Schmierstofffreies Biegen von Präzisionsrohren mit Kunststoffen

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Parallel wurden zu den Versuchsreihen mit einem Biegedorn aus drei unterschiedlichen Kunststoffen auch Biegeversuche mit Stahldornen jeweils ohne Schmierung durchgeführt. Sehr schnell zeigten sich bei den Stahldornen starke Beschädigungen, so dass diese Versuchsreihen eingestellt wurden.

Biegedorn aus Kunststoff ermöglicht Rohrbiegen ohne Schmierstoff

Deutlich besser erwies sich das Ergebnis der schmierstofffreien Biegeumformung der Rohre mit einem Biegedorn aus einem speziell abgestimmten Kunststoff. Durch die gezielte Beimengung von Gleitstoffen bei gleichzeitiger Steigerung der Druck- und Biegefestigkeit der Kunststoffformulierung konnte innerhalb der Versuchsreihen eine Standzeit von 52 Rohrformstücken erreicht werden. Diese Leistung entspricht insgesamt 1200 Biegeoperationen mit je 90° Biegewinkel.

Aufgrund des großen Erfolgs dieser ersten Versuchsreihe sollte nachfolgend untersucht werden, welche weiteren Werkzeugkomponenten beim Rohrbiegen mit Dorn sinnvoll durch Kunststoffe ausgeführt werden können.

Als Biegewerkstück wurde innerhalb dieser Versuchsreihen ein U-förmiges Rohr mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einer Wanddicke von 3,5 mm gewählt (Bild 4). Als Werkstoff war der nicht rostende Stahl 1.4435 festgelegt.

Dabei stellte sich in Voruntersuchungen zunächst heraus, dass die Anforderungen an die verschiedenen Werkzeugkomponenten hinsichtlich der Druckfestigkeit und der Gleitfähigkeit durchaus unterschiedlich sind. Während der Biegedorn beispielsweise aus druckfestem und sehr gleitfähigem Material bestehen muss, ist für die Spannbacken eher ein druckfestes, wenig gleitfähiges und insbesondere geringfügig nachgiebiges Material optimal.

Kunststoffe erhielten ein spezielles Eigenschaftsprofil

Wiederum wurden basierend auf praktischen Versuchen spezielle Kunststoffe entwickelt, die dem idealen Eigenschaftsprofil möglichst nahekommen. Zur Ausführung des Biegedorns, der Biegeschablone und der Gleitschienen wurde der modifizierte Ebablock W verwendet, der sich durch höchste Druckfestigkeit und eine sehr gute Gleitfähigkeit auszeichnet.

Zur Ausführung der Spannbacke dagegen wurde der Kunststoff Ebablock K eingesetzt, welcher neben einer mittleren Druckfestigkeit eine geringe Gleitfähigkeit aufweist (Bild 5). Durch dieses Eigenschaftsprofil wurde eine Umformung gänzlich ohne Beschädigung der Rohraußenfläche erzielt.

Die erreichten Stückzahlen dieser Versuchsreihen übertrafen sämtliche Erwartungen. Außer der schmierstofffreien Umformung addierten sich als weitere Vorteile der Verwendung von Kunststoff-Werkzeugelementen die geringen Material und Herstellkosten der Werkzeugelemente und die verbesserten Oberflächenqualitäten der umgeformten Rohrwerkstücke.

Verwendung von Kunststoffen für Biegewerkzeuge möglich

Die Verwendung von Kunststoffen als Werkzeugwerkstoffe für die Umformung von Feinblechen hat bereits Tradition. Als Werkzeugwerkstoff für die Biegeumformung von Rohren, so wurde durch die beschriebenen Versuche bewiesen, bieten speziell abgestimmte Kunststoffe messbare Vorteile. Diese betreffen insbesondere Kosteneinsparungen und prozessbedingte Vorteile wie beispielsweise schelle Verfügbarkeit und Bearbeitbarkeit der Werkzeugelemente.

Die Ergebnisse bezüglich der erreichbaren Standzeiten mit Kunststoff-Werkzeugelementen sind insbesondere für kleine und mittlere Serienproduktionen von Rohrbiegeteilen von hoher Bedeutung.

Als Fernziel für weitere Kooperationen zwischen den Unternehmen Sanro und Ebalta ist die Steigerung der Standzeiten beziehungsweise die Übertragbarkeit auf größere Rohrquerschnitte und Wanddicken anvisiert.

Literatur:

[1] Behrens, B.-A.; Deiler, G.; Yun, J.-W.: Endlackiertes Feinblech qualitätsgerecht umformen. Blech Inform – Special Fahrzeugproduktion 02/2004, S. 27-29.

[2] Bogojawlenskij, K.; Neubauer, A.; Ris, V.: Technologie der Fertigung von Leichtbauprofilen. VEB Leipzig, 1980.

[3] Deiler, G.; Giertz, C.; Hövelmeyer, A.: Biegewerkzeug aus Kunststoff. Blech 6/2008.

[4] Deiler, G.: Alternatives Werkzeugkonzept. Form + Werkzeug 4/2008, S. 66-69.

[5] Deiler, G.: Kunststoff-Werkzeuge drücken Kosten. Produktion 7/2007.

Dr.-Ing. Günter Deiler ist Professor für Fertigungstechnik an der Hochschule Bremerhaven, Carsten Giertz ist Gebietsverkaufsleiter bei der Ebalta Kunststoff GmbH, Alfred Hövelmeyer ist Betriebsleiter bei der Sanro GmbH – „Ideen aus Rohr“.

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