UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

Produktionsvielfalt des Schwenkbiegens erweitert

Schwenkbiegen ist flexibel. Das Verfahren ist skalierbar und bietet die Möglichkeit, verschiedene Winkel und Radien zu biegen. Aber auch zylindrische und kegelförmige Blechschalen lassen sich  formen. Dies kann mit den klassischen Operationen kombiniert werden.

Extended production variety of swivel-bending
Swivel-bending is an extremely flexible manufacturing method. The process is scalable and offers the chance to bend different angles and radii. But also cylindrical and conical sheet metal shells can be formed. These possibilities can be combined with classic bending operations.

Gebogene Bleche werden zur Herstellung von Profilen, Maschinen, Maschinenverkleidungen, Gehäusen, Metalltüren, -möbeln, -regalen und für viele weitere Produkte verwendet. Für die Blechbearbeitung stellt das Umformen einen wesentlichen Teil in der Gruppe der Fertigungsverfahren dar, vergleiche DIN 8580. Vor allem bei der Massen- und Serienfertigung werden umformende Fertigungsverfahren eingesetzt, da die gewünschte Form in möglichst einem Arbeitsgang erzeugt werden kann und die Formgebung ohne Stoffverlust erfolgt. Zudem stellen die Werkzeugkosten für die Produktionstechnik einen wesentlichen wirtschaftlichen Einflussfaktor dar. Durch die flexible Einsetzbarkeit eines Werkzeuges für mehrere Produkte können besonders niedrige Werkzeugkosten auf die Stückzahlen abgerechnet werden. Diese Flexibilität wird beispielsweise durch kinematische Umformverfahren ermöglicht. Da nach DIN 8586 beim Schwenkbiegen die Gestalterzeugung im Wesentlichen durch die drehende Werkzeugbewegung – und nicht durch die Werkzeuggestalt – erfolgt, wird das Umformverfahren in Anlehnung an VDI 3430 zur kinematischen Fertigungstechnik gezählt.

Schwenkbiegemaschinen und Werkzeuge

Mit modernen Schwenkbiegemaschinen können Bearbeitungslängen bis 8000 mm verarbeitet werden. Langabkantmaschinen ermöglichen sogar Bearbeitungslängen bis rund 18 m, wobei aus konstruktiven Gründen des Maschinenaufbaus die verarbeitbare Blechdicke in der Regel bei maximal 3 mm liegt. 

Schwenkbiegemaschinen spannen das Blechhalbzeug zwischen einer in der Regel ortsfesten Unterwange und einer herabsenkbaren Oberwange ein. Zur Biegung des zwischen Ober- und Unterwange herausstehenden Blechabschnitts schwenkt die Biegewange auf einen voreingestellten Winkel, der in der Regel bis zu 135 Grad betragen kann. Darüber hinaus kann das Blech in einem zweiten Biegeschritt gefalzt werden, so dass ein Biegewinkel von 180 Grad entsteht. Zudem können die Biegewange und der zugehörige Antrieb so ausgeführt werden, dass die Biegewange sowohl nach oben als auch nach unten schwenken kann. Somit ist es möglich komplexe Biegeteile mit positiven und negativen Biegewinkeln herzustellen, ohne dass das Biegeteil gegebenenfalls gedreht werden muss. 

An der Schwenkbiegemaschine können unterschiedliche Oberwangenschienen gerüstet werden. Geißfußschienen und rechtwinklige Schienen bieten ein größeres Platzangebot für die Fertigung von Profilquerschnitten als Standardwerkzeuge. Spitzschienen erlauben die größten Biegewinkel. Mit Hilfe von Rundschienen können gezielt größere Biegeradien ausgelegt werden. Zur Automatisierung und Flexibilisierung der Schwenkbiegemaschinen werden CNC-Steuerungen eingesetzt. Werkzeugspannsysteme ermöglichen zudem den automatisierten Werkzeugwechsel. Um die Geradheit der Biegung unabhängig von der Materialdicke, -länge und -art sicherzustellen, werden zur Kompensation der Auffederung der Ober- und Unterwange und Durchbiegung der Biegewange Bombiersysteme eingesetzt, die selbstregelnd ausgeführt werden können.

Schwenkbiegen zeichnet sich durch hohe Flexibilität und gute Automatisierbarkeit aus. Aufgrund geringer Rüstzeiten können mittlere, kleinere und auch individuelle Losgrößen gefertigt werden. Eine geometrische Flexibilität besteht im Biegewinkel und im Biegeradius sowie der Anzahl der aneinandergereihten Biegungen. Dabei ist die Verwendung von universellen Werkzeugsätzen möglich, um eine hohe Variantenvielfalt flexibel zu fertigen. Neben konventionell schwenkgebogenen Biegeteilen lassen sich durch eine inkrementelle (schrittweise) Betriebsweise der Schwenkbiegemaschine auch Zylinderschalen herstellen.

Mehr Flexibilität beim Schwenkbiegen

Zusammen mit der Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH forscht der Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen daran, das konventionelle Fertigungsspektrum des Schwenkbiegens zu erweitern. Derzeit besteht eine hohe Nachfrage nach dem Biegen von Kegeln mit großer Prozesssicherheit sowie geringem Einrichtungsaufwand. Ähnlich wie bei der Herstellung zylindrischer Bauteile soll die Schwenkbiegemaschine bei der Herstellung konischer Blechkonturen in einer inkrementellen Betriebsweise arbeiten. Allerdings sind im Gegensatz zum Walzrunden noch keine Prozessmodelle vorhanden, um definierte Radien zu biegender Zylinder oder Konen mittels Schwenkbiegen zu erzeugen. Speziell bei der Biegung eines Kegelstumpfs bilden die Radien vom Grund- und Deckkreis im Zusammenhang mit der Höhe sowie dem Öffnungswinkel die entscheidenden geometrischen Faktoren.

Die Partner entwickeln im Rahmen eines geförderten Forschungsprojektes ein Prozessmodell, das die gezielte Auslegung der Prozessparameter in Abhängigkeit der geforderten geometrischen Parameter eines Kegelstumpfes ermöglicht. Aufgrund der kreisförmigen Abwicklungen konischer Bauteile und der daraus resultierenden zirkulären Maschinenkinematik wird gemeinsam ein Maschinenkonzept zum definierten Schwenkbiegen konischer Blechteile entwickelt. Zunächst wurde hierfür ein Finite-Elemente-Simulationsmodell für die Softwarelösung "Pam-Stamp 2018.0" der ESI Group entwickelt, mit dem die inkrementelle Biegefertigung numerisch untersucht wird. Die in ersten Experimenten entstandenen Probebiegungen validieren das entwickelte Prozessmodell und die vorläufige Modifikation der Maschinen. 

Entscheidend ist ein gleichmäßiger Gesamtbiegewinkel über die Höhe des Konus, insbesondere am oberen als auch unteren Radius des Kegelstumpfes, und die Genauigkeit der analytischen Vorhersage der Maschinenparameter in Abhängigkeit der zu fertigenden Geometrie.

Wolfram Hochstrate, Dr. Hochstrate Maschinenbau, sowie Bernd Engel, Michael Schiller und Peter Frohn, Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen
Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWI) finanziert und geführt unter den Förderkenneichen ZF4162306US7 beziehungsweise ZF4385901US6.

Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH
Wullener Feld 77a
58454 Witten
Ansprechpartner ist Wolfram Hochstrate
Tel.: +49 2302 78070
info@dr-hochstrate.de
www.dr-hochstrate.de

Universität Siegen
Lehrstuhl für Umformtechnik
Breite Straße 11
57076 Siegen
Ansprechpartner ist Michael Schiller
Tel.:  +49 271 740-5217
michael.schiller@uni-siegen.de
www.biegeninsiegen.de