Das Zurückfedern des Blechs ist ein natürliches Phänomen, das nach dem Nachlassen des Stanzdrucks auftritt. Das Material kehrt teilweise in seine ursprüngliche Form zurück, weshalb der tatsächliche Winkel des fertigen Teils vom an der Maschine eingestellten Winkel abweichen kann. Beispielsweise kann sich ein auf 88° gebogenes Teil nach dem Entnehmen aus dem Werkzeug auf die erforderlichen 90° öffnen.
Das Zurückspringen von Blech ist ein natürliches Phänomen, das auftritt, wenn der Druck des Stempels nachlässt. Das Material kehrt teilweise in seine ursprüngliche Form zurück, weshalb der tatsächliche Winkel des fertigen Teils von dem an der Maschine eingestellten Winkel abweichen kann. Beispielsweise kann sich ein auf 88° gebogenes Teil nach dem Entnehmen aus dem Werkzeug auf die geforderten 90° öffnen.
Bei einer Einzelfertigung stellt eine geringe Abweichung oft kein Problem dar. In der Serienfertigung wirkt sie sich jedoch auf die Montage, die Dichtheit der Verbindungen, die Geometrie der Gehäuse und das Aussehen des fertigen Produkts aus. Ein falscher Winkel kann das Verschrauben von Bauteilen, das Einpassen von Beschlägen oder das Zusammenfügen von Teilen nach nachfolgenden Bearbeitungsschritten erschweren.
Das Federverhalten lässt sich nicht vollständig beseitigen, aber sein Einfluss auf das Biegeergebnis kann begrenzt werden. Entscheidend sind dabei: die Materialart, die Materialstärke, der Biegeradius, die Auswahl der Werkzeuge, die Arbeitsmethode sowie die korrekten Einstellungen der CNC-Abkantpresse.
Was ist die Federung von Blechen?
Beim Biegen wird die äußere Schicht des Blechs gedehnt, während die innere Schicht zusammengedrückt wird. Nach dem Nachlassen des Drucks lässt ein Teil der elastischen Spannungen nach. Das Material neigt dann dazu, teilweise in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, was zu einer Änderung des Biegewinkels führt.
In der Praxis bedeutet dies, dass das Werkstück oft etwas stärker gebogen werden muss, als es die Endmaße vorgeben. Diese Korrektur wird als Überbiegung bezeichnet. Ihr Wert ist nicht konstant, da er vom Werkstoff, der Dicke, der Breite der V-Nut, dem Stempelradius sowie der Art der Prozessführung abhängt.
Dieselbe Abkantpresse, derselbe Stempel und dieselbe Matrize können bei Schwarzstahl, Edelstahl und Aluminium zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Daher sollte man sich bei präzisen Werkstücken nicht ausschließlich auf die Standardeinstellungen verlassen. Ein technologischer Test an einer tatsächlichen Materialcharge ist erforderlich.
Material und seine Eigenschaften
Die Art des Materials ist einer der wichtigsten Faktoren, die das Biegeverhalten des Blechs beeinflussen. Standard-Baustahl verhält sich in der Regel vorhersehbar und ermöglicht es, leicht einen reproduzierbaren Biegewinkel zu erzielen. Edelstahl weist eine höhere Elastizität auf, weshalb bei gleicher Dicke oft ein größerer Biegewinkel erforderlich ist.
Auch Aluminium kann deutlich zurückspringen, insbesondere bei härteren Legierungen. Gleichzeitig ist es anfälliger für Oberflächenbeschädigungen. Das Eingrenzen des Rückspringens durch eine zu aggressive Verringerung des Radius kann zu Rissen, Kratzern oder Oberflächenverformungen führen.
Auch die Streckgrenze des Werkstoffs spielt eine Rolle. Je höher die Festigkeit des Blechs ist, desto mehr Energie kann nach Entlastung zurückgewonnen werden. Hochfeste Bleche, Edelstahl und bestimmte Aluminiumlegierungen erfordern daher eine strengere Prozesskontrolle als gewöhnlicher Schwarzstahl.
Blechdicke und tatsächliche Materialabmessungen
Die Blechdicke beeinflusst den Innenradius, den erforderlichen Druck sowie den Endwinkel nach dem Entspannen. Bei der Serienfertigung ist zu beachten, dass die Nennstärke des Materials nicht immer dem tatsächlichen Wert entspricht. Ein als 2 mm bezeichnetes Blech kann eine geringfügige Abweichung aufweisen, die das Verhalten beim Biegen verändert.
Wenn die nächste Materialcharge von einem anderen Lieferanten stammt oder andere Eigenschaften aufweist, müssen zuvor gespeicherte Korrekturen möglicherweise überprüft werden. Genau aus diesem Grund ist die Kontrolle des ersten Werkstücks nach einem Wechsel der Blechcharge sehr wichtig. So können die Einstellungen schnell korrigiert werden, bevor eine größere Anzahl nicht konformer Teile entsteht.
Walzrichtung und Vorbereitung des Werkstücks
Die Walzrichtung des Blechs kann das Biegeergebnis beeinflussen. Das Material weist entlang und quer zur Walzrichtung eine unterschiedliche Struktur auf. Bei anspruchsvollen Bauteilen empfiehlt es sich, die Ausrichtung des Blechs konstant zu halten, damit nachfolgende Teile unter vergleichbaren Bedingungen gebogen werden.
Das Biegen mal entlang und mal quer zur Walzrichtung kann zu geringfügigen Winkelunterschieden führen, selbst bei identischen Pressen-Einstellungen. In der Serienfertigung helfen eine eindeutige Kennzeichnung der Materialrichtung sowie die Anwendung eines einheitlichen Vorbereitungsverfahrens für das Werkstück.
Vor dem Biegen müssen grobe Verunreinigungen, Grate und Unebenheiten nach dem Schneiden von der Oberfläche entfernt werden. Eine nach unsachgemäßem Zuschnitt vorbereitete Kante legt sich möglicherweise nicht korrekt auf die Matrize, was die Prozessschwankungen erhöht.
Biegeradius und Auswahl der Matrize
Der Biegeradius hat einen direkten Einfluss auf die Rückfederung. Bei einem größeren Radius wird das Material sanfter verformt und kehrt daher leichter in seine ursprüngliche Form zurück. Ein kleinerer Radius begrenzt in der Regel die Rückfederung, erfordert jedoch eine höhere Kraft und kann das Risiko eines Bruchs an der Außenseite der Biegung erhöhen.
Der Stempelradius sollte an die Art des Blechs, dessen Dicke und die Anforderungen an das fertige Bauteil angepasst sein. Ein zu kleiner Radius kann das Material beschädigen, während ein zu großer Radius die Winkelabweichung nach dem Entspannen erhöhen kann.
Auch die Breite der V-Nut in der Matrize spielt eine Rolle. Eine breitere Matrizenöffnung vergrößert in der Regel den Biegeradius und kann zu einer stärkeren Rückfederung führen. Eine schmalere Matrize ermöglicht eine stärkere Verformung des Materials, erhöht jedoch den erforderlichen Druck. Eine zu kleine V-Nut kann die Maschine, die Werkzeuge und das Werkstück überlasten.
Die Auswahl der Werkzeuge sollte sich nach der Werkzeugtabelle des Herstellers, den Materialdaten sowie Versuchen an realen Bauteilen richten. Insbesondere bei langen Werkstücken trägt ein geeigneter Stempel-Matrizen-Satz dazu bei, den Winkel über die gesamte Biegelänge hinweg beizubehalten.
Vorbiegen als grundlegende Winkelkorrektur
Die am häufigsten verwendete Methode zum Ausgleich des Federverhaltens ist das Vorbiegen. Wenn das Endteil einen Winkel von 90° haben soll, stellt der Bediener einen kleineren Winkel ein, zum Beispiel 87° oder 88°. Nach dem Lösen des Drucks öffnet sich das Material teilweise und erreicht einen Wert, der dem geforderten nahekommt.
Der genaue Wert des Vorbiegens sollte sich aus technologischen Versuchen ergeben. Es ist nicht sinnvoll, für alle Werkstoffe eine einheitliche Korrektur anzunehmen. Edelstahl, Aluminium und hochfeste Bleche erfordern möglicherweise andere Einstellungen als Baustahl gleicher Dicke.
Eine CNC-Abkantpresse erleichtert die Arbeit, da bewährte Korrekturwerte im Programm gespeichert werden können. Dadurch lassen sich nachfolgende Serien schneller und mit höherer Wiederholgenauigkeit fertigen.
Biegeverfahren und Federung
Beim Luftbiegen kommt das Blech hauptsächlich mit den Kanten der Matrize und der Spitze des Stempels in Kontakt. Dies ist ein schnelles, flexibles und in der Fertigung häufig angewandtes Verfahren. Es ermöglicht die Herstellung verschiedener Biegewinkel mit demselben Werkzeugsatz, ist jedoch anfälliger für Abweichungen, die auf die Materialeigenschaften zurückzuführen sind.
Das Biegen bis zum Boden bietet eine bessere Kontrolle, da das Material stärker an die Form der Matrize gedrückt wird. Es kann das Federverhalten im Vergleich zum Biegen in der Luft verringern, erfordert jedoch genauer abgestimmte Werkzeuge.
Das geringste Rückfedern ergibt das Prägen, auch Coining genannt. Bei diesem Verfahren wird das Material im Biegebereich stark verformt. Dies erfordert jedoch einen deutlich höheren Druck, weshalb es wirtschaftlich und technologisch nicht immer gerechtfertigt ist.
Einstellungen der CNC-Abkantpresse
Eine moderne CNC-Abkantpresse ermöglicht das Speichern von Programmen für bestimmte Werkstoffe und Werkstücke. Der Bediener kann die Winkelkorrektur, die Position der Anschläge, die Stempeltiefe sowie die Kompensationsparameter einstellen. Dies erleichtert die Wiederverwendung bewährter Einstellungen bei nachfolgenden Chargen.
Selbst ein gut vorbereitetes Programm ersetzt nicht die Kontrolle des ersten Werkstücks. Nach dem ersten Biegevorgang sollte der Winkel gemessen, mit der Vorgabe verglichen und gegebenenfalls korrigiert werden. In der Serienfertigung empfiehlt es sich, Muster auch während des Betriebs zu kontrollieren, insbesondere nach einem Wechsel der Materialcharge oder der Werkzeuge.
Bei langen Bauteilen ist die Durchbiegungskompensation des Biegebalkens von großer Bedeutung. Ohne sie kann das Werkstück an den Enden einen anderen Winkel aufweisen als in der Mitte. Ein mechanisches oder CNC-gesteuertes Kompensationssystem hilft dabei, den Druck gleichmäßig über die gesamte Biegelänge zu verteilen.
Zustand der Werkzeuge und Vorbereitung des Arbeitsplatzes
Stempel und Matrize müssen sauber, unbeschädigt und korrekt ausgerichtet sein. Späne, Verschmutzungen, Spuren früherer Bearbeitungen oder Beschädigungen der Arbeitsflächen können das Biegeergebnis beeinträchtigen. Bei Präzisionsteilen kann bereits eine geringfügige Unebenheit den endgültigen Biegewinkel verändern.
Es ist außerdem zu überprüfen, ob das Blech korrekt an den Anschlägen anliegt. Eine falsche Ausrichtung führt zu einer Verschiebung der Biegelinie. Dies kann zu Montagefehlern führen, selbst wenn der Winkel an sich korrekt ist.
Regelmäßige Werkzeugkontrollen, die Sauberkeit des Arbeitstisches und die wiederholbare Ausrichtung des Werkstücks tragen dazu bei, die Prozessschwankungen zu minimieren. In der Serienfertigung sollten diese Maßnahmen als fester Bestandteil der Fertigungstechnik betrachtet werden und nicht als zusätzliche Kontrolle, die erst nach Auftreten eines Problems durchgeführt wird.
Wie lässt sich das Federverhalten in der Praxis reduzieren?
Die besten Ergebnisse erzielt man durch eine Kombination mehrerer Maßnahmen. Der Biegeradius und die Breite der Matrize sollten an die Blechsorte angepasst werden, es sollte ein Proiebiegung am tatsächlichen Material durchgeführt und die geprüfte Korrektur im Programm der Abkantpresse gespeichert werden.
- Wählen Sie die Werkzeuge entsprechend der Dicke und der Blechsorte aus,
- überprüfen Sie die tatsächliche Materialdicke,
- berücksichtigen Sie die Walzrichtung,
- führen Sie einen Proiebieg durch und messen Sie das erste Werkstück,
- wenden Sie eine angemessene Überbiegung an,
- verwenden Sie bei langen Werkstücken einen Durchbiegungsausgleich,
- überprüfen Sie regelmäßig den Zustand von Stempel, Matrize und Anschlägen.
Bei schwierigen Werkstoffen empfiehlt es sich, verschiedene Biegeverfahren zu testen und zu beurteilen, welches die geringste Abweichung gewährleistet und gleichzeitig die Sicherheit des Werkstücks und der Werkzeuge gewährleistet.
Zusammenfassung
Das Federverhalten des Blechs ist ein natürlicher Effekt des Biegeprozesses. Sein Ausmaß hängt von den Materialeigenschaften, der Dicke, dem Biegeradius, der Breite der Matrize, der Arbeitsmethode und den Maschineneinstellungen ab. Es lässt sich nicht vollständig beseitigen, aber seine Auswirkungen können wirksam ausgeglichen werden.
Entscheidend sind technologische Versuche, die richtige Auswahl der Werkzeuge und die Kontrolle des ersten Werkstücks. Eine gut eingestellte CNC-Abkantpresse, bewährte Werkzeuge und gespeicherte Korrekturen tragen dazu bei, die Wiederholgenauigkeit zu gewährleisten, den Ausschuss zu reduzieren und die Produktion von Biegeteilen zu beschleunigen.
