Grenzen, Vor-/Nachteile verschiedener Herstellungsarten von Zugproben

nicht jedes Verfahren, dass Metalle trennen kann ist geeignet

Die Herstellung von Zugproben mittels Zugprobenstanze und Probenschleifmaschine ist mittlerweile hundertfach bewährt und allgemein anerkannt. Insbesondere bei der Anarbeitung von Blechen (Spaltanlagen, Querteilanlagen) in Stahl-Service-Betrieben und bei kleineren bis mittleren Unternehmen ist diese Art der rationellen Probenherstellung durch nichts anderes ersetzbar: Wenn eine hochwertige Zugprobe innerhalb von 3 Minuten zur Prüfung bereitstehen soll gibt es kein System das schneller ist als die auf unseren Seiten beschriebene Probenvorbereitungssystemen.

Für die Probenvorbereitung empfehlen wir die Zugprobe zuerst auf einem für diese Aufgabe (Zugprobenherstellung) optimierten Werkzeug zu stanzen. Von der Blechtafel bis zum Rohling dauert dies nur etwa 10 Sekunden inkl. dem Einlegen und Entnehmen der Probentafel (ohne Werkzeugwechsel - ca. 30 Sekunden). Danach wird der Rohling bzw. ein Stapel von Proben in die Probenhalterung der Probenschleifmaschine eingelegt eingelegt und innerhalb von ca. 30 - 60 Sekunden so geschliffen, dass diese direkt danach - ohne weitere Bearbeitung - für die Prüfung genutzt werden. Und das mit einer Güte die von keinem anderen System erreicht bzw. übertroffen wird.

Es gibt jedoch auch Grenzen dieses Systems:

Typisch ist heute das Stanzen von Blechen bis ca. 8 oder gar 10 mm. Durch die Weiterentwicklung unserer Stanzen und der Zug-Probenschleifmaschine PSM2000 sind nun auch Bleche bis 10 mm stanzbar und schleifbar. Die Grenzen liegen bei einem Verhältnis von 1,5 : 1 (Breite zu Dicke) der Bleche. Durch den Einsatz besonderer Schleifbänder ist eine Schädigung der Probe durch Erhitzung über 120° C ausgeschlossen - zahlreiche Versuche belegen dies. Mehrfach wurden Messungen durchgeführt bei denen nie eine Temperatur von 50 - 60°C überschritten wurde. Eine aktive Kühlung des Schleifvorgangs ist nicht erforderlich oder sinnvoll.

Aber auch wenn Sie die Proben nicht schleifen sondern fräsen möchten Das Stanzen einer Zugprobe macht auch dann Sinn:

  • es braucht kein Streifen auf einer Schlagschere oder ähnlich vorgeschnitten werden, der Rohling kann kompakt übereinander im Stapel in die Fräse eingelegt werden
  • durch die Stanzung "nahe der Endform" wird die Bearbeitungszeit mit einer Fräse minimiert da nur noch die Messlänge bearbeitet werden muss

Es kommt also zu den Gerätekombinationen:

  • Zugprobenstanze, Zugprobenstanzwerkzeuge + Probenschleifmaschine (Probenaufkommen < 200 - 400 / Tag)
  • Zugprobenstanze und CNC-Fräse (Probenaufkommen > 200 / Tag)

 

Immer wieder werden uns auch Fragen gestellt, welche Alternativen für die Probenherstellung denkbar sind. Nachfolgend haben wir diese Methoden einmal aufgelistet und Argumente für und wider gesammelt.

Hochdruck-Wasserstrahlschneiden (Water-Jet-Cutting)

Vorteile Wasserstrahl-Schneiden

  • sehr universell, schneidet alle Materialien
  • Verarbeitung aller Bleche, auch hohe Festigkeiten, die nicht stanzbar sind (Festigkeit > 1.700 MPa
  • Verarbeitung von Blechen über 10 mm Dicke
  • bei entsprechender Bedienung / Programmierung hohe Flankengüte der Probe

Nachteile Wasserstrahl-Schneiden

  • teilweise extrem lange Bearbeitungszeiten (Wartezeit bei eiligen Prüfungen)
  • für die Bedienung der Anlage ist qualifiziertes (teures) Fachpersonal erforderlich
  • es entstehen hohe Betriebs- und Wartungskosten
  • neben dem Wasser wird abrasives Granulat benötigt - aufwendige, kostenintensive Entsorgung
  • die Proben sind (sofern keine Rostschutzemulsion versendet wird) bereits am Folgetag verrostet
  • die Trennung erfolgt quer zu Zugrichtung - teilweise muss die Oberflächerauhigkeit der Schnittfläche durch Nachbearbeitung verbessert werde (schleifen) für Rauhigkeit von <6,3µ Rz
  • teuere Anschaffung da nur mehr als 3 Bewegungsachsen erforderlich sind (Schrägstellung des Schneidstrahls zur Vermeidung der Konizität der Probe
  • für unterschiedliche Blechdicken müssen unterschiedliche Programme angelegt / gewählt werden damit die der Konizitäts-Ausgleich nicht zu undefinierten Probenbreiten führt (Probebreite b = 20 mm)

Laserstrahl-Schneiden von Zugproben

Vorteile Laser-Schneiden

  • universell, schneidet alle Metalle
  • Verarbeitung harter Bleche mit hoher Festigkeit > 1.700 MPa möglich
  • Verarbeitung von Blechen über 12 mm Dicke
  • im Bereich Automotive ist eine Laser-Schneidanlage zur Besäumung von Pressteilen oft bereits vorhanden (Nutzung auch für Zugproben)

Nachteile Laser-Schneiden

  • Zur Herstellung von Zugproben nur geeignet für Bleche < 3,0 mm (die Wäremeinflusszone ist auf ca. 0,4 mm tief begrenzt und kann mit der Probenschleifmaschine PSM 2000 einfach entfernt werden - die Kombination von Laserschneiden und Probenschleifmaschine wird sehr häufig genutzt.
    Bei größeren Materialdicken >3,0 mm ist die eingebrachte Wärme so groß, dass die Schmelzkante zu weit in das Material hineinreicht. Das zerstörte, verbrannte Gefüge muss aufwendig entfernt werden. Wer einmal versucht hat Maganstahl (Presshärten) versucht hat zu fräsen wird daran "verzweifeln" - die Zähigkeit zerstört jeden Fräser
  • hohe Investitionskosten (falls allein für die Probenvorbereitung angeschafft werden soll)
  • lange Bearbeitungszeiten (Wartezeit bei eiligen Prüfungen)
  • die Bedienung der Anlage erfordert qualifiziertes Fachpersonal
  • Es entstehen hohe Betriebs- und Wartungskosten
  • die Probe muss nach der Herstellung nachbearbeitet auf jeden falls nachgearbeitet werden da durch die thermische Bearbeitung mit dem Laser eine hitzegeschädigte Wärmezone entsteht die die Ergebnisse extrem verfälschen (doppelte Bearbeitung)

Konventionelles Fräsen mit Handsteuerung

Vorteil konventionelles Fräsen

  • Geringe Investitionskosten da gebrauchte Ausstattung angeschafft werden kann

Nachteil konventionelles Fräsen

  • der Vorteile der günstigen Anschaffung wird durch die Personalkosten schnell aufgebraucht
  • lange Herstellungsdauer (Wartezeit bei eiligen Prüfungen)
  • präzise Proben können nur mit erhöhtem Aufwand und konzentration hergestellt werden
  • es entstehen Betriebs- und Wartungskosten, Verschleiß von Fräsern...;
  • Fachpersonal erforderlich

CNC-gesteuerte Fräse

Vorteil CNC-Fräsen

  • Flexible Nutzung auch für unterschiedliche Probenformen
  • Nutzung dieser Werkzeugmaschine auch für andere Aufgaben
  • bei hohem Probenaufkommen "rechnet" sich die "mannlose" automatische Bearbeitung (Probenstapel)

Nachteil CNC-Fräsen

  • Hohe Investitionskosten
  • lange Herstellungsdauer (Wartezeit bei eiligen Prüfungen)
  • Es entstehen Betriebs- und Wartungskosten, Verschleiß von Fräsern...
  • Für die Bedienung der Anlage ist Fachpersonal erforderlich

Nibbelmaschine

Vorteil Nibbelmaschine

  • Schnelle Probenherstellung

Nachteil Nibbelmaschine

  • sehr hohe Investitionskosten
  • die Kanten müssen wie beim Stanzen nachgearbeitet werden
  • es kommt (ja nach Blechdicke) zum Flattern des Bleches (für unterschiedliche Blechdicken ungeeignet)

Probenstanzen, Stanzwerkzeuge + Probenschleifmaschine

Nachteil Stanz- + Schleiftechnik

  • sehr schnelle Probenherstellung einzelner Proben - innerhalb ca. 2 Minuten steht eine fertige Zugprobe zu Verfügung (eilige Prüfungen)
  • kostengünstige Herstellung auch hoher Stückzahlen innerhalb kürzester Zeit (bis zu 800 pro Bediener / Schicht (ausgehend von DINA4)
  • Proben höchster Güte mit einer Bearbeitung im Längsschliff (Probenschleifmaschine)
  • es wird fast immer eine (deutlich) höhere Dehnung erzielt
  • die Ergebnisse von Reh / Rel und Rp0,2 sind garantiert richtig
  • Geringe Betriebskosten
  • Wartungsfreie Maschinen
    Ölwechsel alle 5 Jahre
    Schärfen der Stanzwerkzeuge alle 20.000 - 100.000 Proben
    Nachbearbeitung der Schleifmaschine alle 5 Jahre
  • Automatisierbar (Roboter-Handlingssystem: Mannlos von der Blechtafel zur gestanzten, etikettierten Zugprobe)

Nachteil Stanz- + Schleiftechnik

  • bei nur wenigen Proben am Tag / Woche unwirtschaftlich -->  lassen Sie die Proben fräsen
  • keine mannlose Fertigung
  • Automatisierung kostenintensiv