Zurück zu den Grundlagen des Luftformens und Biegens an der Abkantpresse

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F: Ich habe Schwierigkeiten zu verstehen, wie der Biegeradius auf einem Druck (den ich spezifiziere) mit der Werkzeugauswahl zusammenhängt. Beispielsweise haben wir derzeit einige Probleme mit einigen Teilen aus 0,5 Zoll dickem A36-Stahl. Für diese Teile verwenden wir einen Stempel mit einem 0,5-Zoll-Durchmesser. Radius und ein 4-Zoll. sterben. Wenn ich nun die 20 %-Regel anwende und die 4-in multipliziere. Wenn ich die Matrize um 15 % öffne (für Stahl), erhalte ich 0,6 Zoll. Aber woher weiß der Bediener, dass er den Stempel mit einem Radius von 0,5 Zoll verwenden muss, wenn der Druck einen Biegeradius von 0,6 Zoll erfordert?

A: Sie sind auf eines der größten Probleme der Blechindustrie gestoßen. Dies ist ein Missverständnis, mit dem sich sowohl die Technik als auch die Fertigung auseinandersetzen müssen. Um dieses Problem zu lösen, beginnen wir mit der Grundursache – also den beiden Umformmethoden und dem Mangel an Wissen über die Unterschiede zwischen ihnen.

Seit dem Aufkommen der angetriebenen Abkantpresse in den 1920er Jahren bis heute haben Bediener Teile mit Bodenbiegung oder Bodenbildung geformt. Obwohl die Bodenbearbeitung in den letzten 20 bis 30 Jahren an Beliebtheit verloren hat, bestimmt die Biegemethode immer noch unser Denken beim Biegen von Blechen.

Präzisionsgeschliffene Werkzeuge kamen Ende der 1970er Jahre auf den Markt und veränderten das gesamte Paradigma. Schauen wir uns also an, wie sich Präzisionswerkzeuge von Hobelwerkzeugen unterscheiden, wie die Umstellung auf Präzisionswerkzeuge die Branche verändert hat und was das alles mit Ihrer Frage zu tun hat.

In den 1920er-Jahren wandelte sich das Umformen vom Falzen auf einer Blattbremse zum Umformen in eine V-Matrize mit passendem Stempel. Ein 90-Grad-Stempel würde mit einer 90-Grad-V-Matrize gekoppelt. Der Wechsel vom Biegen zum Umformen war für die Blechbearbeitung ein großer Fortschritt. Das ging unter anderem deshalb schneller, weil die neu entwickelte Abkantpresse angetrieben war – kein manuelles Abkanten jeder Biegung mehr von Hand. Außerdem konnten Abkantpressen von unten gebogen werden, was die Genauigkeit erhöhte. Abgesehen von der Hinterlehre kann die höhere Genauigkeit darauf zurückgeführt werden, dass die Stanznase ihren Radius in den inneren Biegeradius des Materials einprägt. Dies wurde erreicht, indem die Spitze des Werkzeugs in eine Position gezwungen wurde, die geringer als die Materialstärke ist. Und wie wir alle wissen: Wenn wir einen konsistenten Innenbiegeradius erreichen können, können wir die korrekten Werte für den Biegeabzug, die Biegezugabe, den Außenrücksprung und die K-Faktoren berechnen, unabhängig von der Art der Biegung, die wir durchführen.

Es war durchaus üblich, einen sehr scharfen Innenbiegeradius teilweise zu überqueren. Hersteller, Designer und Handwerker wussten, dass das Teil noch halten würde, denn es schien, als sei alles überbaut – und in Wahrheit war es auch alles, zumindest im Vergleich zu heute.

Das war alles schön und gut, bis etwas Besseres kam. Der nächste Sprung nach vorne erfolgte Ende der 1970er Jahre mit der Einführung präzisionsgeschliffener Werkzeuge, computergestützter numerischer Steuerungen und einer verbesserten Steuerung hydraulischer Systeme. Sie hatten nun die vollständige Kontrolle über die Abkantpresse und ihre Systeme. Aber der entscheidende Faktor waren die präzisionsgeschliffenen Werkzeuge, die alles grundlegend veränderten. Alle Regeln für die Herstellung guter Teile hatten sich geändert.

Die Geschichte der Formgebung ist voller Sprünge nach vorne. Schritt eins: Wir sind von den inkonsistenten Biegeradien der Blattbremse zu einem konsistenten Biegeradius übergegangen, der durch Prägen, Bodenpressen und Prägen erzeugt wird. (Hinweis: Die Bodenbildung unterscheidet sich von der Prägung. Weitere Informationen hierzu finden Sie in den Kolumnenarchiven. Allerdings habe ich für diese Kolumne „Bodenbiegung“ verwendet, um sowohl die Bodenbildungs- als auch die Prägeformungsmethode zu implizieren.)

Diese Methoden erforderten eine große Tonnage, um Teile zu formen. Das war natürlich in vielerlei Hinsicht nicht gut für die Abkantpresse, die Werkzeuge oder die Teile. Dennoch waren sie fast 60 Jahre lang die gebräuchlichste Methode zum Biegen von Metall – bis die Industrie mit der Luftumformung den nächsten Schritt nach vorne machte.

Was genau ist Air Forming (oder Air Bending) und wie funktioniert es im Vergleich zum Bottom Bending? Der Sprung veränderte erneut die Art und Weise, wie der Radius erstellt wurde. Anstatt nun den inneren Biegeradius zu prägen, „schwebt“ die Luft den Innenradius als Prozentsatz der Matrizenöffnung oder des Abstands zwischen den Matrizenschultern (siehe Abbildung 1).

ABBILDUNG 1. Beim Luftbiegen bestimmt die Matrizenbreite und nicht die Stempelspitze den inneren Biegeradius. Der Radius „schwebt“ innerhalb der Matrizenbreite. Außerdem bestimmt die Eindringtiefe (nicht der Matrizenwinkel) den Biegewinkel im Werkstück.

Bei unserem Basismaterial, niedriglegiertem Kohlenstoffstahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI, bildet Luft einen Radius, der etwa 16 % der Matrizenöffnung beträgt. Die Prozentsätze variieren je nach Materialtyp, Ausbeute, Härte und anderen Eigenschaften. Aufgrund der Schwankungen im Blech selbst wird die Vorhersage des Prozentsatzes nie perfekt sein. Dennoch sind sie einigermaßen genau.

Weiche Aluminiumluft bildet einen Radius, der 13 bis 15 % der Matrizenöffnung ausmacht. Warmgewalztes, gebeiztes und geöltes Material bildet mit Luft einen Radius von 14 bis 16 % der Matrizenöffnung. Bei kaltgewalztem Stahl (unser Basisprodukt mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI) bildet die Luft einen Radius, der 15 bis 17 % der Matrizenöffnung beträgt. Und Luft aus Edelstahl 304 bildet einen Radius, der 20 bis 22 % der Matrizenöffnung ausmacht. Auch diese Prozentsätze weisen aufgrund von Materialschwankungen unterschiedliche Werte auf. Um Prozentsätze für andere Materialien zu ermitteln, können Sie deren Zugfestigkeit mit der 60-KSI-Zugfestigkeit unseres Basismaterials vergleichen. Wenn Ihr Material beispielsweise eine Zugfestigkeit von 120 KSI hat, sollte der Prozentsatz 31 % bis 33 % betragen.

Angenommen, wir haben Kohlenstoffstahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI, einer Dicke von 0,062 Zoll und einem sogenannten Innenbiegeradius von 0,062 Zoll. Wenn wir ihn über eine V-Matrizenöffnung von 0,472 biegen, würde die resultierende Formel wie folgt aussehen:

Ihr Innenbiegeradius beträgt also 0,075 Zoll, ein Wert, den Sie verwenden können, um die Biegezugabe, den K-Faktor, die Rückschläge und den Biegeabzug einigermaßen genau zu berechnen – vorausgesetzt, dass Ihre Abkantpressenbediener die richtigen Werkzeuge und die richtige Technik verwenden Das Teil wurde entsprechend den Werkzeugen entworfen, die die Bediener verwenden.

Im Beispiel verwendet der Bediener ein 0,472-Zoll-Gewinde. Matrizenöffnung. Der Bediener geht ins Büro und sagt: „Houston, wir haben ein Problem. Dieser 0,075-Zoll-Stanzradius? Es scheint, dass wir tatsächlich ein Problem haben; wo bekommen wir so einen? Der nächste, den wir bekommen können.“ Das Regal ist 0,078 Zoll oder 0,062 Zoll groß. Der Stanzradius von 0,078 Zoll ist zu groß und der Stanzradius von 0,062 Zoll ist zu klein.

Aber das ist eine falsche Wahl. Warum? Der Stanzradius erzeugt nicht den inneren Biegeradius. Denken Sie daran, wir reden hier nicht über die Biegung des Bodens, bei der, ja, die Stanznase der entscheidende Faktor ist. Wir sprechen von Luftbildung. Die Breite der Matrize ergibt den Radius; Der Stempel ist nur die Schubeinheit. Beachten Sie außerdem, dass der Winkel der Matrize keinen Einfluss auf den Innenbiegeradius hat. Möglicherweise verwenden Sie eine Spitz-, V- oder Kanal-Matrize. Wenn alle drei die gleiche Matrizenbreite haben, erhalten Sie den gleichen Innenbiegeradius.

Der Stanzradius spielt bei den Ergebnissen eine Rolle, ist aber nicht ausschlaggebend für den Biegeradius. Wenn Sie nun mit einem Stempelradius formen, der größer als der schwebende Radius ist, nimmt das Teil den größeren Radius an. Dadurch ändern sich die Biegezugabe, Rückschläge, der K-Faktor und die Biegeabzüge. Das wäre also keine gute Wahl, oder? Du hast es verstanden – es wäre keine gute Wahl.

Was wäre, wenn wir einen 0,062-Zoll verwenden würden? Stempelradius? Dieser Schlag wäre eine gute Wahl. Warum? Denn zumindest wenn man mit handelsüblichen Werkzeugen arbeitet, kommt man dem natürlich „schwebenden“ Innenbiegeradius so nahe wie möglich. Die Verwendung einer solchen Stanznase in dieser Anwendung sollte zu gleichmäßigen, stabilen Biegungen führen.

Ideal ist es, einen Stempelnasenradius zu wählen, der dem Schweberadius im Teil nahe kommt, ihn jedoch nicht überschreitet. Je kleiner der Radius der Stanzspitze im Verhältnis zum Radius der schwebenden Biegung wird, desto weniger stabil und vorhersehbar wird die Biegung, insbesondere wenn Sie am Ende scharf biegen. Ein zu schmaler Stempel knittert das Material und erzeugt eine scharfe Biegung mit schlechter Konsistenz und Wiederholbarkeit.

Viele fragen mich, warum die Materialstärke erst bei der Auswahl der Matrizenöffnung eine Rolle spielt. Bei den Prozentwerten zur Vorhersage eines luftgeformten Radius wird davon ausgegangen, dass die verwendete Matrize die richtige Matrizenöffnung für die Materialdicke hat. Das heißt, die Matrizenöffnung ist nicht größer oder kleiner als nötig.

Sie können zwar unter- oder übergroße Matrizen formen, der Radius neigt jedoch dazu, sich zu verzerren, wodurch sich viele Werte der Biegefunktion ändern. Ähnliche Effekte werden Sie auch sehen, wenn Sie einen falschen Stempelradius verwenden. Daher ist die Faustregel, eine Matrizenöffnung zu wählen, die das Achtfache der Materialstärke beträgt, ein guter Ausgangspunkt.

Im besten Fall würde die Technik in die Werkstatt gehen und mit den Bedienern der Abkantpresse sprechen. Stellen Sie sicher, dass jeder den Unterschied zwischen den Umformmethoden kennt. Erfahren Sie, welche Methoden sie anwenden und mit welchen Materialien. Besorgen Sie sich eine Liste aller verfügbaren Stempel und Matrizen und entwerfen Sie dann die Teile anhand dieser Informationen. Notieren Sie sich als Nächstes in der Dokumentation den Stempel und die Matrize, die für die korrekte Formgebung des Teils erforderlich sind. Natürlich gibt es mildernde Umstände, in denen Sie die Werkzeuge möglicherweise anpassen müssen, aber das sollte die Ausnahme und nicht die Regel sein.

Operatoren, ich weiß, dass Sie alle Primadonnen sind; Ich war selbst einmal einer! Aber die Zeiten, in denen Sie sich ein Toolset nach Ihren Wünschen aussuchen können, sind vorbei. Allerdings spiegelt die Angabe, mit welchen Werkzeugen das Teil gebaut werden soll, nicht Ihren Kenntnisstand wider. Es ist lediglich eine Tatsache des Lebens. Wir fliegen jetzt in die Luft; Wir beugen uns nicht mehr nach unten. Die Regeln haben sich geändert.