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2025-03-30

Der Prozess des Blechbiegens mit Abkantpressen


Der Prozess des Blechbiegens mit Abkantpressen

Das Blechbiegen ist einer der grundlegenden Prozesse der plastischen Bearbeitung von Materialien, besonders wichtig in der Metallindustrie. Es besteht in der dauerhaften Verformung des Materials ohne Beeinträchtigung seiner Struktur, um eine bestimmte Form zu erreichen. Dieser Prozess wird in vielen Industriebereichen eingesetzt, von der Automobilindustrie über das Bauwesen bis hin zur Lebensmittel- und Elektronikindustrie.

Abkantpressen (auch bekannt als Biegemaschinen, Kantpressen oder Abkanter) sind spezialisierte Maschinen, die für das präzise Biegen von Metallblechen entwickelt wurden. Moderne Abkantpressen sind fortschrittliche Geräte, oft numerisch gesteuert (CNC), die komplizierte Biegeoperationen mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit ermöglichen.

Technologische Grundlagen des Blechbiegens


Theorie der plastischen Verformung

Das Blechbiegen basiert auf dem Phänomen der plastischen Verformung des Materials. Wenn die Spannung im Material die Fließgrenze überschreitet, aber unterhalb der Festigkeitsgrenze bleibt, erfährt das Material eine dauerhafte Verformung ohne zu brechen. Während des Biegens wird die äußere Materialschicht gedehnt, die innere Schicht gestaucht, und dazwischen befindet sich die sogenannte neutrale Schicht, die ihre ursprüngliche Länge beibehält.

Rückfederung des Materials

Eines der wichtigsten Phänomene beim Biegeprozess ist die Rückfederung (Springback). Nach dem Entfernen der Biegekraft kehrt das Material teilweise in seine ursprüngliche Form zurück, aufgrund vorhandener elastischer Spannungen. Dieses Phänomen hängt ab von:

Die Kompensation der Rückfederung ist ein Schlüsselelement bei der Planung von Biegeprozessen und erfordert oft eine Biegung in einem schärferen Winkel als dem Zielwinkel.

Minimaler Biegeradius

Dies ist der kleinste Radius, bei dem das Material gebogen werden kann, ohne dass Risse in der äußeren Schicht auftreten. Er hängt ab von:

Der minimale Biegeradius wird oft als Vielfaches der Blechdicke angegeben, z.B. r = 0,5g für Aluminium oder r = 0,8g für rostfreien Stahl.

Aufbau und Arten von Abkantpressen


Aufbau einer Abkantpresse

Eine typische Abkantpresse besteht aus folgenden Elementen:

Arten von Abkantpressen


Nach Antriebsart:

Nach Konstruktion:

Nach Steuerung:

Technische Parameter von Abkantpressen

Biegewerkzeuge


Stempel (obere Werkzeuge)

Stempel sind Werkzeuge, die am Biegebalken montiert werden. Sie kommen in verschiedenen Formen und Größen vor:

Matrizen (untere Werkzeuge)

Matrizen sind Werkzeuge, die auf dem Tisch der Presse platziert werden. Die Hauptarten sind:

Werkzeugmaterialien

Biegewerkzeuge werden meist hergestellt aus:

Für Werkzeuge zur intensiven Nutzung werden auch verwendet:

Schnellwechselsysteme für Werkzeuge

Moderne Abkantpressen sind mit Schnellwechselsystemen ausgestattet, wie:

Technologischer Biegeprozess


Vorbereitung zum Biegen

  1. Teilkonstruktion - Berücksichtigung der Abwicklung, Rückfederungskompensation, Biegereihenfolge
  2. Materialvorbereitung - Zuschneiden des Blechs, Entgraten der Kanten
  3. Werkzeugauswahl - Auswahl geeigneter Stempel und Matrizen
  4. Maschineneinrichtung - Werkzeugmontage, Kalibrierung, Programmierung
  5. Vorbereitende Kontrolle - Überprüfung von Material, Werkzeugen und Maschineneinstellungen

Blechabwicklung

Um ein Element mit den geforderten Abmessungen nach dem Biegen zu erhalten, ist es notwendig, die Blechabwicklung zu berechnen. Diese berücksichtigt:

Zur Berechnung der Abwicklung werden empirische Formeln oder spezialisierte Software verwendet.

Biegereihenfolge

Die richtige Biegereihenfolge ist entscheidend für die Erzielung der korrekten Form des Teils. Berücksichtigt werden müssen:

Biegetechniken


Freies Biegen (Air Bending)

Prägebiegen (Bottom Bending)

Prägen (Coining)

Freies Biegen mit Niederhalter (Air Bending with Hold-Down)

Biegeparameter


Auswahl der Prozessparameter


Matrizennutbreite

Die Breite der Matrizennut (V) beeinflusst die Biegekraft, Rückfederung und minimale Schenkellänge. Typischerweise wird sie nach folgender Formel ausgewählt:

V = (6-12) × g wobei g die Blechdicke ist.

Stempelradius

Der Abrundungsradius des Stempels bestimmt den inneren Biegeradius. Er sollte größer oder gleich dem minimalen Biegeradius für das jeweilige Material sein.

Biegekraft

Die ungefähre Biegekraft kann mit folgender Formel berechnet werden:

F = (k × Rm × g² × L) / V wobei:

Eindringtiefe des Stempels

Bei freiem Biegen wird die Eindringtiefe des Stempels aus geometrischen Formeln berechnet, die den Biegewinkel und die Matrizennutbreite berücksichtigen.

Einfluss der Materialeigenschaften

Verschiedene Materialien erfordern unterschiedliche Ansätze aufgrund von:

Spezifik des Biegens verschiedener Materialien


Kohlenstoffstahl

Rostfreier Stahl

Aluminium und seine Legierungen

Kupfer und seine Legierungen

Titan und seine Legierungen

Probleme und Mängel im Biegeprozess


Typische Mängel


Risse auf der äußeren Biegefläche

Welligkeit auf der inneren Biegefläche

Ungleichmäßiger Biegewinkel

Werkzeugabdrücke

Dimensionale Nichtreproduzierbarkeit

Methoden zur Vorbeugung von Mängeln


Techniken zur Rückfederungskompensation

Verwendung von Schmierstoffen und Schutzfolien

Qualitätskontrolle des Prozesses

Moderne Lösungen und Automatisierung


CNC-Systeme in Abkantpressen

Moderne Abkantpressen sind mit fortschrittlichen numerischen Steuerungssystemen (CNC) ausgestattet, die bieten:

Bedienerunterstützende Systeme


Laserpositionsanzeiger

Projizieren Linien auf das Blech, die die Positionierung anzeigen und so die präzise Positionierung erleichtern.

Kamerasysteme

Überwachen den Biegeprozess und helfen dem Bediener bei der präzisen Positionierung des Blechs.

Winkelmesssysteme

Messen den tatsächlichen Biegewinkel in Echtzeit und korrigieren automatisch die Position des Balkens.

Automatisierung des Biegeprozesses


Handhabungsroboter

Automatische Werkzeugwechselsysteme

Vollautomatisierte Produktionszellen

Industrie 4.0 in Biegeprozessen


Digitale Zwillinge

Virtuelle Modelle von Abkantpressen, die Simulation, Optimierung und Überwachung des Prozesses ermöglichen.

Analyse von Prozessdaten

Sammlung und Analyse von Daten aus dem Biegeprozess, die prädiktive Wartung und Parameteroptimierung ermöglichen.

Fernsteuerung und Diagnose

Möglichkeit der Fernüberwachung, -steuerung und -diagnose von Maschinen über ein Netzwerk.

Anwendungen gebogener Elemente


Automobilindustrie

Bauwesen

Maschinenbau

Haushaltsgeräte- und Elektronikindustrie

Möbel und Innenausstattung

Sicherheitsaspekte


Gefahren während des Biegeprozesses

Sicherheitssysteme in Abkantpressen


Physische Schutzvorrichtungen

Optoelektronische Systeme

Zweihand-Steuerungssysteme

Erfordern den Einsatz beider Hände zur Auslösung des Arbeitszyklus, verhindern das Einführen der Hände in den Gefahrenbereich.

Sicherheitsfußpedale

Mit Schutzvorrichtungen gegen unbeabsichtigte Betätigung.

Notabschaltsysteme

Not-Aus-Taster und -Seile, zugänglich von verschiedenen Positionen an der Maschine.

Sicherheitsnormen und -vorschriften

Wichtigste Normen für die Sicherheit von Abkantpressen:

Schulungen und Sicherheitsverfahren

Zusammenfassung

Das Biegen von Blechen mit Abkantpressen ist ein Prozess, der Wissen aus den Bereichen Mechanik, Werkstoffkunde und Automatisierung verbindet. Moderne Technologien ermöglichen die Herstellung immer komplexerer Elemente mit hoher Präzision und Effizienz.

Die Schlüsselaspekte des Biegeprozesses sind:

  1. Richtige Erkennung der Materialeigenschaften und Anpassung der Prozessparameter
  2. Auswahl geeigneter Werkzeuge und Biegetechniken
  3. Berücksichtigung des Rückfederungsphänomens und dessen Kompensation
  4. Sicherstellung der Prozesswiederholbarkeit
  5. Einhaltung der Sicherheitsregeln

Der technologische Fortschritt im Bereich der Abkantpressen geht in Richtung zunehmender Automatisierung, Integration mit digitalen Systemen und Erhöhung der Produktionsflexibilität. Lösungen aus dem Bereich der Industrie 4.0, wie digitale Zwillinge oder die Analyse großer Datenmengen, eröffnen neue Möglichkeiten zur Optimierung von Biegeprozessen.

Unabhängig vom technologischen Fortschritt bleiben die grundlegenden physikalischen Prinzipien des Biegens unverändert, und ihr Verständnis ist entscheidend für die Erzielung hoher Produktqualität im Blechbiegeprozess.

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