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Lasergestützes Scherschneiden überwindet Verfahrensgrenzen

11.11.2009
Was wären wir ohne den Laser? Jedenfalls hat er sich auch in der Blechbearbeitung zum unentbehrlichen Helfer vorgekämpft. Als Schneid- und Schweißwerkzeug ist er bereits seit Jahren etabliert. Doch in jüngster Zeit kommen immer mehr neue Anwendungsbereiche hinzu, in denen mit dem Laser das bisher als unmöglich Geltende möglich wird.

Jetzt hilft der Laser auch beim Stanzen. Dipl.-Ing. Michael Emonts vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aachen erklärt das lasergestützte Verfahren: „Das laserunterstützte Scherschneiden überlagert das konventionelle Scherschneiden – wie es bisher angewandt wurde – mit einer lokalen laserinduzierten Entfestigung des zu stanzenden Blechteiles. Damit wird das Fließvermögen gezielt im Bereich der Scherzone derart gesteigert, dass der Glattschnittanteil beispielsweise bei einem V2A-Edelstahlblech von bisher 30 auf 90% gesteigert werden kann.“

Laserunterstütztes Scherschneiden erweitert die Verfahrensgrenzen

Damit ist klar, dass die Verfahrens- und Systementwicklung des laserunterstützten Scherschneidens auf die deutliche Erweiterung der Verfahrensgrenzen sowie auf die erreichbaren Bearbeitungsqualitäten im Vergleich zum Normalschneiden abzielt. Zwar konnte schon bisher auf Stanz-/Nibbelmaschinen eine flexible Blechbearbeitung realisiert werden, die sowohl Innen- und Außenkonturen als auch Umformungen wie Durchzüge, Näpfe oder Sicken zur Versteifung der Bleche in einer Aufspannung möglich machen. „Im Hinblick auf das bearbeitbare Werkstoffspektrum, die Werkzeugstandzeiten und die Bearbeitungsqualitäten stießen konventionelle Stanzmaschinen jedoch an ihre Grenzen“, weiß Emonts aus eigener Erfahrung.

Laserunterstütztes Scherschneiden verhindert Rissbildung

Das Verfahrensprinzip des laserunterstützten Scherschneidens beruht auf einer gezielten und kurzzeitigen Erwärmung des Blechteiles durch lokale Absorption von Laserenergie auf der Blechunterseite, und das kurz vor dem Werkzeugeingriff des Schneidstempels, der von der Oberseite auf das Blech trifft. Wie die Erfahrung zeigt, muss beim konventionellen Scherschneiden an der Blechunterseite, nahe der Matrizenschneidkante, permanent mit einer Rissbildung gerechnet werden. Durch die gezielte und zeitgenaue Laserbestrahlung der Blechunterseite, im bruchgefährdeten Bereich, wird die Scherzone entfestigt.

Am Aachener Fraunhofer IPT wurde für die Untersuchungen des laserunterstützten Scherschneidverfahrens ein entsprechender Stanzmaschinenprüfstand installiert und modifiziert. Herz der Versuchsanlage ist eine Stanz-/Nibbelmaschine der Marke Boschert mit 280 kN Stanzkraft. Die Laserintegration wurde ausschließlich am Auswurfkanal unterhalb der Schneidplatte (Matrize) realisiert. Dadurch gibt es keinerlei Beeinträchtigungen beim automatisierten Werkzeugwechsel von Schneidstempeln und zugehörender Matrizen. Die flexible Blechbearbeitung in einer Aufspannung bleibt damit von der Laserintegration völlig unbeeinflusst.

Stanz-/Nibbelmaschinen können nachgerüstet werden

Mit dieser Lösung ist auch sichergestellt, dass serienmäßige und bereits vorhandene Stanz-/Nibbelmaschinen mit der neuen Verfahrenstechnik ausgestattet werden können. Lediglich die Baugruppen unterhalb der Matrizenaufnahme müssten für die Laserintegration angepasst werden, um die Laserbearbeitungsoptiken sowie die Schutzaktorik, welche die Laseroptiken vor der Kontamination mit Schmutzpartikeln und vor herabfallenden Stanzbutzen schützt, installieren zu können.

Über die Effekte des Glattschnittanteils hinaus benötigt das laserunterstützte Scherschneiden 70% niedrigere Schneidkräfte bei gleichzeitiger Reduzierung der Kanteneinzüge um 60%. Auch stellte Michael Emonts und sein Team fest, dass die Geräuschemissionen um 10dB (A) gesenkt werden konnten.

V2A-Edelstahlbleche prozesssicher trennen

Das laserunterstützte Scherschneiden ist für die Bearbeitung von V2A-Edelstahlblechen, auch bei größeren Blechdicken, für Federstähle und insbesondere für die neuen hochfesten Werkstoffe geeignet. Im Rahmen des derzeit laufenden Inno-Net-Projektes „Hybrid-Punch“ entwickelt das IPT in Aachen die Verfahrenstechnik gemeinsam mit Industriepartnern für den industriellen Einsatz weiter. Als Projektpartner wären da die Unternehmen Scheuerman + Heilig GmbH als Pilotanwender sowie die Unternehmen Dr. Mergenthaler GmbH, Raylase AG, Scaps GmbH, MSR Engineering, PMS Optik und Effbe GmbH zu nennen.

Dietmar Kuhn | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/umformtechnik/articles/238133/

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