EP3147041B1 - Verfahren und vorrichtung zum biegen eines metallischen halbzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum biegen eines metallischen halbzeugs Download PDF

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EP3147041B1
EP3147041B1 EP16189438.1A EP16189438A EP3147041B1 EP 3147041 B1 EP3147041 B1 EP 3147041B1 EP 16189438 A EP16189438 A EP 16189438A EP 3147041 B1 EP3147041 B1 EP 3147041B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bending
die
bending punch
finished product
semi
Prior art date
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EP16189438.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3147041A1 (de
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Marcus Albert
Damian Gil
Alfred Zimmer
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Hoermann Automotive Gustavsburg GmbH
Hoermann Automotive Penzberg GmbH
Original Assignee
Hoermann Automotive Gustavsburg GmbH
Hoermann Automotive Penzberg GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/02—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves on press brakes without making use of clamping means
    • B21D5/0209—Tools therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for bending a metallic semi-finished product, a device for bending a metallic semi-finished product, and a metallic component.
  • Bending is a common method for reshaping metal parts, in particular sheet metal parts. According to the DIN 8586 standard, this is understood to mean “the bending of a solid body, the plastic state being brought about essentially by bending stress”.
  • a workpiece e.g. a blank or another semi-finished product
  • a workpiece made of metal is subjected to at least three points of force in such a way that a bending moment results, which ensures plastic, i.e. permanent deformation.
  • Bending forming is typically carried out as cold forming, but it is also possible as hot forming at elevated workpiece temperatures.
  • a large number of different methods are known in the prior art for the industrial implementation of a bending process, the above-mentioned standard distinguishing primarily according to the tool movement.
  • a stationary bending die and a movable bending punch usually work together to carry out the bending process.
  • the bending die forms a die with a normally V-shaped or U-shaped opening into which the workpiece is pressed by means of the bending punch.
  • the process types free bending, die bending (embossing bending) and three-point bending all of which have in common that the workpiece initially rests on the bending die, more precisely on its edges, and in an intermediate, initially only relatively small-area (or quasi linear) area comes into contact with the punch.
  • This area can be referred to as the working edge (or lower edge or bending edge) of the punch.
  • the bending punch has an approximately wedge-shaped or triangular cross-section, at least in the area in which contact with the workpiece occurs. in the Further progress, the application of force to the workpiece by the bending punch leads to the workpiece being plastically deformed in the area of the deformation zone near the working edge.
  • the DE 19938 452 A1 discloses a forming tool, in particular a drawing tool, which is provided, for example, for forming sheet metal parts.
  • the molding tool consists of a fine zinc alloy and has a chromium-containing surface coating, which is intended to improve the stability for production of medium quantities.
  • the surface coating can have a roughened structure, which serves to improve lubricant adhesion to the mold.
  • the JP 2014/076464 A relates to a bending device with a bending punch and a die. This can be used to bend a steel plate.
  • the bending punch has a recess in the area of the working edge into which an insert is inserted.
  • This insert can for example consist of special steel with a Rockwell hardness of 58 or 60.
  • DE GB 1,206,644 A discloses an apparatus and method for drawing a thermoplastic material. During the drawing process, a punch interacts with a die. A problem here is that certain areas can experience thinning when pulled, which can cause the material to tear in extreme cases. In order to restrict or prevent the thermoplastic material from flowing which is associated with the thinning, it is provided that the stamp has a roughened surface.
  • the WO 2008/050457 A1 shows a bending device with a bending punch and a die, both of which are made, for example, of high-carbon steel or chromium-molybdenum steel can exist.
  • a hard material layer is produced in some areas in the area of the working edge of the bending punch. This only extends to a central part of the entire working edge in order to prevent increased wear there when bending smaller parts.
  • the invention is therefore based on the object of improving the precision and process stability when bending in the die.
  • the object is achieved according to the invention by a method according to claim 1, a device according to claim 8 and a metallic workpiece according to claim 9.
  • the invention provides a method for bending a metallic semi-finished product.
  • the semifinished product is metallic in the sense that it consists at least predominantly of metal, it being conceivable that it has an at least partially non-metallic coating.
  • the metallic semi-finished product can in particular be a sheet metal part, for example a plate that has been cut from a coil. As a rule, the metallic semi-finished product consists at least predominantly of steel.
  • the process is carried out with a punch and a die.
  • the bending punch has a radius area forming a bending edge and leg areas adjoining it on both sides.
  • the bending punch is basically constructed in a known manner and usually consists mainly of metal, for example steel.
  • the radius area In the operating state, the radius area generally corresponds to the lower edge of the bending punch and represents the area that defines at least the minimum possible inner bending radius.
  • the radius area has a curved surface, the curvature generally being uniform and being characterized by a single radius, although in principle deviations from this would be conceivable within the scope of the invention.
  • “Working edge” here denotes an edge of the bending punch around which a workpiece is bent.
  • the position of the radius area also defines a bending axis, ie the axis along which the bending of a workpiece takes place.
  • the leg areas which can also be referred to as flanks, adjoin the radius area on both sides, and of course they are transverse to the direction of the working edge connect to the radius area.
  • the legs of the bent workpiece adjoining the bent area can come into contact with these leg areas, for example during die bending (stamping bending).
  • the surfaces of the leg regions of the bending punch are inherently straight or flat.
  • the leg regions preferably run at an angle to one another, so that a wedge-shaped cross section normally results overall, in which the radius region forms the tip of the wedge.
  • the die forms a die with a depression, the shape of which prescribes at least a maximum possible deformation of the semi-finished product.
  • the bending punch and the die form parts of a bending device, for example a press brake or a bending tool. They can be permanently integrated into the bending device or they can be designed as modules that can be exchanged as required.
  • the semi-finished product is pressed into the die by applying force through the bending punch and reshaped between the bending punch and the die.
  • the workpiece normally initially rests on the die and there is initially contact between the radius area of the bending punch and the semi-finished product.
  • the bending punch remains in contact with the semifinished product, at least with the radius area, even in the further course of the bending process.
  • the process according to the invention is preferably designed as a cold forming process, i.e. the semi-finished product is not specifically heated in preparation for the bending process. Alternatively, it can also be carried out as a hot forming process.
  • the bending punch has a roughened surface extending at least over part of the radius area.
  • “Roughened” here means that a higher roughness was set in the specified surface during the manufacturing process. This can be achieved through various measures, which will be discussed below.
  • the so-called “mean roughness” R a can be used as a measure of the roughness. This corresponds to the arithmetic mean of the absolute deviation of the height values of all Measurement points of a surface from the center line (the center line being the arithmetic mean of the height values of all measurement points).
  • the roughness of the surface mentioned is greater than the roughness of adjacent surface parts of the bending punch.
  • the roughness of the roughened surface can also preferably be greater than the roughness of the semi-finished product to be bent. At least parts of the roughened surface of the bending punch come into contact with the semifinished product at the beginning of the bending process, the increased roughness ensuring increased friction, which minimizes undesired relative movement of the semifinished product with respect to the bending punch.
  • the raised surface structures of the roughened surface can be transferred to the semifinished product, so that a plastic deformation of the surface of the semifinished product and effective interlocking takes place.
  • the roughened surface (as a kind of negative shape) is reproduced in the surface of the semi-finished product to a certain extent.
  • the extent to which this happens depends on the one hand on the pressure applied and on the other hand on the ratio of the hardness of the two surfaces.
  • the roughened surface can be contiguous or also non-contiguous, or several roughened surfaces can be provided.
  • the roughness can be constant within the roughened surface, but here again individual areas can be more roughened than others. Overall, the roughness can be selected over a wide range as required, ie depending on the extent to which a relative movement is to be feared.
  • the set surface roughness is usually selected depending on the bending task.
  • the mean roughness is typically in the micrometer range or below, for example between 0.1 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the leg areas can enclose a wide variety of angles with one another, although bending angles in practice are normally between 10 ° and 170 °, which means that there is at least an upper limit for the angle between the leg areas. They preferably enclose an angle between 80 ° and 100 °, more preferably between 85 ° and 95 °, ie they preferably form approximately or exactly a right angle with one another. They can be inclined symmetrically or asymmetrically with respect to the direction of movement of the bending punch (which usually corresponds to the vertical).
  • both leg areas can have an inclination of 45 °, or, for example, one may have an incline of 30 ° and the other an incline of 60 °.
  • the roughening according to the invention can be advantageous in particular in the case of asymmetrical configurations, since in these cases there is also an asymmetrical force distribution which can increase the risk of displacement.
  • the process can be carried out as free bending or as three-point bending.
  • the semi-finished product is only bent so far that it does not reach the bottom of the die, i.e. it only rests on the edges of the die. This means that the legs of the semi-finished product do not come into contact with the flanks of the die.
  • the semifinished product is bent so far that it touches the die on the one hand at the edges and on the other hand in between in the area opposite the radius area of the bending punch.
  • the die usually has a U-shaped opening. In the method according to the invention, however, it is preferred that die bending takes place, the bending punch and the die enclosing the semifinished product at least predominantly without a gap.
  • This process allows the highest level of precision, as the set shape of the semi-finished product (apart from reshaping processes) is completely determined by the shape of the punch and die that are matched to one another.
  • the process is also known as embossing bending, especially when the final pressures are high.
  • there is a flat contact between the workpiece and the die while the contact is essentially linear in both free bending and three-point bending.
  • the die has surface areas that correspond to the leg areas and the radius area of the bending punch, in the latter case the die must provide a radius that is greater than that of the radius area by the thickness of the semi-finished product.
  • the roughened surface is advantageously arranged at least predominantly in the radius area; at most, smaller parts of the surface mentioned lie outside the radius area.
  • the roughened surface is preferably limited to the radius area. In other words, at least parts of the radius area have a higher roughness than the leg areas adjoining the radius area. The latter Normally, due to the process, there are no special requirements with regard to the surface roughness and, as is known in the prior art for bending punches, can be made smooth. Of course, the entire radius area can also be roughened. It has been shown that it is sufficient for a reliable bending process if the roughened surface is only provided within the radius area.
  • the roughened surface is limited to a central area along the working edge (i.e. along the direction of the working edge) with the cut-out of end areas. That is, the end areas mentioned, so to speak the ends of the bending punch, do not have a roughened surface. This reduces the risk of any cracks spreading under operational stress due to the surface structure. For a reliable frictional connection it is sufficient if the intermediate area in between is completely or partially roughened. This configuration can in particular be combined with the above configuration so that the roughened surface is limited to a central area of the radius area.
  • the end areas can take up a relatively small part of the length (that is to say the extension along the working edge) of the bending punch, with the exact amount being able to be defined in an application-specific manner. For example, it can be a maximum of 10% or a maximum of 5%.
  • the roughened surface can be formed by a surface profile which is set in a primary, reshaping and / or abrasive manner.
  • the surface profile here is usually the profile of the surface of the base body of the punch, which normally consists of steel.
  • the desired surface profile could have been created directly during the primary forming of the punch or in a subsequent forming step (for example by means of hot forming).
  • the shape of the bending punch is set by mechanical processing (milling or the like) before a surface treatment takes place.
  • Those parts that are to be roughened can be subjected to a removal treatment, whereby a surface profile is generated.
  • the surface can then be coated.
  • both machining and chemical, electrochemical machining are referred to as “removing” machining and / or thermal removal.
  • die sinking can take place.
  • the roughened surface is formed by a coating with hard material particles.
  • Hard material particles are in particular those particles that have a higher hardness than the semi-finished product to be processed. Such particles can consist, for example, of diamond, boron nitride, silicon carbide or other known hard materials.
  • the bonding of the particles to the surface of the bending punch can take place via a binding agent (for example a synthetic resin) or by electroplating metal, whereby the particles bond with the surface. Other methods are also possible.
  • the method according to the invention is particularly suitable for semi-finished products, for example sheet metal blanks, of greater thickness.
  • the semi-finished product therefore has a thickness between 1 mm and 20 mm, preferably between 3 mm and 12 mm, more preferably between 5 mm and 10 mm, particularly preferably between 6 mm and 9 mm.
  • This information relates in particular to steel sheets.
  • the thickness of the semi-finished product to be formed means that a certain inner bending radius cannot be fallen below. Experience shows that the minimum possible bending radius roughly corresponds to the thickness of the semi-finished product. It therefore preferably corresponds to the values mentioned above in this regard.
  • the inner bending radius also corresponds to the radius of the radius area. In other configurations (free bending, three-point bending), the radius of the radius area can also be smaller.
  • the invention also provides a device for bending a metallic semi-finished product.
  • the device comprises a bending punch with a radius area forming a working edge and leg areas adjoining it transversely to the working edge, as well as a die. It is set up to press the semifinished product into the die by applying the bending punch and to shape it between the bending punch and the die.
  • the Bending punch has a roughened surface extending over at least part of the radius area.
  • the device can be set up for embossing bending, the bending punch and the die being designed to enclose the semifinished product without a gap.
  • the roughened surface can be limited to the radius area.
  • the roughened surface along the working edge can also be limited to a central area with the cut-out of end areas.
  • the roughened surface is preferably formed by an abrasive surface profile or by a coating with hard material particles.
  • the device is advantageously set up to bend a semi-finished product that has a thickness between 1 mm and 20 mm, preferably between 3 mm and 12 mm, more preferably between 5 mm and 10 mm, particularly preferably between 6 mm and 9 mm.
  • the radius area also advantageously defines an inner bending radius of at least 3 mm, preferably at least 5 mm, more preferably at least 7 mm.
  • the invention also provides a metallic workpiece. This was produced from a metallic semi-finished product by bending according to the method according to the invention and / or with a device according to the invention. After the bending process, the workpiece can be either a semi-finished part or a finished part.
  • steel parts that have been made from sheet metal are suitable.
  • frame parts can be manufactured in automobile construction, e.g. for trucks. This also includes reinforcements for frame structures such as gusset plates or subframes.
  • Such a workpiece according to the invention does not differ in the essential dimensions from a conventionally manufactured workpiece, but in the area acted upon by the roughened surface of the bending punch, small depressions are normally to be found, namely where the surface structure of the bending punch is under high Pressure on the surface of the workpiece. Since the exact structure of the roughened surface in In many cases it is coincidental and therefore unique for a particular bending punch, such a workpiece could in principle even be assigned to the bending punch with which it was manufactured by comparing the surface structure.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a bending punch 10 for a bending device 1 according to the invention according to a first embodiment.
  • the side of the bending punch 10 which is at the top in the drawing is directed downwards in the installed state.
  • the bending punch 10 has a radius area 11, which in the present case is curved with a radius of 9 mm.
  • the radius area forms a working edge 12 along which a workpiece 30 can be bent.
  • leg areas 13 of the bending punch 10 adjoin, which in the present case are inclined by 90 ° to one another, whereby the bending punch 10 has a wedge-shaped or V-shaped cross section.
  • the bending punch 10 is constructed essentially symmetrically, with each of the leg regions 13 is inclined by 45 ° with respect to the plane of symmetry (which corresponds to the vertical in the installed state).
  • the bending punch consists predominantly of steel, whereby at least the radius area 11 and the leg areas 13 can be surface-treated in order to achieve a higher hardness.
  • a roughened surface 14 is formed along the entire radius area 11, which is only shown schematically in the figure, the indicated surface structures not being shown true to scale in any way.
  • the mean roughness R a of the roughened surface 14 is 18 ⁇ m.
  • Figures 3 and 4 show, in a highly schematic sectional view, the forming of a steel blank 30 by means of a bending device 1 (for example a bending press), into which the in Fig. 1 bending punch 10 shown is integrated.
  • a bending device 1 for example a bending press
  • the bending device 1 also comprises a die 20 on which the steel blank 30 rests at the beginning of the bending process, as in FIG Fig. 3 shown.
  • the die 20 forms a recess with a concave sole 21, straight flanks 22 which are inclined by 45 ° with respect to the vertical and which merge into the horizontal via convex rounded edges 23.
  • the die 20 is thus essentially V-shaped.
  • the concave sole 21 has a radius of 16 mm, which corresponds to the sum of the radius of the radius area 11 and a thickness of 7 mm of the steel plate 30.
  • the bending device 1 is thus set up for embossing bending, in which in the final stage of the process the steel blank 30 is enclosed between the bending punch 10 and the die 20 without a gap.
  • the entire surface of the die 20 is made smooth in a similar way to the leg areas 13 of the bending punch 10. Due to the roughening of the surface 14 of the radius area 11 (and the associated higher mean roughness R a ) there is a significantly greater coefficient of static friction between this and a surface 31 of the steel blank 30 than between all other surfaces. This is noticeable at the beginning of the bending process, which is carried out in Fig. 3 is shown where only part of the radius area 11 comes into contact with the surface 31 of the steel blank 30. There is an engagement between the structures of the roughened surface 14 and the surface 31, even, as still with reference to FIG Figures 5 and 6 is explained, a deformation of the surface 31 takes place.
  • the plate 30 is practically secured against undesired slipping in the area of the radius area 11, so that, as provided, only bending and sliding over the edges 23 takes place.
  • the steel plate 30 forms a bend 33, which is laterally adjoined by legs 32 which are at an angle of 90 ° to one another.
  • This state is in Fig. 4 shown. Since the position of the steel blank 30 relative to the radius area 11 is defined during the entire bending process, a particularly high dimensional accuracy can be achieved. In this way, for example, a gusset plate can be produced to reinforce a frame structure of a truck.
  • Fig. 2 shows an alternative embodiment of a bending punch 10, which is also used in the in Figures 3 and 4 illustrated procedures can be used. It differs from the in Fig. 1 bending punch 10 shown in that the roughened surface 14 does not extend over the entire length of the working edge 12, but that it is limited to a central area 10.1, while end areas 10.2 are cut out. This configuration can, under certain circumstances, prevent the formation of increased cracks in the areas of the steel blank 30 that come into contact with the end areas 10.2.
  • Fig. 5 shows a section from a greatly enlarged and again not true to scale Fig. 4 , in which it can be seen that the roughened surface 14 is formed by a surface profile of the steel (and possibly surface-treated) surface of the punch 10.
  • the surface profile was generated by die sinking, which results in a large number of elevations 15 (a few micrometers or fractions of micrometers in size) in the radius area 11.
  • these elevations 15 press into the surface 31 of the steel plate 30, which on the one hand brings about an improved engagement of the two surfaces 14, 31, but on the other hand also brings about a plastic deformation of the surface 31, which on closer inspection of the finished workpiece is recognizable.
  • a type of negative of the roughened surface 14 is formed there.
  • Fig. 6 shows one Fig. 5 corresponding image section according to an alternative embodiment, in which the roughened surface 14 is not processed the metal surface, but by coating with hard material particles 16.
  • the hard material particles 16 are again only shown schematically and not true to scale. This can be diamond particles, for example. These are also expressed, as in the Fig. 6 recognizable, into the surface 31 and cause a plastic deformation of the same.
  • the hard material particles 16 can be connected to the surface of the radius area 11 by electroplating, for example, by metal deposition or by a binder based on synthetic resin.
  • the corresponding metal deposits or the binding agent are in the Fig. 6 not shown for the sake of simplicity.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen eines metallischen Halbzeugs, eine Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Halbzeugs sowie ein metallisches Bauteil.
  • Biegen stellt ein gängiges Verfahren zur Umformung von Metallteilen, insbesondere von Blechteilen, dar. Hierunter versteht man nach der Norm DIN 8586 "die Biegeumformung eines festen Körpers, wobei der plastische Zustand im Wesentlichen durch eine Biegebeanspruchung herbeigeführt wird". Hierbei wird ein Werkstück (z.B. eine Platine oder ein anderes Halbzeug) aus Metall an wenigstens drei Punkten derart kraftbeaufschlagt, dass sich ein Biegemoment ergibt, welches für eine plastische, also dauerhafte Verformung sorgt. Eine Biegeumformung wird typsicherweise als Kaltumformung durchgeführt, ist aber auch als Warmumformung bei erhöhten Werkstücktemperaturen möglich. Für die industrielle Durchführung eines Biegevorgangs sind im Stand der Technik eine Vielzahl unterschiedlicher Verfahren bekannt, wobei die o.g. Norm primär nach der Werkzeugbewegung unterscheidet. Eine Verfahrensart, bei der eine geradlinige Werkzeugbewegung erfolgt, ist das Biegen im Gesenk. Bei diesem Biegeverfahren, das für die Herstellung gerader Biegekanten genutzt werden kann, wirken üblicherweise eine stationäre Biegematrize und ein beweglicher Biegestempel zusammen, um den Biegevorgang durchzuführen. Die Biegematrize bildet hierbei ein Gesenk mit einer normalerweise V-förmigen oder U-förmigen Öffnung, in die das Werkstück mittels des Biegestempels hineingedrückt wird.
  • Beim Biegen im Gesenk lassen sich die Verfahrenstypen freies Biegen, Gesenkbiegen (Prägebiegen) und Dreipunktbiegen unterscheiden, denen allen gemeinsam ist, dass das Werkstück anfangs auf der Biegematrize, genauer auf deren Rändern, aufliegt und in einem dazwischenliegenden, zunächst nur relativ kleinflächigen (oder quasi linienförmigen) Bereich mit dem Biegestempel in Kontakt kommt. Dieser Bereich kann als Arbeitskante (bzw. Unterkante oder Biegekante) des Stempels bezeichnet werden. Hierbei weist der Biegestempel zumindest in dem Bereich, in dem der Kontakt mit dem Werkstück erfolgt, einen in etwa keilförmigen bzw. dreieckigen Querschnitt auf. Im weiteren Verlauf führt die Kraftbeaufschlagung des Werkstücks durch den Biegestempel dazu, dass sich das Werkstück im Bereich der Umformzone nahe der Arbeitskante plastisch verformt. Die Seiten des Werkstücks gleiten dabei über die Kanten der Matrize. Idealerweise wäre es zu wünschen, dass hierbei keinerlei Verschiebungen zwischen der Unterkante des Biegestempels (d.h. demjenigen Bereich, der zunächst das Werkstück kontaktiert) und dem Werkstück erfolgen. In der Praxis ist allerdings oft eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Biegestempel zu beobachten, wodurch die Prozessstabilität und die Maßhaltigkeit des Bauteils nachteilig beeinflusst werden.
  • Die DE 19938 452 A1 offenbart ein Formwerkzeug, insbesondere ein Ziehwerkzeug, das bspw. für die Umformung von Blechteilen vorgesehen ist. Das Formwerkzeug besteht aus einer Feinzinklegierung und weist eine chromhaltige Oberflächenbeschichtung auf, durch die die Standfestigkeit für Fertigungen mittlerer Stückzahlen verbessert werden soll. Außer Ziehwerkzeugen werden Spritzguss- oder Druckgusswerkzeuge erwähn. Optional kann die Oberflächenbeschichtung eine aufgeraute Struktur aufweisen, was dazu dient, eine Schmiermittelhaftung am Formwerkzeug zu verbessern.
  • Die JP 2014/076464 A betrifft eine Biegevorrichtung mit einem Biegestempel sowie einer Matrize. Hiermit kann eine Platine aus Stahl gebogen werden. Dabei weist der Biegestempel im Bereich der Arbeitskante eine Ausnehmung auf, in die ein Einsatz eingesetzt ist. Dieser Einsatz kann bspw. aus Spezialstahl mit einer Rockwell-Härte von 58 oder 60 bestehen.
  • DE GB 1,206,644 A offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ziehen eines thermoplastischen Materials. Beim Ziehvorgang wirkt ein Stempel mit einer Matrize zusammen. Hierbei besteht ein Problem darin, dass bestimmte Bereiche beim Ziehen eine Ausdünnung erfahren können, wodurch das Material im Extremfall reißen kann. Um ein Fließen des thermoplastischen Materials, das mit der Ausdünnung einhergeht, zu beschränken oder zu unterbinden, ist vorgesehen, dass der Stempel eine aufgeraute Oberfläche aufweist.
  • Die WO 2008/050457 A1 zeigt eine Biegevorrichtung mit einem Biegestempel sowie einer Matrize, die beide jeweils bspw. aus kohlenstoffreichem Stahl oder Chrom-Molybdän-Stahl bestehen können. Dabei wird im Bereich der Arbeitskante des Biegestempels bereichsweise eine Hartstoffschicht erzeugt. Diese erstreckt sich nur auf einen mittleren Teil der gesamten Arbeitskante, um dort eine verstärkte Abnutzung beim Biegen von kleineren Teilen zu verhindern.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, beim Biegen im Gesenk die Präzision sowie die Prozessstabilität zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 8 sowie ein metallisches Werkstück nach Anspruch 9 gelöst.
  • Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Biegen eines metallischen Halbzeugs zur Verfügung gestellt. Das Halbzeug ist hierbei metallisch in dem Sinne, dass es zumindest überwiegend aus Metall besteht, wobei es denkbar ist, dass es eine zumindest teilweise nichtmetallische Beschichtung trägt. Das metallische Halbzeug kann hierbei insbesondere ein Blechteil, bspw. eine Platine, die von einem Coil geschnitten wurde, sein. In der Regel besteht das metallische Halbzeug zumindest überwiegend aus Stahl.
  • Das Verfahren erfolgt mit einem Biegestempel sowie einer Matrize. Der Biegestempel weist einen eine Biegekante bildenden Radienbereich sowie beiderseits hieran angrenzende Schenkelbereiche auf. Der Biegestempel ist hierbei grundsätzlich in bekannter Weise konstruiert und besteht normalerweise überwiegend aus Metall, bspw. Stahl. Der Radienbereich entspricht im Betriebszustand in der Regel der Unterkante des Biegestempels und stellt den Bereich dar, der zumindest den minimal möglichen inneren Biegeradius definiert. Der Radienbereich weist eine gekrümmte Oberfläche auf, wobei die Krümmung in aller Regel gleichmäßig ist und sich durch einen einzigen Radius charakterisieren lässt, wenngleich im Rahmen der Erfindung prinzipiell Abweichungen hiervon denkbar wären. Mit "Arbeitskante" ist hier eine Kante des Biegestempels bezeichnet, um die herum ein Werkstück gebogen wird. Der Radienbereich definiert durch seine Position auch eine Biegeachse, d.h. die Achse, entlang der die Biegung eines Werkstücks stattfindet. Die Schenkelbereiche, welche auch als Flanken bezeichnet werden können, grenzen beiderseits an den Radienbereich an, wobei sie sich natürlich quer zur Verlaufsrichtung der Arbeitskante an den Radienbereich anschließen. An diesen Schenkelbereichen können, z.B. beim Gesenkbiegen (Prägebiegen), die an den gebogenen Bereich angrenzenden Schenkel des gebogenen Werkstücks zur Anlage kommen. Typischerweise sind die Oberflächen der Schenkelbereiche des Biegestempels in sich gerade bzw. eben ausgebildet. Außerdem verlaufen die Schenkelbereiche bevorzugt winklig zueinander, so dass sich normalerweise insgesamt ein keilförmiger Querschnitt ergibt, bei dem der Radienbereich die Spitze des Keils bildet. Die Matrize bildet in bekannter Weise ein Gesenk mit einer Vertiefung, durch deren Form zumindest eine maximal mögliche Verformung des Halbzeugs vorgegeben ist.
  • Der Biegestempel sowie die Matrize bilden hierbei Teile einer Biegevorrichtung, beispielsweise einer Gesenkbiegepresse oder eines Biegewerkzeugs. Sie können hierbei in die Biegevorrichtung fest integriert oder aber als Module ausgebildet sein, die je nach Bedarf ausgetauscht werden können.
  • Bei dem Verfahren wird das Halbzeug durch Kraftbeaufschlagung durch den Biegestempel in die Matrize gedrückt und zwischen Biegestempel und Matrize umgeformt. Wie bereits erläutert, liegt das Werkstück hierbei normalerweise anfangs auf der Matrize auf und es erfolgt zunächst ein Kontakt zwischen dem Radienbereich des Biegestempels und dem Halbzeug. In aller Regel bleibt der Biegestempel auch im weiteren Verlauf des Biegevorgangs zumindest mit dem Radienbereichs in Kontakt mit dem Halbzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei bevorzugt als Kaltumformverfahren konzipiert, d.h. das Halbzeug wird nicht zur Vorbereitung des Biegevorgangs gezielt erwärmt. Es ist alternativ aber auch eine Durchführung als Warmumformverfahren möglich.
  • Um zu vermeiden, dass sich beim Biegevorgang unerwünschte Relativbewegungen zwischen Biegestempel und Werkstück ergeben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Biegestempel eine sich wenigstens auf einen Teil des Radienbereichs erstreckende aufgeraute Oberfläche aufweist. "Aufgeraut" bedeutet hierbei, dass im Rahmen des Herstellungsprozesses bei der genannten Oberfläche gezielt eine höhere Rauheit eingestellt wurde. Dies kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden, die nachfolgend noch diskutiert werden. Als Maß für die Rauheit kann insbesondere die so genannte "mittlere Rauheit" Ra herangezogen werden. Diese entspricht dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung der Höhenwerte sämtlicher Messpunkte einer Fläche von der Mittellinie (wobei sich die Mittellinie als arithmetisches Mittel der Höhenwerte sämtlicher Messpunkte gibt). Erfindungsgemäß ist die Rauheit der genannten Oberfläche größer als die Rauheit angrenzender Oberflächenteile des Biegestempels. Auch kann die Rauheit der aufgerauten Oberfläche bevorzugt größer sein als die Rauheit des zu biegenden Halbzeugs. Zumindest Teile der aufgerauten Oberfläche des Biegestempels geraten zu Anfang des Biegeprozesses in Kontakt mit dem Halbzeug, wobei die erhöhte Rauheit für eine erhöhte Reibung sorgt, die eine unerwünschte Relativbewegung des Halbzeugs gegenüber dem Biegestempel minimiert. Insbesondere können sich aufgrund der hohen Drücke, die für Biegeprozesse typisch sind, die erhabenen Oberflächenstrukturen der aufgerauten Oberfläche auf das Halbzeug übertragen, so dass eine plastische Verformung der Oberfläche des Halbzeugs sowie eine effektive Verzahnung erfolgt. D.h. bis zu einem gewissen Grad bildet sich die aufgeraute Oberfläche (als eine Art Negativform) in der Oberfläche des Halbzeugs ab. Das Maß, in dem dies geschieht, hängt zum einen vom einwirkenden Druck, zum anderen vom Verhältnis der Härte der beiden Oberflächen ab. Die aufgeraute Oberfläche kann zusammenhängend oder aber auch nicht-zusammenhängend sein bzw. es können mehrere aufgeraute Oberflächen vorgesehen sein. Die Rauheit kann innerhalb der aufgerauten Oberfläche konstant sein, es können aber auch hier wiederum einzelne Bereiche stärker aufgeraut sein als andere. Insgesamt kann die Rauheit je nach Bedarf, d.h. je nachdem, in welchem Maße eine Relativbewegung zu befürchten ist, in weiten Bereichen gewählt werden. Die eingestellte Oberflächenrauheit wird in der Regel in Abhängigkeit von der Biegeaufgabe gewählt. Typischerweise liegt die mittlere Rauheit im Mikrometer-Bereich oder darunter, bspw. zwischen 0,1 µm und 50 µm.
  • Die Schenkelbereiche können grundsätzlich, je nach vorgesehener Zielgeometrie des Werkstücks, unterschiedlichste Winkel miteinander einschließen, wobei Biegewinkel in der Praxis allerdings normalerweise zwischen 10° und 170° liegen, womit zumindest eine Obergrenze für den Winkel zwischen den Schenkelbereichen gegeben ist. Bevorzugt schließen sie miteinander einen Winkel zwischen 80° und 100°, weiter bevorzugt zwischen 85° und 95°ein, d.h. sie bilden bevorzugt miteinander annähernd oder exakt einen rechten Winkel. Sie können bezüglich der Bewegungsrichtung des Biegestempels (die in der Regel der Senkrechten entspricht) symmetrisch oder asymmetrisch geneigt sein. D.h. bei einem Winkel von 90° zwischen den beiden Schenkelbereichen können beide Schenkelbereiche eine Neigung von 45° aufweisen, oder es kann z.B. einer eine Neigung von 30° und der andere eine Neigung von 60° aufweisen. Die erfindungsgemäße Aufrauung kann insbesondere bei asymmetrischen Ausgestaltungen vorteilhaft sein, da in diesen Fällen auch eine asymmetrische Kraftverteilung vorliegt, die die Gefahr einer Verschiebung erhöhen kann.
  • Grundsätzlich kann das Verfahren als freies Biegen oder als Dreipunktbiegen erfolgen. In ersterem Fall wird das Halbzeug nur so weit gebogen, dass es nicht den Boden der Matrize erreicht, d.h. es liegt nur an den Kanten derselben auf. D.h. die Schenkel des Halbzeugs treten nicht in Kontakt mit den Flanken der Matrize. Im zweiten Fall wird das Halbzeug so weit gebogen, dass es die Matrize einerseits an den Kanten und andererseits dazwischen in dem Bereich berührt, der dem Radienbereich des Biegestempels gegenüber liegt. Hierbei hat die Matrize normalerweise eine U-förmige Öffnung. Bevorzugt ist beim erfindungsgemäßen Verfahren allerdings, dass ein Gesenkbiegen erfolgt, wobei der Biegestempel und die Matrize das Halbzeug zumindest überwiegend ohne Zwischenraum einschließen. Dieses Verfahren erlaubt die höchste Präzision, da die eingestellte Form des Halbzeugs (abgesehen von Rückformungsprozessen) vollständig durch die aufeinander abgestimmte Form von Biegestempel und Matrize bestimmt wird. D.h., die Form des Biegestempels und der Matrize sind so ausgewählt, dass beim Enddruck des Biegevorgangs das Halbzeug flächig zwischen den beiden eingeschlossen ist und somit kalibriert bzw. geprägt wird. Normalerweise verbleiben weder Zwischenräume zwischen Matrize und Halbzeug noch zwischen Biegestempel und Halbzeug. Das Verfahren wird, insbesondere bei hohen Enddrücken, auch als Prägebiegen bezeichnet. Es kommt hier zu einem flächigen Kontakt zwischen dem Werkstück und der Matrize, während sowohl beim freien Biegen als auch beim Dreipunktbiegen der Kontakt im Wesentlichen linienartig ist. Die Matrize weist hierbei Oberflächenbereiche auf, die den Schenkelbereichen sowie dem Radienbereich des Biegestempels entsprechen, wobei in letzterem Fall seitens der Matrize ein Radius vorgesehen sein muss, der um die Dicke des Halbzeugs größer ist als der des Radienbereich.
  • Vorteilhaft ist die aufgeraute Oberfläche wenigstens überwiegend im Radienbereich angeordnet, allenfalls kleinere Teile der genannten Oberfläche liegen außerhalb des Radienbereichs. Bevorzugt ist die aufgeraute Oberfläche auf den Radienbereich beschränkt. D.h., wenigstens Teile des Radienbereichs weisen eine höhere Rauheit auf als die an den Radienbereich angrenzenden Schenkelbereiche. Letztere stellen normalerweise verfahrensbedingt keine besonderen Anforderungen an hinsichtlich der Oberflächenrauheit und können, wie bei Biegestempeln im Stand der Technik bekannt, glatt ausgeführt sein. Selbstverständlich kann auch der gesamte Radienbereich aufgeraut sein. Es hat sich gezeigt, dass es für einen zuverlässigen Biegevorgang ausreichend ist, wenn man die aufgeraute Oberfläche nur innerhalb des Radienbereichs vorsieht.
  • Wie bereits angedeutet, können auch nur Teilbereiche des Radienbereichs eine aufgeraute Oberfläche aufweisen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die aufgeraute Oberfläche entlang der Arbeitskante (d.h. entlang der Verlaufsrichtung der Arbeitskante) unter Aussparung von Endbereichen auf einen mittleren Bereich beschränkt. D.h., die genannten Endbereiche, gewissermaßen also die Enden des Biegestempels, weisen keine aufgeraute Oberfläche auf. Dies mindert die Gefahr einer etwaigen Rissausbreitung unter Betriebsbelastung aufgrund der Oberflächenstruktur. Für einen zuverlässigen Reibschluss ist es ausreichend, wenn der dazwischen liegende mittlere Bereich ganz oder teilweise aufgeraut ist. Diese Ausgestaltung kann insbesondere mit der o.g. Ausgestaltung kombiniert sein, so dass sich die aufgeraute Oberfläche auf einen mittleren Bereich des Radienbereichs beschränkt. Die Endbereiche können hierbei einen relativ kleinen Teil der Länge (also der Erstreckung entlang der Arbeitskante) des Biegestempels einnehmen, wobei der genaue Betrag anwendungsspezifisch definiert werden kann. Er kann bspw. höchstens 10 % oder höchstens 5 % betragen.
  • Die aufgeraute Oberfläche durch ein urformend, umformend und/oder abtragend eingestelltes Oberflächenprofil gebildet sein. Das Oberflächenprofil ist hierbei in der Regel das Profil der Oberfläche des Grundkörpers des Stempels, der normalerweise aus Stahl besteht. Das gewünschte Oberflächenprofil könnte direkt beim Urformen des Stempels erzeugt worden sein oder in einem nachfolgenden Umformschritt (z.B. mittels Warmumformen). Typischerweise wird die Form des Biegestempels, wie im Stand der Technik bekannt, durch mechanische Bearbeitung (Fräsen oder ähnliches) eingestellt, bevor eine Oberflächenvergütung stattfindet. Diejenigen Teile, die aufgeraut werden sollen, können einer abtragenden Bearbeitung unterzogen werden, wodurch ein Oberflächenprofil erzeugt wird. Anschließend kann noch eine Vergütung der Oberfläche erfolgen. In diesem Zusammenhang werden als "abtragende" Bearbeitung sowohl eine spanende Bearbeitung als auch ein chemisches, elektrochemisches und/oder thermisches Abtragen bezeichnet. Insbesondere kann ein Senkerodieren erfolgen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die aufgeraute Oberfläche durch eine Beschichtung mit Hartstoffpartikeln gebildet. Hierbei sind Hartstoffpartikel insbesondere solche Partikel, die eine höhere Härte aufweisen als das zu bearbeitende Halbzeug. Derartige Partikel können bspw. aus Diamant, Bornitrid, Siliziumkarbid oder anderen bekannten Hartstoffen bestehen. Die Anbindung der Partikel an die Oberfläche des Biegestempels kann über ein Bindemittel (bspw. ein Kunstharz) erfolgen, oder dadurch, dass galvanisch Metall abgeschieden wird, wodurch sich die Partikel mit der Oberfläche verbinden. Auch andere Methoden sind denkbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Halbzeuge, bspw. Blechplatinen, von größerer Dicke. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Halbzeug daher eine Dicke zwischen 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 12 mm, weiter bevorzugt zwischen 5 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 6 mm und 9 mm, auf. Diese Angaben beziehen sich insbesondere auf Stahlplatinen. Die Dicke des umzuformenden Halbzeugs bedingt, dass ein bestimmter innerer Biegeradius nicht unterschritten werden kann. Der minimal mögliche Biegeradius entspricht hierbei erfahrungsgemäß in etwa der Dicke des Halbzeugs. Er entspricht daher bevorzugt den oben diesbezüglich genannten Werten. Entsprechend ist es bevorzugt, dass durch den Radiusbereich einen innerer Biegeradius des Halbzeugs von wenigstens 1 mm, bevorzugt wenigstens 3 mm, weiter bevorzugt wenigstens 5 mm, besonders bevorzugt wenigstens 6 mm geformt wird. Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens als Gesenkbiegen (bzw. Prägebiegen) entspricht der innere Biegeradius auch dem Radius des Radienbereichs. Bei anderen Ausgestaltungen (freies Biegen, Dreipunktbiegen) kann der Radius des Radienbereichs auch kleiner sein.
  • Durch die Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung zum Biegen eines metallischen Halbzeugs zur Verfügung gestellt. Hierbei umfasst die Vorrichtung einen Biegestempel, mit einem eine Arbeitskante bildenden Radienbereich und quer zur Arbeitskante daran angrenzenden Schenkelbereichen, sowie eine Matrize. Sie ist dazu eingerichtet, das Halbzeug durch Beaufschlagung mit dem Biegestempel in die Matrize zu drücken und zwischen Biegestempel und Matrize umzuformen. Erfindungsgemäß weist der Biegestempel eine sich wenigstens auf einen Teil des Radienbereich erstreckende aufgeraute Oberfläche auf. Die genannten Begriffe wurden bereits mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläutert und werden daher nicht nochmals erklärt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend den oben geschilderten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Einige der vorteilhaften Ausgestaltung werden hier nochmals erwähnt. So kann die Vorrichtung zum Prägebiegen eingerichtet sein, wobei der Biegestempel und die Matrize dazu ausgebildet sind, das Halbzeug ohne Zwischenraum einzuschließen. Weiterhin kann die aufgeraute Oberfläche auf den Radienbereich beschränkt sein. Auch kann die aufgeraute Oberfläche entlang der Arbeitskante unter Aussparung von Endbereichen auf einen mittleren Bereich beschränkt sein. Bevorzugt ist die aufgeraute Oberfläche durch ein abtragend eingestelltes Oberflächenprofil oder durch eine Beschichtung mit Hartstoffpartikeln gebildet. Vorteilhaft ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, ein Halbzeug zu biegen, das eine Dicke zwischen 1 mm und 20 mm, bevorzugt zwischen 3 mm und 12 mm, weiter bevorzugt zwischen 5 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 6 mm und 9 mm aufweist. Weiterhin vorteilhaft definiert der Radienbereich einen inneren Biegeradius von wenigstens 3 mm, bevorzugt wenigstens 5 mm, weiter bevorzugt wenigstens 7 mm.
  • Durch die Erfindung wird des Weiteren ein metallisches Werkstück zur Verfügung gestellt. Dieses wurde aus einem metallischen Halbzeug durch Biegen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt. Nach dem Biegevorgang kann das Werkstück entweder als Halbfertigteil oder als Fertigteil vorliegen. Insbesondere kommen Stahlteile in Frage, die aus Blechplatinen hergestellt wurden. Namentlich können Rahmenteile im Automobilbau, bspw. für Lkw hergestellt werden. Hierunter fallen auch Verstärkungen für Rahmenkonstruktionen, wie bspw. Knotenbleche oder Hilfsrahmen.
  • Ein derartiges erfindungsgemäße Werkstück unterscheidet sich in den wesentlichen Abmessungen nicht von einem konventionell hergestellten Werkstück, allerdings sind in dem Bereich, der durch die aufgeraute Oberfläche des Biegestempels beaufschlagt wurde, normalerweise kleine Vertiefungen festzustellen, und zwar dort, wo sich die Oberflächenstruktur des Biegestempels unter hohem Druck in die Oberfläche des Werkstücks eingedrückt hat. Da die genaue Struktur der aufgeraute Oberfläche in vielen Fällen zufällig und somit für einen bestimmten Biegestempel einzigartig ist, könnte ein derartiges Werkstück prinzipiell sogar durch Vergleich der Oberflächenstruktur demjenigen Biegestempel zugeordnet werden, mithilfe dessen es gefertigt wurde.
  • Details der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigt
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines Biegestempels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 2
    eine perspektivische Darstellung eines Biegestempels für eine erfindungsgemäß Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem metallischen Werkstück in einer Anfangsphase eines Biegevorgangs;
    Fig. 4
    eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem metallischen Werkstück in einer Endphase des Biegevorgangs;
    Fig. 5
    eine stark vergrößerte Detailansicht von Fig. 4; sowie
    Fig. 6
    eine Fig. 5 entsprechende Detailansicht gemäß einer alternativen Ausführungsform.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Biegestempels 10 für eine erfindungsgemäße Biegevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die in der Zeichnung oben liegende Seite des Biegestempels 10 ist hierbei im eingebauten Zustand nach unten gerichtet. Dort weist der Biegestempel 10 einen Radienbereich 11 auf, der im vorliegenden Fall mit einem Radius von 9 mm gekrümmt ist. Der Radienbereich bildet eine Arbeitskante 12, entlang der ein Werkstück 30 gebogen werden kann. Beiderseits des Radienbereichs 11 schließen sich Schenkelbereiche 13 des Biegestempels 10 an, die im vorliegenden Fall um 90° zueinander geneigt sind, wodurch der Biegestempel 10 einen keilförmigen bzw. V-förmigen Querschnitt aufweist. Der Biegestempel 10 ist im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut, wobei jeder der Schenkelbereiche 13 um 45° gegenüber der Symmetrieebene geneigt ist (welche in eingebautem Zustand der Senkrechten entspricht). Der Biegestempel besteht überwiegend aus Stahl, wobei zumindest der Radienbereich 11 sowie die Schenkelbereiche 13 oberflächenvergütet sein können, um eine höhere Härte zu erzielen. Entlang des gesamten Radienbereich 11 ist eine aufgeraute Oberfläche 14 ausgebildet, die in der Figur nur schematisch dargestellt ist, wobei die angedeuteten Oberflächenstrukturen in keiner Weise maßstabsgetreu dargestellt sind. Die mittlere Rauheit Ra der aufgerauten Oberfläche 14 beträgt 18 µm.
  • Fig. 3 und 4 zeigen stark schematisiert in Schnittdarstellung die Umformung einer Stahlplatine 30 mittels einer Biegevorrichtung 1 (bspw. einer Biegepresse), in die der in Fig. 1 dargestellte Biegestempel 10 integriert ist. Es versteht sich, dass in den Figuren 3 und 4 wesentliche Komponenten der Biegevorrichtung 1 weggelassen wurden, insbesondere Antriebskomponenten. Die Biegevorrichtung 1 umfasst neben dem Biegestempel 10 auch eine Matrize 20, auf der die Stahlplatine 30 zu Anfang des Biegevorgangs aufliegt, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Matrize 20 bildet eine Vertiefung aus, mit einer konkaven Sohle 21, geraden Flanken 22, die gegenüber der Senkrechten um jeweils 45° geneigt sind und die über konvex abgerundete Kanten 23 in die Waagerechte übergehen. Die Matrize 20 ist somit im Wesentlichen V-förmig. Die konkave Sohle 21 weist einen Radius von 16 mm auf, was der Summe aus dem Radius des Radienbereichs 11 sowie einer Dicke von 7 mm der Stahlplatine 30 entspricht. Die Biegevorrichtung 1 ist somit für ein Prägebiegen eingerichtet, bei dem im Endstadium des Prozesses die Stahlplatine 30 zwischen dem Biegestempel 10 und der Matrize 20 ohne Zwischenraum eingeschlossen ist.
  • Die gesamte Oberfläche der Matrize 20 ist in ähnlicher Weise glatt ausgebildet wie die Schenkelbereiche 13 des Biegestempels 10. Aufgrund der Aufrauung der Oberfläche 14 des Radienbereichs 11 (und der hiermit verbundenen höheren mittleren Rauheit Ra ) besteht ein wesentlich größerer Haftreibungskoeffizient zwischen dieser und einer Oberfläche 31 der Stahlplatine 30 als zwischen sämtlichen anderen Oberflächen. Dies macht sich bereits zu Anfang des Biegevorgangs bemerkbar, der in Fig. 3 dargestellt ist, wo nur ein Teil des Radienbereich 11 mit der Oberfläche 31 der Stahlplatine 30 in Kontakt kommt. Es kommt zu einem Eingriff zwischen den Strukturen der aufgerauten Oberfläche 14 und der Oberfläche 31, wobei sogar, wie noch mit Bezug auf die Figuren 5 und 6 erläutert wird, eine Verformung der Oberfläche 31 erfolgt. Jedenfalls ist durch den dort auftretenden Reibschluss die Platine 30 im Bereich des Radienbereich 11 praktisch gegen ein ungewolltes Verrutschen gesichert, so dass wie vorgesehen lediglich ein Verbiegen und ein Abgleiten über die Kanten 23 erfolgt.
  • Durch die Beaufschlagung mittels des Biegestempels 10 bildet die Stahlplatine 30 eine Biegung 33 aus, an die sich seitlich Schenkel 32 anschließend, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt. Da die Lage der Stahlplatine 30 relativ zum Radienbereich 11 während des gesamten Biegevorgangs definiert ist, lässt sich eine besonders hohe Maßhaltigkeit erzielen. Auf diese Weise kann bspw. ein Knotenblech zur Verstärkung einer Rahmenkonstruktion eines LKWs hergestellt werden.
  • Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Biegestempels 10, der auch bei dem in Fig. 3 und 4 illustrierten Verfahren eingesetzt werden kann. Er unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Biegestempel 10 dadurch, dass sich die aufgeraute Oberfläche 14 nicht über die gesamte Länge der Arbeitskante 12 erstreckt, sondern dass sie sich auf einen mittleren Bereich 10.1 beschränkt, während Endbereiche 10.2 ausgespart sind. Durch diese Ausgestaltung kann unter Umständen verhindert werden, dass es in den Bereichen der Stahlplatine 30, die in Kontakt mit den Endbereichen 10.2 kommen, zu einer verstärkten Rissbildung kommt.
  • Fig. 5 zeigt stark vergrößert und wiederum nicht maßstabsgetreu einen Ausschnitt aus Fig. 4, in dem erkennbar ist, dass die aufgeraute Oberfläche 14 durch ein Oberflächenprofil der aus Stahl bestehenden (und ggf. oberflächenvergüteten) Oberfläche des Biegestempels 10 gebildet ist. Das Oberflächenprofil wurde durch Senkerodieren erzeugt, wodurch sich eine Vielzahl von (einige Mikrometer oder Bruchteile von Mikrometern großen) Erhebungen 15 im Radienbereich 11 ergeben. Wie in Fig. 5 angedeutet, drücken sich diese Erhebungen 15 in die Oberfläche 31 der Stahlplatine 30, was zum einen einen verbesserten Eingriff der beiden Oberflächen 14, 31 herbeiführt, zum anderen aber auch eine plastische Verformung der Oberfläche 31 mit sich bringt, die bei genauerer Betrachtung des fertigen Werkstücks erkennbar ist. Es wird dort eine Art Negativ der aufgerauten Oberfläche 14 geformt.
  • Fig. 6 zeigt einen Fig. 5 entsprechenden Bildausschnitt gemäß einer alternativen Ausführungsform, bei der die aufgeraute Oberfläche 14 nicht durch eine Bearbeitung der Metalloberfläche, sondern durch eine Beschichtung mit Hartstoffpartikeln 16 hergestellt wurde. Die Hartstoffpartikel 16 sind hierbei wiederum nur schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Es kann sich hierbei bspw. um Diamantpartikel handeln. Auch diese drücken sich, wie in der Fig. 6 erkennbar, in die Oberfläche 31 ein und bewirken eine plastische Verformung derselben. Die Hartstoffpartikel 16 können z.B. galvanisch durch Metallabscheidung oder durch ein Bindemittel auf Kunstharzbasis an die Oberfläche des Radienbereichs 11 angebunden werden. Die entsprechenden Metallablagerungen bzw. das Bindemittel sind in der Fig. 6 zur Vereinfachung nicht dargestellt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Biegevorrichtung
    10
    Biegestempel
    10.1
    mittlerer Bereich
    10.2
    Endbereich
    11
    Radienbereich
    12
    Arbeitskante
    13
    Schenkelbereich
    14
    aufgeraute Oberfläche
    15
    Erhebung
    16
    Hartstoffpartikel
    20
    Matrize
    21
    Sohle
    22
    Flanke
    23
    Kante
    30
    Stahlplatine
    31
    Oberfläche
    33
    Biegung
    32
    Schenkel

Claims (8)

  1. Verfahren zum Biegen eines metallischen Halbzeugs (30), mit
    - einem Biegestempel (10), der einen eine Arbeitskante (12) bildenden Radienbereich (11) sowie beiderseits hieran angrenzende Schenkelbereiche (13) aufweist, und
    - einer Matrize (20),
    wobei das Halbzeug (30) durch Beaufschlagung mit dem Biegestempel (10) in die Matrize (20) gedrückt und zwischen Biegestempel (10) und Matrize (20) umgeformt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Biegestempel (10) eine sich wenigstens auf einen Teil des Radienbereichs (11) erstreckende aufgeraute Oberfläche (14) aufweist, deren Rauheit größer als die Rauheit angrenzender Oberflächenteile des Biegestempels ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Prägebiegen erfolgt, wobei der Biegestempel (10) und die Matrize (20) das Halbzeug (30) ohne Zwischenraum einschließen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche (14) auf den Radienbereich (11) beschränkt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche (14) entlang der Arbeitskante (12) unter Aussparung von Endbereichen (10.2) auf einen mittleren Bereich (10.1) beschränkt ist
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche (13) durch ein abtragend eingestelltes Oberflächenprofil gebildet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche (13) durch eine Beschichtung mit Hartstoffpartikeln (16) gebildet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dass dazu eingerichtet ist, dass das Halbzeug (30) eine Dicke zwischen 3 mm und 12 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 10 mm, weiter bevorzugt zwischen 6 mm und 9 mm aufweist.
  8. Vorrichtung (1) zum Biegen eines metallischen Halbzeugs (30), wobei die Vorrichtung (1)
    - einen Biegestempel (10), der einen eine Arbeitskante (12) bildenden Radienbereich (11) sowie beiderseits hieran angrenzende Schenkelbereiche (13) aufweist, und
    - eine Matrize (20)
    umfasst und dazu eingerichtet ist, das Halbzeug (30) durch Beaufschlagung mit dem Biegestempel (10) in die Matrize (20) zu drücken und zwischen Biegestempel (10) und Matrize (20) umzuformen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Biegestempel (10) eine sich wenigstens auf einen Teil des Radienbereichs (11) erstreckende aufgeraute Oberfläche (13) aufweist, deren Rauheit größer als die Rauheit angrenzender Oberflächenteile des Biegestempels ist.
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