Grundlagen Biegen und Stanzen

Andrea Gillhuber,

Umformen von Metallen

Egal ob in der Automobil- oder Elektroindustrie, Energiegewinnung oder -verteilung – in all diesen Bereichen werden Schaltschränke, Stromschienen und andere Komponenten gebraucht, zu deren Herstellung CNC-, Biege- und Stanzmaschinen benötigt werden. Doch beim Biege- und Stanzprozess gibt es einiges zu beachten.

Egal ob in der Automobil- oder Elektroindustrie, Energiegewinnung oder -verteilung – in all diesen Bereichen werden Schaltschränke, Stromschienen und andere Komponenten gebraucht, zu deren Herstellung CNC- Biege- und Stanzmaschinen benötigt werden. © Ehrt Maschinenbau

Die Umformbarkeit von metallischen Werkstücken basiert auf deren kristalliner Struktur. Bei Einwirkung äußerer Kräfte auf den Werkstoff erfolgt die Umformung. Dabei gibt es elastische und plastische Formänderungen. Bei elastischen Umformungen verformt sich der Werkstoff nach Einwirken der äußeren Kräfte wieder zurück in seine Ausgangsform. Eine bleibende Formänderung erreicht man nur mit einer plastischen Formänderung.

Verfahren zum Umformen

Beim Biegen beziehungsweise Umformen von Werkstücken gibt es verschiedene Verfahren. Von Druckumformen über Zugumformen und Biegeumformen bis zu Schubumformen gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, das Werkstück in Form zu bringen. Auch bei den Werkzeugsteuerungen gibt es grundlegend verschiedene Verfahren. Zum einen gibt es die Möglichkeit einer gradlinigen Werkzeugbewegung beim Biegeprozess. Weiterhin können Werkzeuge mit drehender Bewegung zur Biegung verwendet werden. Die dritte Möglichkeit sind numerisch räumlich gesteuerte Biegebewegungen beim Biegeprozess beispielsweise bei Rohren. Ehrt Maschinenbau beispielsweise arbeitet mit dem Verfahren des freien Biegens, wobei ein lokal wechselndes Bauteil meist durch Aufbringen eines Biegemoments geformt wird. Eine weitere Option des freien Biegens wäre das Biegen mit einem Stempel.

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Werkstück mit Torsionsbiegung. © Ehrt Maschinenbau

Besonders bei Kupfer gilt es zu beachten, dass sich je nach Materialart und -charge eine Rückfederung beim Biegeprozess ergibt, trotz plastischer Formänderung. Das Metall wird zwar auf den gewünschten Winkel gebogen, jedoch versuchen die Fasern des Werkstückes den Ausgangzustand wieder einzunehmen. Wie stark diese Kräfte sind, ist von Material zu Material verschieden, aber auch bei gleicher Materialart kann dies zwischen verschiedenen Chargen und sogar innerhalb einer Charge abweichen.

Die Größe beziehungsweise Passgenauigkeit der Biegewerkzeuge ist sehr wichtig, um die optimale Leitfähigkeit des Werkstücks im Anschluss zu gewährleisten. Vor allem bei Kupfer ist dies wichtig, damit keine Mikrorisse entstehen. Die Materialauswahl für die Werkstücke spielt dabei eine nicht zu unterschätzende Rolle. Je nachdem wie gebogen wird, verändert sich die Materiallänge durch die Biegung. Wie stark die Veränderung der Materiallänge ist, unterscheidet sich je nach Biegeart. Als Erfahrungswert für die Kalkulation der Werkstücke dienen spezifische Biegefaktoren, die aus der Erfahrung resultieren und in die Software integriert wurden. In einigen Tabellenwerken spielt der K-Faktor als Biegefaktor eine Rolle. Dieser ist jedoch nur ein theoretischer Wert und kann jahrelange praktische Erfahrungen und Kenntnisse nicht adäquat ersetzen.

Werkzeuge beim Umformprozess

Werkstück mit Hochkantbiegung. © Ehrt Maschinenbau

Es gibt verschiedene Werkzeuge zum Umformen von Metallschienen mit Biegemaschinen. Dabei kann beispielsweise zwischen mechanischen und elektronischen Werkzeugen untergliedert werden. Bei mechanischen Werkzeugen wird im Vorfeld eine Hubkurve erstellt, um die Rückfederung des Materials zu ermitteln. Diese wird dann manuell beim Biegeprozess so kompensiert, dass die Metallschiene so stark überbogen wird, dass sie trotz Rückfederung beim gewünschten Winkel verharrt. Dies ist allerdings zu Beginn mit einem gewissen Materialverlust verbunden, da ein Probewerkstück angefertigt werden muss, um den Winkel zu bestimmen. Elektronische Werkzeuge der Firma Ehrt verfügen über eine so genannte Rückfederungskompensation. Dadurch wird das Werkstück automatisch in zwei kurzen Hüben auf den gewünschten Winkel gebogen. Der Vorteil ist, dass die Erstellung einer Hubkurve oder Probewerkstücke im Vorhinein wegfallen und jedes Werkstück beim ersten Biegen den Sollwinkel erreicht. Dieser Vorteil fällt besonders bei kleinen Stückzahlen oder sogar Einzelteilen ins Gewicht.

Zusätzlich bestehen die Möglichkeiten von Sonder- und Spezialbiegungen. Die Metallschienen können zum Beispiel über die schmale Seite gebogen werden, Etagen mit verschiedenen Etagenhöhen gebogen und Werkstücke tordiert werden. Etagenbiegen betitelt das Biegen von zwei nah beieinander liegenden Biegungen in einem Hub. Die Torsion von Werkstücken fällt ebenfalls unter Spezialbiegungen.

Beim Stanzen spielen wiederum andere Faktoren eine entscheidende Rolle.

Stanzen – Definition und Verfahren

Beispielwerkstück einer Stanzmaschine. © Ehrt Maschinenbau

Der Begriff Stanzen ist kein festgelegter, genormter Begriff. In der Praxis hat sich aber als hauptsächliches Verfahren unter dem Begriff Stanzen das Scherschneiden herausgestellt. Dies ist ein Schneidverfahren, sodass die Werkzeuge oftmals unter dem Begriff Schneidwerkzeuge geführt werden. Unter dem Oberbegriff Scherschneiden fällt auch im übertragenen Sinne das Stanzen: Eine Metallschiene wird dabei über einer Matrize befestigt, anschließend drückt daraufhin der Schneidstempel (das Werkzeug) so stark in das Werkstück, dass erst eine elastische und dann eine plastische Verformung erfolgt. Die Kante der Stanzung wird dabei erst geschnitten, und sobald die maximale Schubspannung überschritten ist, reißt das letzte Stück. Nach Beendigung des Stanzvorgangs fährt das Werkzeug wieder hoch und das Werkstück wird zum Beispiel über Bänder abtransportiert. Stanzverfahren sind deutlich schneller im Produktionsablauf als Bohr- oder Fräsverfahren.

Besonderheiten beachten

Das Schnittspiel ist bei der Konstruktion der Werkzeuge von enormer Bedeutung. Es bezeichnet den Größenunterschied zwischen Stempel und Matrize. Das korrekte Schnittspiel wird in Abhängigkeit von Materialdicke, -festigkeit und -beschaffenheit ausgewählt und ist in Tabellenwerken nachzuschlagen. Besonders bei Kupfer sind die Stempelbeschichtungen wichtig, da Kupfer ansonsten schmiert beim Stanzen. Das Verhältnis zwischen dem im oberen Absatz aufgeführten „Reißen“ des letzten Stückes beim Stanzprozess und dem „Schneiden“ wird stark vom Schnittspiel beeinflusst.

Bei den Werkzeugen beziehungsweise den Maschinen sollte die geforderte Stückzahl und der verarbeitete Werkstoff berücksichtigt werden, denn diese bestimmen unter anderem, welche Maschine und welches Werkzeug für diese Form von Belastung in Frage kommt.

Nach Unterlagen von Ehrt Maschinenbau / ag

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