Wie wählt man ein Abkantwerkzeug aus? – Ultimativer Leitfaden

Abkantwerkzeuge wird oft fälschlicherweise als unbedeutendes Nebenprodukt der Metallumformung betrachtet, doch die Realität ist genau das Gegenteil. Trotz der Weiterentwicklung der Abkantpressen in hochentwickelte, mehrachsige und selbststabilisierende Maschinen integriert werden, ist es entscheidend zu erkennen, dass das Werkzeug das einzige Element ist, das während des Biegeprozesses direkt mit dem Teil interagiert.

Die Unterscheidung zwischen RFA-, New Standard-, europäischen und amerikanischen Standardwerkzeugen ist weniger klar geworden. Viele für das Erzielen von Hochleistungsbiegen wesentliche Merkmale sind in verschiedene Werkzeugtypen eingedrungen. Unabhängig von der gewählten Werkzeug- und Klemmart muss unbedingt sichergestellt werden, dass sie zumindest einige grundlegende Anforderungen erfüllt.

Grundelemente von Abkantwerkzeugen

Hohe Präzision

Die Werkzeuge sollten mit Toleranzen im Bereich von 0,0004 Zoll hergestellt werden. Dies ist entscheidend, um die Teilegenauigkeit ohne Unterlegen oder andere Anpassungen während der Einrichtung zu erreichen.

Segmentierte Abschnitte

So können Sie aus mehreren vorgeschnittenen Stücken unterschiedliche Längen bauen. Kleine Stücke sind zudem sicherer und einfacher zu handhaben.

Selbsthaltende Montage. 

Sie sollten die Werkzeuge bei hochgefahrenem Stößel laden können. Das Werkzeughaltesystem sollte mehrere Teile an Ort und Stelle halten, bis der Klemmdruck angewendet wird.

Selbstsitzend

Wenn Klemmdruck ausgeübt wird, werden die Stempel mechanisch in Position gezogen. Dadurch ist es nicht mehr nötig, den Stempel während des Einrichtens in die Matrize zu drücken.

Frontlader 

Sie sollten Werkzeuge von der Vorderseite der Maschine aus installieren können. Dies verkürzt die Rüstzeit, da Sie keine Zeit mehr damit verbringen müssen, Werkzeuge vom Ende der Abkantpresse wegzuschieben. In den meisten Fällen macht die Frontbeladung auch Gabelstapler und Brückenkräne überflüssig.

Standardgrößen

Werkzeuge mit einheitlicher Höhe können den Bedarf an Maschinenanpassungen bei Auftragswechseln verringern. Vordere Stützarme, Hinteranschlaghöhen und Sicherheitsvorrichtungen bleiben alle an einer gemeinsamen Position. Und da die Werkzeuge auf die gleiche Höhe ausgelegt sind, können Sie handelsübliche Teile hinzufügen und sicher sein, dass sie zu Ihren vorhandenen Werkzeugen passen.

Viele hochwertige Abkantwerkzeuge werden nach metrischen Standards hergestellt. Eine V-Öffnung mit einer Nenngröße von 0,250 Zoll ist also tatsächlich 6 mm oder 0,236 Zoll groß. Darüber hinaus haben Biegungen in Blech leicht elliptische Eckradien, sodass Sie nur annähernd herankommen müssen, um das richtige Ergebnis zu erzielen. Der Einfachheit halber werden in diesem Artikel imperiale Maße gerundet.

Beachten Sie, dass sich die folgende Diskussion auf das Luftbiegen konzentriert, und das aus gutem Grund. Der Trend geht dahin, das Bodenbiegen oder Prägen aufzugeben und, wann immer möglich, das Luftbiegen zu nutzen. Beachten Sie jedoch, dass nicht alle Teile mit klassischen Luftbiegetechniken hergestellt werden können.

Bediener in der gesamten Branche verwenden sehr unterschiedliche Werkzeuge, um Teile von ähnlicher oder identischer Qualität herzustellen. Viele Bediener stellen akzeptable Teile mit falschen Werkzeugen her, weil sie keinen Zugriff auf die richtigen Werkzeuge haben. Sie bringen es zum Laufen; aber „es zum Laufen zu bringen“ ist weder effizient noch wiederholbar und kann den Arbeitsablauf ernsthaft behindern. Best Practices bei der Werkzeugauswahl sollten eigentlich ein elegant einfaches Ziel haben: Teile von bester Qualität in möglichst kurzer Zeit zu erzielen.

Welche Werkzeuge benötigen Sie und warum?

Eine Wartungswerkstatt benötigt und verwendet andere Abkantwerkzeuge als ein Spezialhersteller. Bevor Sie sich also in die Einzelheiten vertiefen, ermitteln Sie Ihre Bedürfnisse und Budgetbeschränkungen.

Beispielsweise benötigen Sie möglicherweise zusätzliche Werkzeuge, um die Rüstzeiten zu verkürzen. Sie folgen möglicherweise den Grundsätzen der schlanken Fertigung und erkennen die Vorteile einer separaten Werkzeugbibliothek für jede Abkantpresse – und sind daher bereit, in doppelte Werkzeugsätze zu investieren, die an den Maschinen gelagert werden. Sie verlieren keine wertvolle Rüstzeit damit, zum Werkzeuglager und anderswo hin und her zu laufen, um nach den richtigen Werkzeugen zu suchen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Werkzeugstilkompatibilität von Maschine zu Maschine nicht mehr erforderlich ist, da die Werkzeuge in der Regel bei der vorgesehenen Maschine bleiben (siehe Abbildung 3).

Wenn Sie zusätzliche, doppelte Werkzeuge kaufen müssen, um den Werkzeugvorrat jeder Abkantpresse zu erweitern, ist die Auswahl relativ unkompliziert. Sie finden diese Werkzeuge oft an geeigneten Stellen, wenn sie nicht bereits in den Abkantpressen vorhanden sind. Suchen Sie nach den Werkzeugen mit dem größten Verschleiß – jenen mit glänzenden, hellen Arbeitsflächen. Der Körper der Werkzeuge wird wahrscheinlich auch sauber und hell sein. Rostige, schmutzige Werkzeuge am Boden des Gestells sind wahrscheinlich keine Kandidaten.

Matrizenauswahl

Um das Beste für Ihr Geld zu bekommen, wählen Sie eine Mindestanzahl an Unterwerkzeugen, die den gesamten Bereich der Metalldicken abdeckt, die Ihr Shop formt. Shops mit wenig Stammeswissen, unvorhergesehenen Anwendungen und begrenzten Budgets sollten versuchen, Unterwerkzeuge mit dem auszuwählen 8×2-Regel.

Bestimmen Sie zunächst den Bereich der Metalldicke, die Sie biegen möchten. Beispielsweise müssen Sie möglicherweise Material mit einer Dicke von 0,030 Zoll bis 0,250 Zoll biegen.

Zweitens ermitteln Sie die kleinste benötigte V-Matrize, indem Sie das dünnste Metall mit 8 multiplizieren. In diesem Fall würde 0,030-Zoll-Material die kleinste Matrize benötigen, daher: 0,030 × 8 = 0,24, was wir auf 0,25 aufrunden.

Drittens ermitteln Sie die größte benötigte V-Matrize, indem Sie das dickste Metall mit 8 multiplizieren. In diesem Fall würde das dickste Material von 0,250 Zoll die größte Matrize benötigen: 0,250 × 8 = 2.

Sie haben nun die kleinste und größte Matrize bestimmt, die Sie benötigen – 0,25 und 2 Zoll. Um den dazwischen liegenden Bedarf auszufüllen, beginnen Sie mit der kleinsten V-Matrize und verdoppeln deren Größe. In diesem Fall erhalten Sie eine 0,5-Zoll-Matrize (0,25 × 2 = 0,5). Als nächstes verdoppeln Sie die 0,5-Zoll-Matrize, um 1,0 Zoll zu erhalten, und verdoppeln diese dann, um 2,0 Zoll zu erhalten. Dadurch erhalten Sie mindestens vier verschiedene V-Matrizenöffnungen, um 0,030 bis 0,250 Zoll großes Material zu biegen: 0,25, 0,5, 1,0 und 2,0 Zoll.

Schlagauswahl

Sie verwenden die Materialstärke auch, um die Mindestanzahl der oberen Stempel zu bestimmen. Für Material mit einer Stärke von 0,187 Zoll und weniger können Sie einen spitzwinkligen Messerstempel mit einem Radius von 0,04 Zoll verwenden. Der spitze Winkel ermöglicht ein Biegen über 90 Grad hinaus und der Versatz ermöglicht Ihnen die Bildung von J-Formen. Um die höheren Kräfte beim Formen von Material mit einer Stärke zwischen 0,187 und 0,5 Zoll zu bewältigen, sollten Sie einen geraden Stempel mit einem Radius von etwa 0,120 Zoll in Betracht ziehen.

Beachten Sie, dass bei einigen Anwendungen, einschließlich bei der Verwendung von dickerem und hochfestem Material, das Werkstück dazu neigt, Falten zu bilden, zu brechen oder sogar in zwei Hälften zu brechen, wenn gängige Biegestandards der Branche verwendet werden. Es ist eine Frage der Physik. Eine schmale Stempelspitze übt mehr Kraft auf die Biegelinie aus; kombiniert man dies mit einer schmalen V-Matrizenöffnung, steigen die Kräfte noch stärker an. Bei anspruchsvollen Anwendungen und insbesondere bei Materialstärken über 0,5 Zoll sollten Sie Ihren Materiallieferanten nach dem empfohlenen Stempelspitzenradius fragen.

Die 8er-Regel

Idealerweise sollten Sie die V-Matrizenöffnung mithilfe der sogenannten 8er-Regel auswählen können. Das heißt, die V-Matrizenöffnung sollte 8-mal so groß sein wie die Materialstärke. Um dies zu ermitteln, multiplizieren Sie die Materialstärke mit 8 und wählen Sie die nächstliegende verfügbare Matrize. Wenn Sie also 0,060 Zoll dickes Material haben, benötigen Sie eine Matrize von 0,5 Zoll (0,060 × 8 = 0,48; 0,50 Zoll ist die nächstliegende Matrizenbreite); für 0,125 Zoll dickes Material benötigen Sie eine Matrize von 1 Zoll (0,125 × 8 = 1). Dieses Verhältnis bietet die beste Winkelleistung, weshalb viele es als „Sweet Spot“ für die V-Matrizenauswahl bezeichnen. Die meisten veröffentlichten Biegetabellen basieren auf dieser Formel.

Einfach genug? Nun, in dieser perfekten Welt wäre es das, und Sie könnten in dieser perfekten Welt leben, wenn die Blechdesigner immer die 8er-Regel befolgen würden. Aber leider gibt es in der realen Welt jede Menge Ausnahmen.

V-Matrizenöffnung bestimmt den Radius

Beim Luftbiegen von Weichstahl bildet sich der innere Biegeradius bei etwa 16 Prozent der V-Matrizenöffnung. Wenn Sie also Material über eine 1-Zoll-V-Matrize luftbiegen, beträgt Ihr innerer Biegeradius etwa 0,16 Zoll.

Angenommen, ein Aufdruck gibt 0,125 Zoll Materialstärke an. In einer perfekten Welt würden Sie diese Stärke mit 8 multiplizieren und eine 1-Zoll-V-Matrize verwenden. Ganz einfach. Viele Blechkonstrukteure geben jedoch gerne einen Biegeradius an, der der Blechstärke entspricht. Was ist, wenn der Aufdruck einen Innenradius von 0,125 Zoll angibt?

Auch hier wird das Material durch Luftbiegen zu einem Innenradius gebogen, der etwa 16 Prozent der Matrizenöffnung entspricht. Das bedeutet, dass Ihre 1-Zoll-Matrize einen Radius von 0,160 Zoll erzeugen kann. Und was nun? Verwenden Sie einfach eine schmalere V-Matrize. Eine 0,75-Zoll-Matrize ergibt einen Innenradius von etwa 0,125 Zoll (0,75 × 0,16 = 0,12).

Ähnliche Überlegungen gelten für Drucke, die größere Biegeradien vorgeben. Angenommen, Sie müssen 0,125 Zoll dicken Weichstahl auf einen inneren Biegeradius von 0,320 Zoll formen – also mehr als die doppelte Materialstärke. In diesem Fall würden Sie eine 2-Zoll-Matrize wählen, die einen inneren Biegeradius von etwa 0,320 Zoll (2 × 0,16) ergibt.

Dies hat jedoch seine Grenzen. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass Sie zum Erreichen des angegebenen inneren Biegeradius eine V-Matrizenöffnung benötigen, die weniger als das Fünffache der Metalldicke beträgt, beeinträchtigen Sie die Winkelgenauigkeit, beschädigen möglicherweise die Maschine und ihre Werkzeuge und bringen sich in eine sehr unsichere Situation.

Minimale Flanschlänge

Beachten Sie bei der Auswahl Ihrer V-Matrizen die Flanschlängen. Der Mindestflansch, den eine bestimmte V-Matrize formen kann, beträgt ungefähr 77 Prozent ihrer Öffnung. Ein Teil, das über einer 1-Zoll-V-Matrize geformt wird, benötigt also mindestens einen 0,77-Zoll-Flansch.

Viele Blechkonstrukteure möchten gerne Metall sparen und spezifizieren einen zu kurzen Flansch, wie z. B. einen 0,5-Zoll-Flansch bei einer Materialstärke von 0,125 Zoll (siehe Abbildung 4). Nach der 8er-Regel erfordert 0,125 Zoll dickes Material eine 1-Zoll-V-Matrize – aber diese 1-Zoll-V-Matrize erfordert, dass das Werkstück einen Flansch von mindestens 0,77 Zoll hat. Was nun? Auch hier können Sie eine schmalere V-Matrize verwenden. Beispielsweise kann eine 0,625-Zoll-Matrize Teile mit Flanschen von nur 0,5 Zoll formen (0,625 × 0,77 = 0,48, aufgerundet auf 0,5).

Auch hier gibt es Grenzen. Wenn ein Flansch eine Matrizenbreite erfordert, die weniger als das Fünffache der Materialstärke beträgt, treten, wie bei engen Innenbiegeradien, Probleme mit der Winkelgenauigkeit auf, es können Schäden an der Maschine und ihren Werkzeugen entstehen und Sie selbst geraten in Gefahr.

Regeln zur Schlagauswahl

Für L-Formen gelten folgende Regeln: Es gibt keine Regeln. Fast jede Stanzform ist geeignet. Wenn Sie also Stanzwerkzeuge für eine Gruppe von Teilen auswählen, sollten Sie diese L-förmigen Teile immer zuletzt in Betracht ziehen, da sie mit fast jeder Stanzform bearbeitet werden können.

Verwenden Sie beim Formen dieser L-Formen einen Stempel, der auch andere Teile formen kann, anstatt unnötige Werkzeuge zur Bibliothek hinzuzufügen. Denken Sie daran, dass bei der Spezifikation von Werkzeugen weniger immer besser ist – nicht nur, um die Werkzeugkosten zu minimieren, sondern auch, um die Rüstzeit zu verkürzen, indem die Anzahl der in der Werkstatt benötigten Werkzeugformen reduziert wird (siehe Abbildung 5).

Für andere Formen gelten bestimmte Regeln für die Auswahl des Stempels. Bei der Bildung von J-Formen gelten beispielsweise folgende Regeln (siehe Abbildung 6):

• Wenn der kleine obere Schenkel länger ist als der untere Schenkel, benötigen Sie einen Schwanenhalsstempel.
• Wenn das kleine obere Bein kürzer ist als das untere Bein, funktioniert jede Schlagform.
• Wenn das kleine obere Bein gleich groß ist wie das untere Bein, benötigen Sie einen versetzten, spitzen Faustschlag.

Wie Sie sehen, befassen sich die Stempelauswahlregeln hauptsächlich mit Werkstückinterferenzen, und hier kann Biegesimulationssoftware eine wichtige Rolle spielen. Wenn Sie keinen Zugriff auf Biegesimulationssoftware haben, können Sie die Zeichnungen Ihres Werkzeuglieferanten mit Gitterhintergründen verwenden, um manuell nach Stempel-Teil-Interferenzen zu suchen.

Offset-Regeln

Wenn Sie einen konventionellen Werkzeugsatz verwenden, müssen Sie zwei Ram-Zyklen verwenden, um Offsets oder Z-Formen zu bilden. Für diese Formen gelten die Regeln (siehe Abbildung 8):

• Der Mittelschenkel (Steg) muss größer sein als die Hälfte der Breite des V-Matrizenkörpers. Beachten Sie, dass es sich hier um die gesamte Matrizenkörperbreite handelt und nicht um die V-Matrizenöffnung.
• Der Seitenschenkel muss kürzer sein als die V-Matrizenhöhe plus Steigrohrhöhe.
• Wenn der Mittelschenkel (Steg) weniger als die Hälfte der Breite des V-Matrizenkörpers beträgt, benötigen Sie ein Spezialwerkzeug, das beide Biegungen in einem Stößelhub formt. Der Vorteil dieser Formwerkzeuge besteht darin, dass Sie die Platte nicht umdrehen müssen. Der Nachteil besteht darin, dass sie etwa die dreifache Kraft der Standard-Luftbiegekraft erfordern.

Regeln für das Biegen über Ausschnitte und Gehrungen

Jedes nicht unterstützte Material innerhalb der V-Matrize kann sich verformen; in Löchern und anderen Ausschnitten äußert sich diese Verformung in Form von Ausbrüchen. Wenn die Löcher in der Nähe der Biegelinien klein sind, ist auch der damit verbundene Ausbruch klein. Außerdem ist bei den meisten Anwendungen eine gewisse Verformung zulässig, sodass es keine definitive Regel für die beste V-Matrizenbreite gibt, wenn sich ein Ausschnitt auf oder in der Nähe einer Biegelinie befindet.

Wenn Flansche, Ausschnitte und Gehrungen für die Blechdicke eindeutig zu nahe an der Biegelinie liegen, können Sie Kipphebelmatrizen verwenden. Die Kipphebel rotieren und stützen das Material während des gesamten Biegevorgangs und verhindern so das Ausblasen.

Das Bild unten zeigt identische Teile mit Ausschnitten nahe der Biegelinien. Das Bild im Vordergrund – mit dem verräterischen Ausblasen – wurde mit einer herkömmlichen V-Matrize geformt; das Bild im Hintergrund wurde mit einer Kipphebel-Matrize geformt. Beachten Sie auch, dass die beiden Ovale auf der linken Seite die gleiche Breite (von vorne nach hinten) und den gleichen Abstand von der Biegelinie haben. Nur ihre Längen sind unterschiedlich. Sie können deutlich mehr Ausblasen auf dem längeren Oval sehen.

Stanzhöhe für eine bestimmte Kastentiefe

Die Stempelhöhe wird beim Formen von drei- und vierseitigen Schachteln kritisch. In einigen Fällen können kurze Stempel dreiseitige Schachteln formen, wenn eine geformte Seite während der letzten (dritten) Biegung seitlich von der Abkantpresse herunterhängen kann. Wenn Sie vierseitige Schachteln formen, müssen Sie einen Stempel wählen, der hoch genug ist, um die Schachtelhöhe diagonal zu überspannen. 

Wenn keine oberen (Rück-)Flansche vorhanden sind oder die oberen Flansche nach außen ragen, benötigen Sie nicht viel Spielraum zwischen dem oberen Stempel und der unteren Matrize, um das Teil nach dem Biegen zu entfernen. Wenn Sie jedoch an allen vier Seiten Rückflansche (obere Flansche, die nach innen ragen) haben, benötigen Sie genügend Spielraum, um die Schachtel nach dem Biegen zu drehen und zu entfernen.

Kombination aus Biegung und Saum

Mit Biegefalzwerkzeugen können Teile mit gefalzten Kanten in einer einzigen Aufspannung hergestellt werden, wie in Abbildung 11. Bedenken Sie jedoch, dass Sie beim Säumen von Dicken über 0,125 Zoll möglicherweise Spezialwerkzeuge benötigen, um die erforderlichen übermäßigen Kräfte aufzunehmen.

Die Auswahlregeln für die V-Matrizenöffnung sind hier grundsätzlich dieselben wie für Standardbiegewerkzeuge. Die 30-Grad-Vorbiegungen für die Säume erfordern aufgrund der spitzen Winkel etwas längere Mindestflansche – bei 115 Prozent der ausgewählten V-Matrizenöffnung. Wenn Sie beispielsweise Material über eine 0,375-Zoll-V-Matrize formen, muss der Flansch mindestens 0,431 Zoll (0,375 × 1,15) betragen.

Kratzerfreie Teile

Fast alle typischen V-Matrizen-Biegewerkzeuge hinterlassen Spuren auf dem Teil, einfach weil das Metall beim Biegen in die Matrize gezogen wird. In den meisten Fällen sind die Spuren minimal und akzeptabel, und eine Vergrößerung des Schulterradius kann die Spuren verringern.

Bei Anwendungen, bei denen selbst minimale Markierungen nicht akzeptabel sind, wie z. B. beim Biegen von vorlackierten oder polierten Materialien, können Sie Nyloneinsätze verwenden, um Kratzer zu vermeiden (siehe Abbildung 12). Das kratzfreie Biegen ist besonders wichtig bei der Herstellung kritischer Teile für die Luft- und Raumfahrt, da es für Prüfer schwierig ist, ein Teil visuell zu prüfen und den Unterschied zwischen einem Kratzer und einem Riss zu erkennen.

Einfachheit ist eine Tugend

Moderne Präzisionswerkzeuge und Abkantpressen können ein bisher unerreichtes Maß an Genauigkeit erreichen. Und mit den richtigen Werkzeugen und gleichbleibendem Material kann eine Abkantpresse einen Flansch in einem bestimmten Winkel mit einem bestimmten inneren Biegeradius biegen. Aber auch hier gilt: Beim Freibiegen wird der innere Biegeradius auf einen Prozentsatz der Matrizenöffnung angepasst – und es kommt darauf an, die richtigen Werkzeuge zu haben. Die Angabe einer Vielzahl unterschiedlicher Radien mit engen Toleranzen erhöht die Werkzeugkosten. Und je mehr Werkzeuge Sie benötigen, desto häufiger müssen Sie umrüsten, was die Kosten noch weiter in die Höhe treibt.

Allerdings können Konstrukteure von Blechteilen die Werkzeugauswahl und den gesamten Biegevorgang erheblich vereinfachen, wenn sie bei der Konstruktion der Teile einige Grundregeln beachten:

1. Der innere Biegeradius sollte das 1,5-fache der Metalldicke betragen.
2. Die Flanschlänge sollte mindestens das Sechsfache der Metalldicke betragen. Dies gilt auch für Löcher im Teil; das heißt, Löcher sollten von der Biegelinie in einem Abstand angeordnet sein, der mindestens das Sechsfache der Materialdicke beträgt.

1. Die versetzte (Z-förmige) Stegabmessung sollte mindestens das 10-fache der Metalldicke betragen.

Es gibt viele Ausnahmen von diesen Regeln, und jede davon bringt Komplikationen mit sich. Sie können eine schmalere V-Matrizenöffnung verwenden, um einen kleineren Radius oder einen kürzeren Flansch zu biegen – wenn Sie jedoch einen zu spitzen Radius biegen, besteht die Gefahr, dass die Biegelinie geknickt wird und die zulässige Biegekraft für das Werkzeug und die Abkantpresse überschritten wird. Sie können einen schmaleren Versatz biegen, aber auch hierfür sind ein Spezialwerkzeug und eine erhebliche Biegekraft erforderlich.

Wenn ein Teil weder einen kurzen Flansch noch einen schmalen Versatz oder einen engen Radius benötigt, warum sollte man es dann komplizierter machen? Wenn Sie diese drei einfachen Regeln befolgen, verbessern Sie die Winkelleistung, verkürzen die Rüstzeit und senken die Werkzeugkosten.

Abschluss

Durch sorgfältige Berücksichtigung dieser Faktoren können Sie bei der Auswahl von Abkantwerkzeugen, die Ihren spezifischen Metallbiegeanforderungen entsprechen, fundierte Entscheidungen treffen.