DE4015117A1 - Verfahren und maschine zum biegen eines stabfoermigen teils - Google Patents
Verfahren und maschine zum biegen eines stabfoermigen teilsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Maschine zum
Biegen von stabförmigen Teilen wie hohlen Rohren, Profilen und Vollroh
ren.
Gebogene Teile von Rohren usw. werden auf den verschiedensten
Gebieten zur Herstellung von Leitungen, in Förderungsanwendungen, für
elektrische Anlagen im Haus, mechanische Strukturen usw. verwendet. Hier
bei ist es üblich, das Biegen durch Pressen, Rollen oder dergleichen vor
zunehmen.
Je weiter das Biegen Anwendung findet, desto mehr besteht der
Bedarf, die Biegepräzision zu erhöhen und es zu ermöglichen, kontinuier
liche und komplizierte Biegevorgänge durchführen zu können.
Aus der japanischen Patentanmeldung Sho 62-2 64 137 ist bekannt,
zum Biegen von Rohren oder Profilen ein Werkzeug zu verwenden, das ein
Umlenkstück aufweist, der einen Abschnitt des zu biegenden Teils zwangs
weise umlenkt, wobei das Werkzeug gegenüber der Förderrichtung des Rohrs
oder Profils geneigt ist. Aufgrund der mechanischen Faktoren kann hierbei
jedoch die Präzision des Biegens kaum gesteigert werden und es lassen
sich nur einfache Biegearbeiten vornehmen. Selbst für einfache Biegear
beiten werden relativ große Biegemaschinen erforderlich. Bei der Maschine
der genannten japanischen Anmeldung kann zwar durch rotationsmäßige
Steuerung des Werkzeugs die Biegepräzision verbessert werden, jedoch ist
dieser Vorgang problematisch und aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen,
in einfacher Weise stabförmige Teile mit hoher Präzision zu biegen.
Erfindungsgemäß wird ein Führungsteil verwendet, das es ermög
licht, ein hohles oder volles stabförmiges Teil zwangsweise gerade hin
durchzuführen, während ein Werkzeug mit einem Umlenkstück zum zwangswei
sen Umlenken eines Abschnitts des stabförmigen Teils, das durch das Füh
rungsteil hindurchgelaufen ist, vorgesehen ist, so daß das stabförmige
Teil in das Führungsteil und in das Werkzeug eintritt, wobei die Mitte
des Werkzeugs relativ zur Mittelachse des Führungsteils versetzt ist, wo
durch das stabförmige TeiI gebogen wird. Der Abstand, gemessen vom Füh
rungsteil zum Werkzeug, ist vorzugsweise einstellbar, und das Werkzeug
wird zweckmäßigerweise etwa 10° bis 20° relativ zur Mittelachse des Füh
rungsteils geneigt.
Die Änderung des Querschnitts des stabförmigen Teils durch das
Biegen kann stark begrenzt werden ebenso wie eine Verminderung der Wand
stärke an der Außenseite eines gebogenen Rohrs. Die gebogenen Abschnitte
sind im wesentlichen frei von Restspannung, es werden Teile mit ausge
zeichneter Rundheit gebogen, während die Biegewinkel größer als 300° sein
können. Es ergibt sich eine gleichmäßige Biegearbeit bei schwächerer
Druckkraft. Es können komplizierte Formen mit gewünschten Biegeradien ge
bogen werden und die Biegemaschine erlaubt einen kompakten Aufbau.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt das Prinzip des Biegeverfahrens.
Fig. 2 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer Bie
gemaschine.
Fig. 3 zeigt schematisch und perspektivisch eine Biegemaschi
ne.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm zum Einfluß des Versatzes auf den
Biegeradius.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm zum Einfluß der Werkzeugneigung auf
den Biegeradius.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen Biegeradius
und Rundheit.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen Preßlänge
und Preßkraft bei verschiedenen Werten für den Versatz.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen Preßlänge
und Preßkraft bei verschiedenen Neigungswinkeln des Werkzeugs.
Fig. 9 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Versatz
und der Preßkraft.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm zum Zusammenhang zwischen dem Nei
gungswinkel und der Preßkraft.
Fig. 11 zeigt ein Diagramm bezüglich der Flachung des Quer
schnitts in verschiedenen Biegeabschnitten.
Fig. 12 zeigt ein Diagramm zum Einfluß auf die Flachung des
Querschnitts durch den Neigungswinkel des Werkzeugs.
Fig. 13 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Biegera
dius und der Flachung des Querschnitts.
Fig. 14 zeigt ein Diagramm bezüglich der Änderung der Wand
stärke an der Innenseite von verschiedenen gebogenen Abschnitten.
Fig. 15 zeigt diagrammartig den Einfluß auf die Änderung der
Wandstärke an der Innenseite bei verschiedenen gebogenen Abschnitten auf
grund des Neigungswinkels des Werkzeugs.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen den Biegera
dien und den Änderungen der Wandstärke an der Innenseite von gebogenen
Abschnitten.
Fig. 17 zeigt ein Diagramm zur Beziehung zwischen den Biegera
dien und den Änderungen der Wandstärke an der Außenseite der gebogenen
Abschnitte.
Fig. 18 zeigt schematisch den mechanischen und hydraulischen
Teil einer weiteren Ausführungsform einer Biegemaschine.
Fig. 19 zeigt eine Frontansicht eines Werkzeughalters für die
Biegemaschine von Fig. 18.
Fig. 20 zeigt ein Schaltkreisdiagramm für den Hydraulikschalt
kreis der Biegemaschine von Fig. 18.
Fig. 21 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Mikrocomputers für
die Biegemaschine von Fig. 18.
Fig. 22 ist ein Flußdiagramm, das die verschiedenen Opera
tionsschritte der Biegemaschine von Fig. 18 darstellt.
Gemäß Fig. 1 verläuft ein zu biegendes stabartiges Teil 1
durch einen Führungszylinder 2, wobei letzterer das Teil 1 zur Geradfüh
rung hiervon faßt. Ein Verformungswerkzeug 3 besitzt ein Umlenkstück
3 a, der einen Abschnitt des stabförmigen Teils 1, das durch den Führungs
zylinder 2 gelaufen ist, erfaßt. Eine Antriebseinrichtung 4 zum Verschie
ben des Führungszylinders 2 und/oder des Verformungswerkzeugs 3 zum Än
dern der Relativposition zwischen dem Führungszylinder 2 und dem Verfor
mungswerkzeug 3, eine Eingabeeinrichtung 5 zum Eingeben von Daten bezüg
lich mechanischer Eigenschaften des stabförmigen Teils 2 (Biegefestig
keit, Dehnung des Materials hiervon, Art des stabförmigen Teils 1, das
heißt hohles Rohr, Profil oder Vollstab, Außendurchmesser, Dicke, usw.)
und Biegebedingungen (Biegungsradius, Rundheit, Flachheit des Quer
schnitts), ein erster Speicher 6 zum Speichern der über die Eingabeein
richtung 5 eingegebenen Daten, ein zweiter Speicher 7 zum Speichern von
Daten bezüglich des Verstellungsbetrages für den Führungszylinder 2 und/
oder das Verformungswerkzeug 3, die erforderlich sind, um die Biegearbeit
entsprechend den oder spezifiziert durch die Daten zur mechanischen Natur
des stabförmigen Teils 1 und den Biegebedingungen erforderlich sind, und
eine Antriebssteuereinrichtung 8 zum Steuern der Antriebsmittel 4 auf der
Basis der in dem ersten Speicher 6 gespeicherten Daten und unter Bezug
nahme auf die in dem zweiten Speicher 7 gespeicherten Daten bezüglich des
Verschiebungsbetrages sind vorgesehen. Die Anordnung ist derart getrof
fen, daß das stabförmige Teil 1 in den Führungszylinder 2 und das Verfor
mungswerkzeug 3 eintreten kann, wenn das Zentrum des Umlenkstücks 3 a des
Verformungswerkzeugs 3 von der zentralen Achse des Führungszylinders 2
abweicht, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist (wobei ein Versatz u re
serviert ist). Dementsprechend wird das Verformungswerkzeug 3 von einem
Halter über eine halbkugelförmige Buchse 9 gehalten, wobei das Zentrum
der Buchse 9 mit dem Zentrum des Umlenkstücks 3 a des Verformungswerk
zeugs 3 zusammenfällt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. d o ist der Durch
messer des Umlenkstücks 3 a des Verformungswerkzeugs 3, während γ den Ver
formungswinkel in Fig. 1 bezeichnet.
Wenn das stabförmige Teil 1 durch den Führungszylinder 2 und
das Verformungswerkzeug 3 geführt wird, wenn das Zentrum des Umlenkstücks
3 a des Verformungswerkzeugs 3 von der zentralen Achse des Führungszylin
ders 2 abweicht, wobei der Versatz u, wie in Fig. 1 ersichtlich, vorge
sehen ist, wirkt das Umlenkstück 3 a des Verformungswerkzeugs 3 zwangsmä
ßig lokal auf das Teil 1 ein, wobei der Gleitkontakt am Umlenkstück 3 a
zwischen Ober- und Unterseite unterschiedlich ist, so daß das Teil 1 um
die Oberseite gebogen oder plastisch verformt wird, wo der Gleitkontakt
biegezustand der strammere ist. Hierbei sucht die Antriebssteuereinrich
tung 8 nach Betätigungsdaten aus dem zweiten Speicher 7 auf der Basis der
in dem ersten Speicher 6 gespeicherten Daten und liest diese aus und
steuert die relative Position zwischen dem Verformungswerkzeug 3 und dem
Führungszylinder 2 durch Steuern der Antriebseinrichtung 4 auf der Basis
der ausgelesenen Betätigungsdaten. Der zweite Speicher 7 optimiert bezüg
lich optimaler Biegebedingungen, indem die Betätigungsdaten für das Ver
formungswerkzeug 3 und/oder den Führungszylinder 2 (Versatz u und/oder
Annäherungsweg v) zu den mechanischen Eigenschaften des stabförmigen, zu
biegenden Teils 1 und den Biegebedingungen in Korrespondenz gebracht
werden. Dementsprechend wird automatisch eine optimale Relativpositionie
rung zwischen dem Verformungswerkzeug 3 und dem Führungszylinder 2 zum
Ausführen der gewünschten Biegearbeit für das stabförmige Teil 1 einge
stellt, indem einfach die Daten über die mechanischen Eigenschaften des
Teils 1 und die gewünschten Biegebedingungen eingegeben werden.
Der Biegungswinkel wird durch Ändern des Abstandes (Annäherung
v) zwischen der Endfläche des Führungszylinders 2 an der dem Verformungs
werkzeug 3 zugewandten Seite zum Mittelpunkt des Umlenkstücks 3 a des Ver
formungswerkzeugs 3 geändert. Die Biegebedingungen werden durch Verstel
len des Verformungswerkzeugs 3 und/oder des Führungszylinders 2 in einer
Ebene senkrecht zur Mittelachse des Führungszylinders 2 eingestellt.
Hierdurch wird die Biegepräzision für das Teil 1 verbessert, da der Ver
satz u mit großer Präzision durch einen einfachen Mechanismus steuerbar
ist. Wenn der Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 auf 10° bis 20°
eingestellt ist, ist es möglich, die Biegearbeit mit einer relativ schwa
chen Druckkraft durchzuführen. Da weiterhin ein genügender Raum zwischen
dem Führungszylinder 2 und dem Verformungswerkzeug 3 vorgesehen werden
kann, ist es möglich, das Teil 1 durch Steuern des Versatzes u um große
Winkel und unter kontinuierlichem Ändern der Biegungswinkel zu biegen. Da
des weiteren die Biegearbeit einfach durch den lokalen Gleitkontakt zwi
schen dem Umlenkstück 3 a und dem Teil 1 aufgebracht wird, wird auf das
Teil 1 nach dem Biegen keine übermäßige Restspannung ausgeübt, da der Au
ßenumfang des Teils 1 während des Biegens zwangsmäßig durch das Umlenk
stück 3 a gestützt wird, so daß die Querschnittsform des Teils 1 nicht ab
geflacht oder seine Wandstärke durch das Biegen nicht variiert wird.
Wenn Daten über eine zeitliche Variation der Biegebedingungen
über die Eingabeeinrichtung 5 eingegeben werden, ist ein kontinuierliches
Variieren des Biegens möglich, wobei der erste Speicher 6 die Daten spei
chert und die Antriebssteuereinrichtung 8 die Relativposition zwischen
dem Verformungswerkzeug 3 und dem Führungszylinder 2 entsprechend dem
Zeitverlauf auf der Basis der im Speicher 6 gespeicherten Daten und unter
Bezug auf die in dem zweiten Speicher 7 gespeicherten Betätigungsdaten
steuern kann. Wenn Daten zur zeitlichen Änderung der Biegebedingungen zu
nächst eingegeben und in dem ersten Speicher 6 gespeichert werden, betä
tigt die Antriebssteuereinrichtung 8 das Verformungswerkzeug 3 und/oder
den Führungszylinder 2 derart, daß der Versatz u und die Annäherung v au
tomatisch auf optimale Werte eingestellt werden. Mit anderen Worten, wenn
die Biegebedingungen in dem ersten Speicher 6 entsprechend den Durch
trittslängen des Teils 1 und der Zuführzeiten gespeichert werden, liest
die Antriebssteuereinrichtung 8 die Verschiebungsdaten aus dem zweiten
Speicher 7 jedesmal aus, wenn das Teil 1 um eine vorbestimmte Länge
durchgeführt wurde oder eine vorbestimmte Zeit vergangen ist, und ver
stellt das Verformungswerkzeug 3 und/oder den Führungszylinder 2, um die
Biegebedingungen entsprechend den Verstelldaten, die ausgelesen werden,
einzustellen.
Nachstehend wird ein experimentelles Beispiel unter Bezugnahme
auf die Fig. 3 bis 17 beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine schematische und perspektivische Ansicht ei
ner Ausführungsform der für das Experiment verwendeten Biegemaschine.
Letztere besteht aus einem feststehenden Ständer 10 und einem damit ein
stückig verbundenen Rahmen 11. Das Verformungswerkzeug 3 ist in dem Rah
men 11 in einer vorbestimmten Position und einem vorbestimmten Winkel fi
xiert, während der Führungszylinder 2 auf dem Ständer 10 befestigt ist.
Die relative Positionierung entsprechend Fig. 1 ist eingestellt und der
Biegevorgang des stabförmigen Teils 1 wird durchgeführt, indem man dem
Teil 1 erlaubt, durch den Führungszylinder 2 und das Verformungswerkzeug
3 durch Drücken vom rückseitigen Ende des Teil 1 her mit einem Hydraulik
zylinder 12, der wie in Fig. 3 dargestellt befestigt ist, hindurchzutre
ten. Weiterhin ist zwischen einer Kolbenstange 12 a des Hydraulikzylinders
12 und dem Teil 1 eine Kraftmeßdose 13 zum Messen der Druckkraft P für
die Biegearbeit angeordnet, wobei Änderungen der Brückenausgangsspannung
der Kraftmeßdose gemessen werden.
Im Experiment ist d o auf eine konstante Länge von 20 mm einge
stellt, S45 ist als Material für das Verformungswerkzeug 3 und chlorier
tes Öl entsprechend JIS-Klasse 2, Nr. 2 als Schmieröl ausgewählt. Ein
Rohr mit einem Außendurchmesser von 20,0 mm und einer Wandstärke von 1,0
mm wird als stabförmiges Teil 1 verwendet. Das Rohr besteht aus Aluminium
(A 1050TD), das keiner Wärmebehandlung unterworfen ist und eine Zugfestig
keit von 144 MPa und einen Dehnungswert von 3% aufweist. Ein dreidimen
sionales Mikrometer, ein Blattmikrometer und ein Halbkugel-Gegen-Halbku
el-endendes Mikrometer werden zum Messen des Innendurchmessers, des Au
ßendurchmessers bzw. der Wandstärke des zu biegenden Rohrs verwendet. Zu
sätzlich werden zum Bewerten der experimentellen Ergebnisse folgende Va
riablen verwendet:
L: Rohrlänge, die durch den Hydraulikzylinder 12 verschoben
wird
Rundheit: α c =R max-Rmin (mm)
Flachheit des Querschnitts: α f =(do-dmin)/do
Änderung der Wandstärke:
a ti (innenseitiger Biegeabschnitt)= (t max-to)/to
α to (außenseitiger Biegeabschnitt)= (t o-tmin)/to
Rundheit: α c =R max-Rmin (mm)
Flachheit des Querschnitts: α f =(do-dmin)/do
Änderung der Wandstärke:
a ti (innenseitiger Biegeabschnitt)= (t max-to)/to
α to (außenseitiger Biegeabschnitt)= (t o-tmin)/to
wobei
R max: Maximalwert des Biegeradius
R min: Minimalwert des Biegeradius
d min: Minimalwert des Außendurchmessers
t max: Maximalwert der Wandstärke
t min: Minimalwert der Wandstärke
R min: Minimalwert des Biegeradius
d min: Minimalwert des Außendurchmessers
t max: Maximalwert der Wandstärke
t min: Minimalwert der Wandstärke
ist.
Die experimentellen Ergebnisse werden nachstehend unter Bezug
nahme auf die Diagramme der Fig. 1 bis 17 beschrieben, die die erhaltenen
Messergebnisse zusammenfassen.
Fig. 4 zeigt den Einfluß auf den Radius R durch den Versatz u,
wobei die Annäherung v als Parameter verwendet wird. Aus Fig. 4 ergibt
sich deutlich, daß das Teil 1 stärker oder mit geringerem Krümmungsradius
gegen die Mittelachse des Führungszylinders 2 gebogen wird, um so größer
u und/oder umso kürzer v wird. Im einzelnen wird der Einfluß von u umso
kleiner, umso größer u wird, und der Biegewinkel R wird in geringerem Ma
ße für eine Änderung von u reduziert, wenn u/d o 0,5 überschreitet. Es
lassen sich Biegewinkel bis herab zu R/d o = 1 erzielen, und zwar frei von
Falten.
Eine Änderung des Neigungswinkels ψ des Verformungswerkzeugs
3, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, zeigt, daß der Neigungswinkel ge
ringen Einfluß auf den Biegewinkel hat. Entsprechend hat der Werkzeugwin
kel γ keine Neigung, einen Einfluß auf den Biegeradius auszuüben. Fig. 6
faßt Werte zur Rundheit α c zusammen, die in einem Biegeradiusbereich R/
d o von 1,8 bis 15 unter Verwendung der Annäherung v als Parameter gemes
sen werden. Zusätzlich wurden u, v und ψ, die Relationen zu Biegebedin
gungen besitzen, in den Bereichen, die in den vorstehenden Diagrammen
spezifiziert sind, variiert. Wie aus dem Diagramm von Fig. 6 ersichtlich
ist, werden Rundheiten α c innerhalb eines Toleranzbereichs von 0,03 mm
bei allen Biegeradien erzielt, wenn die Biegebedingungen adäquat ausge
wählt sind, obwohl eine Tendenz bemerkbar ist, daß die Rundheit sich ver
schlechtert, wenn der Biegeradius kleiner wird.
Fig. 7 und 8 zeigen die Beziehung zwischen der Kraft P, die
von dem Hydraulikzylinder 12 erzeugt wird, damit das Teil 1 für den Bie
gevorgang um die DurchschubIänge L durchgeschoben wird. Der Versatz u
wird bei Fig. 7 als Parameter angenommen, während bei Fig. 8 der Nei
gungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 als Parameter gewählt ist. P
wird im Anfangsstadium der Biegearbeit groß, wenn das Teil 1 in das Bie
gewerkzeug 3 eintritt und gebogen wird, während P kleiner und im Stadium
nach L/d o = 3,0 konstant ist, wo die Biegearbeit gleichmäßig sein sollte.
Fig. 9 und 10 zeigen die Ergebnisse bezüglich des Einflusses auf die
Druckkraft P durch den Versatz u und den Neigungswinkel ψ des Verfor
mungswerkzeugs 3 bei L/d o = 5,0, wenn die Biegearbeit gleichmäßig ist.
Von Fig. 9 ist ersichtlich, daß die Druckkraft P dazu neigt, bei ir
gendeinem Wert der Annäherung v anzusteigen, wenn der Versatz u zum stär
keren Biegen des Teils 1 größer wird. Weiter wird P erhöht, wenn die
Annäherung v kleiner wird, u/d o <0,3 und v/d o = 1,0, wo das Teil 1 beson
ders stark gebogen wird. Ist die Kraft P minimal in einem Bereich, wo der
Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 etwa 10° bis 20° ist. Dies
zeigt, daß das Teil 1 innerhalb dieses Bereichs des Neigungswinkels am
gleichmäßigsten der Biegearbeit unterworfen wird, so daß das Verformungs
werkzeug zweckmäßigerweise auf Neigungswinkel innerhalb dieses Bereichs
eingestellt wird.
Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen dem Biegewinkel R und der
Flachheit des Querschnitts α f . Der Neigungswinkel ψ des Verformungswerk
zeugs 3 ist der Parameter und der Biegeradius R ist auf 110 mm zum Prüfen
der Querschnittsänderung eingestellt. Wenn das Teil 1 in einem begrenzten
Bereich an und um das Umlenkstück 3 a gebogen wird, und da keine Restspan
nung nach der Biegearbeit auf das Teil 1 ausgeübt wird, ist die Flachung
des Querschnitts α f an allen Biegeabschnitten konstant. Wenn der Nei
gungswinkel ψ beispielsweise auf 20° eingestellt ist, zeigt das Teil 1
praktisch keine Änderung seines Querschnitts und die Flachung des Quer
schnitts a f ist geringer als 0,3%.
Fig. 12 stellt den Einfluß der Flachung auf den Querschnitt
α f aufgrund des Neigungswinkels ψ des Verformungswerkzeugs 3 dar. Bei
v/d o = 2,0 oder so, daß das Teil 1 nicht zu stark gebogen ist, zeigt der
Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 10° übersteigend nahezu kei
nen Einfluß auf die Flachung des Querschnitts α f und eine Querschnitts
änderung ist fast vollständig unterdrückt. Wenn andererseits v/d o 1,5
oder kleiner wird, hat die Flachung des Querschnitts α f einen Minimal
wert bei etwa c = 15° und dieser Neigungswinkel ψ des Verformungs
werkzeugs 3, der die Kraft P minimiert, entspricht dem Minimalwert der
Flachung des Querschnitts α f gemäß Fig. 10. Aufgrund dieser Tatsache
macht es eine adäquate Auswahl des Neigungswinkels ψ des Verformungswerk
zeugs 3 möglich, das Teil 1 mit gleichmäßigem Gleitkontakt und keiner
kräftigen Deformation in das Umlenkstück 3 a des Verformungswerkzeugs 3
einzuführen, um die Kraft P und ebenso die Flachung des Querschnitts
a f zu minimieren. Wenn der Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3
nicht adäquat relativ zur Durchführrichtung des Teils 1 gewählt wird,
wird dagegen das TeiI 1 kräftig eintreten und einem anderen Gleitkontakt
als für das Biegen erforderlich unterworfen, wodurch die Kraft P und die
Flachung des Querschnittsc α f vergrößert werden.
Fig. 13 faßt Werte für die Flachheit des Querschnitts α f zu
sammen, die für verschiedene Längen der Annäherung v und innerhalb eines
Bereichs von R/d o = 1,8 bis 35 erhalten werden. Es besteht die Tendenz,
daß die Flachung des Querschnitts α f selbst bei dem gleichen Biegungsra
dius R erhöht wird, wenn v/d o erniedrigt wird. Weiterhin wird die Fla
chung des Querschnitts α f für kleinere Werte des Krümmungsradius R ver
größert. Doch lassen sich Biegungsarbeiten mit α f , das unter 1% gedrückt
ist, und mit einer minimalen Änderung des Querschnitts innerhalb eines
Bereichs von R/d o = 4,0 bis 20 durchführen, die die beste Rundheit in
Fig. 6 insoweit ergeben, als adäquate Biegebedingungen gewählt werden.
Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen dem Biegewinkel R und der
Änderung der Änderung der Wandstärke α ti an der Innenseite der gebogenen
Abschnitte des Teils 1, das dem Biegevorgang unterworfen worden ist. Der
Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 ist ein Parameter und der
Biegeradius R ist auf 110 mm zum Erhalten der in Fig. 14 aufgeführten Da
ten gewählt. Aus den gleichen Gründen, wie in Zusammenhang mit der Fla
chung des Querschitts α f beschrieben sind, ist die Änderung der Wand
stärke an allen gebogenen Abschnitten konstant.
Fig. 15 zeigt die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel ψ des
Verformungswerkzeugs 3 und die Änderung der Wandstärke a ti an der Innen
seite der gebogenen Abschnitte, während Fig. 16 die Beziehung zwischen
R/d o und der Änderung der Wandstärke a ti zeigt. Obwohl die Änderung der
Wandstärke α t eine geringe Tendenz zeigt, mit einer Vergrößerung des
Neigungswinkels ψ abzunehmen, ist die Änderung der Wandstärke α ti durch
den Neigungswinkel ψ des Verformungswerkzeugs 3 kaum beeinflußt. Anderer
seits wird die Änderung der Wandstärke α ti stark durch den Krümmungsra
dius R beeinflußt und wird mit größer werdendem Krümmungsradius R größer.
Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen R/d o und der Änderung der
Wandstärke α to an der Außenseite der gebogenen Abschnitte. Da das Teil 1
gebogen wird, während es der Kompressionskraft unterworfen wird, die
durch den Gleitkontakt erzeugt wird, haben die Änderungen der Wandstärke
α to in den meisten Fällen positive Werke und negative Werte in höch
stens 5% der Fälle. Im Gegensatz zu den konventionellen Biegemethoden,
die immer die Wandstärke im Bereich der Außenseite der gebogenen Ab
schnitte reduzieren, wird erfindungsgemäß eine derartige Reduzierung ver
mieden, wenn die Biegebedingungen adäquat gewählt werden. Weiter wird ei
ne Tendenz beobachtet, daß die Änderung der Wandstärke α to an der Außen
seite der gebogenen Abschnitte veränderlich von dem Neigungswinkel c (=
0° bis 30°) des Verformungswerkzeugs abhängig ist.
Fig. 18 zeigt schematisch den mechanischen und hydraulischen
Teil einer weiteren Ausführungsform, die einen Führungszylinder 21, ei
nen Werkzeughalter 22, einen Ständer 23 zur Aufnahme des Führungszylin
ders 21, eine Führung 24 zum Führen des Werkzeughalters 22, Rollen 25 zum
Zuführen des stabförmigen Teils 1 in die Biegemaschine und Zylinder CY 1
und CY 1′ (s. Fig. 20) umfaßt, die an beiden Seiten des Führungszylinders
21 angeordnet sind und zum Verschieben des Werkzeughalters 22 längs der
Führung 24 dienen (Zylinder CY 1′ ist in Fig. 18 nicht dargestellt), wäh
rend Hydraulikkreise OCH 1 und OCH 1′ zum Betätigen der Zylinder CY 1 und
CY 1′ dienen. Ferner sind Hydraulikkreise OCH 2 und OCH 3 zum Betätigen von
Zylindern CY 2 und CY 3 vorgesehen, die das Verformungswerkzeug 3, das von
dem Werkzeughalter 22 aufgenommen ist, verstellen. Motoren M 1, M 2 und M 3
dienen zum Antrieb von Pumpen für die Hydraulikkreise OCH 1 bis OCH 3. Fig.
19 zeigt eine Frontansicht des Werkzeughalters 22, der aus einem äußeren
Rahmen 26 und einem inneren Rahmen 27 besteht. Innerhalb des äußeren Rah
mens 26 ist ein Führungsabschnitt 26 a ausgebildet, der zum Führen des in
neren Rahmens 27 nur in Richtung der y-Achse dient, während der innere
Rahmen 27 von dem äußeren Rahmen 26 aufgenommen wird, wobei der Zylinder
CY 3 eingebaut ist, um den inneren Rahmen 27 zu verstellen. Im inneren
Rahmen 27 ist ein Führungsabschnitt 27 a zum Führen des Verformungswerk
zeugs 28 nur in Richtung der x-Achse ausgebildet, während das Werkzeug 28
in dem inneren Rahmen 27 gehalten und aufgenommen ist, wobei der Zylinder
CY 2 zum Verstellen des Verformungswerkzeugs 28 eingebaut ist. An den vier
Ecken des äußeren Rahmens 24 sind Durchtrittsöffnungen ausgebildet, die
die Führung 24 aufnehmen, während auf beiden Seiten des äußeren Rahmens
26 Befestigungen 29 für Kolbenstangen der Zylinder CY 1 bzw. CY 1′ vorgese
hen sind. Dementsprechend wird der Werkzeughalter 22 durch die Zylinder
CY 1 und CY 1′ hin- und herbewegt und das auf dem Werkzeughalter 22
montierte Werkzeug kann innerhalb eines bestimmten definiten Bereichs
über die Zylinder CY 2 und CY 3 in Optimale Positionen gebracht werden.
Fig. 20 zeigt ein Schaltkreisdiagramm für jeden der oben aufgeführten Hy
draulikkreise, wobei zwischen dem Zylinder CY und einem elektromagneti
schen Umschaltventil 31 ein Rückschlagventil 32 zum Verriegeln angeordnet
ist und der Zylinder CY in optimalen Positionen gestoppt und verriegelt
werden kann, indem ein Motor Mi und das Umschaltventil 31 durch Signale
MCi bzw. Bi gesteuert werden. Die Steuersignale MCi und Bi werden von ei
nem in Fig. 21 dargestellten Mikroprozessorschaltkreis abgegeben. Dieser
Schaltkreis besteht aus einem ROM, der Steuerprogramme für die Biegema
schine speichert, einem RAM zum Speichern auf den neuesten Stand gebrach
ter Daten und Eingabedaten, einem EEPROM, das positionsmäßige Steuerdaten
für das Verformungswerkzeug 28 speichert (Betätigungsdaten: Rotationsfre
quenz usw. für jeden Motor Mi), um Biegearbeit unter der Bedingung durch
zuführen, die den Daten bezüglich der mechanischen Eigenschaften des zu
biegenden Teils 1 und der Biegebedingungen entspricht, einem Betriebstor,
einem Betriebstorinterface I/F und einem I/O-Tor, die durch Busleitungen
miteinander verbunden sind, wie Fig. 21 zeigt. Das gesamte System wird
durch eine zentrale Rechnereinheit CPU gesteuert, die Programme aus dem
ROM zwecks Ausführung ausliest.
Gemäß Fig. 21 werden folgende Operationen ausgeführt: Zunächst
wird ein stabförmiges zu biegendes Teil ausgewählt und das Werkzeug 28,
das einen Umlenkabschnitt entsprechend dem Querschnitt des stabförmigen
Teils besitzt, wird ausgewählt und in den inneren Rahmen 27 (vgl. Fig.
19) eingesetzt. Danach werden Daten (D 1), die den Typ des ausgewählten
stabförmigen Teils spezifizieren, d.h. Rohr, Profil oder Vollstab über
das Betätigungstor eingegeben, um die Auswahlflagge des RAM entsprechend
der Auswahl auf ON zu setzen (Schritte 1 und 2). Da die Materialdaten,
Außendurchmesser, Stärke usw. in diesem Zustand bekannt sind, werden die
se Daten (D 2) über das Betätigungstor zusammen mit gewünschten Anfangs
biegebedingungsdaten (D 3), d.h. Daten zum anfänglichen Biegeradius usw.
eingegeben. Diese Daten werden in dem RAM unter vorbestimmten Adressen
gespeichert (Stufen 3 bis 6). Wenn Biegebedingungen nach einer bestimmten
Zeit nach dem Beginn der Biegearbeit zu modifizieren sind, werden eine
Zuführgeschwindigkeit vor der Änderung und die Daten in bezug auf die zu
ändernden Biegebedingungen (Di) eingegeben. Diese Daten werden sequen
tiell ebenfalls in dem RAM unter vorbestimmten Adressen gespeichert (Stu
fen 7, 8 und 9).
Nachdem die vorstehend beschriebene Eingabe vervollständigt
ist, wird der Befehl für das Ingangsetzen der Biegemaschine gegeben (Stu
fe 10), dann prüft die zentrale Rechnereinheit die Daten D 1 bis D 3 im
RAM, liest die Betätigungsdaten entsprechend D 1 bis D 3 aus dem EEPROM aus
und erlaubt es dem I/O-Tor, die Steuersignale MCi und Bi (i = 1, 2, 3)
auszugeben (Stufe 11). Die ausgegebenen Daten werden jedem Motor Mi und
jedem Hydraulikkreis OHCi eingegeben, um den Motor Mi um den Betätigungs
betrag entsprechend den Daten D 1 bis D 3 anzutreiben und jeden Zylinder
CYi über jeden Hydraulikkreis OHCi zu betätigen, wodurch der Werkzeughal
ter 22 als Ganzes, der innere Rahmen 27 hiervon und das Werkzeug 28 ver
stellt werden (Stufe 12). Wenn das Werkzeug 28 entsprechend dem Abstand
und/oder Winkel entsprechend den Betätigungsdaten verstellt ist, wird das
Werkzeug 28 in eine Anfangsposition hiervon gesetzt und das Umschaltven
til 31 jedes Hydraulikkreises OHCi geschlossen, um das Werkzeug 28 zu
verriegeln (Stufe 13). Nach Vornahme dieses Verriegelns wird das Fördern
des stabförmigen, zu biegenden Teils durch Drehen der Zuführrollen 25 ge
startet, um es diesem Teil zu erlauben, von dem Führungszylinder in das
Werkzeug 48 einzutreten (Stufe 14). Entsprechend wird das stabförmige
Teil durch das Werkzeug 28 gebogen, das in der Position entsprechend den
Daten D 1 bis D 3 eingestellt wird (Stufe 15). Die Biegearbeit wird daher
derart ausgeführt, daß der Versatz u und die Annäherung oder der Abstand
v optimal entsprechend den Daten D 1 bis D 3 bezüglich der mechanischen Ei
genschaften des stabförmigen Teils und der Biegebedingungen eingestellt
ist.
Die Zuführgeschwindigkeit FS für das stabförmige Teil wird im
mer in das I/O-Tor während der Biegearbeit eingegeben und von der Rechne
reinheit CPU überwacht. Wenn das Modifizierdatum Di zum Modifizieren der
Biegebedingungen mit der Zeit in Stufen 8 und 9 eingegeben ist, ver
gleicht die Rechnereinheit das Zuführgeschwindigkeitsdatum FS mit den Da
ten Di und, wenn beide Daten miteinander koinzident sind, liest diese die
Betätigungsdaten aus dem EEPROM aus, die den Biegebedingungen der in dem
RAM gespeicherten Daten D 1, D 2 und D 3 entsprechen, wonach das Werkzeug 28
auf eine modifizierte Position durch Steuern des Motors Mi und des Um
schaltventils 31 gebracht wird, wie oben beschrieben wurde (Stufen 17 bis
20). Hierdurch wird das Werkzeug 28 in die optimale Position entsprechend
den Biegebedingungen der modifizierten Daten Di jedesmal gebracht, wenn
die Zuführgeschwindigkeitsdaten der Modifizierungsdaten koinzident mit
den aktuellen Zuführgeschwindigkeitsdaten FS sind, so daß das stabförmige
Teil anschließend während des Durchlaufs in die Form entsprechend den
Biegebedingungen der Daten D 3 und D 4 bis Dn (Stufen 21, 22 und 23) gebo
gen wird.
Ein stabförmiges Teil läßt sich hierdurch auch spiralförmig
biegen, wenn die Maschine so konstruiert ist, daß das stabförmige Teil,
das aus dem Werkzeugteil herauskommt, in eine Richtung senkrecht zu einer
Ebene unter Biegung eines kreisförmigen Bogens gegen eine Platte gedrückt
wird, die durch eine Antriebseinrichtung betätigt wird.
Anstelle der Hydraulikeinrichtungen in den obigen Ausführungs
formen können auch Motoren wie Wechselstrom-Servomotoren verwendet wer
den.
Claims (9)
1. Verfahren zum Biegen eines stabförmigen Teils, wobei ein Werk
zeug verwendet wird, das ein Umlenkstück zum zwangsmäßigen Einwirken auf
einen Abschnitt des stabförmigen Teils zum Biegen hiervon aufweist, da
durch gekennzeichnet, daß ein Führungsteil (2, 21) zum zwangsmäßigen Ab
stützen des stabförmigen Teils (1) vor dem Verformungswerkzeug (3, 28)
verwendet und das stabförmige Teil (1) hierdurch gerade geführt wird, und
daß das stabförmige Teil (1) durch Hindurchführen durch das Führungsteil
und das Werkzeug gebogen wird, wobei die Mittelachse des Führungsteils
relativ zum Zentrum des Umlenkstücks (3 a) des Werkzeugs versetzt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab
stand (v) zwischen dem Führungsteil und dem Werkzeug variabel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neigungswinkel (ψ) des Werkzeugs relativ zur Mittelachse des Füh
rungsteils im Bereich von etwa 10 bis 20° eingestellt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neigungswinkel (ψ) des Werkzeugs relativ zur Mittelachse des Füh
rungsteils variabel ist.
5. Biegemaschine für stabförmige Teile umfassend ein Werkzeug (3,
28) mit einem Umlenkstück (3 a) zum zwangsmäßigen Biegen eines Abschnittes
eines stabförmigen Teils (1), dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungs
teil (2, 21) vor dem Werkzeug (3, 28) zur Geradführung des stabförmigen
Teils (1), Antriebsmittel (4; CY 1, CY 1′, CY 2, CY 3; OHC 1, OHC 1′, OHC 2,
OHC 3; M 1, M 2, M 3) zum Verstellen des Führungsteils und/oder des Werkzeugs
zur Änderung der Relativposition zwischen dem Führungsteil und dem Werk
zeug, eine Eingabeeinrichtung (5) zur Eingabe von Daten bezüglich der me
chanischen Eigenschaften des stabförmigen Teils unter Biegebedingungen,
ein erster Speicher (6, RAM) zum Speichern der eingegebenen Daten, ein
zweiter Speicher (7, EEPROM) zum Speichern von Betätigungsdaten für das
Führungsteil und/oder das Werkzeug zum Einstellen der Relativposition
hierzwischen, die zum Durchführen der Biegearbeit entsprechend den im er
sten Speicher gespeicherten und hierdurch spezifizierten Daten erforder
lich sind, und eine Antriebssteuereinrichtung (8) zum Steuern der An
triebsmittel auf der Basis der im ersten Speicher gespeicherten Daten
und unter Bezugnahme auf die in dem zweiten Speicher gespeicherten Betä
tigungsdaten vorgesehen sind.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab
stand (v) zwischen dem Führungsteil und dem Werkzeug variabel ist.
7. Maschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Neigungswinkel (ψ) des Werkzeugs relativ zur Mittelachse des Füh
rungsteils im wesentlichen im Bereich von 10 bis 20° eingestellt ist.
8. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nei
gungswinkel (ψ) des Werkzeugs relativ zur Mittelachse des Führungsteils
variabel ist.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Eingabeeinrichtung die Eingabe von Daten zum zeitlichen
Modifizieren der Biegebedingungen erlaubt und die Antriebssteuereinrich
tung die Relativpositionen von Führungsteil und Werkzeug auf der Basis
der Modifikationsdaten, die in dem ersten Speicher gespeichert sind, un
ter Bezugnahme auf die in dem zweiten Speicher gespeicherten Betätigungs
daten modifizieren kann.
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