Nach meiner Erfahrung mit der Metallverarbeitung, Verständnis Schermaschine Die Grundlagen waren für präzise Schnitte und effiziente Abläufe von entscheidender Bedeutung. Schermaschinen sind unverzichtbare Werkzeuge zum präzisen und schnellen Schneiden verschiedener Materialien wie Bleche und Platten. Im Laufe der Jahre habe ich mich intensiv mit der Mechanik dieser Maschinen beschäftigt und ihre Komponenten, Funktionsprinzipien und bewährten Vorgehensweisen erforscht. In diesem Artikel teile ich meine Erkenntnisse zu den Grundlagen von Schermaschinen und gebe einen umfassenden Überblick, der sowohl Anfängern als auch erfahrenen Bedienern hilft, ihre Schneidfähigkeiten zu verbessern und ihre Arbeitsabläufe zu optimieren.

Teil 1 Scherterminologie

● Grundkomponenten und Scherphilosophie

Der grundlegende Scherenrahmen besteht aus einer Tischbaugruppe, die an Seitenrahmen geschweißt oder geschraubt ist, einer beweglichen Stößelbaugruppe, die hydraulisch oder mechanisch angetrieben wird, und einem Niederhaltestößel, der ebenfalls an den Seitenrahmen befestigt ist.

Scheren ist ein einfacher Vorgang, bei dem ein Blech von zwei schräg zueinander angeordneten Messern in kleinere Stücke geschnitten wird. Das untere Messer ist fest in einer Tasche im stationären Tisch befestigt, während das obere Messer am beweglichen Stößel befestigt ist. Die beiden Messer sind an der Schnittstelle nur durch einen Abstand von einigen Tausendstel Zoll voneinander getrennt.

Die am vorderen, festen Stößel befestigten Niederhalter müssen kurz vor dem Kontakt des beweglichen Stößelmessers mit dem zu scherenden Material nach unten gedrückt werden. Dadurch wird verhindert, dass sich das Material während des Schervorgangs windet oder bewegt.

So wie Sie mechanische, hydraulische und hydra-mechanische Abkantpressen, dasselbe gilt für Scheren.

Eine mechanische Schere wird durch einen Exzenter angetrieben, der über eine Schwungradkupplungskombination in Eingriff steht. Dieses Antriebssystem ist im Allgemeinen starr und schnell, bietet jedoch weniger Bedienerkontrolle und Überlastschutz.

Das hydraulische Antriebssystem besteht aus einem Motor, der mit einer Pumpe gekoppelt ist, die wiederum mit einem Verteiler mit Hydraulikventilen und einem oder mehreren Hydraulikzylindern verbunden ist. Öl wird in den/die Zylinder gepumpt, wodurch wiederum der Stößel betätigt wird.

Ein hydraulisch-mechanisches Antriebssystem ist eine Kombination der oben genannten Systeme, wobei der Stößel hydraulisch angetrieben wird, aber durch eine Kipphebelanordnung einen mechanischen Vorteil entwickelt. 

● Guillotine

Guillotine ist ein Begriff, der für eine Schere verwendet wird, die ein Führungssystem verwendet, um die Stabilität des oberen Messerbalkens zu gewährleisten, während dieser in einer geraden Ebene durch den Schnitt geführt wird. Dies ermöglicht den Einsatz von vierschneidigen Klingen. Dies ist eine gute, stabile Konstruktion, ermöglicht jedoch in der Regel keine einfache Einstellung des Klingenabstands.

● Schaukelbalken

Der Begriff „Schwingbalken“ beschreibt eine Schere, bei der sich der obere Messerbalken bogenförmig um ein Drehlager bewegt. Normalerweise ist die obere Messerklinge konisch zulaufend und hat nur zwei nutzbare Kanten, um eine Kollision mit der unteren Klinge während der Bogenbewegung zu vermeiden. Die Schwingbalkenschere ist im Allgemeinen flacher und leichter als die Guillotine, ermöglicht aber auch eine einfachere Einstellung des Klingenabstands über einen Exzenter im Drehlager.

● Hydramechanischer Kipphebel

Dieses für diese Schere einzigartige Design bietet die Stärke, Kraft und Steifigkeit des Guillotine-Systems, ermöglicht aber auch den größeren Abstand zwischen den Klingen, der bei einer Schwingbalkenschere gegeben ist. Dieses hydra-mechanische Design nutzt zwei Hydraulikzylinder, die durch ein dickwandiges Drehmomentrohr miteinander verbunden sind, um die Scherkraft des Stößels bereitzustellen.

Wie die Guillotine erzeugt die Schere eine geradlinige Schnittbewegung durch das Material und ermöglicht den Einsatz von 4-schneidigen Klingen und einem Freiwinkel von 1 Grad. Wie beim Swing Beam ermöglicht das Scherendesign eine einfache Einstellung des Klingenabstands über ein Exzentersystem im hinteren Gelenkarmdrehpunkt. 

Teil 2Scherprinzipien

● Drehen

Verdrehung ist ein häufiger Scherzustand und beschreibt die Tendenz des abgeschnittenen Materialstücks, sich spiralförmig oder korkenzieherartig zu kräuseln. Obwohl Verdrehungen durch innere Spannungen im Material und stumpfe Messerklingen verursacht werden können, entstehen sie hauptsächlich durch den Spanwinkel der oberen Messerklinge und die Breite des Schnittstücks. Hohe Spanwinkel verstärken die Verdrehung des Materials während des Schervorgangs erheblich. 

● Bogen

Unter Krümmung versteht man die Tendenz des Materials, sich während des Schervorgangs nach unten zu wölben. Sie tritt vor allem beim Scheren langer, schmaler Streifen auf. Sie wird durch Materialmängel oder Spannungen sowie durch Scheren bei höheren Spanwinkeln verursacht. 

● Sturz

Eine Wölbung entsteht, wenn sich das zu schneidende Material horizontal vom Blech wegbewegt. Sie ist fast ausschließlich auf innere Spannungen im Material zurückzuführen. Allerdings können auch Stößelgeschwindigkeit, Faserrichtung und Messerabstand den Wölbungsgrad beeinflussen. 

● Spanwinkel und Scherqualität

Der Spanwinkel einer Schere ist die Neigung des oberen Messers von links nach rechts. Scheren haben entweder einen festen Spanwinkel oder einen einstellbaren Spanwinkel, wobei der Bediener den Winkel an die jeweilige Stärke des zu schneidenden Metalls anpasst.

Die zum Scheren des Materials erforderliche Kraft hängt von der Dicke und dem Neigungswinkel des oberen Messers ab. Mit zunehmender Metalldicke steigt die Scherkraft sehr schnell an. Beispielsweise ist 3/8-Zoll-Weichstahl nur 50% dicker als 1/4-Zoll-Weichstahl, aber die Scherkraft steigt bei gleicher Neigungswinkeleinstellung um 225%.

Eine Erhöhung des Spanwinkels reduziert zwar die Belastung deutlich, führt aber aufgrund der stärkeren Verdrehung und Biegung zu einer Minderung der Schnittqualität. Wichtig zu wissen: Viele weltweit verkaufte Scheren sind in Leichtbauweise gefertigt und verfügen über verstellbare Spanwinkel. Diese sind in der Regel sehr hoch, was aufgrund der Verdrehung und Biegung zu einer Minderung der Schnittqualität führt.

Hohe Spanwinkel erhöhen:

Drehen und biegen Sie das abgeschnittene Stück Material

Hublängenanforderungen, daher Verringerung der Zyklen pro Minute.

Verschwendung von Material, das sich nicht mehr wiederherstellen lässt, oder unnötiger Zeitaufwand zum erneuten Richten

● Warum ein einstellbarer Klingenabstand wichtig ist

Der Messerabstand ist der Abstand zwischen dem oberen und unteren Messer der Schere, wenn diese während des Schervorgangs aneinander vorbeilaufen. Für eine optimale Scherqualität sollte der Abstand zwischen dem oberen und unteren Messer auf etwa 7% der Materialstärke eingestellt werden.

Bei zu großem Sägeblattabstand bleiben am Schnittgut Grate zurück. Bei zu geringem Abstand entstehen Doppelschnitte an den Schnittstücken.

Eine optimale Klingeneinstellung ermöglicht ein sauberes Brechen des Materials. Die meisten Scheren sind entweder mit einem manuellen oder einem elektrischen Klingenabstandssystem ausgestattet. In manchen Fällen kann die Einstellung jedoch umständlich sein oder nur begrenzte Einstellmöglichkeiten bieten.

Teil 3 Faktoren, die die Schnittgenauigkeit beeinflussen

A) Plattendurchhang

Der Hinteranschlag kann den Durchhang von der Messerkante bis zum Anschlag nicht messen. Dadurch bleiben die Schnittteile länger als die Einstellung des Hinteranschlags. Das Problem ist beim Schneiden von dünnem Material noch kritischer, und für eine hohe Genauigkeit kann ein Blechstützsystem erforderlich sein.

B) Einstellung des Klingenabstands

Die Einstellung des Klingenabstands beeinflusst den Schnittpunkt im Verhältnis zum unteren Schermesser. Der Hinteranschlag wird so eingestellt, dass der Abstand zum stationären Untermesser gemessen wird. Wenn jedoch der Klingenabstand für dickere Metalle vergrößert wird, entfernt sich auch der Schnittpunkt vom Messer.

C)Klingenschärfe

Die Schnittqualität ist direkt proportional zur Schärfe der Scherklingen. Stumpfe Klingen hinterlassen ausgefranste Kanten.

D) Wartung des Hinteranschlags

Um eine gleichbleibend hohe Genauigkeit des Hinteranschlags zu erreichen, ist eine normale vorbeugende Wartung erforderlich, einschließlich Schmierung und Neueinstellung der Parallelität der Anschlagstange.

● Abschrägung schneiden

Die Schnittkanten können je nach eingestelltem Sägeblattabstand abgeschrägt sein. Die Länge des Schnittstücks kann sich um mehrere Tausendstel Zoll unterscheiden, wenn von der Ober-, Mittel- oder Unterseite des Schnitts gemessen wird. Bei dickeren Stärken ist die Schnittschräge deutlicher erkennbar.

Teil 4 Scherenblätter

● Klassifizierungen

Die meisten Hersteller von Scherklingen produzieren eine Vielzahl von Klingen in unterschiedlichen Klassifizierungen.

Die härteste Klinge auf dem Markt wird als D2 bezeichnet, sollte aber aufgrund mangelnder Stoßdämpfungseigenschaften nur für Scheren mit einer Kapazität von 1/4 Zoll oder leichter angeboten werden. Obwohl diese Klinge länger scharf bleibt als andere Typen, ist sie auch spröde und neigt beim Scheren härterer Metalle oder schwererer Stärken zum Brechen oder Absplittern.

Eine gängige Klingenklassifizierung ist die mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt. Obwohl diese Klinge nicht ganz so hart wie die D2-Klinge ist, bietet sie eine gute Verschleißfestigkeit für Scherleistungen bis einschließlich 3/8 Zoll. Auch diese Klinge neigt beim Schneiden härterer Metalle oder schwererer Bleche zum Brechen oder Absplittern. Scheren mit einer Leistung von 1/2 Zoll oder mehr sollten immer mit stoßfesten Klingen mit hohem Kohlenstoffgehalt verkauft werden. Eine stoßfeste Klinge behält ihre Schneide nicht so lange wie die D2- oder HCHC-Klinge, bietet aber die nötige Stoßfestigkeit, um der Belastung schwererer Bleche standzuhalten.

Einige Klingenhersteller bieten auch eine Zwischenklinge an, die als modifizierte Klinge mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt bezeichnet wird. Diese Klinge bietet die nötige Härte und auch einige stoßfeste Eigenschaften, um das Problem des Absplitterns beim Scheren von Metallen wie Edelstahl oder T1-Platten zu minimieren.

Erreichen einer maximalen Klingenlebensdauer

Die Schärfe der Klinge ist für hochwertige Schnitte äußerst wichtig. Stumpfe Klingen müssen tiefer in das Material eindringen, bevor ein sauberer Bruch entsteht. Dies führt zu einem ungünstigeren Schnittbild und erhöht zudem den Schneiddruck. Zwei Faktoren – die Art des zu schneidenden Materials und die Anzahl der Schneidzyklen – bestimmen die normale Klingenlebensdauer. Härtere Materialien wie T1-Platten und rostfreier Stahl verkürzen die Klingenlebensdauer entsprechend. Um die Lebensdauer von Scherklingen zu verlängern, sollten folgende Regeln beachtet werden:

Metall nicht über verbrannte Kanten scheren

Rundstäbe nicht scheren

Schneiden Sie kein Material, das die Nennkapazität der Schere übersteigt.

Nicht mit stumpfen oder abgerundeten Messerkanten schneiden 

Nicht mit falsch eingestelltem Klingenabstand scheren

Teil 5: Höhere Produktivität erreichen

● Scherenförderer/Stapler

Die grundlegendste Frage eines Kunden, der sich mit dem Zweck eines Förderband-/Staplersystems befasst, lautet: „Spart dieses System Zeit und Geld?“ Beim normalen Scheren ist eine (oder mehrere) Person(en) erforderlich, um die geschnittene Platte hinter der Schere zu entnehmen, zu stapeln und den Abfall zu entfernen. Ein Förderband-/Staplersystem erledigt dies automatisch und spart so die für diese Anwendung erforderliche(n) Person(en). Die Kosteneinsparungen sind erheblich, insbesondere bei Produktionsscheren. 

Eine Zeitstudie, die einen einzelnen Scherenbediener zeigt, der … das benötigte Material schneidet, dann das Material hinter der Schere sammelt, die Platten stapelt und die Beschnitte trennt … ergab die folgende Aufschlüsselung:

Einspeisung ……………………………..30%

Tatsächliches Scheren ………………….…5%

Auslauf und Stapelung ………………65%

Bei Verwendung von Arbeitskosten von $30,00 pro Stunde ergibt sich folgende Aufschlüsselung:

Einspeisung …………………………$ 9.00

Scheren ……………………………1,50

Auslauf ……………………………19,50

Aus dieser Studie lässt sich klar erkennen, dass sich die Investition in ein automatisches Förder-/Staplersystem hervorragend rentiert.

● CNC-Frontmessung

Für Scherarbeiten sind nur wenige CNC-Frontmesssysteme verfügbar. Ein CNC-Frontmesssystem sollte jedoch in Betracht gezogen werden, wenn hohe Produktionszahlen beim Scheren erforderlich sind oder wenn aus einem einzigen Materialstück Schnitte unterschiedlicher Breiten erforderlich sind.

Die Möglichkeit, die Anzahl der Schnitte und die Breitenabmessungen zu programmieren, spart erheblich Zeit, wenn ein Scheren mit hoher Produktion erforderlich ist.

Es ist jedoch zu beachten, dass die CNC-Frontmessung allein nur eine begrenzte Produktionssteigerung ermöglicht, da der Materialabtrag immer noch den größten Teil einer Scheranwendung ausmacht. (Eine Analyse der Prozentsätze für Zufuhr, Scherung und Abfuhr finden Sie unter „Scherförderer/Stapler“).

Die Frontmessung ermöglicht eine höhere Scherpräzision als ein herkömmlicher Schervorgang, da das Material flach auf den vorderen Stützen liegt und eine genaue Messung bis zur Messerschneide ermöglicht. Bei einer typischen Scheranwendung ohne Frontmessung oder Blechstütze zur Halterung des Fallstücks hängt das Material durch, bevor es die Anschlagstange erreicht, was zu Ungenauigkeiten führt.

● Hinteranschlagoptionen

Die Hinteranschläge an Scheren reichen von einfachen mechanischen Zählern bis hin zu CNC-Systemen.

Es ist wichtig, die komplette Funktionalität des Hinteranschlags zu berücksichtigen und die verschiedenen zeitsparenden Funktionen zu prüfen. Beispielsweise ist eine Go-To-Position-Taste am Hinteranschlag eine hervorragende zeitsparende Funktion. Die Möglichkeit, schnell einen gewünschten Hinteranschlagswert einzustellen und dann eine Go-To-Position-Taste zu drücken, ermöglicht es dem Bediener, das Metall zu positionieren, während sich der Anschlagbalken in die gewünschte Position bewegt.

Einige Messsysteme verfügen über einen Programmspeicher sowie die Möglichkeit zum sequenziellen Scheren in Einzelschritten. Diese Funktionen können bei vielen Anwendungen eine große Zeitersparnis bedeuten.

● Hohe Zykluszeiten

Scherenhersteller bieten in der Regel Hochgeschwindigkeits-Hydraulikpakete an. Obwohl der eigentliche Scherzyklus nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Scheranwendung ausmacht, sollte diese Option für die Produktionsscherung in Betracht gezogen werden.

Teil 6 Sicherheitsprobleme

Die Sicherheit in Maschinenwerkstätten wird durch die Vorschriften und Richtlinien der OSHA und ANSI geregelt.

In Kanada wird die Sicherheit durch das Gesetz zur Entschädigung von Arbeitnehmern geregelt.

Informationen zu diesen Organisationen finden Sie im Sicherheitshandbuch, Kapitel 1, Seiten 6 bis 9.

Shear verfügt über zahlreiche integrierte Sicherheitsfunktionen in seinen Maschinen. Weitere Informationen finden Sie in Kapitel 2, Seiten 18 bis 21 des Sicherheitshandbuchs.

Zu diesen Funktionen gehören unter anderem: elektrischer Überlastungsschutz, ein manueller Trennschalter, Endschalter, ein Überdruckventil zur Vermeidung einer Überlastung des Rahmens und des Hydrauliksystems sowie ein hydraulisches Gegengewichtsventil, das ein Absenken des Stößels aufgrund seines Eigengewichts verhindert. 

Die Scheren sind mit einem OSHA-konformen Klingenschutz, einem Fußschalter mit Trittflächenabdeckung und Verriegelung ausgestattet und verfügen über drei Betriebsmodi: Jog, Auto und Manuell.

Teil 7: Fragen an einen potenziellen Käufer

● Was ist die maximale Dicke des Materials, das Sie scheren werden?

Viele Käufer wählen immer noch zu kleine Maschinen in der Hoffnung, ein kurzes Stück Material schneiden zu können, das dicker ist als die Nennleistung. Bedenken Sie, dass die Scherkräfte an der Schnittstelle entstehen. Das Einsetzen eines stärkeren Materials als die Nennleistung führt zum Stillstand der Schere und übt übermäßigen Druck auf die Scherblätter aus.

● Welche Metallsorten werden Sie scheren?

Materialien unterscheiden sich stark in Zug- und Streckgrenzen. Alle Scheren sind für eine bestimmte Zugfestigkeit in Bezug auf Weichstahl ausgelegt. Es ist jedoch äußerst wichtig, die angegebene Zugfestigkeit zu kennen. Beispielsweise kann eine Platte aus 1/4-Zoll-Weichstahl eine Härte von bis zu 75.000 psi aufweisen, die Schere selbst jedoch nur für eine Zugfestigkeit von 1/4 Zoll (60.000 psi) ausgelegt sein. Eine Anleitung zur Bestimmung der Scherfestigkeit für andere Metalle wie Edelstahl, Aluminium und T1-Stahlplatten finden Sie in der „Scherfestigkeitstabelle“ auf Seite 4.10.

● Welche Konstruktion und welches Gewicht hat die Schere?

Leichtgewichtscheren mit Schienentisch lassen auf lange Sicht zu wünschen übrig. Die durchgehende Schergenauigkeit lässt sich aufgrund der erhöhten horizontalen Tisch- und Stößeldurchbiegungen bei leichteren Scheren nur schwer aufrechterhalten. Zudem ist das Arbeiten mit einem Schienentisch umständlich, insbesondere beim Scheren kleiner Teile.

● Was ist der Scherwinkel für maximale Kapazität?

Viele Scheren, insbesondere Offshore-Marken, werden mit einstellbaren Spanwinkeln verkauft. Der Spanwinkel bei maximaler Nennleistung ist im Allgemeinen sehr hoch, was drei unerwünschte Ergebnisse zur Folge hat:

Erhöhte Verdrehung und Biegung des Materialabfallstücks.

Längere Zykluszeiten bei Nennkapazitäten aufgrund der erforderlichen längeren Hublängen.

Zusätzliche Zeit zum Einstellen der Spanwinkel für verschiedene Metallstärken erforderlich.

● Was ist die Hinteranschlagfunktion?

Endbenutzer müssen alle Funktionen des Hinteranschlags einer Schere genau kennen, einschließlich der einfachen Einstellung der gewünschten Zahl, der Programmierbarkeit, der Verfahrlängen und der Hinteranschlagfunktionen … wie etwa der Möglichkeit, bei maximalem Verfahrweg nach oben zu schwingen.

● Welche zusätzlichen optionalen Funktionen werden benötigt?

Um die richtige Ausstattung der Schere sicherzustellen, sollten alle optionalen Ausstattungsmerkmale berücksichtigt werden. Hat der Kunde ein Fördersystem zur Blechabfuhr in Betracht gezogen?

● Wie ist die Scherengarantie und die Ersatzteilverfügbarkeit?

Eine neue Schere wird mit einer Garantie geliefert. Es ist jedoch wichtig, die Garantiebedingungen vor dem Kauf zu verstehen. Auch die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sollte für Käufer ein wichtiges Anliegen sein. Der Kauf einer No-Name-Maschine zu einem attraktiven Preis verliert schnell seinen Reiz, wenn Ersatzteile schwer erhältlich und teuer werden.

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