Grundlagen des Biegens: Wie sich der innere Biegeradius bildet

Wie sich der Radius ausbildet, hängt von der verwendeten Biegemethode ab

Abbildung 1: Beim Prägen durchdringt die Stempelnase die neutrale Achse der Materialdicke.

Der Stempelradius entspricht dem resultierenden Innenbiegeradius im Teil.

(Die Metalldicke ist zur Veranschaulichung übertrieben dargestellt.)

Biegezugaben, äußere Rückschläge, Biegeabzüge – wenn Sie all dies genau berechnen können, haben Sie eine viel bessere Chance, beim ersten Versuch ein gutes Teil zu biegen.Um dies zu erreichen, müssen Sie jedoch sicherstellen, dass jeder Faktor in der Gleichung stimmt, und dazu gehört auch der Innenbiegeradius.

Wie genau wird dieser Innenbiegeradius erreicht?Um dies herauszufinden, müssen wir uns zunächst die verschiedenen Methoden des Biegens an einer Abkantpresse ansehen: Luftformen, Bodenbiegen und Prägen.

Prägung

Beachten Sie, dass es drei Biegemethoden gibt, nicht zwei.Bodenbiegen und Prägen werden oft mit demselben Vorgang verwechselt, aber das ist nicht der Fall.Im Gegensatz zum Bodenprägen dringt das Prägen tatsächlich in das Material ein und verdünnt es.

Das Prägen ist die älteste Methode und wird aufgrund der extremen Mengen, die dafür erforderlich sind, größtenteils nicht mehr praktiziert.Durch das Prägen wird die Stempelnase in das Material gedrückt und durchdringt die neutrale Achse (siehe Abbildung 1).Technisch gesehen können beliebige Radien geprägt werden, traditionell wird jedoch das Prägen verwendet, um eine scharfe Biegung herzustellen.

Diese Methode erfordert nicht nur übermäßige Tonnagen, sondern zerstört auch die Integrität des Materials.Beim Prägen wird das gesamte Werkzeugprofil auf weniger als die Materialstärke reduziert und das Material an der Biegestelle verdünnt.Für jede Biegung und jeden Biegewinkel sind spezielle Spezialwerkzeugsätze erforderlich.Die Stanznase erzeugt den Innenradius, der zur Festlegung des Biegeabzugs dient.

Untenbiegen

Beim Biegen von unten wird das Material um die Stanznase herum gedrückt.Es verwendet verschiedene Stempelwinkel zusammen mit einer V-Matrize (siehe Abbildung 2).Beim Prägen wird die gesamte Stempelfläche in das Werkstück eingeprägt.Beim Unterbiegen wird nur der Stempelnasenradius in das Material „geprägt“.

Bei der Luftumformung (später ausführlicher beschrieben) senkt sich der Stanzstempel ab, um den erforderlichen Biegewinkel zuzüglich eines kleinen Betrags zur Berücksichtigung der Rückfederung zu erzeugen.Dann fährt der Stempel aus der Matrize zurück und das Material springt in den gewünschten Winkel zurück.Ähnlich wie bei der Luftformung erfordert die Bodenbiegung, dass der Stößel bis zu einem Punkt abgesenkt wird, der den Biegewinkel plus einen kleinen Betrag erzeugt.Aber anders als beim Luftumformen bewegt sich der Stößel über diesen Punkt hinaus weiter und senkt sich weiter in den Gesenkraum, wodurch das Werkstück in den Sollwinkel der Biegung zurückgedrückt wird.(Nebenbei bemerkt, spezielle Matrizen wie Rolla-Vs und Urethan-Werkzeuge drücken den Stempelnasenradius auch in das Material.)

Im Durchschnitt erreicht die Biegung 90 Grad an einem Punkt im Matrizenraum, der etwa 20 Prozent der Materialdicke entspricht, gemessen von der Unterseite der V-Matrize.Beispielsweise erreicht kaltgewalzter Stahl mit einer Dicke von 0,062 Zoll seinen Boden, sobald die Stempelnase 0,074 bis 0,078 Zoll von der Unterseite der V-Matrize entfernt ist.

Wie beim Prägen legt der Stempelnasenradius den Innenradius des Materials fest, der zur Festlegung des Biegeabzugs verwendet wird.Aber im Gegensatz zum Prägen können beim Bodenpressen Innenbiegeradien bis zum Dreifachen oder mehr der Materialdicke erzeugt werden.

Luftbildung

Bisher scheint alles ziemlich einfach zu sein.Beim Prägen und Unterbiegen legt der Stempelnasenradius den Wert des Innenbiegeradius fest, der in die Formeln für den Biegeabzug eingefügt wird.Die Luftumformung erhöht jedoch die Komplexität, da die Biegemethode auf völlig andere Weise einen Innenbiegeradius am Teil erzeugt (siehe Abbildung 3).

Abbildung 2: Bei diesem unteren Biegeaufbau besteht ein Winkelspiel zwischen Stempel und Matrize.

Der Stempel senkt sich (links), bis sich das Material um die Stempelnase legt (Mitte).

Der Stößel übt weiterhin Druck nach unten aus und drückt das Material in den gewünschten Biegewinkel (rechts).

Bei der Luftumformung wird der Radius als Prozentsatz der Matrizenöffnung erzeugt, unabhängig von der Formform, sei es V, Kanal oder spitz.Die Matrizenöffnung bestimmt den inneren Biegeradius des Teils.Um den Innenradius zu bestimmen, der sich über eine bestimmte Matrizenöffnung und für verschiedene Materialtypen und -stärken entwickelt, haben Techniker die sogenannte 20-Prozent-Regel verwendet.Dies besagt, dass die Materialstärke einen bestimmten Prozentsatz der Breite der Matrizenöffnung ausmachen muss, um einen gewünschten Radius zu erzeugen oder den resultierenden Innenradius zu ermitteln.

Ja, bei vielen Legierungen heutzutage, einschließlich neuer und recycelter Metalle, ist es unmöglich, einen standardmäßigen prozentualen Multiplikator mit völliger Genauigkeit zu bestimmen.Dennoch bietet Ihnen die Regel einen guten Ausgangspunkt.

Die Prozentsätze der 20-Prozent-Regel lauten wie folgt:

Edelstahl 304: 20–22 Prozent der Matrizenöffnung

AISI 1060 kaltgewalzter Stahl, 60.000 PSI Zugfestigkeit: 15–17 Prozent der Matrizenöffnung

Weichaluminium der H-Serie: 13–15 Prozent der Matrizenöffnung

Warmgewalzt, gebeizt und geölt (HRPO): 14-16 Prozent der Matrizenöffnung

Wenn Sie mit diesen Prozentsätzen arbeiten, beginnen Sie mit dem Median, bis Sie den Wert gefunden haben, der am besten zu den Materialeigenschaften passt, die Sie von Ihrem Metalllieferanten erhalten.Multiplizieren Sie die Öffnung mit dem Prozentsatz, um den entwickelten Innenradius des Teils zu erhalten.Das Endergebnis ist der Innenradiuswert, den Sie bei der Berechnung des Biegeabzugs verwenden müssen.

Wenn Sie einen 0,472-Zoll haben.Matrizenöffnung, und Sie biegen kaltgewalzten Stahl mit 60.000 PSI. Beginnen Sie mit dem mittleren Prozentsatz, 16 Prozent der Matrizenöffnung: 0,472 × 0,16 = 0,0755.In diesem Fall also ein 0,472-Zoll.Durch die Öffnung der Matrize erhalten Sie einen Durchmesser von 0,0755 Zoll.schwebte innerhalb des Biegeradius des Teils.

Wenn sich Ihre Matrizenöffnung ändert, ändert sich auch Ihr Innenradius.Wenn die Matrizenöffnung 0,551 Zoll (0,551 × 0,16) beträgt, ändert sich der Innenbiegeradius auf 0,088;Wenn die Matrizenöffnung 0,972 Zoll (0,972 × 0,16) beträgt, ändert sich der Innenbiegeradius auf 0,155.

Wenn Sie mit Edelstahl 304 arbeiten, multiplizieren Sie den mittleren Prozentwert (21 Prozent) mit der Matrizenöffnung.Also das gleiche 0,472 Zoll.Durch die Matrizenöffnung erhalten Sie jetzt einen ganz anderen Innenradius: 0,472 × 0,21 = 0,099 Zoll. Wenn Sie die Matrizenöffnung ändern, ändern Sie wie zuvor auch den Innenbiegeradius.Ein 0,551-Zoll.Die Düsenöffnung (0,551 × 0,21) ergibt 0,115 Zoll.Innenradius;ein 0,972-Zoll.Die Öffnung der Matrize (0,972 × 0,21) ergibt einen Durchmesser von 0,204 Zoll.Innenbiegeradius.

Wenn Sie das Material ändern, ändern Sie den Prozentsatz.Wenn Sie mit Material arbeiten, das hier nicht aufgeführt ist, können Sie das Material im Internet nachschlagen und die Zugfestigkeit mit dem Basiswert von 60.000 PSI für kaltgewalzten AISI 1060-Stahl vergleichen.Wenn der Zugwert 120.000 PSI beträgt, dann ist Ihr geschätzter Prozentwert doppelt so hoch wie der von kaltgewalztem Stahl, also 30 bis 32 Prozent.

Scharfe Kurven bei der Luftumformung

Anders als beim Bodenpressen oder Prägen gibt es beim Luftformen einen Mindestradius, der erzeugt werden kann.Dieser Wert wird am besten auf 63 Prozent der Materialstärke eingestellt.Dieser Wert schwankt je nach Zugfestigkeit des Materials nach oben oder unten, aber 63 Prozent sind ein praktischer Arbeitswert.

Dieser Punkt mit minimalem Radius wird als scharfe Biegung bezeichnet (siehe Abbildung 4).Das Verständnis der Auswirkungen scharfer Biegungen ist wohl eines der wichtigsten Dinge, die ein Ingenieur und Abkantpressenbediener wissen muss.Sie müssen nicht nur verstehen, was physikalisch passiert, wenn die Biegung scharf ist, sondern Sie müssen auch wissen, wie Sie diese Informationen in Ihre Berechnungen einbeziehen.

Abbildung 3: Beim Luftumformen berührt der äußere Biegeradius des Teils die Formoberfläche nicht.

Der Radius wird als Prozentsatz der Matrizenöffnung erzeugt, unabhängig vom Matrizentyp.

Wenn Sie mit einer Materialstärke von 0,100 Zoll arbeiten, multiplizieren Sie diese mit 0,63, um einen minimalen Innenbiegeradius von 0,063 Zoll zu erhalten. Für dieses Material ist dies der minimal herstellbare Innenradius bei Luftformung.Dies bedeutet, dass der Innenradius des Teils selbst bei Luftformung mit einem Stempelnasenradius von weniger als 63 Prozent der Materialdicke immer noch 63 Prozent der Materialdicke oder 0,063 Zoll betragen würde. Verwenden Sie daher keinen Stempel Innenradien kleiner als dieser 63-Prozent-Wert in Ihren Berechnungen.

Nehmen wir an, Sie formen Luft mit 0,250 Zoll dickem Material und verwenden einen Stempel mit einem Spitzenradius von 0,063 Zoll – ein Wert, der viel weniger als 63 Prozent des 0,250 Zoll beträgt.Materialstärke.Unabhängig davon, was auf dem Druck steht, erzeugt diese Anordnung einen Innenbiegeradius im Teil, der viel größer ist als der der Stempelnase.In diesem Fall beträgt der minimal herstellbare Innenbiegeradius 63 Prozent dieses 0,250 Zoll.Materialstärke oder 0,1575 Zoll.

Nehmen wir als weiteres Beispiel an, Sie arbeiten mit 0,125 Zoll dickem Material.Dazu „biegt“ eine Biegung mit einem Radius von 0,078 Zoll scharf ab. Warum?Denn 0,125 multipliziert mit 63 Prozent ergibt 0,078.Dies bedeutet, dass jeder Stempelnasenradius von weniger als 0,078 Zoll – sei es 0,062, 0,032 oder 0,015 Zoll – einen inneren Biegeradius von 0,078 Zoll erzeugt.

Scharfe Biegungen sind eine Funktion der Materialstärke, nicht des Stempelnasenradius.Eine Stanznase mit einem Radius von 0,125 Zoll fühlt sich nicht scharf an, bei 0,250 Zoll dickem Material jedoch schon.Und dieses Problem muss in Ihren Berechnungen berücksichtigt werden, wenn Sie erwarten, dass der Biegeabzug und damit Ihr erster Teil korrekt sind.

Ein Aktionsplan

Verwenden Sie beim Senken oder Prägen den Stempelnasenradius als inneren Biegeradius in Ihren Berechnungen zur Abzugskraft der Biegung.Beim Luftformen wird der Innenbiegeradius jedoch als Prozentsatz der Matrizenöffnung erzeugt.Und wenn Sie eine Luftform entwerfen und der Druck eine scharfe Biegung erfordert, muss auch dies auf einen Wert für den Innenbiegeradius geändert werden, der 63 Prozent der Materialstärke beträgt.

Wenn Sie im Maschinenbau arbeiten, versuchen Sie, eine Liste aller in Ihrer Werkstatt verfügbaren Werkzeuge zu erhalten.Sprechen Sie mit den Bedienern und finden Sie heraus, welche Methoden sie mit welchen Materialtypen verwenden, und entwerfen Sie Ihre zukünftigen Teile anhand dieser Parameter.

Sobald die Biegeabzüge berechnet und die Flachteile hergestellt sind, notieren Sie diese Informationen im Auftragsumschlag oder in der Arbeitsmappe.Geben Sie unbedingt die Art und Größe des Werkzeugs sowie den Radius an, den der Bediener basierend auf der Umformmethode erreichen soll.

Um all dies zum Laufen zu bringen, ist die Zustimmung der Mitarbeiter in der Werkstatt erforderlich.Wenn man sie in den Prozess einbezieht und sie um Input bittet, sind sie viel eher bereit zu akzeptieren, dass die Technik ihnen vorschreibt, welche Werkzeuge sie verwenden sollen.Warum?Weil sie Ihnen gesagt haben, was sie tun, und sie wissen, dass Sie darauf basierende Teile entwerfen.Im Idealfall stimmt alles mit den Werten überein, die an der Abkantpressensteuerung und Ihrem CAD-System berechnet wurden.

Wenn der Radius erreichbar ist, das Teil für diesen Radius berechnet wird und die Bediener die Werkzeuge verwenden, für die die Aufgabe konzipiert ist, werden sie beim ersten Versuch ein perfektes Teil herstellen.Vertrau mir.Es klappt.

Ein Überblick über die Biegeformeln

Biegezugabe (BA) = [(0,017453 × Innenradius) + (0,0078 × Materialstärke)] × Komplementärer Biegewinkel

Abbildung 4: Beim Luftumformen kann kein Innenbiegeradius gebildet werden, der weniger als 63 Prozent der Materialstärke beträgt.

An diesem Punkt wird die Form als scharfe Biegung bezeichnet.Wenn Sie einen größeren Stempelradius verwenden, wird nur ein Graben erzwungen

in der Mitte der Kurve. Der resultierende Innenbiegeradius des Teils bleibt bei 63 Prozent der Materialstärke.

Äußerer Rücksprung (OSSB) = [Tangente (Grad des Biegewinkels / 2)] × (Innenbiegeradius + Materialstärke)

Biegeabzug (BD) = (Außenrückschlag × 2) – Biegezugabe Es gibt zwei Möglichkeiten, den flachen Rohling zu berechnen.Die zu verwendende Berechnung hängt von der Anwendung und den verfügbaren Informationen ab:

Berechnung des Flachrohlings = Abmessung bis Scheitelpunkt + Abmessung bis Scheitelpunkt – Abzug der Biegung

Berechnung des Flachzuschnitts = Abmessung des ersten Schenkels + Abmessung des zweiten Schenkels + Biegezugabe