichtige Qualitätskontrollen durchgeführt. Zu den Qualitätskontrollfaktoren gehören die anfängliche Ebenheit des Materials sowie der allgemeine Oberflächen- und Kantenzustand. Oberflächenfehler und Schleifspuren sind bei Coil- und Blechprodukten häufig und werden vom Hersteller in der Regel akzeptiert, sofern sie nicht zur optischen Beanstandung des fertigen Produkts führen. Delamination, Oberflächeneinschlüsse und andere schwerwiegende Materialfehler können ebenfalls festgestellt werden und sind ein Grund zur Beanstandung.

Designüberlegungen

Für eine wirtschaftliche Produktion muss der erfahrene Konstrukteur verschiedene Aspekte berücksichtigen, die sich beim Scheren und in nachfolgenden Arbeitsgängen auf Kosten und Qualität auswirken. Im Folgenden werden einige Aspekte der Produktkonstruktion erläutert.

Materialnutzung: Materiallieferanten bieten Bleche in der Regel in Standardgrößen an – in den Breiten 30, 36, 48 und 60 Zoll. Durch die effektive Nutzung dieser Standardgrößen können erhebliche Einsparungen erzielt werden, da Kosten für zusätzliches Längsschneiden oder die Vorbereitung der Walzanlage entfallen. Eine frühzeitige Absprache mit dem Metallverarbeiter kann es ermöglichen, die Abmessungen nicht sichtbarer Flansche am Produkt zu ändern, um ein Gesamtteillayout zu erreichen, das etwas kleiner als die Standardblechgröße ist. Dies kann zusätzliche Kosten vermeiden und Abfall reduzieren.

●Faserrichtung: Die Faserrichtung von Flachwalzgut (längs im Coil) ist nicht immer von entscheidender Bedeutung. Bei manchen Verfahren wie dem Formen und Biegen kann die Faserrichtung jedoch wichtig sein. Bei sehr großen Teilen mit geformten Flanschen oder Profilen sollte der Konstrukteur vor der Festlegung der Faserrichtung und des Biegeradius einen qualifizierten Lieferanten konsultieren, um zu prüfen, ob die Materialgrößenbeschränkungen eine quer zur Faser verlaufende Formgebung zulassen. Dieses Thema wird in den Kapiteln zum Abkanten und zur Stanzproduktion ausführlicher behandelt.

●Prozessmerkmale: Grate, Niederhaltespuren und Verdrehungen (Abbildung 4) sind Merkmale des Scherprozesses.

1. Grate sind nach dem Scheren vorhanden (wie bei jedem Metallschneidvorgang) und werden normalerweise durch geeignete Scherverfahren in akzeptablen Grenzen gehalten.

2. Durch die Klemmwirkung der Niederhalter entstehen manchmal leichte Einkerbungen entlang der Schnittkante des Werkstücks. Diese Einkerbungen stellen selten ein Problem dar. Sie können oft als Teil eines unsichtbaren Flansches im Endprodukt entstehen oder beim Beschneiden in späteren Arbeitsgängen vollständig entfernt werden.

Bei kritischen Anwendungen können Abdeckungen der Niederhalter zum Schutz des Materials verwendet werden. Materialien mit entfernbaren Schutzbeschichtungen werden manchmal verwendet, um die beim Scherprozess entstehenden Niederhalterspuren und Kratzer zu reduzieren. Diese Alternativen verursachen erhebliche Mehrkosten.

3. Beim Scheren schmaler Bänder entsteht eine spiralförmige Krümmung des Materials. Sie entsteht durch die Scherwirkung der Schere und wird durch das Verhältnis der Schnittbreite zur Dicke und Härte des Bandes beeinflusst. 

Die Verdrehung spielt selten eine wichtige Rolle, außer beim Schneiden schmaler Streifen. Wenn für einen Auftrag sehr schmale Streifen erforderlich sind, kann als Ersatz oft rollengeschnittenes Coilmaterial (bei ausreichender Bestellmenge) oder Stangenmaterial verwendet werden.