DE4428827A1 - Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strangpressen und Biegen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strangpressen und BiegenInfo
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Description
Das Strangpressen gehört zu dem Bereich des Druckumformens - spezieller zu den
Durchdrückverfahren, die gegliedert sind in das Verjüngen, das Strangpressen und das Fließ
pressen. Beim Strangpressen wird weiterhin unterschieden, ob starre Werkzeuge oder Wirkme
dien eingesetzt werden. Die Grundverfahren des Strangpressens werden nach der Richtung des
Stoffflusses bezogen auf die Wirkrichtung der Maschine in Vorwärts-, Rückwärts- und Quer-
Strangpressen sowie nach der Werkzeuggeometrie in Voll- und Hohl-Strangpressen unterteilt
/5/. Das sog. Vorwärts-Strangpressen wird in der industriellen Praxis auch oft als direktes
Strangpressen und Rückwärts-Strangpressen als indirektes Strangpressen bezeichnet.
Zum Strangpressen werden überwiegend liegende hydraulische Pressen mit Speicher- oder
Direktantrieb verwendet. Beim Verpressen von weichen Aluminiumlegierungen geht der Trend
zum Einsatz hydraulischer Pressen mit Direktantrieb. Neben der eigentlichen Strangpreß
maschine einschließlich Steuerung bedarf es weiterhin einer vorgelagerten Blockerwärmungs
anlage, Zuführeinrichtungen bzw. Manipulatoren zur Halbzeug- und Werkstückhandhabung,
Werkzeugwechselsysteme, Scher- und Fördereinrichtungen zum Ablängen der gepreßten
Profile sowie Abkühltische.
Im Gegensatz zum Fließpressen, bei welchem überwiegend Stückgut im Kalt- oder im
Warmfließpreßverfahren gefertigt wird, eignet sich das Strangpressen als Warmumform
verfahren zur Herstellung langgestreckter Werkstücke mit komplexen Profilquerschnitten.
Typische Strangpreßteile sind /1, 8, 10, 12, 15, 18/:
- - Bauteile in der Bauindustrie, wie z. B. Fensterprofile, Handläufe an Brückengeländern und Treppenhäusern sowie Träger für Brückenkonstruktionen,
- - im Waggonbau Konstruktionsprofile und Profilversteifungen in Differential- und Großprofilbauweise,
- - in der Flugzeugindustrie Werkstücke aus Aluminium für Fenstereinfassungen, Sitzbe festigungen oder Profilholme als Versteifungsrippen,
- - dekorative Bauteile in der Automobilindustrie, wie z. B. Fenstereinfassungen, Regen rinnen, Podestkanten und Zierleisten.
Neben statischen oder optischen Funktionen übernehmen Strangpreßprofile in zunehmender
Weise Aufgaben multifunktionaler Konstruktionselemente.
Als Werkstoffe für stranggepreßte Profile eignen sich neben legierten und unlegierten Stählen
viele NE-Schwer- und -Leichtmetalle, insbesondere aber aushärtbare Legierungen aus Alumini
um wie beispielsweise AlMgSi0,5 oder AlCuMg2, welche ihre Festigkeit erst durch die Wärme
behandlung erhalten.
Die Fertigung von Strangpreßprofilen ist bislang nur mit gerader Längsachse praxisüblich. In
der Regel ist diese Geradheit eines der Kriterien zur Beurteilung der Form- und Maßgenau
igkeit. Um diese zu gewährleisten und darüber hinaus z. B. Eigenspannungen oder eine un
gleichmäßige Verteilung des Gefüges weitestgehend zu minimieren, bedarf es weiterer Be
arbeitungsschritte. Hier sind das Abschrecken mit Luft oder Wasser, das Recken auf einer
Streckmaschine, das Ablängen und das Richten zu nennen.
Bei dieser Fertigungsverfahrensfolge werden die Strangpreßprofile erst nach dem Ablängen und
Kühlen in einem Biegebetrieb weiter bearbeitet. So ist ein erneutes Spannen, Erwärmen und
Positionieren des Profilkörpers nötig, wodurch zusätzliche Kosten und eine höhere Durchlauf
zeit bedingt sind. Es wäre jedoch denkbar, das bessere Umformvermögen der Profile noch im
warmen Zustand direkt hinter der Strangpresse für Biegeoperationen zu nutzen.
Gartner und Wagner beschreiben in einer Offenlegungsschrift /4/ ein Verfahren und eine Vor
richtung zum Bearbeiten von frisch stranggepreßten Profilen. Dabei beinhaltet die beschriebene
Apparatur aber lediglich das vollautomatische Greifen der frischen Stränge, das genaue Positio
nieren und Ausrichten sowie das Halten und Recken im noch warmen Zustand bis zu einer be
stimmten Abkühlungstemperatur.
Zilges erläutert in einer Patentschrift /19/ ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von
metallischen Profilsträngen. Hier erfährt das Strangprofil direkt hinter der Matrize noch in
gleicher Temperatur eine weitere Querschnittsreduzierung zwischen Walzen bei gleichzeitiger
Ausübung eines Zuges. Wechselwirkungen zeitlich zwischen den herkömmlichen Umform
stufen sollen so vermieden werden.
Ein Umformverfahren zum Herstellen von Vertiefungen z. B. von Gewinden beschreibt eine
weitere Offenlegungsschrift /11/. Unmittelbar nach dem Verlassen der Strangpresse erfährt der
noch weiche Werkstoff durch eine einprägende Vorrichtung eine Umformung in Form z. B.
eines umlaufenden Gewindes.
Beim Biegen von Profilen um eine beliebige Biegeachse in der Ebene des Profilquerschnitts,
das hier als "Profilrunden" bezeichnet werden soll, stellt die Vielzahl der Profilquerschnitte und
der Werkstückformen sehr hohe Anforderungen an die einsetzbaren Biegeverfahren. Ins
besondere erfordern Profile mit asymmetrischen Querschnitten Biegeverfahren, die uner
wünschte Querschnittsverformungen weitgehend verhindern. Neue Entwicklungen im Bereich
der Biegeumformung umfassen daher neben der Modifizierung bekannter Verfahren /13, 3, 2/
verstärkt die Entwicklung neuer Umformverfahren /6, 7, 9/, oder Verfahrenskombinationen.
Die wichtigsten Verfahren zum Profilrunden sind:
- - das Walzrunden, das zu den Biegeverfahren mit kinematischer Gestalterzeugung gehört und
- - das Rundbiegen, als ein formgebundenes Verfahren.
Beide Verfahren kennzeichnet eine Drehbewegung der Werkzeuge. Das Walzrunden ist ein
Biegeverfahren, welches sowohl zum Biegen von Blechen als auch zum Profilrunden eingesetzt
wird. Das Halbzeug durchläuft einen Umformbereich zwischen drei räumlich angeordneten
Walzen, deren Zustellung zueinander die Werkstückform bestimmt. Die weitgehende Unab
hängigkeit der Werkstückgeometrie von der Werkzeugform hat eine hohe Flexibilität dieses
Verfahrens zur Folge.
Das Walzrunden von Profilen ist jedoch mit dem konstruktiv bedingten Nachteil der fehlenden
Werkstückführung in der Umformzone verbunden. Denn die - insbesondere bei einer asymme
trischen Anordnung der Biegewalzen - Verlagerung der maximalen Formänderung in Richtung
der Biegewalze führt beim Profilrunden zu einer größeren Querschnittsverformung, die im
Bereich der freien Biegelänge nicht mehr kompensiert werden kann. Eine ähnliche Verlagerung
der Stelle maximaler Umformung in Richtung der Biegewalze konnte auch beim Walzrunden
beobachtet werden.
Ein weiteres Umformverfahren zum Profilrunden ist das Rundbiegen um einen Biegekern.
Dieses formgebundene Biegeverfahren besitzt eine im Vergleich zum Walzrunden geringe
Flexibilität, findet jedoch trotzdem wegen seiner deutlich besseren Werkstückführung eine
relativ breite Anwendung. Insbesondere beim Runden von asymmetrischen Profilquerschnitten
sind eine hohe Maßgenauigkeit und geringe unerwünschte Querschnittsverformungen erzielbar.
Eine wesentliche Erweiterung der Verfahrensgrenzen insbesondere im Hinblick auf erzielbare
Umformgrade und auch auf die Maßgenauigkeit ist durch den Einsatz eines Walzbiegeverfah
rens mit überlagerter Druckspannung möglich. Bild 2 zeigt das Prinzip des Verfahrens am Bei
spiel des Hochkantbiegens eines Blechstreifens. Das Material durchläuft einen Walzspalt, in
dem es eine geringe Dickenreduktion erfährt. Unmittelbar hinter dem Walzspalt befindet sich
eine Biegerolle, die senkrecht zur Walzrichtung bewegt wird und eine Biegekraft auf das
Werkstück überträgt. Damit wird das durchlaufende Halbzeug kontinuierlich gekrümmt.
Die ersten Untersuchungen dieses Verfahrens wurden von Tozawa /17/ durchgeführt. Dabei
wurde insbesondere die Wechselbeziehung zwischen der Dickenreduktion, dem Biegeradius
und der Querschnittsqualität betrachtet. Danach wird der Umformwiderstand für die Biegung
durch den Walzvorgang stark reduziert. Dieser Zusammenhang kann auch beim Profilrunden
zur Erweiterung der Verfahrensgrenzen vorteilhaft genutzt werden. Eine Modifikation des
Verfahrens zum Runden von offenen, dünnwandigen Profilen wurde in /6/ vorgestellt. Am
Beispiel eines Winkelprofils zeigt Bild 3 die entsprechende Werkzeuganordnung.
Durch die zunehmenden Einsatzgebiete besonders von stranggepreßten Aluminiumprofilen sind
neue Biegetechniken zur Großserienfertigung unerläßlich. Durch das "Räumliche Abroll-
Streck-Biegen (RASB)", dem "Abroll- Streck-Biegen (ASB)" sowie dem "Preß-Roll-Walz-
Biegen" auf CNC-gesteuerten Biegemaschinen wurden von Späth /14-16/ neue Ansätze zum
automatisierten Profilbiegen geliefert. Hierbei werden die bereits stranggepreßten Profile der
Erwärmungseinrichtung einer Biegemaschine zugeführt. Anschließend erfolgt die Weitergabe
über ein Greifersystem in eine Profilschiene, in der das zu biegende Profil einseitig eingespannt
wird. Nachdem das andere Ende in das Biegewerkzeug eingespannt ist, erfolgt der eigentliche
Biegevorgang mit einer Abrollbewegung des walzenförmigen Biegewerkzeugs auf dem Werk
stück, ohne das eine Relativbewegung auftritt. Durch die Überlagerung von Zugspannungen
kann die Lage der biegespannungsfreien Faser im Profil so verlagert werden, daß die sonst
übliche Entstehung von Falten, Beulen oder Knicken weitgehend ausgeschlossen wird. Die
Umformzone wird dabei vom Biegewerkzeug umschlossen, wodurch eine höhere Querschnitt
streue erreicht wird. Mit diesem Biegeverfahren lassen sich Profilbögen bis zu 360° herstellen.
In Analogie zum Biegen von Profilen in Kombination mit einem Walzvorgang wird vor
geschlagen ein, beim Strangpressen von profil-, rohr- oder stabförmigen Halbzeugen, aus der
Strangpreßmatrize austretende Werkstück über eine geeignete Vorrichtung (wie z. B. die
nachfolgend aufgeführte Führungsrolle oder ein Druckstück) quer zur Preßrichtung eine
Querkraft einzuleiten, wie dies prinzipiell in Bild 1 skizziert ist. Dadurch sollen die folgenden
Werkstückquerschnitte derart beeinflußt werden, daß sie nicht parallel zueinander aus der
Matrize austreten, sondern in einem Winkel zueinander. Somit erhält das Werkstück insgesamt
eine gekrümmte Geometrie, die über die Positionierung bzw. Orientierung der Führungsrolle
definiert einstellbar ist. Durch eine geeignete Steuerung bzw. Regelung der Positionierung
bzw. Orientierung der Führungsrolle soll sowohl der gewünschte Krümmungsverlauf als auch
der entsprechende Krümmungsradius eingestellt werden. Dabei ist die Ausbildung der Werk
stückkrümmung nicht nur in einer Ebene, sondern beliebig im Raum möglich, so daß auch
komplexe Werkstückgeometrien herstellbar sind.
Das zu patentierende Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es sowohl auf
konventionellen, für diese Umformoperationen eingesetzten Pressen, als auch speziellen, für
dieses Verfahren optimierten, Umform-Maschinen durchführbar ist.
/1/ Abbots, J.:
Section bending of aluminium extruded sections. Sheet Metal Industries, 66(1989)5, S. 240
/2/ Carl, J.:
Näherungslösung des nichtlinearen Biege-Torsionsproblems für dünnwandige Stäbe mit offenem Profil. Dr.-Ing. Dissertation, Universität Berlin 1969
/3/ Franz, W.-D.:
Das Kaltbiegen von Rohren. Springer-Verlag Berlin Göttingen Heidelberg, 1961
/4/ Gartner, F.; Wagner, R.:
Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von frisch stranggepreßten Profilen. OS DE 40 19 974 A1, Deutsches Patentamt München 1992
/5/ Lange, K.:
Lehrbuch für Umformtechnik: Handbuch für Industrie und Wissenschaft. Bd. 3: Massivumformung, Springer-Verlag 1990
/6/ Liewald, M.; Kleiner, M.:
Das Rundbiegen von dünnwandigen, offenen Profilen um beliebige Biegeachsen. Industrie-Anzeiger 108(1986)51, S. 31-32
/7/ Mosnin, E. N.; Janov, S.I.:
Neue Entw. in Techn. und Ausrüstungen für das Biegen von Rohren über kleine Radien. Kuznecno-Stampovocnoe Proizvodstvo, Jg. 71, Heft 6, S. 18-21
/8/ Mundl, A.:
Anwendung von Strangpreßprofilen im Fahrzeugbau. Münchner Werkstofftechnik-Seminare, München, 7.-8.3. 1991
/9/ Murakami, H.; Yamada, O.; Takasaki, M.:
Edge-Wise Roll Bending of Shaped Metals. Proc. of the 3rd Int.-Conf on "Rotary Metalworking Processes" 8-10.9.1984 Kyoto, Japan
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Development of an all-aluminium automotive body. Journal of Materials Processing Technology 38(1993)4, S. 655-674
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Biegen von Aluminium-Strangpreßprofilen am Beispiel des Schienenfahrzeugbaus. Finnenschrift, VAW aluminium AG, Forschung und Entwicklung, 1993
/13/ Oehler, G.:
Hochkant-Kaltbiegen. Forschungsbericht des Landes NRW, Westdeutscher Verlag, Köln Opladen 1967
/14/ Späth,W.:
Gebogene Rahmenprofile aus Magnesium mit komplizierten Querschnitten. Maschinenmarkt 97(1991)29, S. 56-61
/15/ Späth,W.:
Biegen großer Strangpreßprofile für Aluminiumwagen Aluminium 67(1991)6, S. 556-557
/16/ Späth,W.:
CNC-controlled bending machine for extruded guide rails. Light Metal Age 48(1990)1/2, S. 74-75
/17/ Tozawa, Y.:
A New Tube Bending Method-Application of "Bend-Rolling Process". Annals of the CIRP Vol. 37/1/1988, pp. 285-288
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Karosseriebauteile aus Aluminium-Strangpreßprofilen. Aluminium 69(1993)1, S.49-51
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Verfahren zur Herstellung von metallischen Profilsträngen. Patentschrift DE 39 39 217 C2, Deutsches Patentamt 1993
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Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strang pressen und Biegen,
gekennzeichnet dadurch, daß:- 1. Das Werkstück unmittelbar nach dem Austritt aus der "Matrize" der Strangpresse durch eine geeignet gestaltete Vorrichtung (z. B. eine Rolle) gebogen wird.
- 2. Das es sowohl für das Voll- als auch für das Hohlstrangpressen geeignet ist.
- 3. Das Verfahren sowohl auf konventionellen, für diese Umformoperationen eingesetzten, Pressen als auch speziellen, für dieses Verfahren optimierten, Umform-Maschinen durch führbar ist.
- 4. Durch die Regelung bzw. Steuerung der Position bzw. Orientierung des Biegewerkzeuges unterschiedliche Biegeradien als auch Radienverläufe hergestellt werden können.
- 5. Die Ausbildung der Krümmung nicht nur in einer Ebene, sondern beliebig im Raum erfolgen kann.
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
DE4428827A DE4428827A1 (de) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strangpressen und Biegen |
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DK95112843T DK0706843T3 (da) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Fremgangsmåde og anordning til fremstilling af krumme emner |
AT95112843T ATE175907T1 (de) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von gekrümmten werkstücken |
DE59504890T DE59504890D1 (de) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken |
EP95112843A EP0706843B1 (de) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4428827A DE4428827A1 (de) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strangpressen und Biegen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4428827A1 true DE4428827A1 (de) | 1996-03-14 |
Family
ID=6525687
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4428827A Withdrawn DE4428827A1 (de) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Verfahren zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken durch eine Kombination von Strangpressen und Biegen |
DE59504890T Expired - Lifetime DE59504890D1 (de) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE59504890T Expired - Lifetime DE59504890D1 (de) | 1994-08-17 | 1995-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gekrümmten Werkstücken |
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AT (1) | ATE175907T1 (de) |
DE (2) | DE4428827A1 (de) |
DK (1) | DK0706843T3 (de) |
ES (1) | ES2129715T3 (de) |
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