Auswirkung der Faserrichtung auf die Blechbiegung

Wenn Bediener von Abkantpressen einen kleinen Radius mit der Materialfaser biegen, d. h. die Biegelinie verläuft parallel zur Materialfaserrichtung, sollten sie auf Risse achten. Getty Images

Frage: In einem früheren Artikel von Ihnen wurde darauf hingewiesen, dass bei der Bildung „mit“ der Faserrichtung Risse entstehen. Ich könnte über die Wortwahl verwirrt sein. Bedeutet das, dass die Faserrichtung senkrecht oder parallel zur Biegelinie verläuft?

Ich habe mich mit dem Thema befasst, weil wir 0,060 Zoll dickes 3003 H14-Aluminium biegen (siehe Abbildung 1) und mein Werkzeugmacher möchte, dass ich die Biegungen parallel zur Faserrichtung entwerfe, weil das Werkzeug für ihn einfacher zu bearbeiten ist. Ich bin nicht verrückt nach dieser Idee, aber ich denke, dass sie in Ordnung sein wird. Beachten Sie auch, dass es sich hierbei um eine versetzte Biegung handelt, die in einer Coil-Stanzpresse und nicht in einer Abkantpresse hergestellt wird, aber ich gehe davon aus, dass zumindest einige der Grundlagen der Metallumformung zutreffen. Für weitere Hinweise zu diesem Thema wären wir sehr dankbar.

Antwort: Bevor ich mich weiter mit diesem Thema befasse, möchte ich mit Ihrem Kommentar zum Wortschatz beginnen. Verwirrung über die Wortwahl ist eines der größten Probleme unserer Branche. Diese Aussage gilt unabhängig davon, ob Sie im Klassenzimmer lernen oder ein Projekt am Arbeitsplatz besprechen.

Nur sehr wenige branchenspezifische Begriffe sind austauschbar. Der Biegezuschlag einer Person kann nicht der K-Faktor einer anderen Person sein, und ein K-Faktor ist kein Biegeabzug – obwohl ich Geschäfte besuche, in denen genau das der Fall ist. Da diese Begriffe eine genaue Bedeutung und Anwendung haben, erschwert ihre missbräuchliche Verwendung die Kommunikation komplexer Ideen und macht die Herstellung qualitativ hochwertiger Teile wesentlich schwieriger. Terminologiemissbrauch ist oft schwer zu korrigieren, und jeder wird die gleiche Antwort darauf geben, warum er die Begriffe so verwendet, wie er es tut: Weil ich es so gelernt habe.

Um alle auf den gleichen Stand zu bringen und die Terminologie richtig zu verwenden, empfehle ich, eine einfache laminierte Wandtafel oder ein Handout mit allen relevanten Definitionen auszuhängen. Hier sind einige, die Sie einbeziehen könnten:

Dies sind nur einige relevante Definitionen; da sind mehr. Wenn jedoch jeder die Sprache richtig verwendet, dann bekommt man ein Bild.

Nun zurück zum eigentlichen Thema: dem Verhältnis der Faserrichtung zur Biegelinie. In früheren Artikeln habe ich „Biegen mit der Faserrichtung“ verwendet, wenn die Biegelinie parallel zur Faserrichtung verläuft, wie in Abbildung 1 dargestellt. Beim Biegen „quer“ oder „quer“ zur Faserrichtung verläuft die Biegelinie senkrecht zur Faserrichtung die Maserung, was zu einer stärkeren Biegung führt, bei der die Wahrscheinlichkeit von Rissen geringer ist (siehe Abbildung 2).

Eine Biegung parallel zur Faserrichtung erzeugt eine schwächere Biegung als eine Biegelinie, die gegen oder quer zur Faserrichtung verläuft. Außerdem ist der Außenradius der Biegung beim Biegen parallel zur Faserrichtung anfälliger für Risse. Je kleiner der Innenradius beim Biegen parallel zur Faserrichtung ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung und desto schwerwiegender kann die Rissbildung sein. Durch die Verwendung eines größeren Biegeradius können diese Probleme vermieden werden.

Es erfordert mehr Kraft, ein Materialstück zu biegen, wenn die Biegelinie quer zur Faserrichtung verläuft, aber dieselbe Biegung quer zur Faserrichtung kann auch einen viel kleineren Innenbiegeradius ermöglichen. Außerdem kann sich die Eindringtiefe von Biegung zu Biegung ändern, abhängig von der Ausrichtung der Biegelinie zur Materialmaserung.

Nicht alle Materialien haben eine Faserrichtung. Kupfer hat keine Körnung; warmgewalzt, gebeizt und geölt (HRP&O) hat einige; und bei mildem kaltgewalztem Stahl kann die Maserung recht ausgeprägt sein. Bei Edelstahl kann es zäh sein und manchmal ist es unmöglich, die Maserung und Maserungsrichtung zu definieren. Materialien mit einer Kornrichtung, die den Biegewinkel beeinflusst, gelten als anisotrop. Materialien, die diese Eigenschaft nicht aufweisen, gelten als isotrop.

ABBILDUNG 1. Biegungen, die mit der Faserrichtung ausgeführt werden (d. h. die Biegelinie verläuft parallel zur Faserrichtung), haben ein höheres Risiko für Risse.

Eine der besten Möglichkeiten zur Vermeidung von Rissen besteht darin, den inneren Biegeradius so nah wie möglich an die Materialstärke anzupassen. Das heißt, das Verhältnis des inneren Biegeradius zur Materialdicke sollte so nahe wie möglich an einer Eins-zu-eins-Beziehung liegen. Ein kleinerer Radius zieht das Material fest um die Biegung und zieht so die Körner auseinander, was sich in Rissen bemerkbar macht. In Biegungen, deren Radius größer als die Materialstärke ist, sieht man selten Risse. Gelegentlich können die Körner auseinandergezogen werden, wenn der Außenradius zu weit gedehnt oder erweitert wird. Normalerweise tritt dies bei weniger duktilen Materialien oder solchen mit hoher Härte auf, wie z. B. T-6-Aluminium. Dennoch sind solche Risse nicht häufig.

Wenn Sie mit der Faserrichtung biegen müssen und Risse immer noch ein Problem darstellen, können Sie das Material möglicherweise im geglühten Zustand verwenden und es dann nach Bedarf temperieren. Sie können beispielsweise weiches Aluminium formen und es dann auf den T-6-Zustand vergüten.

Berücksichtigen Sie auch die Art der Biegungen, die Sie ausführen. Versetzte Biegungen sind zunächst einmal ein kniffliges Unterfangen, da die Werkzeuge den Mittelflansch einschränken. Diese Einschränkung sorgt dafür, dass die Dehnung der Biegung woanders hingeht, insbesondere zu den beiden Außenflanschen. Diese Verschiebung der Dehnung macht es schwierig, ihre Abmessungen vorherzusagen. Solche Versätze funktionieren auch am besten mit einem kleineren Biegeradius, was das Problem der Rissbildung verstärkt.

Wenn Sie dieses Teil auf einer Stanzpresse mit Spulenbeschickung formen, erreichen Sie wahrscheinlich den Tiefpunkt (da sich der Stanzprozess nicht gut für die Luftumformung eignet), sodass die Optionen zur Reduzierung von Rissen mit Luftumformverfahren nicht verfügbar sind. Allerdings trägt das Hinzufügen eines kleinen Winkelspiels zum Matrizensatz dazu bei, die Parallelität zwischen den Biegeflanschen aufrechtzuerhalten. Abhängig von der Materialart und dem Ausmaß der inhärenten Rückfederung eines bestimmten Materials sind nur ein oder zwei Grad erforderlich. Eine Eins-zu-eins-Beziehung zwischen der Materialstärke und dem Innenbiegeradius trägt dazu bei, die Flanschparallelität aufrechtzuerhalten.

Auch die Größe der Körner hat einen großen Einfluss auf die Streckgrenze. Kleinkörnigere Materialien sind weniger anfällig für Korntrennung und Rissbildung und haben eine höhere Streckgrenze, was ein gutes Argument für den Kauf hochwertigerer Materialien ist, auch wenn diese teurer sind. Dennoch lassen sich die zusätzlichen Materialkosten leicht durch eine Reduzierung des Ausschussmaterials und die Arbeitsersparnis durch die Bekämpfung schlechter Qualität decken.

Korngrenzen spielen auch eine Rolle bei der Trennung und Rissbildung des Korns, indem sie die sogenannte Versetzungsbewegung stören. Je kleiner das Korn, desto größer wird die Gesamtfläche der Grenze, desto größer ist die Störung und desto stabiler und gleichmäßiger ist die Streckgrenze.

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in meinen früheren Kolumnen, darunter „Materialkorngröße ist beim Blechbiegen wichtig“, „Wie sich die Metallkorngröße auf einen Biegevorgang auswirkt“ und „Überlegungen zu Materialkorn bei einer Abkantpresse“. können Sie in die Suchleiste von thefabricator.com eingeben.

Das Stanzen unterscheidet sich sicherlich vom Umformen auf einer Abkantpresse, hat jedoch viele Gemeinsamkeiten, einschließlich der Korntrennung und der Rissbildung an der Außenseite der Biegung. Wir haben oft keine andere Wahl, als uns mit der Faserrichtung zu biegen, aber es gibt viele Dinge, die wir tun können, um die negativen Auswirkungen der Verformung mit der Faserrichtung auf ein Minimum zu beschränken.

ABBILDUNG 2. Das Biegen quer zur Faserrichtung (d. h. wenn die Faserrichtung senkrecht zur Biegung verläuft) führt zu einer stärkeren Biegung, bei der die Wahrscheinlichkeit von Rissen geringer ist.