Biegeumformung

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN
1.2. Verfahrensvarianten
1.2.1. Freies Biegen
1.2.2. Dreipunktbiegen
1.2.3. Gesenkbiegen

2. Verfahrensprinzip querkraftfreies Biegen
2.1. Mechanische Grundlagen
2.2. Verlängerung / Verkürzung des Werkstückes
2.3. Rückfederung
2.4. Biegeradius
2.5. Biegekraft

3. Welche Rolle spielt der Werkstoff?
3.1. Festigkeitseigenschaft
3.2. Verformungseigenschaft
3.3. Umformbarkeit

4. Biegeumformung in der Anwendung
4.1. Gesenkbiegepresse
4.2. Biegewerkzeuge
4.3. Zuschnittslänge eines gekanteten U-Profils
4.4. Flexibilität der Gesenkbiegepresse

Allgemeine Formelbezeichnungen

Literaturverzeichnis

Verzeichnis der Abbildungen

1. Einleitung

In der vorliegenden Belegarbeit soll, anhand der Fachliteratur, das Thema Biegeumformen für die Blechbearbeitung in Hinblick auf das Verfahrensprinzip, die Verfahrensvarianten, sowie den Aufbau einer Gesenkbiegepresse näher betrachtet werden.

1.1. Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN

Die Fertigungsverfahren werden nach DIN 8580 in sechs Hauptgruppen eingeordnet. Die sechs Hauptgruppen sind Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Stoffeigenschaftändern [vgl. Tsch-93 S.5]. Das Umformen nach DIN 8580 ist ein Fertigen durch die plastische bzw. bildsame Formänderung eines festen Körpers. Dabei bleibt die Masse, aber auch der Werkstoffzusammenhang, des Körpers erhalten. Die Formänderung eines festen Körpers ist eine reine Gestaltänderung, ohne Zuführung oder Abführung von Werkstoff, d.h. unter Beibehaltung des Ausgangsvolumen. Umgeformt wird wählbar durch Druckkraft, Zug- und Druckkraft, Zugkraft, Biegekraft oder Schubkraft mit den jeweiligen Verfahren, siehe Tabelle 1.

Abbildung in ieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 Einteilung der Umformverfahren [vgl. Schu-96, S.7]

Nach DIN 8586 ist Biegeumformen, meist nur Biegen genannt, ein Umformformen von festen Körpern, bei dem abgewinkelte oder ringförmige Werkstücke aus Blechen angefertigt werden [vgl. Sche-04 S.86]. Die Biegeumformung wird demnach unterteilt in Umformung mit geradliniger oder drehender Werkzeugbewegung. Die geradlinigen Werkzeugbewegung wird aufgegliedert in folgende Untergruppen Freies Biegen (Querkraftfreies Biegen u.a.), Gesenkbiegen (Gesenkbördeln u.a.), Rollbiegen und Knickbiegen. Biegen mit drehender Werkzeugbewegung wird in Walzbiegen, Schwenkbiegen, Umlaufbiegen und Rundbiegen eingeteilt [vgl. Lan-84, S.24]. Die Änderung des plastischen Zustandes resultiert durch die äußere Biegebeanspruchung, infolge von Biegemomenten. [vgl. Sche-04, S.8].

1.2. Verfahrensvarianten

1.2.1. Freies Biegen

Die Werkzeuge dienen beim Freien Biegen nur zur Kraftübertragung, d.h. das im Werkzeug die Form des Werkstückes ohne formgebende Führung des Biegequerschnittes frei ausgebildet wird. Demzufolge liegt das Werkstück auf dem Werkzeug auf zwei Punkten auf. Wenn der Stempel nun die Biegebewegung ausübt, platziert sich zur Mitte hin eine wachsende Krümmung. Vorwiegend wird diese Verfahrensvariante zum Richten von Werkstücken eingesetzt und findet seine Anwendung in der Einzel- und Kleinserienfertigung mit Hilfswerkzeugen (Biegeplatte, Abkanntpressen) [vgl. Tsch-93, S.164, vgl. u.a. Sche-04, S.90].

1.2.2. Dreipunktbiegen

Durch einen gesteuerten Einsatz des Werkzeuges Matrize wird das Freie Biegen beim Dreipunkt-biegen präzisiert. Bei diesem Verfahren werden exaktere Umformergebnisse als beim Freien Biegen erbracht. Zugleich ist es anpassungsfähig in den herstellbaren Biegewinkeln. Die Matrize besitzt eine extra gesteuerte Achse, wodurch die Steuerung aber beträchtlich aufwendiger ist. Durch diesen Aufwand entstehen höhere Werkzeugkosten, was der Grund für die niedrige Zahl der Herstellfirmen für das Dreipunktbiegen darstellt [vgl. Elek-05].

1.2.3. Gesenkbiegen

Bei der Biegeumformung Gesenkbiegen wird das Werkstück, welches sich zwischen den Werkzeugen Stempel und Matrize befindet, durch den Stempel bis zur Anlage im U- oder V-Gesenk gedrückt. Das Gesenkdrücken kann mit dem Gesenkbiegen im gleichen Arbeitsvorgang verknüpft werden, da die Umformung mit einem Prägedruck im Gesenk endet. Der Prägedruck, auch Nachdrücken genannt, dient der Verringerung der elastischen Rückfederung und Abbau der Innenspannung. Der Winkel, der von den Schenkeln eingeschlossen ist, steht um so passender, je kleiner der Stempelradius (Biegeradius ri) ist. Der Biegeradius solle jedoch einen gewissen Mindestradius nicht überschreiten, damit die gewünschten U- oder V-Formen erreicht werden [vgl. Tsch-93, S.164ff].

2. Verfahrensprinzip querkraftfreies Biegen

Bei diesem Biegevorgang wird die gewünschte Form nicht durch die Werkzeugformen erzeugt, sondern wird durch die frei auf das Werkstück wirkenden Kräfte hervorgerufen. Das verlangte Werkstück wird durch die Bewegung der Werkstückenden erzeugt. Diese Bewegung ist momenten- oder weggesteuert und bedeutet eine reine Momentenbelastung an den Werkstückenden [vgl. Sche-04, S.91, vgl. u.a. Bau-01, S.11]. Beim querkraftfreien Biegen wird demzufolge ohne Werkzeuge gearbeitet. Durch diesen Vorgang können nahezu willkürliche Biegungen unabhängig der Querschnittgeometrie des Profils erzeugt werden [vgl. Bau-01, S.11].

2.1. Mechanische Grundlagen

Eine Biegemaschine befindet sich im Betriebszustand des querkraftfreien Biegens und das Werkzeug besitzt daher keinen Gegenhalter. Das gebogene Profil ist zum einem in einem drehbaren Aufnehmer und zum anderen in einem ruhenden Aufnehmer eingespannt. Durch den Längenausgleichszylinder wird der drehbare Aufnehmer am Führungsschlitten positioniert. Der Führungsschlitten wird linear auf zwei Säulen bewegt. Um das Profil gegen den Innendruck abzudichten, wird vom Zylinder zur selben Zeit die Dichtkraft zur Verfügung bereitgestellt. Auf der anderen Seite des Werkzeuges belastet der Nachschiebezylinder am ruhenden Aufnehmer das Profil in Richtung des freien Umformbereichs. Der Dichtsatz ist am ruhenden Aufnehmer verschiebbar ausgeübt. Der Biegezylinder dreht den drehbaren Aufnehmer um seine Achse, dadurch wird am Profil das Biegemoment, welches zur Umformung nötig ist, aufgebracht. Gleichzeitig erfolgt die Schwenkbewegung, indem das Werkzeug um das Lager vom ruhenden Aufnehmer geschwungen wird. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Schwenkflansch über die Lauffläche. Die Schwenkbewegung wird durch den Schwenkzylinder hervorgerufen und erfüllt [vgl. Bau-01, S.70].

2.2. Verlängerung / Verkürzung des Werkstückes

Durch die Biegebeanspruchung werden die äußeren Fasern des Werkstoffes verlängert (Zugbeanspruchung) und die inneren Fasern werden dagegen verkürzt (Druckbeanspruchung). Die äußeren Fasern sind nach der Biegeumformung gestreckte Fasern, die inneren gestauchte Fasern. Zwischen diesen beiden Fasern befindet sich noch die neutrale Faser, welche sich in der Mitte des Werkstückes befindet, sowie unverändert und spannungslos ist. Die neutrale Faser wandert in Richtung des Krümmungsmittelpunktes, d.h. innere Berandung. Der Grund hierfür ist, dass die äußeren Fasern durch die Zugbeanspruchung, auch Zugspannung genannt, gestreckt und dünner werden, wiederum die inneren Fasern durch Druckbeanspruchung gestaucht und dicker werden. Die Kenntnis der gestreckten Länge ist für Biegeteile, welche in Biegewerkzeugen umgeformt werden, wichtig. Die Länge wird entweder durch die Betrachtung der Biegezonen und der Summe aller Teilstücke des unverformten Werkstückes berechnet oder durch die gemessenen Schenkellängen (Außenseite, Verformung) und einem Ausgleichswert (Länge des gebogenen Abschnitts wird berücksichtigt) [vgl. Sche-04, S.86f].

2.3. Rückfederung

Bei allen Biegeumformverfahren erscheint eine Rückfederung. Es tritt die elastische Rückfederung auf, infolge der Aufhebung der Beanspruchung, welche ein gebogenes Blech in seine Werkstücks-anfangslage zurückferdert, wenn die Elastizitätsgrenze der Werkstoffes nicht überschritten wurde. Die Größe der Rückfederung ist von verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise von der Fließgrenze des umgeformten Werkstoffes, der Biegeart und Biegeradius. Die Biegewerkzeuge müssen einen kleineren Winkel als der vom Werkstück erhalten, denn je kleiner der Radius ist, um so größer ist die plastische Umformzone, folglich um so kleiner die Rückfederung [vgl. Sche-04, S.88, vgl. u.a. Tsch-93, S.167]. Des Weiteren ist das Verhältnis zwischen Biegeradius und Blechdicke von Bedeutung, da mit zunehmenden Verhältnis die elastische Rückfederung zunimmt. Um die gewünschte Umformung zu erhalten, muss das Biegeteil überbogen werden. Nach dem Überbiegen der Elastizitätsgrenze liegt die beabsichtigte Formänderung und eine gewisse Restspannung vor. Die elastische Rückfederung wird durch Warmbiegen verringert im Gegensatz zum Kaltbiegen, auch das Nachdrücken, wie z.B. beim Gesenkbiegen, dient als Prägeeffekt [vgl. Sche-04, S. 88ff].

2.4. Biegeradius

Der Mindestbiegeradius darf beim kaltplastischen Biegen nicht unterschritten werden, da es sonst zum Versagen des Werkstoffes kommt. Das Aufreißen des Werkstoffes an der Außenkante (Zugzone) ist die Folge. Nach der Blechdicke s [mm] richtet sich der innere Biegeradius, welcher so groß wie möglich auszuüben ist. Soll der angegebene Mindestradius vergrößert werden, muss eine Erhöhung der Plastizität des Werkstoffes mittels Erwärmung erfolgen. DIN 6935 empfiehlt Werte entsprechend der Rundungen, welche prinzipiell der Biegeradius annehmen sollte. Des Weiteren ist die Walzrichtung bei der Blechumformung von Bedeutung. Die zum Biegen geeignete Richtung ist quer zur Walzrichtung, rimin muss höher gewählt werden, wenn die Biegeachse parallel zur Walzrichtung des Bleches liegt. In der folgenden Tabelle 2 wurden für verschiedene Werkstoffe die zulässigen Mindestradien längs und quer zur Walzrichtung ermittelt und für die Biegewinkel α > 120° gilt der nächst höhere Wert [vgl. Sche-04, S.88, vgl. u.a. Schu-96, S.367f].

Abbildung in ieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2 Zulässiger Biegeradius ri min [vgl. SCHU-96, S. 368]

Unvorhergesehenes Biegeverhalten, sowie veränderte Randabstände sind die Ursachen der Biegeradiusabweichungen . Beispiele für unvorhergesehene Biegeverhalten wären ein Werkzeug, welches nicht die ganze Biegekantenbreite (b) des Biegeteils vollständig abdeckt, eine geringe Biegebreite, der Stempelradius bildet sich nicht exakt auf das Blechteil ab oder Besonderheiten im Konturverlauf des Biegeteils. Veränderte Randabstände können auftreten z. B. durch den seitlichen Versatz des Werkstückes im Gesenk [vgl. Mai–94, S. 56].

2.5. Biegekraft

Für den jeweiligen Biegevorgang ist eine Umformmaschine auszuwählen. Um die ideale Maschinenauswahl zu treffen, ist es notwendig die benötigte Biegekraft zu ermitteln. Beispielsweise ist die angebrachte Biegekraft beim Biegen im V-Gesenken von der Werkzeugweite abhängig. Wenn das Gesenk die korrekte Weite besitzt, nimmt bei diesem Fall der Biegeradius eine niedrigere Rolle ein, da die Werkzeugweite das Biegemoment festlegt. Folgende Formel werden zur Ermittlung der Biegekraft verwendet [ vgl. Tsch-93 S.169f, vgl. u.a. Schu-96, S.372].

[...]