Bei meiner Beschäftigung mit der Metallverarbeitung und -herstellung stoße ich oft auf den kritischen Aspekt von Schlagstärke Berechnung. Die genaue Berechnung der Stempelfestigkeit ist entscheidend für die Effizienz und Sicherheit von Arbeitsabläufen. Durch die Bestimmung der für verschiedene Anwendungen erforderlichen Festigkeit können wir die Leistung optimieren, Materialverschwendung reduzieren und die Lebensdauer unserer Werkzeuge erhöhen. In diesem Artikel gebe ich Einblicke in die Methoden und Faktoren, die die Stempelfestigkeit beeinflussen, und helfe Ihnen, fundierte Entscheidungen für Ihre Projekte zu treffen. Lassen Sie uns die Berechnungen näher betrachten, die diesem wichtigen Prozess zugrunde liegen.

Es gibt Fälle, in denen Probleme auftreten, wie z. B. Stempel Spitzenbrüche und Flanschbrüche treten während des Stanzvorgangs auf.

Die Ursache für diese Probleme liegt häufig in fehlenden technischen Daten zu Normteilen oder in der Wahl des Materials oder der Form des Stanzwerkzeugs. Um diese Probleme zu vermeiden, werden hier Normen für den korrekten Einsatz von Stanzwerkzeugen vorgestellt, die Faktoren wie die Dauerfestigkeit von Werkzeugstahl und die Spannungskonzentration an Flanschen berücksichtigen.

1. Berechnung der Schlagkraft

● Stanzkraft P［kgf］

P＝ ℓtτ… ………（1）ℓ : Stanzprofillänge［mm］（Bei einem runden Stempel, ℓ＝πd）t : Materialdicke［mm］

τ : Scherfestigkeit des Materials (kgf/mm2) (τ≒0,8 x Zugfestigkeit σB)

[Beispiel 1] Die maximale Stanzfestigkeit P beim Stanzen eines runden Lochs mit einem Durchmesser von 2,8 mm in ein hochfestes Stahlblech mit einer Dicke von 1,2 mm (Zugfestigkeit 80 kgf/mm2) beträgt: Wenn P = ℓtτ, Scherfestigkeit τ = 0,8 × 80 = 64 kgf/mm2

P = 3,14 × 2,8 × 1,2 × 64 = 675 kgf

2. Bruch der Stempelspitze

● Auf die Stempelspitze ausgeübte Spannung σ［kgf/mm2］

σ = P/A P : Stanzkraft, A : Querschnittsfläche der Stempelspitze (a) für Schulterstempel

σs＝4 tτ/d… ……………………（2） （b ）Für den Injektorstempel σJ＝4d tτ/（d2－d12）………………（3）

[Beispiel 2] Ermitteln Sie die Möglichkeit eines Bruchs der Stempelspitze bei Verwendung der Schulterstempel SPAS6-50-P2.8 und der Jector-Stempel SJAS6-50-P2.8 (Abmessung d1 = 0,7, siehe S. 186). Die Stanzbedingungen sind dieselben wie in Beispiel 1.

（a）Für den Schulterstempel gilt aus Formel (2): σs=4×1,2×64/2,8=110 kgf/mm2

（b）Für den Auswerferstempel gilt aus Formel（3）:σJ＝4×2.8×1.2×64 /（2.82－0.72）＝117 kgf/mm2

Aus Abb. 2 können wir ersehen, dass bei einem σs von 110 kgf/mm2 die Möglichkeit besteht, dass bei einem D2-Stempel bei etwa 9.000 Schüssen ein Bruch auftritt.

Bei Materialwechsel auf M2 erhöht sich diese auf ca. 40.000 Schuss. Die Möglichkeit für den Injektorstempel findet sich auf die gleiche Art und Weise.

Da der Querschnitt kleiner ist, bricht die Stempelspitze nach etwa 5.000 Schüssen. Ein Bruch tritt nicht auf, wenn die während des Gebrauchs auf den Stempel ausgeübte Spannung geringer ist als die maximal zulässige Spannung für das jeweilige Stempelmaterial. (Dies ist jedoch nur ein Richtwert, da der tatsächliche Wert je nach Matrizengenauigkeit, Matrizenstruktur und gestanztem Material sowie Oberflächenrauheit, Wärmebehandlung und anderen Bedingungen des Stempels variiert.)

3. Mindeststanzdurchmesser

● Minimaler Stanzdurchmesser: dmin. dmin＝4tτ/σ σ: Dauerfestigkeit von Werkzeugstahl [kgf/mm2]

［Beispiel 3］ Der minimale Stanzdurchmesser, der beim Stanzen von 100.000 Schüssen oder mehr in SPCC mit einer Dicke von 2 mm mit einem M2-Stempel möglich ist, ist der folgende. dmin ＝4tτ/σ……………（4） ＝4×2×26/97≒2,1 mm Dauerfestigkeit für M2 bei 100.000

Schüsse: σ = 97 kgf/mm2 (aus Abb. 2) τ = 26 kgf/mm2 (aus Tabelle 1)

4. Bruch durch Knicken

● Knicklast P［kgf］ P＝nπ2EI/ℓ2 ………………（5） ℓ＝√ nπ2EI/P ………………（6） n : Koeffizient n＝1 : Ohne Abstreiferführung

n = 2: Mit Abstreiferführung I: Trägheitsmoment 2. Grades [a mm4] Für einen runden Stempel gilt: I = πd4/64 ℓ: Länge der Stempelspitze [mm]

E: Elastizitätsmodul (kgf/mm2) D2: 21000 M2: 22000 HAP40: 23000 V30: 56000

Wie die Euler-Formel zeigt, können Maßnahmen zur Verbesserung der Knickfestigkeit P beispielsweise die Verwendung einer Abstreiferführung, die Verwendung eines Materials mit höherem Elastizitätsmodul (SKD → SKH → HAP) und die Verkürzung der Stempelspitze umfassen. Die Knicklast P gibt die Belastung an, die beim Knicken und Brechen eines Stempels entsteht. Bei der Auswahl eines Stempels ist daher ein Sicherheitsfaktor von 3–5 zu berücksichtigen. Bei der Auswahl eines Stempels zum Stanzen kleiner Löcher müssen die Knicklast und die auf den Stempel ausgeübte Spannung besonders berücksichtigt werden.

[Beispiel 4] Berechnen Sie die Gesamtlänge des Stempels, die beim Stanzen eines φ8-Lochs in Edelstahl 304 (Blechdicke 1 mm, Zugfestigkeit σb ＝60 kgf/mm2) mit einem geraden Stempel (D2) kein Beulen verursacht. Aus Formel (6): ℓ ＝√ nπ2EI/P＝√ 2×π2×21000× 201/1206＝262 mm Bei einem Sicherheitsfaktor von 3 gilt: ℓ＝262/3＝87 mm Bei einer Blechdicke t des Stempels von 20 mm kann ein Beulen durch Verwendung eines Stempels mit einer Gesamtlänge von 107 mm oder weniger verhindert werden. Bei einem Stempel auf Basis der Abstreiferplatte (die Spitze der Stempelplatte wird durch den Abstand geführt) sollte die Gesamtlänge 87 mm oder weniger betragen.

[Beispiel 5] Die Knicklast P bei Verwendung eines Stempels SHAL5-60-P2.00-BC20 ohne Abstreiferführung ist wie folgt.

P ＝nπ2EI/ℓ2＝1×π2×22000×0,785/202＝426 kgf

  Wenn der Sicherheitsfaktor 3 ist, dann tritt bei einer Stanzkraft von 142 kgf oder weniger kein Knicken auf, P=426/3=142 kgf.