DE10248207A1

DE10248207A1 - A method for shearing small metallic parts has a system of laser radiation which is focused on the cutting area to heat the workpiece prior to stamping

Info

Publication number: DE10248207A1
Application number: DE10248207A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. Bayer; Arnold Dr. Gillner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: DE10248207B4

Abstract

The workpiece (2) is clamped (9) to the die (11) and punched by a tool (7) having a hollow section through which a laser beam (4) is focused (6) on to the area to be cut.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Scherschneiden von Werkstücken mit einem Schneidwerkzeug mit den Merkmalen der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 13 beschriebenen Gattungen.The invention relates to a device for shearing workpieces with a cutting tool with the features of in the preamble of claims 1 and 13 described genera.

Das technische Anwendungsgebiet der Erfindung und des Verfahrens dazu betrifft das Scherschneiden metallischer Bauteile kleiner Abmessungen wie sie z.B. in der Mikrotechnik, Elektrotechnik, Elektronik, Kontakttechnologie, in der Uhrentechnik usw. verwendet werden. Das Scherschneiden von Werkstücken mit einem Schneidwerkzeug erfolgt bei der vorliegenden Erfindung unter Zuhilfenahme einer Laserstrahlung. Dazu ist aus der DE 43 09 317 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Freiumformen von Halbzeugen insbesondere zum Streckziehen und/oder Freiumformen des Werkstücks vorbekannt. Der Gegenstand der DE 43 09 317 zeigt z.B. eine Freiumformung mittels Laserstrahlunterstützung durch lokale Erwärmung des Halbzeugs, das hier als Blechteil ausgebildet ist. Das Blechteil ist umfangseitig durch eine Spannvorrichtung festgelegt und wird aus dem Ausgangszustand durch Verwendung eines als Kugel ausgebildeten Pressstempels in Richtung einer Kraft nach aufwärts druckbelastet unter gleichzeitiger Laserstrahlerwärmung an seiner oberen Rückseite durch eine Laserstrahlquelle. Für den Blechstempel ist die Wahl einer Universalgeometrie vorteilhaft, wie z.B. einer Kugel. In Abhängigkeit von der Streckziehaufgabe kann die Kugel oder der an ihrer Stelle verwendete Pressstempel zusätzlich zu einer aufwärtsgerichteten Hubbewegung eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung ausführen. Die Laserstrahlerwärmung dient der Verminderung der Festigkeit des Blechteils und der Erhöhung des Formänderungsvermögens des Bleches. Die Laserstrahlquelle bei dem Gegenstand der DE 43 09 317 wird also zur Herabsetzung der Streckgrenze verwendet, um so höhere Umformgrade des Bleches zu ermöglichen.The technical field of application of the invention and the method for this relates to the shearing cutting of small-sized metallic components, such as those used in microtechnology, electrical engineering, electronics, contact technology, in clock technology, etc. In the present invention, workpieces are sheared with a cutting tool with the aid of laser radiation. This is from the DE 43 09 317 A1 a method and a device for the free forming of semi-finished products, in particular for stretch drawing and / or free forming of the workpiece. The subject of DE 43 09 317 shows, for example, free forming by means of laser beam support by local heating of the semi-finished product, which is designed here as a sheet metal part. The sheet metal part is fixed on the circumference by means of a clamping device and, from the initial state, is subjected to an upward pressure load in the direction of a force by using a press ram designed as a ball, with simultaneous laser beam heating on its upper rear side by a laser beam source. For the sheet metal stamp, the choice of a universal geometry, such as a ball, is advantageous. Depending on the stretch-drawing task, the ball or the press die used in its place can perform a translatory and / or rotary movement in addition to an upward lifting movement. Laser beam heating serves to reduce the strength of the sheet metal part and to increase the sheet's ability to change shape. The laser beam source on the subject of DE 43 09 317 is therefore used to reduce the yield strength in order to enable higher sheet metal forming degrees.

Aus dem Stand der Technik ist es weiter bekannt, um z.B. die auftretenden Scherschneidkräfte verringern zu können, konstruktive Änderungen der Scherschneidelemente des Scherschneidwerkzeuges vorzunehmen. So kann z.B. durch ein Abschrägen des Schneidstempels oder der Schneidplatte zwar die auftretende Schneidkraft verkleinert werden, da nicht die gesamte Schnittfläche gleichzeitig vom Werkstück abgetrennt wird. Nachteilig ist es jedoch, dass der Schneidweg damit größer wird und die ausgeschnittenen Abfallteile, wie z.B. beim Innenkonturscherschneiden die Butzen, sich verformen.It is from the state of the art further known to e.g. reduce the shear forces that occur to be able constructive changes the shear cutting elements of the shear cutting tool. For example, by chamfering of the cutting punch or the cutting insert is the one that occurs Cutting force can be reduced, since not the entire cutting surface from the workpiece is separated. It is disadvantageous, however, that the cutting path with it gets bigger and the cut waste parts, e.g. when cutting inside contours the slugs deform.

Eine Abschrägung des Schneidstempels oder der Schneidplatte in Höhe der doppelten Blechdicke kann die maximale Schneidkraft auf 30% desjenigen Wertes verringern, der sich ergibt, wenn vom Schneidbeginn an die gesamte Schnittlinie des Werkstücks in Eingriff steht. Da aber der Schneidweg größer wird, wird die aufzubringende Schneidarbeit nur unwesentlich verändert. Als wesentlicher Nachteil ist weiter aufzuführen, dass sich der Stempel tiefer in das Werkstück hineinbewegt und deshalb die Schnittflächenqualität des erzeugten Scher schnittprodukts negativ beeinflusst wird und außerdem der Werkzeugverschleiß durch verstärkte Abrasion zwangsweise zunimmt.A bevel of the cutting punch or the insert in height double the sheet thickness, the maximum cutting force can be reduced to 30% reduce the value that results when starting to cut engages the entire cutting line of the workpiece. Here but the cutting path becomes larger, the cutting work to be applied is changed only insignificantly. As The main disadvantage is that the stamp deeper into the workpiece and therefore the cut surface quality of the shear cut product produced is negatively influenced and also the tool wear through increased Abrasion inevitably increases.

Aus der DE 195 25 431 A1 ist eine Presse vorbekannt, die von einem einfach wirkenden hydraulischen und durch eine Rückstellfeder belasteten Zylinder angetrieben wird, um Löcher in Werkstücke, wie Stahlrahmenträger und Stahlrahmenbänder zu schneiden. Diese Presse umfasst eine Matritze und einen Stempel, der zum Schneiden eines Loches in das gegen die Matritze gehaltene Werkstück in Richtung gegen die Matritze angetrieben ist. Der Stempel hat einen ihn axial durchsetzenden Lichtkanal, der zur Matritze hin offen ist, und eine Lichtquelle zum Projezieren eines Zielstrahles über den Lichtkanal in Richtung gegen die Matritze, um ein exakt in der gewünschten Lage im Werkstück liegendes Loch zu markieren.From the DE 195 25 431 A1 A press is known which is driven by a single-acting hydraulic cylinder which is loaded by a return spring in order to cut holes in workpieces such as steel frame supports and steel frame bands. This press comprises a die and a punch which is driven towards the die in order to cut a hole in the workpiece held against the die. The stamp has an axially penetrating light channel, which is open towards the die, and a light source for projecting a target beam over the light channel towards the die, in order to mark a hole in the workpiece in the exact position desired.

Der Lichtkanal erstreckt sich axial durch den Stempel und die Kolbenstange sowie durch einen Körper zum Ort der Lichtquelle wie bspw. einem Laser, der in einem Raum in dem Körper aufgenommen ist. Der Raum erstreckt sich rechtwinklig zum Lichtkanal des Lasers. Vom Laser erstreckt sich ein optisches Faserbündel zum Stempel durch den dort vorhandenen Lichtkanal, um auf diese Weise den Laserstrahl auf das Werkstück an der Matritze auftreffen zu lassen. An den Körper kann ein photoelektrischer Verstärker in Kombination mit dem Laser montiert sein. Eine weitere Ausführung der Lichtführung in der Presse bei dem Gegenstand der DE 195 25 431 zeigt einen Reflektor anstelle des optischen Faserbündels in der Presse. Der in der Winkelhalbierenden des rechten Winkels zwischen dem Lichtkanal in dem Körper und dem Raum für den Laser angeordnete Reflektor dient dazu, den vom Laser ausgehenden Lichtstrahl zum Austrittsende des Lichtkanals am Stempel umzulenken. Der damit aus dem Stempel emittierte Zielstrahl ermöglicht dem Arbeiter, ähnlich wie bei dem über die optische Faser erhaltenen Zielstrahl, ein exaktes Ausrichten auf die Markierung am Werkstück. Der Gegenstand der DE 195 25 431 ist das Einstellen des Stempels auf eine Markierung oder einen Anriss am Werkstück, in das ein Loch gestanzt werden soll. Zur Markierung dient eine Laserquelle, die mittels Faserbündel oder der Laserstrahl mittels Reflektor auf die Vorderseite des Werkstücks geführt wird, um mit dieser Lichtmarkierung eine exakte Lage des zu stanzenden Loches zu gewährleisten.The light channel extends axially through the plunger and the piston rod and through a body to the location of the light source, such as a laser, which is received in a space in the body. The room extends at right angles to the light channel of the laser. An optical fiber bundle extends from the laser to the stamp through the light channel provided there, in order to allow the laser beam to strike the workpiece at the die. A photoelectric amplifier in combination with the laser can be mounted on the body. Another version of the light guide in the press on the subject of DE 195 25 431 shows a reflector instead of the optical fiber bundle in the press. The reflector arranged in the bisector of the right angle between the light channel in the body and the space for the laser serves to deflect the light beam emanating from the laser to the exit end of the light channel at the stamp. The aiming beam emitted from the stamp enables the worker, like the aiming beam received via the optical fiber, to be precisely aligned with the marking on the workpiece. The subject of DE 195 25 431 is the setting of the stamp on a marking or a tear on the workpiece into which a hole is to be punched. A laser source is used for marking, which is guided to the front of the workpiece by means of fiber bundles or the laser beam by means of a reflector in order to ensure an exact position of the hole to be punched with this light marking.

Um die stetig steigenden Ansprüche an die Genauigkeit bei der Mikrotechnik erfüllen zu können, ist die Technologie des Scherscheidens dafür zwar ein geeignetes Verfahren, doch sind in vielen Bereichen der Praxis die erreichbaren Genauigkeiten an Formtoleranzen und Lagetoleranzen bereits ausgeschöpft. Darüber hinaus ist es wünschenwert, die beim Scherschneiden auftretenden Schneidkräfte zu reduzieren, um die Auswahl kleinerer und damit genauer arbeitender Scherschneidautomaten zu ermöglichen.To meet the constantly increasing demands on the To be able to meet the accuracy of microtechnology, the technology of shear cutting is a suitable method for this, but in many areas of practice the achievable accuracies of shape and position tolerances have already been exhausted. In addition, it is desirable to reduce the cutting forces that occur during shear cutting in order to enable the selection of smaller and therefore more precise automatic shear cutting machines.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine universell einsetzbare und kostengünstige Vorrichtung zum Scherschneiden von Werkstücken zu schaffen, die eine Verbesserung der Schnittkantenqualität insbesondere für Bauteile kleiner Abmessungen ermöglicht, wie sie z.B. in der Mikrotechnik erforderlich ist, die ferner die aufzubringenden Prozesskräfte zum Scherschneiden gering hält, die außerdem hohe Genauigkeitsanforderungen bei hochlegierten und hoch festen Stählen zulässt und die schließlich eine Verlängerung der Prozessdauer bei der Herstellung von im Scherschnitt hergestellten Produkten vermeidet.It is therefore the task of the present Invention, a universally applicable and inexpensive device for shearing workpieces to create an improvement in cut edge quality in particular for components allows small dimensions, such as is required in microtechnology, which also the process forces to be applied for shear cutting, the besides high accuracy requirements for high-alloy and high-strength toughen allows and finally an extension the process duration in the production of products made in shear cut avoids.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 13 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhalfte Weiterbildung der Erfindungsgegenstände sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 12 und 14 bis 15 gekennzeichnet.These tasks are accomplished by the invention which in the characterizing parts of claims 1 and 13 specified features solved. Vorteilhalfte Further development of the subject matter of the invention are in the characteristics of under claims 2 to 12 and 14 to 15 marked.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass der Scherschneidort auf dem Werkstück, aus dem durch Scherschneiden das Scherschnittprodukt hergestellt werden soll, mittels einer Wärmeenergie übermittelnden Wärmestrahlung, die bspw. als Laser ausgebildet sein kann, örtlich begrenzt erwärmt wird. Die örtlich begrenzte Erwärmung des Scherschneidortes des Werkstückes, das bspw. als Blechteil ausgebildet sein kann, führt zur Herabsetzung der Festigkeit des Blechteils, wodurch es möglich ist, die aufzubringenden Prozesskräfte zum Scherschneiden zu verringern. Außerdem ist es dadurch möglich, die Schnittkantenqualität des Scherschnittproduktes erheblich zu verbessern. Auf Grund der zur Herstellung des Scherschnittproduktes aufzubringenden geringeren Prozesskräfte wird es möglich, die Werkzeugstandzeiten zu verlängern. Dadurch lassen sich kleinere und damit genauer arbeitende Scherschneiautomaten auswählen, wodurch wiederum geringere Beschaffungskosten aufzubringen sind.The advantage of the invention is especially in that the shear cutting location on the workpiece which are produced by shear cutting the shear cut product is intended to transmit heat energy Thermal radiation, which can be designed as a laser, for example, is heated locally. The local limited warming the cutting location of the workpiece, that can be designed as a sheet metal part, for example, leads to a reduction in strength of the sheet metal part, which makes it possible is to reduce the process forces to be applied for shear cutting. Moreover is it possible the cut edge quality to significantly improve the shear cut product. Due to the lower to be applied for the production of the shear cut product process forces will it be possible to extend tool life. Thereby smaller and therefore more precisely working automatic shear machines choose, which in turn means lower procurement costs.

Die Zufuhr von Wärmeenergie in Form der Laserstrahlung erfolgt dabei während des Scherschneidprozesses mit dem Schneidwerkzeug, d.h. der Scherschneidprozess wird von der Erwärmung direkt begleitet. Die Zufuhr von Wärmeenergie in Form von Laserstrahlung auf den Scherschneidort ist auf die Gesamtzeitdauer aus der Dauer der Hubbewegung des Scherschneidwerkzeuges und aus der Dauer des Scherschneidens des Werkstückes beschränkt. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Prozessdauer bei der Herstellung nicht durch die Erwärmung des Scherschneidortes zusätzlich verlängert wird, es ist also nicht erforderlich zuerst die Erwärmung des Scherschneidortes vorzunehmen und danach den Prozess des Scherschneidens durchzuführen, sondern dies kann gleichzeitig geschehen.The supply of thermal energy in the form of laser radiation takes place during the shear cutting process with the cutting tool, i.e. the shear cutting process is directly from the warming accompanied. The supply of thermal energy in the form of laser radiation on the shear cutting location is on the total time from the duration of the stroke movement of the shear cutting tool and from limited to the duration of the shear cutting of the workpiece. This is the advantage achieved that the process time during manufacture is not due the warming of the shear cutting location additionally extended is, so it is not necessary to first warm the And then the process of shear cutting perform, but this can happen at the same time.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Erwärmung des Scherschneidortes durch die Zufuhr von Wärmeenergie in Form der Laserstrahlung maximal auf die Grenzen des Scherschneidbereichs begrenzt ist. Die Erwärmung des Scherschneidortes kann dabei auf den Bereich der Schnittfuge des Scherschneidwerkzeugs begrenzt werden. Dadurch ist es möglich, mit geringem Energieaufwand und schnell eine Erwärmung des relativ kleinen Scherschneidortes vorzunehmen. Zu diesem Zweck kann die Größe der Fläche des mit der Laserstrahlung bestrahlten Scherschneidortes durch Fokussierung geändert werden. Die Fokussierung bzw. örtliche Anpassung der Laserstrahlung zur Erzeugung von Wärmeenergie auf den Scherschneidort wird mittels einer Optik, bspw. einer Fokussieroptikeinheit, durchgeführt. Deshalb lässt sich hier auch die Form der Laserstrahlung auf der Ebene des Werkstückes am Scherschneidort an die Schneidkontur der Schnittfuge anpassen und damit die Erwärmung des Scher-schneidortes auf den Bereich der Schnittfuge begrenzen.Another advantage of the invention is that warming the shear cutting location by supplying thermal energy in the form of laser radiation is limited to the limits of the shear cutting area. The warming the cutting location can be on the area of the kerf of the shear cutting tool. This makes it possible to use low energy consumption and rapid heating of the relatively small shear cutting location make. For this purpose, the size of the area of the laser radiation irradiated shear cutting location can be changed by focusing. The focus or local Adaptation of the laser radiation to generate thermal energy on the shear cutting location by means of an optical system, for example a focusing optical unit. Therefore let yourself here also the shape of the laser radiation at the level of the workpiece Adapt the shear cutting location to the cutting contour of the kerf and hence the warming Limit the shear cutting location to the area of the kerf.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Scherschneiden von Werkstücken lässt sich auch für das Innenkonturscherschnei den von Scherschnittprodukten aus Stahlbändern verwenden. Beim Innenkonturschneiden von Werkstücken wird die der Wärmezufuhr dienende Laserstrahlung im Wesentlichen durch eine geformte Laserstrahlung auf das innenliegende Abfallteil beschränkt, so dass der Hauptteil der Wärmemenge im bearbeiteten Werkstück durch das Abfallteil von dem Bearbeitungsort bzw. Scherschneidort heraus- bzw. weggeführt wird. Auch hiermit lässt sich eine gezielte Beeinflussung der Materialeigenschaften an dem Scherschneidort für das Scherschneiden mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführen.The shear cutting device according to the invention of workpieces let yourself for that too Use inner contour cutters of shear cut products made from steel strips. When cutting the inner contour of workpieces, this is the supply of heat serving laser radiation essentially by a shaped laser radiation limited to the internal waste part, so the main part the amount of heat in the machined workpiece through the waste part from the processing location or shear cutting location led out or away becomes. Hereby too a targeted influence on the material properties on the Cutting location for perform the shear cutting using the device according to the invention.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand einer Zeichnung noch näher erläutert.The present invention will be explained below of an embodiment and explained in more detail using a drawing.

Es zeigen:Show it:

1 Eine Prinzip-, Teil- und Teilschnittdarstellung der Vorrichtung zum Scherschneiden mit einer Laserstrahloptik, die auf die Vorderseite des zu bearbeitenden Werkstückes gerichtet ist. 1 A schematic, partial and partial sectional view of the device for shear cutting with a laser beam optics, which is directed to the front of the workpiece to be machined.

Aus der 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Scherschneiden in Prinzip- und Teilschnittdarstellungen ersichtlich, die aus einem Scherschneidwerkzeug 1 besteht, das auf dem Werkstück 2 Scherschnittprodukte durch Scherschneiden herstellt, wobei die Scherschnittprodukte in der 1 nicht dargestellt sind. Die Scherschnittprodukte können aus Halbfertigteilen, aus Profil, aus Körperkanten, aus Öffnungen der unterschiedlichsten Form und dgl. bestehen. Die Werkstücke 2 können aus Platinen, Blech, hochlegierten und hochfesten Stahlbändern und dgl. bestehen. Es lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Scherschneiden also geschlossene Schnitte wie bspw. beim Innenkonturscher schneiden und auch offene Schnitte wie bspw. bei Profilen herstellen. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Darstellungen in der 1 nur aus Prinzip-, Teilund/oder Teilschnittdarstellungen bestehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nur mit für die Erfindung wesentlichen Teilen oder Teilfunktionen dargestellt sind. So sind bspw. die Antriebe des Scherschneidwerkzeuges und die Laserquelle, sowie die Verstelloptiken nicht oder nur teilweise gezeigt. Dasselbe gilt, wie bereits erwähnt, für die Scherschnittprodukte, die Qualität der Scherschnittkanten und dgl..From the 1 the device for shear cutting according to the invention can be seen in schematic and partial sectional views, which consist of a Shear cutting tool 1 that exists on the workpiece 2 Manufactures shear cut products by shear cutting, the shear cut products in the 1 are not shown. The shear cut products can consist of semi-finished parts, of profile, of body edges, of openings of various shapes and the like. The workpieces 2 can consist of circuit boards, sheet metal, high-alloy and high-strength steel strips and the like. With the device for shear cutting according to the invention, closed cuts such as, for example, in the internal contour cutter, can also be cut, and open cuts such as, for example, profiles can also be produced. It is expressly pointed out that the representations in the 1 consist only of principle, partial and / or partial sectional representations, which for reasons of clarity are only shown with parts or partial functions essential to the invention. For example, the drives of the shear cutting tool and the laser source, as well as the adjustment optics, are not or only partially shown. The same applies, as already mentioned, to the shear cut products, the quality of the shear cut edges and the like.

Dem Scherschneidwerkzeug 1 wird über die Auskopplung 3 der nicht dargestellten Lichtleitfasern eine Laserstrahlung 4 zugeführt. Für die Laserstrahlung 4 ist eine Höhenverstellung 5 für die Fokussieroptik 6 vorgesehen. Die Laserstrahlung 4 durchläuft die Fokussieroptik 6, die die Laserstrahlen durch den Hohlstempel 7 auf den Scherschneidort auf dem Werkstück 2 leitet. Die für das Niederhalten des Werkstücks 2 notwendigen Federeinheiten 8 bringen auf die Druckplatte 9 die zum Scherschneiden notwendige Kraft mit der Hubbewegung des Scherschneidwerkzeuges 1 auf. Das Scherschneidwerkzeug wird mit einer Säulenführung 10 geführt, die als Kugellagerführung ausgebildet ist. Der als Hohlstempel 7 ausgebildete Scherschneidstempel des Scherschneidwerkzeuges 1 schneidet die Innenkontur aus dem Werkstück 2, das hier als Bandmaterial ausgebildet ist, gegen die Schneidplatte 11 in Richtung der Schneidplatte 11 aus.The shear cutting tool 1 is about the decoupling 3 a laser radiation of the optical fibers, not shown 4 fed. For the laser radiation 4 is a height adjustment 5 for the focusing optics 6 intended. The laser radiation 4 passes through the focusing optics 6 which the laser beams through the hollow punch 7 to the shear cutting location on the workpiece 2 passes. The one for holding down the workpiece 2 necessary spring units 8th bring on the pressure plate 9 the force required for shear cutting with the lifting movement of the shear cutting tool 1 on. The shear cutting tool comes with a column guide 10 performed, which is designed as a ball bearing guide. The one as a hollow stamp 7 trained shear cutting stamp of the shear cutting tool 1 cuts the inner contour from the workpiece 2 , which is designed here as a strip material, against the cutting plate 11 towards the cutting plate 11 out.

Die Laserstrahlung 4, die zur Zufuhr von Wärmeenergie auf den Scherschneidort dient, kann sowohl von der Rückseite 12 des Werkstückes 2 wie auch auf die Vorderseite 13 des Werkstückes 2 des Werkstückes eingestrahlt werden, wie dies in der 1 der Fall ist. Es kann jedoch auch eine völlig andere Anordnung der Zuführung der Laserstrahlen zu dem Werkstück 2 erfolgen, wenn sie geeignet ist, den Scherschneidort lokal an der zu bearbeitenden Stelle zu erwärmen. Die bei dem Ausführungsbeispiel nach der 1 zugeführte Laserstrahlung wird auf die Vorderseite 13 des Werkstücks 2 geführt. Die Fokussieroptik 6 ist als Auskoppeloptik und Strahlformungsoptik für den Laserstrahl ausgebildet und kann genauso wie die rückseitige Zuführung der Laserstrahlung zu dem Werkzeug in das Scherschneidwerkzeug integriert sein, jedoch ist es auch möglich die Laserquelle sowie andere erforderliche Bestandteile der Optik außerhalb des Werkzeuges anzubringen und nur mittels geeigneter Einkoppelungsoptiken dem Schnerschneidwerkzeug 1 zuzuführen.The laser radiation 4 , which is used to supply thermal energy to the shear cutting location, can be viewed from both the rear 12 of the workpiece 2 as well as on the front 13 of the workpiece 2 of the workpiece are irradiated, as in the 1 the case is. However, there can also be a completely different arrangement of the supply of the laser beams to the workpiece 2 take place if it is suitable to heat the shear cutting location locally at the point to be machined. The in the embodiment of the 1 Laser radiation is applied to the front 13 of the workpiece 2 guided. The focusing optics 6 is designed as decoupling optics and beam shaping optics for the laser beam and can be integrated into the shear cutting tool just like the back supply of the laser radiation to the tool, but it is also possible to attach the laser source and other necessary components of the optics outside the tool and only by means of suitable coupling optics Schnerschneidwerkzeug 1 supply.

Beim Ausführungsbeispiel nach der 1 ist das Scherschneidwerkzeug 1 mit einer den Stempel des Schneidwerkzeuges axial durchsetzenden Öffnung zum Durchtritt der Laserstrahlung 4 ausgestattet, so dass ein Hohlstempel 7 entsteht. Die Erwärmumg des Werkstückes wird maximal auf die Grenzen des Scherschneidbereichs bzw. Scherschneidortes beschränkt. Dies kann durch die Veränderung der Größe der Fläche geschehen, mit der die Laserstrahlung 4 auf den Scherschneidort gerichtet wird, was durch die Fokussieroptik 6 bewerkstelligt wird. Bei der Einstrahlung der Laserstrahlung 4 auf die Vorderseite 13 des Werkstücks 2 verändert sich der Laserstrahlmesser auf der Ebene des Werkstückes 2 aufgrund seiner Kaustik entsprechend der Wegänderung der Laserstrahlung 4 während der Hubbewegung. Dies trifft auch auf das dargestellte Beispiel in der 1 zu, bei der der maximale Laserstrahldurchmesser auf dem Werkstück 2 dem Durchmesser des Hohlstempels 7 entspricht. Eine unveränderte Größe des Durchmessers des Laserstrahls auf dem Scherschneidort ergibt sich bei Einstrahlung der Laserstrahlung 4 von der Rückseite 12 des Werkstücks 2 oder durch eine entsprechende Nachführung der Höhenverstellung 5 der Laserstrahlung.In the embodiment according to the 1 is the shear cutting tool 1 with an opening axially penetrating the punch of the cutting tool for the passage of the laser radiation 4 equipped so that a hollow punch 7 arises. The heating of the workpiece is limited to the limits of the shear cutting area or location. This can be done by changing the size of the area with which the laser radiation 4 is directed to the shear cutting location, which is due to the focusing optics 6 is accomplished. When irradiating the laser radiation 4 to the front 13 of the workpiece 2 the laser beam meter changes on the level of the workpiece 2 due to its caustics according to the change in path of the laser radiation 4 during the lifting movement. This also applies to the example shown in the 1 at which the maximum laser beam diameter on the workpiece 2 the diameter of the hollow punch 7 equivalent. An unchanged size of the diameter of the laser beam at the shear cutting location results when the laser radiation is irradiated 4 from the back 12 of the workpiece 2 or by adjusting the height adjustment accordingly 5 the laser radiation.

Der mechanische Prozessablauf des Scherschneidwerkzeugs 1 während des Scherschneidens ist identisch mit dem konventionellen Scherschneiden nach dem Stand der Technik. Es wird jedoch als Teil der erfindungsgemäßen Kombination bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Scherschneiden prozessbegleitend zusätzlich eine Laserstrahlung 4 zugeschaltet, um das Werkstück 2 zu erwärmen. Die Laserstrahlung dient also nicht, wie beim Stand der Technik zur Beleuchtung und Markierung von zu bearbeitenden Orten auf dem Werkstück, sondern zur Erwärmung des Werkstücks. Es wird als weiterer Teil der erfindungsgemäßen Kombination während der Zufuhr von Wärmeenergie in Form der Laserstrahlung zur Wärmeerzeugung an dem Scherschneidort des Werkstücks 2 den Scherschneidprozess begleitend das Scherschneiden mit dem Scherschneidwerkzeug durchgeführt. Bei dem weiteren Teil der erfindungsgemäßen Kombination wird die Zufuhr von Wärmeenergie in Form der Laserstrahlung dabei auf die Gesamtzeitdauer aus der Dauer der Hubbewegung des Scherschneidwerkzeuges 1 und der Dauer des Scherschneidens des Werkstückes 2 beschränkt. Mit dieser erfindungsgemäßen prozessbegleitenden Erwärmung wird erreicht, dass keine Verlängerung der gesamten Prozessdauer zur Herstellung des Scherschnittproduktes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird.The mechanical process flow of the shear cutting tool 1 during shear cutting is identical to conventional shear cutting according to the prior art. However, as part of the combination according to the invention, a laser radiation is additionally used in the shear cutting device according to the invention during the process 4 switched on to the workpiece 2 to warm up. The laser radiation is therefore not used, as in the prior art, to illuminate and mark locations on the workpiece to be machined, but rather to heat the workpiece. It is used as a further part of the combination according to the invention during the supply of thermal energy in the form of laser radiation to generate heat at the shear cutting point of the workpiece 2 Accompanying the shear cutting process Shear cutting with the shear cutting tool. In the further part of the combination according to the invention, the supply of thermal energy in the form of laser radiation is based on the total period of time from the duration of the lifting movement of the shear cutting tool 1 and the duration of the cutting of the workpiece 2 limited. With this process-accompanying heating according to the invention it is achieved that no extension of the total process time for producing the shear cut product with the device according to the invention compared to the prior art is achieved.

Es ist außerdem möglich, eine Laserstrahlquelle in ein Scherschneidwerkzeug nach dem Stand der Technik durch Modi fikation der aktiven Werkzeugteile wie etwa Schneidstempel und Aufnahme auch in bereits existierende Anlagen einzubauen. Die metallischen Werkstoffe des Werkstücks zeigen an dem Scherschneidort bei erhöhten Temperaturen durch die Laserstrahlung 4 ein verbessertes Fließverhalten. Darüber hinaus wird bei Aufrechterhaltung der erhöhten Temperatur an dem Scherschneidort während des Scherschneidens dem Effekt der Kaltverfestigung entgegengewirkt. Mit dieser Erwärmung am Scherschneidort wird also eine gezielte Beeinflussung der Materialeigenschaften für die Dauer des Scherschneidens prozessbegleitend vorgenommen. So ist es auch möglich, die Erwärmung des Scherschneidortes auf den Bereich der Schnittfuge des Scherschneidwerkzeugs 1 zu begrenzen und die Form der Laserstrahlung 4 auf der Ebene des Werkstückes 2 am Scherschneidort an die Schneidkontur der Schnittfuge anzupassen und so verbesserte Qualitäten der Schnittkanten des durch Scherschneiden erzeugten Produktes zu erzielen.It is also possible to use a laser beam source in a shear cutting tool according to the prior art by modifying the active work Install parts such as cutting punches and receptacles in existing systems. The metallic materials of the workpiece show at the shear cutting location at elevated temperatures due to the laser radiation 4 an improved flow behavior. In addition, while maintaining the elevated temperature at the shear cutting location during shear cutting, the effect of work hardening is counteracted. With this heating at the shear cutting location, a targeted influencing of the material properties is carried out throughout the process for the duration of the shear cutting. It is also possible to heat the shear cutting location to the area of the kerf of the shear cutting tool 1 limit and shape the laser radiation 4 to adapt to the cutting contour of the kerf at the level of the workpiece 2 at the shear cutting location and thus to achieve improved qualities of the cutting edges of the product produced by shear cutting.

Darüber hinaus werden durch die Erwärmung des Materials des Werkstückes 2 am Scherschneidort die Prozesskräfte reduziert, und es lassen sich deshalb kleinere Scherschneidwerkzeuge einsetzen, die mit geringen Kosten arbeiten. Auf Grund der hohen Genauigkeit und der Scherschnittkantenqualität, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht werden, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders auch für Bauteile kleiner Abmessungen, die bspw. im Millimeterbereich liegen und für die großer Bedarf in der Mikrotechnik besteht. Eine derartige Anwendung ist bspw. das Innenkonturscherschneiden. Beim Innenkonturscherschneiden von Werkstücken 2 wird durch die der Wärmezufuhr dienenden Laserstrahlung 4 im Wesentlichen durch einen entsprechend geformten Laserstrahl das innen liegende Abfallteil erwärmt. Durch das erwärmte innenliegende Abfallteil wird der Hauptteil der Wärmemenge, die durch den Laserstrahl in das Werkstück übertragen wurde, im Werkstück 2 durch das herausgeführte Abfallteil von den Bearbeitungsort bzw. Scherschneidort durch Herausfallen weggeführt. Durch die lokale Begrenzung der Laserstrahlung 4 auf maximal die Größe des Scherschneidortes wird, wie bei den vorher schon geschilderten Beispielen, auch bei dem Innenkonturscherschneiden nur während der Zeitdauer des laufenden Scherschneidprozesses das Material des Werkstücks 2 erwärmt. Dies ermöglicht so die Verringerung der aufzubringenden Prozesskräfte beim Scherschneiden und eine Erhöhung der Qualität der Schnittkanten der durch das Scherschneiden erzeugten Produkte.In addition, the process forces are reduced by heating the material of the workpiece 2 at the shear cutting location, and it is therefore possible to use smaller shear cutting tools that work at low costs. Due to the high accuracy and the shear cut edge quality that can be achieved with the device according to the invention, the device according to the invention is particularly suitable for components of small dimensions, which are, for example, in the millimeter range and for which there is a great need in microtechnology. Such an application is, for example, inner contour cutting. For inner contour cutting of workpieces 2 is due to the laser radiation used to supply heat 4 essentially heats the internal waste part by means of a correspondingly shaped laser beam. Due to the heated internal waste part, the main part of the amount of heat that was transferred into the workpiece by the laser beam becomes in the workpiece 2 led out of the processing location or shear cutting location by falling out through the removed waste part. Due to the local limitation of the laser radiation 4 The maximum size of the shear cutting location, as in the previously described examples, is only the material of the workpiece for the inner contour shear cutting during the duration of the current shear cutting process 2 heated. This enables the process forces to be applied when shearing to be reduced and the quality of the cut edges of the products produced by shearing to be increased.

11: ScherschneidwerkzeugShear cutting tool
22: Werkstückworkpiece
33: Auskopplung der Lichtleitfaserndecoupling of optical fibers
44: Laserstrahlunglaser radiation
55: Höhenverstellung für Laserstrahlungheight adjustment for laser radiation
66: Fokussieroptikfocusing optics
77: Hohlstempelhollow punch
88th: Federeinheitenspring units
99: Druckplatteprinting plate
1010: Säulenführungcolumn guide
1111: Schneidplattecutting board
1212: Rückseite des Werkstücksback of the workpiece
1313: Vorderseite des Werkstücksfront of the workpiece

Claims

Device for shearing cutting workpieces with a shearing cutting tool, wherein a laser radiation is directed at the location of the workpiece to be machined, characterized in that the shearing cutting of the workpiece ( 2 ) is carried out at a shear cutting location characterized by localized heating.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the heating of the shear cutting location of the workpiece ( 2 ) with a laser radiation serving as a heat source ( 4 ) he follows.

Device according to one or more of claims 1 to 2, characterized in that during the supply of thermal energy in the form of laser radiation ( 4 ) to generate heat at the shear cutting point of the workpiece ( 2 ) accompanying the cutting process the shear cutting with the shear cutting tool ( 1 ) he follows.

Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the supply of thermal energy in the form of laser radiation ( 4 ) the total time from the stroke movement of the shear cutting tool ( 1 ) and the duration of the cutting of the workpiece ( 2 ) is limited.

Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the heating of the shear cutting point is limited to the limits of the shear cutting area.

Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the heating of the shear cutting location to the area of the kerf of the shear cutting tool ( 1 ) is limited and that the shape of the laser radiation ( 4 ) at the level of the workpiece ( 2 ) at the shear cutting location to the cutting contour of the kerf is fit.

Device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the size of the area of the laser radiation ( 4 ) irradiated shear cutting point is designed to be focusable.

Device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the focusing or local adaptation of the laser radiation ( 4 ) to the shear cutting location of the workpiece ( 2 ) by means of focusing optics.

Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the laser radiation (heat energy supply) ( 4 ) on the back ( 12 ) of the workpiece ( 2 ) is irradiated at the location of the respective shear cutting location.

Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the laser radiation (heat energy supply) ( 4 ) on the front ( 13 ) of the workpiece ( 2 ) is irradiated to the location of the respective shear cutting location and that the shear cutting tool ( 1 ) with an opening axially penetrating the shear cutting tool for the passage of the laser radiation ( 4 ) is provided.

Device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that components with small dimensions in the millimeter range are used as shear cut products with the shear cutting tool ( 1 ) from the workpiece ( 2 ) getting produced.

Device according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the shear cutting device is used for inner contour shear cutting, that the laser radiation used to supply heat ( 4 ) essentially through shaped laser radiation ( 4 ) the internal waste part is heated during internal contour cutting and that the main part of the heat quantity in the workpiece ( 2 ) can be led away from the processing location or the shear cutting location by the lead-out waste part.

Method for producing products by shear cutting from a workpiece using a shear cutting tool, characterized in that during the manufacture of the product by shear cutting the locally limited shear cutting location in the workpiece ( 2 ) by supplying thermal energy in the form of laser radiation ( 4 ) is heated.

A method according to claim 13, characterized in that the heating of the shear cutting location over the duration of the lifting movement of the shear cutting tool ( 1 ) and the duration of the cutting continues.

Method according to one or more of claims 13 to 14, characterized in that during the internal contour cutting of workpieces ( 2 ) the laser radiation used to supply heat ( 4 ) essentially heats up the internal waste part during inner contour cutting by means of an appropriate form of laser radiation and that the main part of the heat quantity in the workpiece ( 2 ) is led out through the waste part and is led away from the processing location or shear cutting location.