Blog

Aug 10, 2023

Die Wissenschaft: Grundlagen des Metallbiegens an der Stanzpresse, Teil I

ZhakYaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus Hinweis: Dies ist Teil I eines Zweiteilers

ZhakYaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus

Notiz: Dies ist Teil I einer zweiteiligen Serie, die sich mit den Grundlagen des Metallbiegens in einer Stanzpresse befasst. Lesen Sie hier Teil II.

Als professioneller Berater werde ich häufig gebeten, mich mit Werkzeugproblemen bei Metallbiegevorgängen zu befassen, z. B. wenn der richtige Biegewinkel nicht erreicht werden kann, der Biegewinkel von Teil zu Teil inkonsistent ist und Risse im Radius eines gebogenen Teils auftreten. So einfach es auch erscheinen mag, Biegen kann eine große Herausforderung sein.

Beim Biegen handelt es sich um eine der häufigsten Umformmethoden in Metallstanzwerkzeugen, bei der Metall entlang einer geraden Achse verformt wird. (Dies unterscheidet es vom Bördeln, bei dem eine gekrümmte Achse verwendet wird.) Es kann verwendet werden, um jeden gewünschten Biegewinkel zu erhalten, obwohl 90-Grad-Biegungen am häufigsten sind.

Elemente wie Laschen und Kanäle werden durch den Biegeprozess erstellt. Wenn Biegen zur Herstellung U-förmiger Teile verwendet wird, spricht man von U-Formung oder Kanalformung.

Eine der größten Herausforderungen beim Metallbiegen ist die Rückfederung. Es wird auch als elastische Erholung bezeichnet und ist die Tendenz des Materials, bei Verformung in seine ursprüngliche flache Form zurückzukehren.

Metalle wie Kupfer und Weichstahl sind weicher und haben geringere Rückfederungswerte als ihre höherfesten Gegenstücke, wie hochfester Stahl oder Federstahl. Unabhängig vom Rückfederungswert des Metalls müssen Sie zum Erreichen des richtigen endgültigen Biegewinkels das Metall über den gewünschten Biegewinkel hinaus biegen und ihm erlauben, in den richtigen Winkel zurückzukehren. Werkzeug- und Formenbauer sowie Ingenieure bezeichnen diesen Vorgang gemeinhin als Überbiegen.

Trotz der Bemühungen der Stahlhersteller ist es nahezu unmöglich, die mechanischen Eigenschaften des Metalls über eine gesamte Spule hinweg konstant zu halten, und diese unterschiedlichen Eigenschaften wirken sich auf das Ausmaß der auftretenden Rückfederung aus.

Je höher die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Materials sind, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Rückfederungswerte ansteigen und zum Ausgleich eine stärkere Überbiegung erforderlich ist. Auch die Dicke macht einen Unterschied: Dickere Metalle weisen geringere Rückfederungswerte auf als dünnere Metalle der gleichen Art, hauptsächlich weil im radialen Bereich ein größeres Materialvolumen verformt und kaltverfestigt wurde. Darüber hinaus ist dickeres Material von Natur aus steifer als dünneres Material, sodass es seine ursprüngliche Form besser beibehält.

Die Größe des inneren Biegeradius hat auch einen großen Einfluss auf das Ausmaß der Rückfederung, die während des Biegevorgangs auftritt. Größere Radien führen zu größeren Rückfederungswerten, während kleinere Radien die Rückfederung verringern. Ist der Radius jedoch zu klein, kann es dazu kommen, dass das Metall am Außenradius splittert, wo es am stärksten beansprucht wird.

Das gesamte Spulenmaterial ist gewalzt und weist eine Faserrichtung auf. Das Biegen oder Formen in Bezug auf die Faserrichtung beeinflusst das Ausmaß der erforderlichen Überbiegung sowie die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung im radialen Bereich. Wenn es um Spaltung geht, ist das Biegen quer (quer zur Faserrichtung) zur Walzrichtung wünschenswerter als das Biegen parallel zur Walzrichtung. Achten Sie unbedingt sowohl auf die Größe des Innenbiegeradius als auch auf die Biegerichtung im Verhältnis zur Walzrichtung, insbesondere wenn das Material hochfest ist oder eine schlechte Dehnbarkeit aufweist.

Die Geschwindigkeit der Metallverformung beeinflusst auch das Ausmaß der auftretenden Rückfederung. Denken Sie daran, dass Metalle empfindlich auf die Dehnungsgeschwindigkeit reagieren, was bedeutet, dass unterschiedliche Umformgeschwindigkeiten zu unterschiedlichen Ausmaßen der Dehnung und Dehnungsverteilung führen.

Weitere Variablen sind die Art, das Ausmaß und die Stärke der Belastung, die zur Erzeugung der Biegung verwendet wird. Wenn Metall gedehnt oder kaltverfestigt wird, nimmt die Rückfederung ab. Beim Biegen entstehen auf natürliche Weise Zug- und Druckspannungen, wenn das Metall gedehnt bzw. gestaucht wird. Es können auch Spannungen erzeugt werden, beispielsweise durch Prägen, bei dem das Metall zwischen einem Stempel und einer Matrize zusammengedrückt wird, um seine Dicke zu verringern und eine Kaltverfestigung zu bewirken.