DE102010008894A1

DE102010008894A1 - Verfahren zum Anbiegen eines Bleches

Info

Publication number: DE102010008894A1
Application number: DE102010008894A
Authority: DE
Inventors: Uwe 41569 Feldmann; Manfred 41069 Kolbe
Original assignee: SMS Meer GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-08-25
Also published as: JP2011173168A; EP2359947A1; US20120137748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbiegen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches (1) in einer Anbiegepresse (2), wobei die Anbiegepresse (2) ein ortsfestes Oberwerkzeug (3) und ein diesem gegenüberliegendes bewegliches Unterwerkzeug (4) aufweist, wobei das Unterwerkzeug (4) in vertikale (V) und in horizontale (H) Richtung relativ zum Oberwerkzeug (3) beweglich angeordnet ist und wobei durch eine vertikale Bewegung des Unterwerkzeugs (4) ein Abschnitt des Bleches (1) gebogen wird. Um einen gratfreien Endbereich des Blechs nach seiner Anbiegung zu erhalten, sieht die Erfindung vor, dass der vertikalen Hubbewegung (HV) des Unterwerkzeugs (4) bei der Biegung des Blechs (1) eine solche horizontale Bewegung (HH) überlagert wird, dass ein beim Beginn des Biegevorgangs gegebener Kontaktbereich (5) zwischen dem Unterwerkzeug (4) und dem Blech (1) frei von Relativbewegungen zwischen Unterwerkzeug (4) und Blech (1) bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbiegen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches in einer Anbiegepresse, wobei die Anbiegepresse ein ortsfestes Oberwerkzeug und ein diesem gegenüberliegendes bewegliches Unterwerkzeug aufweist, wobei das Unterwerkzeug in vertikale und in horizontale Richtung relativ zum Oberwerkzeug beweglich angeordnet ist und wobei durch eine vertikale Bewegung des Unterwerkzeugs ein Abschnitt des Bleches gebogen wird.
Soll aus einem Blech ein Schlitzrohr geformt werden, muss das Blech in eine zylindrische Form gebracht werden, bevor der sich ergebende Schlitz geschlossen wird. Um eine Dachbildung an der Stoßstelle der Blechenden zu vermeiden, wird das zum Rohr zu formende Blech mit einem gattungsgemäßen Verfahren vorgebogen.
Wird eine Anbiegepresse der oben genannten Art hierfür eingesetzt, wird beim Anbiegen des Blechs eine Blechkante von einem Unterwerkzeug gebogen, wobei das Unterwerkzeug vertikal angehoben und das Blech gegen ein Oberwerkzeug gedrückt wird. Bei diesem Umformvorgang kommt es zu hohen Flächenpressungen, die über der Fließgrenze des Materials liegen können. Hierdurch kann es zu negativen und unerwünschten Verformungen der Blechkante kommen.
Die WO 2006/039916 A1 schlägt hierfür ein Anbiegen der Art vor, dass mit Beginn des Anbiegens die mit der Arbeitsfläche des Unterwerkzeugs in Kontakt tretende Unterseite des Blechs flächig zur Anlage kommt und diese flächige Kontaktierung während des gesamten Anbiegevorgangs durch eine kombinierte Bewegung des Unterwerkzeugs aufrecht erhalten wird, wobei eine gleichzeitige vertikale Verschiebung des Unterwerkzeugs und eine Verschwenkung um eine Drehachse vorgesehen ist.
Aus der DE 24 55 596 A1 ist es damit vergleichbar bekannt, dass die Anbiegepresse ein in einem Aktionsbereich verschiebbar gelagertes Konkavwerkzeug (Unterwerkzeug) aufweist, dessen Kurve für jeden Kurvenpunkt des Konvexwerkzeugs (Oberwerkzeug) einen neigungsgleich übereinstimmenden Kurvenpunkt aufweist, von dem aus die konkave Kurve zur Anbiegewurzel hin zu einer größeren Neigung divergiert, die eine Vergrößerung des Pressspaltes bewirkt.
Ein gattungsgemäßes Verfahren wird in der DE 10 2007 012 316 B9 offenbart. Bereits zu Beginn des Anbiegevorgangs kommt die in Kontakt mit der Unterseite des Randstreifens des Blechs tretende Arbeitsfläche des Unterwerkzeugs gemäß einer Herz'schen Pressung flächig zur Anlage.
Um in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine Dachkantenbildung zu minimieren und plastische Deformationen bzw. Verquetschungen zu vermeiden, sieht die dort beschriebene Lösung vor, dass die flächige Kontaktierung in einem minimalen und bezogen auf den Kraftangriffspunkt konstanten Abstand zur Blechkante während des gesamten Anbiegevorgangs durch eine koordinierte horizontale und vertikale Bewegung des Unterwerkzeugs mittels verstellbarer Pressenstempel aufrecht erhalten wird.
Eine ähnliche Lösung ist in der EP 1 958 712 A1 offenbart.
Bei allen vorbekannten Lösungen kann nicht zuverlässig genug erreicht werden, dass die gebogene Bandkante die gewünschte Form aufweist. Es kann vielmehr zur Bildung eines „Barts” (Gratbildung) kommen, wenn im Kantenbereich des Blechs während des Anbiegens hohe Spannungen im Material auftreten und es zu Fließvorgängen kommt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine Bartbildung (Gratbildung) im Kantenbereich des anzubiegenden Blechs minimiert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der vertikalen Hubbewegung des Unterwerkzeugs bei der Biegung des Blechs dem Unterwerkzeug eine solche horizontale Bewegung überlagert wird, dass ein beim Beginn des Biegevorgangs gegebener Kontaktbereich zwischen dem Unterwerkzeug und dem Blech frei von Relativbewegungen zwischen Unterwerkzeug und Blech bleibt.
Die horizontale Bewegung des Unterwerkzeugs erfolgt bevorzugt mittels mindestens eines hydraulischen Aktuators. Als hydraulischer Aktuator kann mit Vorteil ein Kolben-Zylinder-System eingesetzt werden.
Die das Blech kontaktierende Oberfläche des Unterwerkzeugs ist zumeist konkav ausgebildet. Eine Fortbildung sieht dabei vor, dass die Krümmung der Oberfläche des Unterwerkzeugs nicht konstant ist, was die Möglichkeit bietet, verschiedene Bereiche des Werkzeugs für unterschiedliche Krümmungen des Blechs zu nutzen.
Die das Blech kontaktierende Oberfläche des Oberwerkzeugs ist zumeist konvex ausgebildet; auch hier kann vorgesehen sein, dass die Krümmung der Oberfläche des Oberwerkzeugs nicht konstant ist.
Das Blech ist bei seinem Anbiegen vorzugsweise im Fußbereich des Oberwerkzeugs relativ zu diesem festgelegt.
Eine bevorzugte und wirtschaftliche Lösung sieht vor, dass zwei sich gegenüberliegende Endbereiche des Blechs gleichzeitig in der Anbiegepresse gebogen werden.
Vorgesehen kann schließlich werden, dass eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung für die Steuerung bzw. Regelung der vertikalen und der horizontalen Bewegung des Unterwerkzeugs so betrieben wird, dass zwischen vertikaler und horizontaler Bewegung eine vorgegebene funktionale Korrelation besteht.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann erreicht werden, dass ein für die Bildung eines Schlitzrohres, insbesondere eines Großrohres, benötigter Blechstreifen ideal zu einer kreiszylindrischen Form gebogen werden kann, wobei insbesondere die Stoßstelle der Blechseiten optimal, d. h. gratfrei ausgebildet ist.
Erreicht wird dies dadurch, dass eine Rutschbewegung des anfänglichen Kontaktpunkts bzw. Kontaktbereichs des Blechs auf der Oberfläche des Unterwerkzeugs vermieden wird. Material des Blechs, das während des Anbiegens unter hoher mechanischer Spannung steht, wird daher nicht „weggezogen”. Ein „Bart” kann nicht entstehen.
In vorteilhafter Weise wird durch die vorgeschlagene Vorgehensweise auch der Verschleiß auf der Oberfläche des Unterwerkzeugs wesentlich reduziert, da es zu keiner Relativbewegung zwischen der Oberfläche und dem Blech kommt.
Der Schweißvorgang, mit dem die Stoßstellen des Blechs zusammengefügt werden, kann daher unter optimalen Bedingungen erfolgen und ist nicht durch einen „Bart” gestört.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch ein Teil einer Anbiegepresse, in der ein Blech angebogen wird, indem ein Unterwerkzeug den Rand des Blechs gegen ein Oberwerkzeug presst, wobei eine vorbekannte Vorgehensweise dargestellt ist;
2 eine zu 1 alternative Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik; und
3 in der Darstellung gemäß der 1 und 2 eine erfindungsgemäße Vorgehensweise beim Anbiegen des Blechs.
In 1 ist eine Anbiegepresse 2 skizziert, mit der ein ebenes Blech 1 angebogen wird, um es im weiteren zu einem Schlitzrohr zu formen. Die Anbiegepresse 2 hat ein Oberwerkzeug 3 und ein Unterwerkzeug 4. Von den Werkzeugen 3, 4 sind die Querschnitte gezeigt, d. h. die Form der Werkzeuge, an die das Blech 1 bei seinem Anbiegen angelegt wird. Dabei ist das Oberwerkzeug 3 ortsfest angeordnet.
Das Unterwerkzeug 4 ist indes relativ zum Oberwerkzeug 3 vertikal verschieblich angeordnet (Vertikalrichtung V); es kann somit eine vertikale Hubbewegung H_V ausführen. Das Unterwerkzeug 4 ist in zwei verschiedenen Stellungen skizziert (wie auch in den nachfolgenden 2 und 3). In einer unteren Stellung des Unterwerkzeugs 4 ist zu sehen, wie das anzubiegende Blech 1 noch unverformt in die Anbiegepresse eingeschoben wird und mit seinem einen (rechten) Ende an die konkave Oberfläche 6 des Unterwerkzeugs 4 anstößt. Weiterhin ist die Position des Unterwerkzeugs 4 skizziert, in der die vertikale Hubbewegung H_V ausgeführt und das Blech angebogen worden ist. Beim Anbiegevorgang wird das Blech 1 gegen die konvexe Oberfläche 7 des Oberwerkzeugs 3 gepresst. Im Fußbereich 7 des Oberwerkzeugs 3 ist das Blech 1 beim Anbiegen festgelegt, d. h. gespannt.
Die Vorgehensweise gemäß 1 entspricht im wesentlichen derjenigen, wie sie in der eingangs erwähnten DE 24 55 596 A1 beschrieben ist. Daraus ergibt sich, dass der Kontaktbereich 5 (der sich als Linienkontakt entlang einer Linie ergibt, die senkrecht auf der Zeichenebene steht) des Blechs 1 am Unterwerkzeug 4 im Verlauf der vertikalen Hubbewegung H_V auf der Oberfläche 6 des Unterwerkzeugs 4 abrutscht (s. die strichpunktierte Linie, die angibt, wie der Kontaktbereich 5 wandert).
Eingetragen ist auch der auftretende Verschiebeweg s. Dieser ist dafür verantwortlich, dass es zu einer Bartbildung (Gratbildung) im Endbereich des Blechs 1 kommen kann.
Bei der skizzierten Lösung erfolgt also ein Biegehub ohne Horizontalbewegung, was bei hoher Flächenpressung zwischen Unterwerkzeug und Blech zu einer Relativbewegung zwischen Blech und Unterwerkzeug führt.
In 2 ist eine andere vorbekannte Lösung des Anbiegens eines Blechs 1 in einer Anbiegepresse 2 skizziert. Diese Lösung entspricht im wesentlichen derjenigen, wie sie aus der oben genannten DE 10 2007 012 316 B9 bekannt ist. Der Unterschied zu der Lösung gemäß 1 besteht darin, dass der vertikalen Hubbewegung H_V eine horizontale Bewegung H_H überlagert ist. Hier allerdings geht es um die Minimierung der Dachkantenbildung. Mithin tritt bei der vorgesehenen Anbiegung des Blechs wiederum der Fall auf, dass der anfänglich gegebene Kontaktbereich 5 im Verlauf des Anbiegevorgangs auf der Oberfläche 6 des Unterwerkzeugs 4 wandert. Der Verschiebeweg s zwischen der Ausgangslage und der Endposition zum Ende des Anbiegevorgangs ist eingetragen.
Bei der Lösung gemäß 2 erfolgt damit ein Biegehub mit überlagerter Horizontalbewegung des Unterwerkzeugs, wodurch zwar die Flächenpressung reduziert werden kann. Allerdings liegt nachteilig eine hohe Relativbewegung zwischen der Blechendkante und der Oberfläche des Unterwerkzeugs vor.
Demgemäß stellt die vorgeschlagene Lösung – die in 3 skizziert ist – darauf ab, dass zwar auch hier, wie bei 2, der vertikalen Hubbewegung H_V des Unterwerkzeugs 4 bei der Biegung des Blechs 1 dem Unterwerkzeug 4 eine horizontale Bewegung H_H überlagert wird.
Diese horizontale Bewegung H_H ist nunmehr allerdings spezifisch so gewählt, dass der beim Beginn des Biegevorgangs gegebene Kontaktbereich 5 zwischen dem Unterwerkzeug 4 und dem Blech 1 frei von Relativbewegungen zwischen Unterwerkzeug 4 und Blech 1 bleibt. Wie nämlich aus dem Vergleich der unteren (Anfangs-)Position des Unterwerkzeugs 4 mit der oberen (End-)Position gesehen werden kann, verbleibt der Kontaktbereich 5 an derselben Stelle der Oberfläche 6 des Unterwerkzeugs 4.
Hierdurch wird erreicht, dass kein Fließen des Materials des Blechendes erfolgen kann. Eine Gratbildung, d. h. die Ausbildung eines „Bartes”, ist damit sicher vermieden.
Zur Koordination der vertikalen Hubbewegung H_V mit der horizontalen Bewegung H_H ist eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 vorgesehen. Diese steht mit Kolben-Zylinder-Systemen in Verbindung, nämlich mit einem Vertikalaktuator 10 zur Ausführung der vertikalen Hubbewegung H_V und einem Horizontalaktuator 11 zur Ausführung der horizontalen Bewegung H_H. In der Steuer- bzw. Regelvorrichtung 9 kann ein Algorithmus bzw. ein Kurvenverlauf gespeichert sein, der für jeden Punkt der vertikalen Hubbewegung eine entsprechende horizontale Bewegung vorgibt. Diese kann dann im geschlossenen Regelkreis gefahren werden, wofür nicht dargestellte, jedoch üblich Regelungsmittel vorgesehen werden.
Demgemäß liegt ein Verschiebeweg s nicht vor, wie er bei den Lösungen gemäß der 1 und 2 auftritt.
Bezugszeichenliste

1: Blech
2: Anbiegepresse
3: Oberwerkzeug
4: Unterwerkzeug
5: Kontaktbereich
6: Oberfläche des Unterwerkzeugs
7: Oberfläche des Oberwerkzeugs
8: Fußbereich des Oberwerkzeugs
9: Steuer- bzw. Regelvorrichtung
10: Vertikalaktuator
11: Horizontalaktuator
V: vertikale Richtung
H: horizontale Richtung
HV: vertikale Hubbewegung
HH: horizontale Bewegung
s: Verschiebeweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/039916 A1 [0004]
DE 2455596 A1 [0005, 0028]
DE 102007012316 B9 [0006, 0031]
EP 1958712 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Anbiegen eines zu einem Schlitzrohr zu formenden ebenen Bleches (1) in einer Anbiegepresse (2), wobei die Anbiegepresse (2) ein ortsfestes Oberwerkzeug (3) und ein diesem gegenüberliegendes bewegliches Unterwerkzeug (4) aufweist, wobei das Unterwerkzeug (4) in vertikale (V) und in horizontale (H) Richtung relativ zum Oberwerkzeug (3) beweglich angeordnet ist und wobei durch eine vertikale Bewegung des Unterwerkzeugs (4) ein Abschnitt des Bleches (1) gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikalen Hubbewegung (H_V) des Unterwerkzeugs (4) bei der Biegung des Blechs (1) eine solche horizontale Bewegung (H_H) überlagert wird, dass ein beim Beginn des Biegevorgangs gegebener Kontaktbereich (5) zwischen dem Unterwerkzeug (4) und dem Blech (1) frei von Relativbewegungen zwischen Unterwerkzeug (4) und Blech (1) bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontale Bewegung des Unterwerkzeugs (4) mittels mindestens eines hydraulischen Aktuators erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als hydraulischer Aktuator ein Kolben-Zylinder-System eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Blech (1) kontaktierende Oberfläche (6) des Unterwerkzeugs (4) konkav ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Oberfläche (6) des Unterwerkzeugs (4) nicht konstant ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Blech (1) kontaktierende Oberfläche (7) des Oberwerkzeugs (3) konvex ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Oberfläche (7) des Oberwerkzeugs (3) nicht konstant ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech (1) bei seinem Anbiegen im Fußbereich (8) des Oberwerkzeugs (3) relativ zu diesem festgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich gegenüberliegende Endbereiche des Blechs (1) gleichzeitig in der Anbiegepresse (2) gebogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- bzw. Regelvorrichtung (9) für die Steuerung bzw. Regelung der vertikalen (H_V) und der horizontalen (H_H) Bewegung des Unterwerkzeugs (4) so betrieben wird, dass zwischen vertikaler und horizontaler Bewegung (H_V, H_H) eine vorgegebene funktionale Korrelation besteht.