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Umformtechnik

Kegelförmige Bauteile lassen sich flexibel schwenkbiegen

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Während des Prozesses sind keine festen Spannmittel erforderlich, da die fortlaufende Positionierung des Bleches durch den Maschinenvorschub erfolgt. Die Kegel können so in einer ununterbrochenen Fertigungsfolge des Wechsels aus Biegen und Zustellen hergestellt werden, ohne dass ein Umspannen benötigt wird. Auf diese Art und Weise lassen sich konische Blechschalen bis zu einem Schließwinkel von circa 270° herstellen, bevor die Oberwange der Maschine vollständig umschlungen wird. Für gänzlich geschlossene Kegel (360° Biegewinkel) müssen nach derzeitigem Entwicklungsstand des Schwenkbiegens zwei Halbschalen miteinander vereint werden.

Unter der Berücksichtigung der elastischen Rückfederung wurde ein Prozessmodell entwickelt, das die Werkzeugpositionen beziehungsweise -stellungen sowie die kinematischen Verfahrensparameter für eine geforderte Kegelgeometrie ableitet. Entscheidend ist hierbei die Schrägstellung der Biegewerkzeuge über der Maschinenbreite sowie die Untergliederung des Bogens in den Wechsel aus vorgeschobenen Bogensegmenten und Biegungen.

Stand des Forschungsprojekts zum Kegelbiegen

Für die Untersuchung des Kegelbiegens auf Schwenkbiegemaschinen wurde ein Finite-Elemente-Simulationsmodell in Pam-Stamp 2018.0 erarbeitet. Der inkrementelle Verfahrensablauf wird mit dieser Methode computergestützt erprobt und weiterentwickelt (Bild 3). Insbesondere lassen sich die Einflüsse verschiedener Werkzeugstellungen auf die Umformung untersuchen, auch in mit den derzeitigen Maschinen nicht umsetzbaren Positionen und Bewegungen.

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Das Prozessmodell wurde bereits durch die Simulation, aber auch durch praktische Versuche auf einer Schwenkbiegemaschine anhand verschiedener Kegel validiert (Bilder 4 und 5). Der entwickelte Verfahrensablauf (radiale Zustellung, Schrägstellung der Biegewerkzeuge, geometrische Vorhersage) vereinheitlicht den Gesamtbiegewinkel über die Höhe des Kegels, insbesondere am oberen wie auch unteren Radius des Kegelstumpfes. Durch die Zustellung des Blechhalbzeugs in gleichförmigen Bogensegmenten kann ein konstanter Biegeradius erzeugt werden, während ein linearer Vorschub ohne Kompensationsmechanismen zu einem über den Kegelumfang enger werdenden Verlauf führt. Die analytische Prozessmodellierung ermöglicht die Vorhersage der Maschinenparameter in Abhängigkeit von der zu fertigenden Geometrie.

Im weiteren Verlaufe des Forschungsprojektes wird das Prozessmodell von der Universität Siegen im Hinblick auf sehr fein segmentierte Blechkegel verbessert, damit die Verfahrensparameter für sehr runde Kegel präzise vorhergesagt werden können. Derzeit können durch die Prozessmodellierung vieleckige Kegel entsprechend Bild 5 prognostiziert werden, obgleich die testweise Biegung mit radialer Blechzustellung und schräger Werkzeugstellung auch schon Kegel mit sehr vielen Biegungen ermöglicht (Bild 1), die annähernd einem ideal runden Kegel entsprechen. Zudem wird von der Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH, basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen, eine Schwenkbiegemaschine entwickelt, die, neben der konventionellen Betriebsweise, in besonderem Maße zum Kegelbiegen gerüstet ist.

Hinweis: Gefördertes Forschungsprojekt

Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter den Förderkennzeichen ZF4162306US7 beziehungsweise ZF4385901US6 finanziert.

Literatur

[1] Zicke, G. (1979): Automatisierung in der Umformtechnik am Beispiel des Walzrundens, in: Industrieanzeiger, 101 (79), S. 72-76.

[2] Kersten, S. (2013): Prozessmodelle zum Drei-Rollen-Schubbiegen von Rohrprofilen. Dissertation. Aachen: Shaker Verlag

[3] Hermes, M. (2011): Neue Verfahren zum rollenbasierten 3D-Biegen von Profilen. Dissertation. Aachen: Shaker Verlag.

[4] Ludowig, G. (1980): Rechnerintegriertes Fertigungssystem für das Walzrunden von Blechen, in: VDI-Fortschrittsberichte, Reihe 2, Nr. 108, Düsseldorf: VDI Verlag.

* Wolfram Hochstrate ist Gesellschafter und in der Abteilung Forschung und Entwicklung der Dr. Hochstrate Maschinenbau Umformtechnologien GmbH in 58454 Witten tätig; Prof. Bernd Engel ist Leiter des Lehrstuhls für Umformtechnik der Universität Siegen in 57076 Siegen; Peter Frohn und Michael Schiller sind dort wissenschaftliche Mitarbeiter, Dominique Schneider ist Absolventin B.Sc..

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