Grundlagen des Biegens: Warum die Tonnage bei Abkantpressen wichtig ist

Durch Auswahl der Abkantpresse und die Werkzeuge für einen bestimmten Auftrag erfordern viel mehr als nur sicherzustellen, dass genügend rohe Kraft vorhanden ist. Wenn Sie sich einmal verrechnen, können Teile des Werkzeugs umherfliegen, während Sie gleichzeitig die Last in der Mitte des Stößels überschreiten, wodurch sich der Stößel und das Bett der Abkantpresse verbiegen. Wenn Sie nicht glauben, dass dies passieren kann, sehen Sie sich fast jede mechanische Abkantpresse mit hoher Laufleistung an und zählen Sie die Anzahl der Unterlegscheiben zwischen der Matrize und dem Bett.

Um diese Probleme zu vermeiden, werfen Sie einen Blick auf Ihre Tonnage- und Ladegrenzen.

Wie viel Tonnage wird für einen Auftrag benötigt?

Beginnen Sie mit einem Blick auf ein Standard-Tonnagediagramm, das die Werkstückdicke mit der Breite der Matrizenöffnung in Beziehung setzt. An der Schnittstelle der beiden Werte erhalten Sie die ungefähre Tonnage pro Fuß, die für den Auftrag erforderlich ist, basierend auf kaltgewalztem Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI.

Tonnagetabellen können jedoch ungenau sein. Um die für einen Auftrag erforderliche Tonnage jedes Mal schnell und genau zu ermitteln, sollten Sie die folgende Formel verwenden, die die Tonnage pro Zoll bei der Luftformung von kaltgewalztem AISI 1035-Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI über eine bestimmte Matrizenbreite berechnet:

Tonnage pro Zoll = {[(575 × Materialdicke2) / Matrizenbreite] / 12}.

Beginnen Sie mit einem Blick auf ein Standard-Tonnagediagramm, das die Werkstückdicke mit der Breite der Matrizenöffnung in Beziehung setzt. An der Schnittstelle der beiden Werte erhalten Sie die ungefähre Tonnage pro Fuß, die für den Auftrag erforderlich ist, basierend auf kaltgewalztem Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI.

Tonnagetabellen können jedoch ungenau sein. Um die für einen Auftrag erforderliche Tonnage jedes Mal schnell und genau zu ermitteln, sollten Sie die folgende Formel verwenden, die die Tonnage pro Zoll bei der Luftformung von kaltgewalztem AISI 1035-Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI über eine bestimmte Matrizenbreite berechnet:

Tonnage pro Zoll = {[(575 × Materialdicke2) / Matrizenbreite] / 12}.

Multiplizieren Sie diesen Wert mit der Biegelänge und Sie erhalten die für die Anwendung erforderliche Gesamttonnage.

Dennoch gibt es in jeder Werkstatt unterschiedliche Materialarten und jede hat ihre eigene Zugfestigkeit. Zugfestigkeit ist definiert als die Fähigkeit eines Materials, Gewicht zu tragen, ohne zu brechen oder auseinandergerissen zu werden, und zwar bei einer gleichmäßigen Belastung, nicht bei einem plötzlichen Aufprall.

Um verschiedene Materialien in die Tonnageberechnung einzubeziehen, fügen Sie der Tonnageformel einen Materialfaktor hinzu. Hier sind einige gängige Materialfaktoren:

AISI 1035 kaltgewalzter Stahl = 1
304 Edelstahl = 1,4 bis 6
Aluminium 6061 T6 = 1,28
Aluminium 5052 H32 = 0,50
Wir verwenden AISI 1035 mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI (die am häufigsten verwendete kaltgewalzte Stahlsorte) als Basis und geben ihm daher den Wert 1. Um einen Faktor für ein bestimmtes Material zu erhalten, können Sie einen einfachen Vergleich der Zugfestigkeiten durchführen, wobei Sie mit einer Zugfestigkeit von 60.000 PSI als Basis arbeiten. Wenn Sie beispielsweise mit einem Material mit einer angegebenen maximalen Zugfestigkeit von 120.000 PSI arbeiten, teilen Sie diesen Wert durch 60.000, um 2 zu erhalten, was zu Ihrem Materialfaktor in der Tonnageformel wird.

Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte können Sie mit der folgenden Tonnageberechnung die für einen Auftrag benötigte Tonnagemenge ermitteln:

Tonnage pro Zoll = {[(575 × Materialstärke im Quadrat) / Matrizenbreite] / 12} × Materialfaktor

Gesamttonnage, die für den Auftrag benötigt wird = Tonnen pro Zoll × Länge der Biegung in Zoll

Diese Formeln gelten für die Luftformung. Wenn Sie Boden- oder Prägebiegen durchführen, müssen Sie dies berücksichtigen. Die Berechnungen der Boden- und Prägetonnage sind bestenfalls grobe Annäherungswerte, da sie je nach Maschinenbediener variieren können. Diese Biegemethoden erhöhen die erforderliche Tonnage jedoch erheblich. Wenn Sie Bodenbiegen durchführen, müssen Sie Ihre berechnete Tonnage pro Zoll mit mindestens einem Faktor von 5 multiplizieren; wenn Sie Prägebiegen durchführen, kann der Faktor 10 oder sogar noch höher sein.

Beachten Sie auch, dass die maximale Tonnage nicht auf einmal erreicht wird; sie baut sich entlang einer steilen Kurve auf. Bei genauer Betrachtung werden Sie feststellen, dass 80 Prozent der Gesamttonnage in den ersten 20 Grad der Biegung entwickelt werden, sodass selbst ein kleiner Biegewinkel enormen Druck auf die Werkzeuge und Geräte ausüben kann.

Es muss auch mehr Tonnage berücksichtigt werden als nur die, die zum Biegen des Blechs erforderlich ist. Auch die Größe des Werkstücks kann sich auf die Tonnageanforderungen auswirken. Wenn Sie mit einem kleinen Teil arbeiten, ist diese Kraft extrem gering. Bei größeren Teilen kann die Kraft jedoch erheblich sein. Die Unterstützung des Materials – sei es mit viel Arbeitskraft, Materialhebern an der Bremse selbst oder einem Kran – kann dazu beitragen, diesen Effekt abzumildern.

Unabhängig davon, ob Sie eine Tonnagetabelle verwenden oder den Tonnagebedarf manuell berechnen, müssen Sie wissen, wie Sie die Informationen anwenden. Der Tonnagebedarf des Auftrags sollte die Tonnagekapazität der Abkantpresse oder des Werkzeugs nicht überschreiten.

Tonnagekapazität der Abkantpresse

Bevor wir fortfahren, müssen wir einige Begriffe definieren. Der erste ist Durchbiegung. Durchbiegung ist die vorübergehende Verformung des Stößels und des Betts der Abkantpresse, die unter Belastung natürlich auftritt. Wenn der Druck entfernt wird, tritt auch die Durchbiegung unter Belastung auf und Stößel und Bett kehren in ihre ursprüngliche Position zurück. Mit anderen Worten: Durchbiegung ist normal und zu erwarten.

Der zweite Begriff ist die Verformung, die auftritt, wenn Sie die maximale Auslenkung des Pressenkolbens überschreiten. Wenn dies geschieht, bleiben der Kolben und das Bett dauerhaft ausgelenkt (verbogen); einmal verformt, werden die Reparatur des Pressenkolbens und des Betts schwierig und teuer.

Die meisten Abkantpressen sind für eine mittige Belastung ausgelegt, das heißt, sie sind für die Arbeit in der Mitte des Abkantpressenbetts ausgelegt. Die Kraft des Presskolbens kommt von den Zylindern auf beiden Seiten des Betts, während die Biegekraft in der Mitte liegt.

Eine Durchbiegung ist nicht immer vorhanden. Bei Maschinen, die eine außermittige Belastung zulassen, können Sie direkt unter einem Hydraulikzylinder arbeiten, ohne dass eine Durchbiegung auftritt, aber Ihnen steht nur die halbe Abkantpressen-Tonnage zur Verfügung. Ihre Grenze ist dann entweder die Belastungsgrenze des Werkzeugs oder die Härte des Stößels und seine Fähigkeit, der Tonnage standzuhalten.

Standard-Geradestanzer

Das Überschreiten der zulässigen Tonnage der Abkantpresse führt zu einer Verformung des Pressstempels. Die Belastungsgrenze ist maschinenspezifisch. Nur der Maschinenhersteller kann Ihnen die Mittellinienbelastungsgrenze Ihrer Abkantpresse nennen; sie kann 30 Tonnen pro Fuß oder 55 Tonnen pro Fuß betragen. Diese Informationen müssen Sie beim Hersteller der Abkantpresse erfragen.

Generell sollten Sie die volle Maschinenlast nie auf eine Biegelänge anwenden, die weniger als 60 Prozent der Distanz zwischen den Seitenrahmen beträgt. Wenn Sie beispielsweise ein 10 Fuß langes Bett zwischen den Seitenrahmen haben, kann eine volle Last gleichmäßig auf Formlängen von nur 6 Fuß oder mehr angewendet werden. Diese Regel sollte auch für die meisten Bombierungssysteme gelten. Wenn Sie die volle Last auf weniger als 60 Prozent der Bettlänge anwenden, wird Ihre Bremse in Bett und Stößel ein gewisses Maß an Verformung erleiden.

Angenommen, Sie haben eine 250-Tonnen-Abkantpresse mit 14 Fuß zwischen den Seitenrahmen. Das bedeutet, dass Sie bei voller Belastung einen Mindestarbeitsbereich von 60 Prozent der Bettlänge (0,60 × 14) oder 8,4 Fuß haben. Dann teilen Sie 250 Tonnen durch 8,4 Fuß, was 29,76 ergibt. Nach dem Aufrunden beträgt die maximale Tonnage pro Fuß unter Belastung 30 US-Tonnen pro Fuß. (Achten Sie bei Ihren Berechnungen darauf, dass die Einheiten konsistent sind; 1 US-Tonne entspricht 1,102 metrischen Tonnen.)

Überlegungen zur Stempelmontage

Es gibt drei Arten von Stempeln und drei verschiedene Stempelhalterungen: amerikanisch gehobelt mit zwei Schultern; europäisch präzisionsgeschliffen mit einer Schulter; und den neuen Standard, der direkt auf dem Stößel montiert wird und bei dem der Druck direkt durch den Kopf des Werkzeugs und in einigen Fällen durch die Matrizenschultern fließt.

Achten Sie besonders darauf, wie der Druck durch das Werkzeug fließt, wenn Sie den Stempel in die Abkantpresse montieren. Standard-amerikanische Werkzeuge sind in Bezug auf den Druckfluss umkehrbar, aber durch Umkehren kann der Stempel seine Mitte verlieren, was zu Formproblemen führen kann. (Außerdem geht die Beziehung zwischen dem Hinteranschlag und der Biegelinie verloren, aber das ist ein ganz anderes Thema.

Werkzeuge im europäischen Stil sind hinsichtlich der Zentren umkehrbar, können jedoch falsch installiert werden. Der Druck fließt am Stößel vorbei auf die Befestigungsbolzen. Dies führt zu einer gefährlichen Situation.

Tonnagekapazität der Werkzeuge

In den meisten Fällen veröffentlichen Hersteller eine Liste der von ihnen hergestellten Werkzeuge mit der Referenznummer und der zulässigen Tonnage pro Fuß, die jedes Werkzeug bewältigen kann. Wenn Sie diesen Tonnagewert durch 12 teilen, erhalten Sie die maximal zulässige Tonnage pro Zoll für dieses Werkzeug. Multiplizieren Sie diesen Wert mit der Gesamtlänge der Biegung in Zoll, und Sie erhalten die maximal zulässige Tonnage über diese Länge der Biegung. Stellen Sie sicher, dass dieser Wert den erforderlichen Tonnagewert für die vorliegende Aufgabe überschreitet.

Ich habe im Lauf der Jahre viele Artikel darüber geschrieben, wie man die Tonnageanforderungen für eine bestimmte Situation entwickelt. Den Erklärungen schließe ich immer die Aussage ein: „Überschreiten Sie niemals die vom Hersteller angegebene maximal zulässige Tonnage“, nur um später gefragt zu werden: „Meine Werkzeuge sind nicht dafür ausgelegt. Woher weiß ich also, ob ich zu viel Tonnage verwende?“

Es stimmt, dass manche Abkantpressenwerkzeuge nicht für die Tonnage ausgelegt sind; das ist bei amerikanischen Hobelwerkzeugen üblich. Wie viel Tonnage pro Fuß ein bestimmtes Werkzeug genau aushält, hängt vom Material, der Oberflächenbehandlung und der Geometrie des Werkzeugs ab. Selbst für die erfahrensten Ingenieure kann dies eine schwierige Entscheidung sein.

Wenn ein gerader Stempel mit einer Breite von mindestens 2 Zoll keine Tonnage-Bewertung hat, kann die Belastungsgrenze des Werkzeugs die Mittellinien-Belastungsgrenze einer typischen Abkantpresse mit einer Grenze von 30 Tonnen pro Fuß sein. Dies liegt daran, dass man bei Verwendung eines Standard-gerades Stempels, bei dem der Körper des Werkzeugs mindestens 2 Zoll breit ist, davon ausgehen kann, dass er weit mehr Tonnage als 30 Tonnen pro Fuß aushält. (Dies gilt natürlich möglicherweise nicht, wenn Sie eine Abkantpresse mit höheren Belastungsgrenzen verwenden.)

Ein Schwanenhalsstempel mit tiefer Kehle, der für große Rücklaufflansche ausgelegt ist, hält deutlich weniger Tonnage pro Fuß aus als ein herkömmlicher gerader Stempel mit 2 Zoll Dicke. Je größer die Kehlentiefe des Schwanenhalsstempels ist, desto geringer ist seine Tonnagekapazität (siehe
. Eine Halstiefe von 70 Prozent (20 Prozent hinter der Mitte) führt beispielsweise zu einem Rückgang der Tonnagekapazität um 30 Prozent im Vergleich zu der eines geraden Werkzeugs, abhängig von der spezifischen Werkzeugkonstruktion.

Warum Tonnagedaten so wichtig sind

Im Idealfall sollten Sie Informationen zur Tonnagekapazität sowohl vom Werkzeughersteller als auch vom Abkantpressenlieferanten einholen. Wenn Sie über solche Daten verfügen und diese voll ausnutzen, können Sie eine potenziell gefährliche Übertonnagesituation vermeiden.

Wenn man eine Maschine über ihre Grenzen hinaus treibt, führt das zu Chaos an allen Fronten. Eine teure Abkantpresse kann irreparabel beschädigt werden. Moderne Abkantpressenwerkzeuge, die 75 HRC erreichen, können unter extremem Druck explodieren. Am schlimmsten ist, dass der Abkantpressentechniker dadurch ernsthaft gefährdet wird.