So entsteht der innere Biegeradius – Biegetechnik

Was ist der innere Biegeradius

Das Innere Biegeradius bezieht sich auf die Krümmung der Innenfläche eines gebogenen Metallwerkstücks, die typischerweise während des Biegeprozesses auf einer Abkantpresse oder Biegemaschine entsteht. Dieser Radius ist bei der Blechbearbeitung wichtig, da er die Gesamtform und die Abmessungen des gebogenen Teils beeinflusst.

Der innere Biegeradius wird durch Faktoren wie Biegewinkel, Materialstärke, Biegemethode (z. B. Luftformung, Bodenbiegen, Prägen) und die Art der verwendeten Matrize bestimmt. Er ist ein kritischer Parameter bei Biegeberechnungen, da er die Biegezugabe, den Biegeabzug und die Gesamtgenauigkeit des fertigen Teils beeinflusst.

Beim Airforming wird die Innenseite Biegeradius ist normalerweise ein Prozentsatz der Matrizenöffnung, während er beim Bodenbiegen und Prägen durch den Stempelspitzenradius und die Materialeigenschaften beeinflusst wird. Das Erreichen des gewünschten Innenbiegeradius ist für die Herstellung von Teilen, die die Maßanforderungen und Funktionsspezifikationen erfüllen, von entscheidender Bedeutung.

Wie entsteht der Biegeradius?

Wie genau wird dieser innere Biegeradius erreicht? Um dies herauszufinden, müssen wir uns zunächst die verschiedenen Biegemethoden auf einer Abkantpresse ansehen: Luftformen, Bodenbiegen und Prägen.

Prägung

Beachten Sie, dass es drei Biegeverfahren gibt, nicht zwei. Bodenbiegen und Prägen werden oft verwechselt und als dasselbe Verfahren bezeichnet, aber das ist nicht der Fall. Anders als Bodenbiegen dringt beim Prägen das Material tatsächlich ein und dünnt es aus.

Das Prägen ist die älteste Methode und wird größtenteils nicht mehr praktiziert, da dafür extreme Tonnagen erforderlich sind. Beim Prägen wird die Spitze des Stempels in das Material gedrückt und durchdringt die neutrale Achse (siehe Abbildung 1). Technisch gesehen können beliebige Radien geprägt werden, aber traditionell wurde das Prägen verwendet, um eine absolut scharfe Biegung zu erzielen.

Dieses Verfahren erfordert nicht nur übermäßige Tonnagen, es zerstört auch die Integrität des Materials. Beim Prägen wird das gesamte Werkzeugprofil auf weniger als die Materialstärke gedrückt und das Material an der Biegestelle dünner gemacht. Es erfordert spezielle Werkzeugsätze für jede Biegung und jeden Biegewinkel. Die Stempelnase erzeugt den Innenradius, der zur Festlegung der Biegeverkürzung verwendet wird.

Bodenbiegung

Beim Unterbiegen wird das Material um die Stempelnase herumgepresst. Dabei kommen verschiedene Stempelwinkel und eine V-Matrize zum Einsatz (siehe Abbildung 2). Beim Prägen wird die gesamte Fläche des Stempels in das Werkstück gestanzt. Beim Unterbiegen wird nur der Radius der Stempelnase in das Material „gestanzt“.

Beim Luftformen (das später ausführlicher beschrieben wird) senkt sich der Stempelkolben, um den erforderlichen Biegewinkel plus einen kleinen Betrag zur Berücksichtigung der Rückfederung zu erzeugen. Dann fährt der Stempel aus der Matrize zurück und das Material federt in den gewünschten Winkel zurück. Wie beim Luftformen muss der Kolben beim Bodenbiegen bis zu einem Punkt abgesenkt werden, der den Biegewinkel plus einen kleinen Betrag erzeugt. Aber anders als beim Luftformen geht der Kolben weiter über diesen Punkt hinaus und senkt sich weiter in den Matrizenraum, wodurch das Werkstück zurück in den eingestellten Biegewinkel gedrückt wird. (Nebenbei bemerkt: Auch Spezialmatrizen wie Rolla-Vs und Urethanwerkzeuge drücken den Radius der Stempelnase in das Material.)

Im Durchschnitt erreicht die Biegung 90 Grad an einem Punkt im Matrizenraum, der etwa 20 Prozent der Materialstärke 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 bestimmt der Radius der Stempelspitze den Innenradius des Materials, der zur Festlegung der Biegeverkürzung verwendet wird. Anders als beim Prägen können mit dem Bodenprägen jedoch Innenbiegeradien von bis zu dreimal oder mehr der Materialstärke erzeugt werden.

Luftformung

Bisher scheint alles ziemlich unkompliziert. Beim Prägen und Bodenbiegen bestimmt der Radius der Stempelnase den Wert des inneren Biegeradius, der in die Formeln für die Biegeabzüge eingesetzt werden muss. Beim Luftformen kommt jedoch eine gewisse Komplexität hinzu, da die Biegemethode auf eine völlig andere Weise einen inneren Biegeradius am Teil erzeugt.

Der Stempel senkt sich (links), bis sich das Material um die Stempelnase wickelt (Mitte). Danach übt der Stößel weiterhin Druck nach unten aus und drückt das Material in den gewünschten Biegewinkel (rechts).

Beim Luftformen wird der Radius als Prozentsatz der Matrizenöffnung erzeugt, unabhängig von der Matrizenart, sei es V, Rille oder spitz. Die Matrizenöffnung bestimmt den inneren Biegeradius des Teils. Um den Innenradius zu bestimmen, der sich über eine bestimmte Matrizenöffnung entwickelt, und für verschiedene Materialarten und -dicken, haben Techniker die sogenannte 20-Prozent-Regel verwendet. Diese besagt, dass die Materialdicke einen bestimmten Prozentsatz der Breite der Matrizenöffnung betragen muss, um einen gewünschten Radius zu erzeugen oder den resultierenden Innenradius zu finden.

Ja, bei vielen heutigen Legierungen, darunter auch neuen und recycelten Metallen, ist es unmöglich, einen standardmäßigen Prozentmultiplikator mit absoluter Genauigkeit zu bestimmen. Dennoch bietet Ihnen die Regel einen guten Ausgangspunkt.

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

304 Edelstahl: 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

Warmgewalztes gebeiztes und geöltes Stahlblech (HRPO): 14-16 Prozent der Matrizenöffnung

Wenn Sie mit diesen Prozentsätzen arbeiten, beginnen Sie mit dem Median, bis Sie den Wert finden, der den Materialeigenschaften, die Sie von Ihrem Metalllieferanten erhalten, am besten entspricht. 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 eine Matrizenöffnung von 0,472 Zoll haben und kaltgewalzten Stahl mit 60.000 PSI biegen, beginnen Sie mit dem mittleren Prozentsatz, 16 Prozent der Matrizenöffnung: 0,472 × 0,16 = 0,0755. In diesem Fall ergibt eine Matrizenöffnung von 0,472 Zoll einen inneren Biegeradius von 0,0755 Zoll am Teil.

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

Wenn Sie mit Edelstahl 304 arbeiten, multiplizieren Sie dessen mittleren Prozentwert (21 Prozent) mit der Matrizenöffnung. Dieselbe Matrizenöffnung von 0,472 Zoll ergibt nun einen ganz anderen Innenradius: 0,472 × 0,21 = 0,099 Zoll. Wie zuvor ändern Sie mit der Änderung der Matrizenöffnung den inneren Biegeradius. Eine Matrizenöffnung von 0,551 Zoll (0,551 × 0,21) ergibt einen Innenradius von 0,115 Zoll; eine Matrizenöffnung von 0,972 Zoll (0,972 × 0,21) ergibt einen Innenradius von 0,204 Zoll.

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 Zugfestigkeitswert 120.000 PSI beträgt, ist Ihr geschätzter Prozentwert doppelt so hoch wie der von kaltgewalztem Stahl, also 30 bis 32 Prozent.

Scharfe Biegungen beim Airforming

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

Dieser Punkt mit dem minimalen Radius ist eine sogenannte scharfe Biegung (siehe Abbildung 4). Die Auswirkungen scharfer Biegungen zu verstehen, 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 auch wissen, wie Sie diese Informationen in Ihre Berechnungen einbeziehen.

Der Radius wird als Prozentsatz der Matrizenöffnung angegeben, unabhängig von der Matrizenart.

Wenn Sie mit einer Materialstärke von 0,100 Zoll arbeiten, multiplizieren Sie diese Zahl mit 0,63, um einen minimalen Innenbiegeradius von 0,063 Zoll zu erhalten. Für dieses Material ist dies der minimale Innenradius, der mit Luftformung erzeugt werden kann. Dies bedeutet, dass selbst wenn Sie mit einem Stanznasenradius von weniger als 63 Prozent der Materialstärke Luftformung durchführen würden, der Innenradius des Teils immer noch 63 Prozent seiner Materialstärke oder 0,063 Zoll betragen würde. Verwenden Sie daher in Ihren Berechnungen keine Innenradien, die kleiner als dieser Wert von 63 Prozent sind.

Angenommen, Sie formen 0,250 Zoll dickes Material mit Luft und verwenden einen Stempel mit einem Nasenradius von 0,063 Zoll – ein Wert, der viel weniger als 63 Prozent der 0,250 Zoll Materialstärke beträgt. Unabhängig davon, was auf dem Druck steht, erzeugt diese Einstellung einen Innenbiegeradius im Teil, der viel größer ist als der der Stempelnase. In diesem Fall beträgt der minimal erzeugbare Innenbiegeradius 63 Prozent dieser 0,250 Zoll Materialstärke oder 0,1575 Zoll.

Nehmen wir als weiteres Beispiel an, Sie arbeiten mit 0,125 Zoll dickem Material. In diesem Fall wird eine Biegung bei einem Radius von 0,078 Zoll „scharf“. Warum? Weil 0,125 multipliziert mit 63 Prozent 0,078 ergibt. Das bedeutet, dass jeder Stanznasenradius von weniger als 0,078 Zoll – sei es 0,062, 0,032 oder 0,015 Zoll – einen inneren Biegeradius von 0,078 Zoll ergibt.

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

Ein Aktionsplan

Verwenden Sie beim Prägen oder Prägen den Radius der Stempelspitze als inneren Biegeradius in Ihren Berechnungen zur Biegeabnahme. Wenn Sie jedoch Luftformen verwenden, wird der innere Biegeradius als Prozentsatz der Matrizenöffnung berechnet. Und wenn Sie für eine Luftform entwerfen und der Druck eine scharfe Biegung erfordert, muss auch dies auf einen inneren Biegeradiuswert geändert werden, der 63 Prozent der Materialstärke beträgt.

Wenn Sie im Ingenieurwesen arbeiten, lassen Sie sich am besten eine Liste aller in Ihrer Werkstatt verfügbaren Werkzeuge erstellen. Sprechen Sie mit den Mitarbeitern und finden Sie heraus, welche Methoden sie mit welchen Materialarten verwenden, und entwerfen Sie Ihre zukünftigen Teile anhand dieser Parameter.

Sobald die Biegeabzüge berechnet und die flachen Teile hergestellt sind, notieren Sie diese Informationen in der Auftragsmappe oder im Arbeitsordner. Geben Sie unbedingt den Werkzeugtyp und die Werkzeuggröße sowie den Radius an, den der Bediener basierend auf der Formmethode erreichen soll.

Damit all dies funktioniert, ist die Zustimmung der Mitarbeiter in der Fertigung erforderlich. Wenn Sie sie in den Prozess einbeziehen und sie um Input bitten, sind sie viel eher bereit zu akzeptieren, dass die Technik ihnen sagt, welche Werkzeuge sie verwenden sollen. Warum? Weil sie Ihnen gesagt haben, was sie tun, und sie wissen, dass Sie Teile darauf basierend konstruieren. Im Idealfall stimmt dies alles mit den Werten überein, die an der Abkantpressensteuerung und von Ihrem CAD-System berechnet werden.

Wenn der Radius erreichbar ist, wenn das Teil für diesen Radius berechnet ist und wenn die Bediener die Werkzeuge verwenden, für die der Auftrag ausgelegt ist, werden sie beim ersten Versuch ein perfektes Teil herstellen. Vertrauen Sie mir. Es funktioniert.

Biegeformeln

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

Abbildung 4: Beim Luftformen 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 schärferen Stanzradius verwenden, erzwingen Sie nur einen Graben

in der Mitte der Biegung. Der resultierende innere Biegeradius des Teils bleibt bei 63 Prozent der Materialstärke.

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

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

Flachrohling Berechnung = Maß bis Scheitelpunkt + Maß bis Scheitelpunkt – Biegeabzug

Flachrohling-Berechnung = Abmessung des ersten Schenkels + Abmessung des zweiten Schenkels + Biegezugabe