DE4207165A1 - Verfahren zum stanzen einer metallfolie auf einer mit piezoelektrischen betaetigern betriebenen presse und stanzwerkzeugsaetze fuer die ausfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stanzen eines Werkstückes wie einer Metallfolie auf einer Presse, die mit als Energiequelle für den Antrieb der Stanzstempel dienenden piezoelektrischen Betätigern betrieben wird, insbesondere ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, und ferner den Aufbau von Stanzwerkzeugsätzen für die Ausführung des Verfahrens.

In letzter Zeit wurde die Genauigkeit und die Qualität von mittels Sche­ rung hergestellten Präzisionsteilen aufgrund des Fortschrittes in der Schertechnik, in der Stanzwerkzeugfertigungstechnik und der erhöhten Leistung der Pressen erheblich verbessert. Im Bereich der Fertigung von Präzisionsteilen, deren Genauigkeit in der Größenordnung von Mi­ krometern liegt, wurde versucht, ein Verfahren zur Herstellung von elektronischen Teilen wie etwa Leitungsrahmen, die bis dahin durch Ätzen hergestellt wurden, durch eine Schertechnik anzuwenden.

Andererseits ist eine Presse zum Stanzen einer dünnen Metallfolie mit sehr geringer Dicke (weniger als 100 µm) und hoher Präzision durch­ aus Stand der Technik. Genauer ist aus JP-1 27 997-A (1990) eine Presse mit als Energiequelle für den Antrieb der Stanzstempel dienen­ den, scherkrafterzeugenden piezoelektrischen Betätigern bekannt, die nach einer hin- und hergehenden Arbeitsweise funktioniert, um einen Werkstoff oder ein Werkstück zu stanzen.

In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der obenbeschriebenen Presse eines hin- und hergehenden Stanzverfahrens, die mit piezoelek­ trischen Betätigern arbeitet, gezeigt. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind ver­ schiedene Komponenten wie etwa ein oberer Stanzwerkzeugsatz 2, ein unterer Stanzwerkzeugsatz 3, eine bewegliche Niederhaltevorrichtung 4, obere Stanzwerkzeuge 5, untere Stanzwerkzeuge 6, ein oberer Stanzstempel 7, ein unterer Stanzstempel 8 und piezoelektrische Betäti­ ger 9 zum Betreiben der Niederhaltevorrichtung 4 in einem Rahmen 1 untergebracht. Die Gehäuse 1a und 1b sind oben bzw. unten am Rah­ men 1 befestigt. Im Gehäuse 1a sind ein piezoelektrischer Betätiger 10 für den Antrieb des oberen Stanzstempels 7, ein bewegliches Stück 12a (das ein Stangenelement zur Übertragung der Verschiebung des piezo­ elektrischen Betätigers auf den Stanzstempel darstellt) und eine vorge­ spannte Feder 13a untergebracht. In ähnlicher Weise sind im Gehäuse 1b ein piezoelektrischer Betätiger 11 für den Antrieb des unteren Stanzstempels 8, ein bewegliches Stück 12b (das ein Stangenelement zur Übertragung der Verschiebung des piezoelektrischen Betätigers auf den Stanzstempel darstellt) und eine vorgespannte Feder 13b unterge­ bracht. Außerdem bezeichnet in Fig. 5 das Bezugszeichen 14 die Schrauben, die die Sätze 2 und 3 innerhalb des Rahmens 1 sichern, das Bezugszeichen 15 die Federn, die der Niederhaltevorrichtung 4 Energie zuzuführen, und das Bezugszeichen 16 die Rückstellfedern, die die Stanzstempel 7 und 8 zurückstellen.

Das Stanzen eines Werkstückes 17 wie etwa einer Metallfolie auf einer so aufgebauten Presse erfolgt in folgender Weise:

Die piezoelektrischen Betätiger 9 werden so betrieben, daß die beweg­ liche Niederhaltevorrichtung 4 nach oben bewegt wird, wodurch zwi­ schen den oberen und den unteren Stanzwerkzeugen 5 bzw. 6 ein Zwi­ schenraum entsteht. In diesem Zustand wird das Werkstück 17 in den Zwischenraum zwischen den oberen und den unteren Stanzwerkzeugen 5 bzw. 6 eingeführt, woraufhin die piezoelektrischen Betätiger 9 in ihre ursprüngliche Lage zurückversetzt werden, so daß das Werkstück 17 zwischen den oberen und den unteren Stanzwerkzeugen 5 bzw. 6 ein­ geklemmt wird. Danach werden der obere Stanzstempel 7 und der un­ tere Stanzstempel 8 abwechselnd ausgefahren, indem an die piezoelek­ trischen Betätiger 10 und 11 eine Spannung angelegt wird. Somit wird das Werkstück durch sogenanntes "hin- und hergehendes Stanzen" ge­ stanzt. Nach dem Stanzen des Werkstückes in dieser Weise werden die piezoelektrischen Betätiger 9 wieder so betrieben, daß die bewegliche Niederhaltevorrichtung 4 nach oben bewegt wird, wodurch das Werk­ stück 17 freigegeben wird. Das so freigegebene Werkstück 17 wird auf einer festgelegten Strecke zu der nächsten Bearbeitungsposition trans­ portiert.

Das obengenannte Verfahren des hin- und hergehenden Stanzens wird nun mit Bezug auf Fig. 6 genauer beschrieben. In Fig. 6(a) ist ein An­ fangszustand gezeigt, in dem das Werkstück 17 zwischen dem oberen und dem unteren Stanzwerkzeug 5 und 6 eingeklemmt ist. Im Anfangs­ zustand werden sowohl der obere Stanzstempel 7 als auch der untere Stanzstempel 8 in zurückgezogener Position gehalten. Wenn unter die­ sen Umständen an den piezoelektrischen Betätiger 10 (Fig. 5) eine Spannung angelegt wird, wird der obere Stanzstempel 7, wie in Fig. 6(b) gezeigt, nach unten bewegt und dringt in das Werkstück 17 ein, wodurch dieses aufgrund einer Scherung von oben verformt wird. Die­ ser Vorgang, durch den das Werkstück zur Hälfte gestanzt wird, wird im folgenden, falls anwendbar, als "Halbstanzen" bezeichnet. Danach wird der obere Stanzstempel 7 nach oben bewegt, während an den pie­ zoelektrischen Betätiger 11 eine Spannung angelegt wird, um den unte­ ren Stanzstempel 8 nach oben zu bewegen, wobei das Werkstück so von unten verformt wird, daß der Teil des Werkstückes, der in dem obenbeschriebenen Halbstanzvorgang verformt wurde, zurückgedrückt wird, wie in Fig. 6(c) dargestellt ist. Dieser Vorgang wird im folgen­ den, falls anwendbar, als "Zurückstanzen" bezeichnet. Auf diese Weise wird durch das Stanzen ein Teil 17a gebildet, das im folgenden, falls anwendbar, als "gestanztes Teil 17a" bezeichnet wird. Das gestanzte Teil 17a wir vom Werkstück 17 getrennt, indem es entlang der Scher­ fläche bewegt wird. Im letzten Schritt wird der obere Stanzstempel 7, wie in Fig. 6(d) gezeigt, so betätigt, daß das gestanzte Teil 17a vom oberen Stanzstempel 7 zurück in das Werkstück 17 gedrückt wird.

Fig. 7 zeigt eine Mikrophotographie der gescherten Oberfläche einer Kupferfolie von 80 µm Dicke, die nach dem obengenannten hin- und hergehenden Stanzverfahren geschert wurde. Wie man im Bild erkennt, wurden im oberen und unteren Teil der Schnittfläche gescherte Ober­ flächen gebildet, während im mittleren Teil eine Bruchoberfläche vor­ liegt. In diesem Experiment waren die Stanzwerkzeuge so beschaffen, daß der Zwischenraum auf der Seite des Stanzstempels für das Halbstanzen 2% der Dicke der Kupferfolie betrug, während der Zwi­ schenraum auf der Seite des Stanzstempels für das Zurückstanzen 4% der Dicke der Kupferfolie betrug.

Die Erfinder haben durch eine Reihe von Experimenten herausgefun­ den, daß die Genauigkeit der Position der Stanzstempel und der Ab­ stand zu den Stanzwerkzeugen die Genauigkeit der Herstellung von ge­ scherten Folien mit einer Dicke von weniger als 50 µm mittels hin- und hergehender Stanzung stark beeinflussen. Wenn ein Werkstück gemäß dem obengenannten hin- und hergehenden Stanzverfahren gestanzt wird, kann im allgemeinen eine befriedigende Scheroberfläche erzielt werden, wenn der Stanzwerkzeugabstand kleiner als 10% der Dicke des Werkstückes ist. Falls allerdings eine Metallfolie mit einigen 10 Mikrometern Dicke mit einer komplizierten Stanzform gestanzt wird, ist es sehr schwierig den Stanzwerkzeugabstand auf einen passenden Wert von weniger als 10% der Dicke der Metallfolie zu setzen. Des­ halb bilden sich beim Stanzen von harten Werkstücken wie etwa einer Folie aus rostfreiem Stahl an den aufgrund der Scherwirkung entstan­ denen Schnittkanten Grate.

In Fig. 8 ist eine Mikrophotographie des Bereiches der Schnittfläche der Kupferfolie aus Fig. 7 gezeigt, die sofort nach dem Zurückstanz­ vorgang aufgenommen wurde. Am unteren Ende der Schnittfläche des rechten Teiles befindet sich ein Grat. Wenn daher ein Werkstück nach dem herkömmlichen hin- und hergehenden Stanzverfahren gestanzt wird, können leicht Grate an den Schnittflächen entstehen, wodurch die Qualität der Scheroberfläche des entstehenden Produktes unbefriedi­ gend wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und Stanzwerkzeugsätze für die Ausführung dieses Verfahrens zu schaffen, um ein exaktes Stanzen einer Metallfolie mit einer Dicke von weniger als einigen zehn Mikrometern auf einer mit piezoelektrischen Betätigern betriebenen Presse im wesentlichen ohne Bildung von Gra­ ten zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Stanzen einer Metallfolie auf einer Presse, bei der ein Paar von Stanz­ stempeln von einem entsprechenden Paar piezoelektrischer Betätiger vertikal in Schwingung versetzt wird, so daß abwechselnd ein Halbstanzen und ein Zurückstanzen ausgeführt wird, um die Metallfolie zu stanzen, während die Stanzstempel stumpf gegen die beiden Seiten einer zwischen dem Paar von Stanzwerkzeugen eingeklemmten Metall­ folie stoßen.

Bei jedem Halbstanzen oder Zurückstanzen beträgt der Hub des Stanz­ stempels 10% bis 40% der Dicke der Metallfolie. Zusammen mit dem Halbstanzen und dem Zurückstanzen werden die piezoelektrischen Be­ tätiger abwechselnd durch das Anlegen von positiver Spannung akti­ viert, um die Stanzstempel vertikal in Schwingung zu versetzen. Um die Folie unter Druck sicher zurückzuhalten, wird bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren nach dem Anlegen einer positiven Spannung an einen der piezoelektrischen Betätiger mit kurzer Verzögerung eine ne­ gative Spannung an den anderen piezoelektrischen Betätiger angelegt.

Zusätzlich sind entweder die Kanten der Stanzwerkzeuge oder die der Stanzstempel mit Fasen versehen, um eine Gratbildung in dem Fall zu vermeiden, daß der Stanzwerkzeug-Zwischenraum im Verhältnis zur Dicke der Metallfolie groß ist.

Wie oben beschrieben, werden die Stanzstempel bei der abwechselnden Ausführung des Halbstanzens und des Zurückstanzens von den piezo­ elektrischen Betätigern lediglich um eine Strecke von 10% bis 40% der Dicke der Metallfolie und damit um weniger als im herkömmlichen hin- und hergehenden Stanzverfahren bewegt, wobei die Stanzstempel stumpf gegen die beiden Oberflächen der zwischen dem Paar von Stanzwerkzeugen eingeklemmten Metallfolie stoßen. Somit wird die Metallfolie von den von oben und von unten in sie eindringenden Stanzstempeln geschert und entlang der Scheroberfläche durch niedrige zyklische Materialermüdung gebrochen. Somit wird das Stanzen der Metallfolie ohne Ausbildung von Graten erreicht.

Die piezoelektrischen Betätiger werden abwechselnd durch Anlegen ei­ nes positiven Signales aktiviert, um abwechselnd den oberen und unte­ ren Stanzstempel anzutreiben. Nachdem eine positive Spannung an einen der piezoelektrischen Betätiger angelegt wurde, wird mit kurzer Verzögerung eine negative Spannung an den anderen piezoelektrischen Betätiger angelegt. Somit wird die elastische Charakteristik der piezo­ elektrischen Betätiger und die Hysterese-Charakteristik der Verschie­ bung mit ihrer Spannung wirksam ausgenützt. Während die Metallfolie mit Druck zurückgehalten wird, kann das Halbstanzen und das Zurück­ stanzen ausgeführt werden. Da die Stanzstempel stumpf auf die beiden Oberflächen der Metallfolie stoßen, wird zusätzlich verhindert, daß sie während des Stanzens gebogen wird.

In dem Fall, daß der Stanzwerkzeug-Zwischenraum groß ist (50% bis 100% der Dicke der Metallfolie), wird die Spannung im Werkstück auf beide Seiten des Zwischenraumes konzentriert, wenn das Halbstanzen und das Zurückstanzen wiederholt ausgeführt werden. Dadurch können aufgrund einer Doppelscherung Grate entstehen. Dieses Problem kann durch Abfasen der Kanten der Stanzwerkzeuge oder derjenigen der Stanzstempel gelöst werden. Dadurch wird die Spannungskonzentration in der Metallfolie auf der Seite der gefasten Kanten verringert und das Auftreten der Doppelscherung und damit die Bildung von Graten ver­ mieden. Deshalb zeigt das entstehende Produkt sehr gute Schnittflä­ chen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung beziehen, angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung für die Erläuterung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stanzen eines Werkstückes wie etwa einer Metallfolie auf einer Presse, wobei die elektrischen Spannungen, die an die piezoelektrischen Betätiger angelegt werden, und die Bewegungen der von den piezoelektrischen Betätigern angetriebenen oberen und unteren Stanzstempel darge­ stellt sind;

Fig. 2 den Stanzvorgang einer Metallfolie, wenn die Stanz­ werkzeuge relativ große Zwischenräume aufweisen; ge­ nauer

Fig. 2(a) eine Darstellung des zwischen die Stanzwerkzeuge eingeklemmten Werkstückes;

Fig. 2(b) eine Darstellung des von oben mittig gescherten Werk­ stückes (Vorgang des Halbstanzens);

Fig. 2(c) eine Darstellung des von unten gescherten Werkstückes (Vorgang des Zurückstanzens); und

Fig. 2(d) eine Darstellung der Schnittfläche des so gestanzten Werkstückes;

Fig. 3 die Stanzwerkzeuge, die in dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren verwendet werden, und die Schnittfläche eines mit den Stanzwerkzeugen gestanzten Werkstückes; ge­ nauer

Fig. 3(a) eine Darstellung des zwischen den Stanzwerkzeugen eingeklemmten Werkstückes; und

Fig. 3(b) eine Darstellung der Schnittflächen der Metallfolie;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Größe des Hubes eines Stanzstempels gegen die Vibrationsfrequenz des Stanz­ stempels beim Scheren eines Werkstückes in dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren;

Fig. 5 eine Darstellung der Anordnung einer mit piezoelektri­ schen Betätigern arbeitenden Presse, in der das erfin­ dungsgemäße Verfahren angewendet wird;

Fig. 6 ein herkömmliches hin- und hergehendes Stanzverfah­ ren; genauer

Fig. 6(a) eine Darstellung eines Anfangsschrittes, in dem ein Werkstück zwischen den Stanzwerkzeugen eingeklemmt ist;

Fig. 6(b) eine Darstellung eines zweiten Schrittes, in dem ein oberer Stanzstempel mittig in das Werkstück eindringt (Vorgang des Halbstanzens);

Fig. 6(c) eine Darstellung eines dritten Schrittes, in dem ein un­ terer Stanzstempel in entgegengesetzter Richtung bewegt wird (Vorgang des Zurückstanzens); und

Fig. 6(d) eine Darstellung des letzten Schrittes, in dem das aus dem Werkstück gescherte Teil wieder in dieses zurückgedrückt wird;

Fig. 7 eine von vorne aufgenommene Mikrophotographie der Schnittfläche einer Probe, die gemäß dem herkömmli­ chen hin- und hergehenden Stanzverfahren gestanzt wurde;

Fig. 8 eine Mikrophotographie des Querschnittes der in Fig. 7 gezeigten Schnittfläche;

Fig. 9 eine Mikrophotographie des Querschnittes der Schnitt­ fläche einer Probe, die gemäß dem Verfahren der Erfin­ dung gestanzt wurde; und

Fig. 10 eine von vorne aufgenommene Mikrophotographie der in Fig. 9 gezeigten Schnittfläche.

In Fig. 1 ist eine Darstellung gezeigt, die zur Erläuterung eines Bei­ spiels eines erfindungsgemäßen Metallfolienstanzverfahrens dient. Zur Ausführung des Verfahrens wird eine mit piezoelektrischen Betätigern betriebene Presse verwendet, die den gleichen Aufbau wie die mit Be­ zug auf Fig. 5 beschriebene Presse besitzt. In Fig. 1 sind die Teile, die in ihrer Funktion denen entsprechen, die mit Bezug auf Fig. 5 be­ schrieben wurden, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die obere Hälfte von Fig. 1 zeigt die Bewegung der oberen und unteren Stanz­ stempel 7 und 8 und die daraus resultierende Verformung eines Werk­ stückes 17 mit den Schritten 1 bis 5. Die untere Hälfte der Fig. 1 zeigt die elektrischen Spannungen, die an die piezoelektrischen Betätiger für den oberen oder den unteren Stanzstempel angelegt werden. Diese pie­ zoelektrischen Betätiger steuern die Stanzstempel wie folgt: Beim An­ legen einer positiven Spannung bewegen die piezoelektrischen Betätiger den oberen und den unteren Stanzstempel auf das Werkstück 17 zu, während beim Anlegen einer negativen Spannung (-) die Stanzstempel vom Werkstück 17 gemäß der Hysterese-Charakteristik entfernt wer­ den.

Im Schritt 1 wird das Werkstück 17 zwischen dem oberen Stanzwerk­ zeug 5 und dem unteren Stanzwerkzeug 6 gehalten; außerdem befinden sich beide Stanzstempel 7 und 8 in ihren jeweiligen Ausgangspositio­ nen. Im Schritt 2, d. h. im Halbstanz-Schritt, wird an den piezoelektri­ schen Betätiger 10 (Fig. 5), der dem oberen Stanzstempel 7 zugeordnet ist, zum Zeitpunkt t₁ eine positive Spannung angelegt, so daß der pie­ zoelektrische Betätiger 10 den oberen Stanzstempel 7 in Richtung des Werkstückes 17 bewegt. Daraufhin dringt der Stanzstempel 7 in das zwischen dem oberen und dem unteren Stanzwerkzeug 5 und 6 gehal­ tene Werkstück 17 ein und verformt dieses durch Scherung. Während dieses Vorganges wird der piezoelektrische Betätiger 11 für den unte­ ren Stanzstempel 8 entsprechend seiner eigenen Federkonstante und in Verbindung mit der Bewegung des oberen Stanzstempels 7 im eingezo­ genen Zustand gehalten. Zum Zeitpunkt t₂, kurz nach dem Zeitpunkt t₁, wird an den piezoelektrischen Betätiger 11 eine negative Spannung an­ gelegt, woraufhin sich der Betätiger 11 zusammenzieht und den Stanz­ stempel 8 weiter nach unten bewegt. Somit wird der obere Stanzstem­ pel 7 entlang einer festgelegten Strecke (ungefähr 10% bis 40% der Dicke des Werkstückes 17) bewegt, während das Werkstück 17 wie oben beschrieben gehalten wird. In der zweiten Hälfte von Schritt 2, zum Zeitpunkt t₃, wird die negative Spannung für den piezoelektrischen Betätiger 11 unterbrochen. Zum Zeitpunkt t₄, d. h. kurze Zeit später, wird auch die positive Spannung für den piezoelektrischen Betätiger 10 unterbrochen.

In dem folgenden Schritt 3, d. h. einem Zurückstanz-Schritt, wird im Gegensatz zu dem obenbeschriebenen Schritt 2 am piezoelektrischen Betätiger 11 eine positive Spannung angelegt, so daß der untere Stanz­ stempel 8 nach oben bewegt wird, während das Werkstück 17 zwischen den oberen und unteren Stanzwerkzeugen 5 bzw. 6 gehalten wird. So­ mit wird der Teil des Werkstückes, der durch die Scherung im Schritt 2 verformt wurde, nach oben in den oberen Stanzstempel gedrückt. Im Schritt 3 wird das Anlegen der Spannungen für die piezoelektrischen Betätiger 10 und 11 in der gleichen Weise wie im obenbeschriebenen Schritt 2 gesteuert. Im Schritt 4 werden die Abläufe der Schritte 2 und 3 abwechselnd und wiederholt durchgeführt. Deshalb wird, wie im Ab­ schnitt 5 gezeigt, ein gestanztes Teil 17a gebildet und vom Werkstück mittels Scherung getrennt. Die Schnittfläche des gestanzten Teiles 17a besitzt die Scherflächen A und B, die gebildet wurden, als die Stanz­ stempel von oben und dann von unten in das Werkstück gedrückt wur­ den, und eine Bruchfläche zwischen den Scherflächen A und B, die aufgrund niedriger zyklischer Materialermüdung entstanden ist. Ähn­ lich wie im herkömmlichen hin- und hergehenden Stanzverfahren wird das gestanzte Stück 17a zurück in das Werkstück 17 gedrückt. Danach werden die Stanzwerkzeuge voneinander entfernt, um das Werkstück 17 freizugeben. Dieses wird daraufhin in die nächste Stanzposition ge­ bracht.

In den Fig. 9 und 10 sind Mikrophotographien der Schnittfläche einer Folie aus rostfreiem Stahl, die gemäß dem obenbeschriebenen Verfah­ ren gestanzt wurde, gezeigt. Bei der Durchführung des Stanzens betrug der Abstand ungefähr 40% (5 µm) der Dicke der Metallfolie. Der Hub der Stanzstempel beim Vorgang des Halbstanzens und beim Vorgang des Zurückstanzens betrug 30% der Dicke der Metallfolie. Der Vor­ gang des Halbstanzens und der Vorgang des Zurückstanzens wurde zehnmal durchgeführt. Die Mikrophotographie in Fig. 9 entspricht ei­ ner Seitenansicht der Folie aus rostfreiem Stahl. In der Photographie entspricht der weiße Bereich der Kontur der gestanzten Folie aus rost­ freiem Stahl. Genauer stellen die rechte und die linke weiße Linie die Oberflächen der Folie dar, während die untere weiße Linie die Schnitt­ fläche darstellt. Die Mikrophotographie in Fig. 10 entspricht einer Vorderansicht der in Fig. 9 gezeigten Schnittfläche. Genauer erstreckt sich die Schnittfläche horizontal im mittleren Bereich der Photographie. Diese Photographien zeigen deutlich, daß an der Schnittfläche keine Grate gebildet wurden und sowohl die obere als auch die untere Kante der Schnittfläche glatt ist. Die weißen Bereiche über und unter der Schnittfläche auf der Photographie in Fig. 10 entstanden durch Licht­ hofbildung bei der Aufnahme und stehen somit nicht im Zusammen­ hang mit der Schnittfläche.

Nun werden die in dem Verfahren der Erfindung verwendeten Stanz­ werkzeugsätze beschrieben.

In den Fig. 2(a) bis 2(d) ist ein Verfahren zum Stanzen eines Werk­ stückes 17 mit herkömmlichen Stanzwerkzeugsätzen mit einem relativ großen Zwischenraum von 50% bis 100% der Dicke des Werkstückes gezeigt. In Fig. 2(a) ist ein Anfangszustand gezeigt, in dem das Werk­ stück 17 zwischen den Stanzwerkzeugen eingeklemmt ist; in Fig. 2(b) ist ein Zustand gezeigt, in dem das Werkstück mittig gestanzt wird, und in Fig. 2(c) ist ein Zustand gezeigt, in dem das Werkstück von der gegenüberliegenden Seite gestanzt wird. Der Vorgang des Halbstanzens und der Vorgang des Zurückstanzens werden abwechselnd und wieder­ holt ausgeführt, woraufhin das Werkstück 17, wie in Fig. 2(d) gezeigt, schließlich abgetrennt wird. Wenn der Zwischenraum des Stanzwerk­ zeuges, wie oben beschrieben worden ist, im Verhältnis zur Dicke ei­ nes Werkstückes groß ist, entstehen auf beiden Seiten des Zwischen­ raumes Bereiche plastischer Verformung P innerhalb des Werkstückes, so daß sich schließlich in den Bereichen plastischer Verformung auf derjenigen Seite des Werkstückes, die nicht geschert wurde (und die zwischen den Stanzwerkzeugen 5 und 6 eingeklemmt ist), tiefe Risse Q bilden und dort verbleiben; d. h. daß die Scherung des Werkstückes un­ befriedigend ist. Die Bildung solch tiefer Risse Q sind der Tatsache zu­ zuschreiben, daß sich während des Stanzens in dem zwischen den Stanzwerkzeugen gehaltenen Bereich des Werkstückes extrem hohe Spannungen konzentrieren.

Diese Schwierigkeit wird durch die Erfindung wie folgt gelöst:

Wie in Fig. 3(a) gezeigt, werden die Kanten der oberen und der unte­ ren zum Einklemmen des Werkstückes 17 geeigneten Stanzwerkzeuge 5 und 6 vorab abgefast (oder abgerundet oder abgeschnitten), um die Spannungskonzentration an den Kanten während des Stanzens zu redu­ zieren. Wie in Fig. 3(b) gezeigt, sind die tiefen Risse Q, wie sie in Fig. 2(d) gezeigt sind, in dem Bereich plastischer Verformung, der sich auf derjenigen Seite des Werkstückteiles befindet, die nicht geschert wurde, kaum vorhanden, obwohl kleine Kerben entstanden sind. Das­ selbe Ergebnis kann erzielt werden, wenn anstelle der Stanzwerkzeuge 5 und 6 die Stanzstempel 7 und 8 abgefast werden.

In Fig. 4 ist das Verhältnis zwischen dem Hub jedes Stanzstempels und der Vibrationsfrequenz des Stanzstempels (oder der Anzahl der Wie­ derholungen des Vorganges des Halbstanzens und des Vorganges des Zurückstanzens) gezeigt. Daraus ist klar ersichtlich, daß bei großem Hub das Werkstück mit niedriger Bewegungsfrequenz des Stanzstem­ pels geschert werden kann. Wenn allerdings der Hub des Stanzstempels klein ist, muß die Vibrationsfrequenz des Stanzstempels erhöht werden. Ein geeigneter Hub des Stanzstempels hängt von der Beschaffenheit des Werkstückes ab; d. h., daß bei weichen Materialien ein größerer Hub als bei härteren Materialien gewählt werden sollte.

Wie oben beschrieben, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Stanzen einer Metallfolie piezoelektrische Betätiger als Energie­ quelle für den Stanzstempelantrieb eingesetzt. Diese piezoelektrischen Betätiger können die Stellungen in der Größenordnung von Mikrome­ tern steuern und die Stanzstempel so in Schwingung versetzen, daß das Verfahren des Halbstanzens und das Verfahren des Zurückstanzens wiederholt durchgeführt werden, wobei die Stanzstempel stumpf gegen beide Seiten des zwischen den Stanzwerkzeugen eingeklemmten Werk­ stückes stoßen. Deswegen kann die dünne Metallfolie mit einer Dicke von einigen zehn Mikrometern (µm) ohne Ausbildung von Graten ge­ schert werden, während es bei dem herkömmlichen hin- und hergehen­ den Stanzverfahren schwierig ist, ohne diese Ausbildung von Graten zu stanzen.

Außerdem kann, gemäß dem Verfahren der Erfindung, das Stanzen ei­ nes Werkstückes selbst dann ohne Ausbildung von Graten erreicht werden, wenn der Stanzwerkzeugzwischenraum größer als 10% der Dicke des Werkstückes ist. Das Verfahren ist wirksamer, wenn die Kanten der Stanzwerkzeuge oder der Stanzstempel abgefast sind. Das bedeutet, daß selbst bei großen Stanzwerkzeugzwischenräumen von 50% bis 100% der Dicke des Werkstückes die Spannungskonzentration im Werkstück reduziert wird, so daß die Bildung von Rissen und Gra­ ten aufgrund einer Doppelscherung wirksam verhindert wird.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist es für Fachleute offensichtlich, daß Veränderungen und Abwandlungen in der Form und im Detail vor­ genommen werden können, ohne den Bereich und den Geist der Erfin­ dung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, in den angefügten An­ sprüchen alle diese Veränderungen und Abwandlungen abzudecken.

Claims (6)

1. Verfahren zum Stanzen einer Metallfolie (17) auf einer Presse, die ein Paar von Stanzwerkzeugen (5, 6), ein Paar von Stanz­ stempeln (7, 8) und ein Paar von piezoelektrischen Betätigern (10, 11) zum Antrieb der Stanzstempel (7, 8) umfaßt, die sämtlich jeweils über bzw. unter der Metallfolie (17) angeordnet sind, wobei das Verfahren den Schritt des Einklemmens der Metallfolie (17) zwischen den Stanz­ werkzeugen (5, 6) umfaßt, gekennzeichnet durch den Schritt des Versetzens des Paares von Stanzstempeln (7, 8) in verti­ kale Schwingungen mittels der entsprechenden piezoelektrischen Betä­ tiger (10, 11), derart, daß abwechselnd ein Vorgang des Halbstanzens und ein Vorgang des Zurückstanzens ausgeführt wird, um die Metall­ folie (17) zu stanzen, wobei die Stanzstempel (7, 8) so gehalten wer­ den, daß sie stumpf gegen die beiden Seiten der Metallfolie (17) stoßen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Stanzstempels (7, 8) bei jedem Vorgang des Halbstanzens und bei jedem Vorgang des Zurückstanzens 10% bis 40% der Dicke der Metallfolie (17) beträgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Paar piezoelektrischer Betätiger (10, 11) in Verbindung mit dem Vorgang des Halbstanzens bzw. in Verbindung mit dem Vorgang des Zurückstanzens abwechselnd eine positive Spannung angelegt wird, um das Paar von Stanzstempeln (7, 8) in vertikaler Richtung in Schwin­ gungen zu versetzen.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem an einen der piezoelektrischen Betätiger (10, 11) eine positive Spannung angelegt worden ist, an den jeweils anderen piezoelektri­ schen Betätiger (11, 10) mit einer Verzögerung eine negative Spannung angelegt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Stanzwerkzeuge (5, 6) abgefast sind.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Stanzstempel (7, 8) abgefast sind.