EP3424606A1 - Device and method of bending metal sheet during simultaneous pressure tension superimposition - Google Patents
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- EP3424606A1 EP3424606A1 EP18000560.5A EP18000560A EP3424606A1 EP 3424606 A1 EP3424606 A1 EP 3424606A1 EP 18000560 A EP18000560 A EP 18000560A EP 3424606 A1 EP3424606 A1 EP 3424606A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Biegen von blechartigen Werkstücken (2) bei gleichzeitiger Druckspannungsüberlagerung, in der mindestens ein relativ zu Biegeauflagern (4) beweglich angeordneter Biegestempel (3, 3') das blechartige Werkstück (2) plastisch verformt, bei der einzelne oder mehrere Biegeauflager (4) einseitig oder beidseits der Biegelinie (28) an dem blechartigen Werkstück (2) anliegen und zumindest einzelne Biegeauflager (4) drehbeweglich derart gelagert sind, dass diese Biegeauflager (4) bei der fortschreitenden Biegung des blechartigen Werkstücks (2) zwischen Biegestempel (3, 3') und Biegeauflagern (4) mit an der Biegelinie (28) angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks (2) synchron mit verschwenken, wobei diese Biegeauflager (4) eine derartige Kraftwirkung im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) auf das blechartige Werkstück (2) aufbringen, dass zumindest im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) Normalspannungen (14) immer senkrecht zu entlang der Biegelinie (2) angeordneten Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks (2) erzeugt und den dort wirkenden Spannungen aufgrund des Biegens überlagert werden. Ebenfalls wird ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen.The invention relates to a device (1) for bending sheet - like workpieces (2) with simultaneous compressive stress superposition in which at least one bending platen (3, 3 ') movably arranged relative to bending supports (4) plastically deforms the sheet - like workpiece (2) one or more bending abutments (4) on one or both sides of the bending line (28) abut against the sheet-like workpiece (2) and at least individual bending abutments (4) are rotatably mounted such that these bending abutment (4) in the progressive bending of the sheet-like workpiece (2 ) between bending punch (3, 3 ') and Biegeauflagern (4) with the bending line (28) arranged portions of the sheet-like workpiece (2) synchronously with pivot, said Biegeauflager (4) such a force in the region of the bending line (28) and Apply near the bending line (28) on the sheet - like workpiece (2) that at least in the area of the bending line (28) and near the bending line (28) no Rmalspannungen (14) always perpendicular to along the bending line (2) arranged portions of the bending sheet metal workpiece (2) generated and the stresses acting there are superimposed due to the bending. Also, a corresponding method is proposed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Biegen von blechartigen Werkstücken bei gleichzeitiger Druckspannungsüberlagerung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruches 14.The invention relates to a device for bending sheet-like workpieces with simultaneous compressive stress superposition according to the preamble of
Das Biegen von blechartigen Werkstücken ist eine in der Technik vielfältig benötigte Bearbeitungsaufgabe, zu der eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen bekannt sind. Hierbei sind neben den sog. freien Biegeverfahren auch Verfahrensweisen beim Biegen mittels Druckspannungsüberlagerung bekannt geworden, durch die die Biegeumformung genauer und mit geringerer Beeinflussung der Blechdicke im Bereich des Biegeradius' ausgeführt werden kann.The bending of sheet-like workpieces is a much-needed machining task in the art, to which a variety of different methods and devices are known. In addition to the so-called free bending process, methods for bending by means of compressive stress superposition have become known, by means of which the bending deformation can be carried out more accurately and with less influence on the sheet thickness in the region of the bending radius.
So ist z.B. aus der
Bei der
Bei der
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Aus der Dissertation von Schiefenbuch [1] ist bekannt, dass beim Biegen das Blech in ein beliebig geartetes Elastomerkissen gedrückt wird. Das Elastomerkissen bringt dann unkontrolliert und undefiniert Druckspannungen auf das Blech auf. Dabei ist die Druckspannung nicht kontrollier- und regulierbar. Ebenso ist das Elastomerkissen ein Verschleißteil und plastifiziert bei Eindringung des Biegestempels. Daher ist dieses Verfahren unwirtschaftlich. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass die Druckspannungen, die durch das Elastomerkissen eingeleitet wurden, den Versagenszeitpunkt verzögern. Die Erhöhung der Formänderungsgrenzen wird dabei auf die zusätzlichen Druckspannungen zurückgeführt.From the dissertation of Schiefenbuch [1] it is known that during bending the sheet is pressed into any kind of elastomeric pad. The elastomeric pad then brings uncontrolled and undefined compressive stresses on the sheet. The compressive stress is not controllable and adjustable. Likewise, the elastomeric pad is a wearing part and plasticized upon penetration of the punch. Therefore, this method is uneconomical. However, it could be shown that the compressive stresses introduced by the elastomeric pad delay the failure time. The increase in the deformation limits is attributed to the additional compressive stresses.
Weiterhin wird in einer bekannten Variante der Biegeumformung mit sich relativ zum blechartigen Werkstück bei der Umformung drehenden Gesenken gearbeitet.Furthermore, working in a known variant of the bending deformation with relative to the sheet-like workpiece during the forming rotating dies.
Aus der US-PS
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Beim Freibiegen sind keine weiteren Druckspannungsüberlagerungen bekannt. Die bekannten Verfahren zur Druckspannungsüberlagerung sind hingegen nicht in der Lage, gezielt Druckspannungen in der Biegezone normal zur Blechoberfläche aufzubauen. Zudem sind die meisten Verfahren werkzeuggebunden. Der Biegeradius weist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Druckspannungsüberlagerung eine Abflachung auf. Kein Verfahren kann gezielt die Druckspannungen in der Biegezone kontrolliert und flexibel einstellen. Ebenso kann der Biegeradius nicht unabhängig vom Biegewinkel aufgebaut werden, da bei den freien Biegeverfahren immer eine freie Ausbildung des Radius' stattfindet. Dieser Radius ist zudem nicht beliebig klein möglich, da sich der Radius frei einstellt. Zudem hat sich noch kein Verfahren im Stand der Technik damit befasst, formgebunden eine radiale Druckspannungsüberlagerung zur Erweiterung des Formänderungsvermögens und zur Material- und Spannungszustandsbeeinflussung zu nutzen.In the case of free bending, no further compressive stress overlays are known. On the other hand, the known methods of compressive stress superposition are not able to set up compressive stresses in the bending zone normal to the sheet surface. In addition, most processes are tool-bound. The bending radius has a flattening in the known from the prior art method for compressive stress superposition. No process can specifically control and flexibly adjust the compressive stresses in the bending zone. Likewise, the bending radius can not be built independently of the bending angle, as in the free Bending always a free education of the radius' takes place. This radius is also not arbitrarily small possible because the radius is set freely. In addition, no method in the prior art has been concerned with using a radial compression stress superposition to increase the formability and to influence the material and stress state.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Biegeumformung durch gezielte Druckspannungsüberlagerung in der Biegezone wesentlich verbessert und das Biegeergebnis optimiert wird.Object of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus in which the bending deformation significantly improved by targeted pressure stress superposition in the bending zone and the bending result is optimized.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Vorrichtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens aus den Merkmalen des Anspruchs 14 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the object of the invention results in terms of the device from the characterizing features of
Die Erfindung hinsichtlich der Vorrichtung geht aus von einer Vorrichtung zum Biegen von blechartigen Werkstücken bei gleichzeitiger Druckspannungsüberlagerung, in der mindestens ein relativ zu Biegeauflagern beweglich angeordneter Biegestempel das blechartige Werkstück plastisch verformt. Eine derartige gattungsgemäße Vorrichtung wird dadurch in erfinderischer Weise weiter entwickelt, dass einzelne oder mehrere Biegeauflager einseitig oder beidseits der Biegelinie an dem blechartigen Werkstück anliegen und zumindest einzelne Biegeauflager drehbeweglich derart gelagert sind, dass diese Biegeauflager bei der fortschreitenden Biegung des blechartigen Werkstücks zwischen Biegestempel und Biegeauflagern mit an der Biegelinie angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks synchron mit verschwenken, wobei diese Biegeauflager eine derartige Kraftwirkung im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie auf das blechartige Werkstück aufbringen, dass zumindest im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie Normalspannungen immer senkrecht zu entlang der Biegelinie angeordneten Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks erzeugt und den dort wirkenden Spannungen aufgrund des Biegens überlagert werden. Durch die Gestaltung der mitschwenkenden Biegelager werden bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung etwa über eine Führung mit definiertem Drehpunkt gezielt Druckspannungen auf das zu biegende Blechwerkstück im Bereich der Biegezone aufgebracht. Die Höhe der Druckspannungsüberlagerung ist dabei flexibel einstellbar und auch über den Prozess sowohl variabel als auch konstant möglich. Durch die gezielte Führung des zu biegenden Blechwerkstück in Kombination mit der Druckspannungsüberlagerung kann immer derselbe Biegeradius auch bei unterschiedlichen Biegewinkeln gewährleistet werden. Durch die Druckspannungseinbringung werden die Tangentialspannungen im Blechwerkstück verringert. Durch Reduktion der Zugspannungen im Außenbogen ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, die Biegbarkeit insbesondere höherfester Werkstoffe zu erweitern. Ebenso ist es möglich, Materialschädigungen des Blechwerkstücks im Bereich der Biegezone, die durch die Umformung induziert werden, gezielt zu steuern und im Vergleich zu konventionellen Biegeprozessen zu verringern. Die Druckspannungsüberlagerung beeinflusst dabei das Versagens- und Schädigungsverhalten des Blechwerkstücks. Somit können durch Druckspannungsüberlagerungen die Formänderungsgrenzen erhöht werden. Dies ist insbesondere für hoch- und ultrafeste Werkstoffe relevant. Zudem wird durch Druckspannungsüberlagerungen die Werkstoffschädigung verzögert, sodass entsprechend hergestellte Blechwerkstücke im Leistungstest besser abschneiden. Durch die Druckspannungsüberlagerungen kann zudem der Eigenspannungszustand und das Rückfederungsverhalten positiv beeinflusst werden. Zudem können kleine Radien (Innenradius in der Größe des Biegestempelradius) winkel- und werkstoffunabhängig eingestellt werden. Die gängigen Freibiegeverfahren bilden den Biegeradius frei aus und diese Biegeradien sind wesentlich größer. Mittels der speziellen Gestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann biegewinkelunabhängig der Biegeradius eingestellt werden. Durch die Führung des Bleches und die wirkenden Druckkräfte findet kein freies Biegen mehr statt und die Biegekontur wird vorgegeben. Es können somit Biegeradien definiert vorgegeben werden. Im Vergleich zum Elastomerbiegen, wirkt die Vorrichtung verschleißfrei und kontrollierbar.The invention in terms of the device is based on a device for bending sheet-like workpieces with simultaneous compressive stress superposition, in which at least one bending punch movably arranged relative to the bending punch plastically deforms the sheet-like workpiece. Such a generic device is further developed in an inventive manner that single or multiple bending abutment on one side or both sides of the bending line on the sheet-like workpiece and at least individual Biegeauflager are rotatably mounted such that these Biegeauflager in the progressive bending of the sheet-like workpiece between the punch and Biegeauflagern with arranged on the bending line portions of the sheet-like workpiece synchronously with pivot, said bending abutment apply such a force in the bending line and near the bending line on the sheet-like workpiece that at least in the bending line and near the bending line normal stresses always perpendicular to along the bending line arranged portions of the bending sheet metal workpiece generated and the stresses acting there are superimposed due to the bending. By designing the mitschwenkenden Biegelager be in the device according to the invention, for example via a guide with a defined pivot point targeted compressive stresses on the sheet metal workpiece to be bent in the region of the bending zone applied. The height of the compressive stress superposition is flexibly adjustable and is also possible via the process both variably and constantly. By the targeted guidance of the sheet metal workpiece to be bent in combination with the compressive stress superposition, the same bending radius can always be guaranteed even with different bending angles. The compressive stress introduction reduces the tangential stresses in the sheet metal workpiece. By reducing the tensile stresses in the outer arch, the device according to the invention is able to extend the flexibility of especially high-strength materials. Likewise, it is possible to specifically control material damage of the sheet metal workpiece in the region of the bending zone, which are induced by the deformation, and to reduce it in comparison to conventional bending processes. The compressive stress superposition influences the failure and damage behavior of the sheet metal workpiece. Thus, the strain limits can be increased by compressive stress overlays. This is especially relevant for high and ultra-hard materials. In addition, the material damage is delayed by compressive stress superimpositions, so that correspondingly produced sheet metal workpieces perform better in the performance test. In addition, the residual stresses and the springback behavior can be positively influenced by the compressive stress superpositions. In addition, small radii (inner radius in the size of the bending punch radius) can be set independent of angle and material. The common free-bending methods form the bending radius freely and these bending radii are much larger. By means of the special design of the device according to the invention, the bending radius can be adjusted independently of the bending angle. Due to the guidance of the sheet and the pressure forces acting no more free bending takes place and the bending contour is specified. It can thus be defined defined bending radii. Compared to elastomer bending, the device is wear-free and controllable.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung können die nicht schwenkbar ausgebildete Biegeauflager als Klemmelemente ausgebildet sein, die Abschnitte des sich biegenden Blechwerkstücks klemmend haltern. Hierdurch wird es möglich, einseitige und nicht symmetrische Biegeoperationen auszuführen, indem ein erster Blechabschnitt seitlich der Biegelinie nur klemmend gehalten, aber selbst nicht aktiv gebogen wird, wohingegen ein gegenüberliegender Blechabschnitt mittels der verschwenkenden Biegeauflager erfindungsgemäß gebogen wird. Hierbei können die als Klemmelemente ausgestalteten Biegeauflager aber ggf. auch eine Verschwenkbewegung ausführen.In a first advantageous embodiment, the non-pivotally formed bending abutment may be formed as clamping elements which clampingly support portions of the bending sheet metal workpiece. This makes it possible to perform unilateral and non-symmetrical bending operations by a first sheet metal portion of the bending line held only by clamping, but not actively bent itself, whereas an opposite sheet metal section by means of the pivoting Bending support is bent according to the invention. In this case, however, the bending abutments designed as clamping elements may possibly also perform a pivoting movement.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind die schwenkbar ausgebildeten Biegeauflager so gelagert, dass die Biegeauflager aufgrund der Kraftwirkung des Biegestempels bei zunehmender Biegung des Blechwerkstücks verschwenken und das sich biegende Blechwerkstück stützen. Der Biegestempel drückt bei seiner Biegebewegung auf das Blechwerkstück und damit auch auf die schwenkbar ausgebildeten Biegeauflager, die aufgrund ihrer Lagerung gegenüber dieser Bewegung des Biegestempels zurückweichen können und dabei eine definierte Schwenkbewegung ausführen. Die Schwenkbewegung der Biegeauflager und damit die Biegung des an den Biegeauflagern anliegenden Blechwerkstücks erfolgt synchron, wodurch die sich biegenden Abschnitte des Blechwerkstücks dauernd sicher abgestützt und mit der Gegenkraft der Biegeauflager beaufschlagt werden. Diese Gegenkraft der Biegeauflager erzeugt dann zumindest im Bereich der Biegezone die Normalspannungen, die sich den in der Biegezone herrschenden Spannungen überlagern und das Umformverhalten des Blechwerkstücks in der Biegezone wie vorstehend beschrieben signifikant verbessern.In another advantageous embodiment, the pivotally formed Biegeauflager are mounted so that the Biegeauflager pivot due to the force of the punch with increasing bending of the sheet metal workpiece and support the bending sheet metal workpiece. The bending punch pushes in its bending movement on the sheet metal workpiece and thus also on the pivotally formed Biegeauflager, which can retreat due to their storage against this movement of the punch and thereby perform a defined pivoting movement. The pivoting movement of the Biegeauflager and thus the bending of the voltage applied to the bending metal plate workpiece takes place synchronously, whereby the bending sections of the sheet metal workpiece are permanently supported and acted upon by the counterforce of the Biegeauflager. This counterforce of the bending abutment then generates, at least in the region of the bending zone, the normal stresses which are superimposed on the stresses prevailing in the bending zone and significantly improve the forming behavior of the sheet metal workpiece in the bending zone as described above.
In weiterer Ausgestaltung kann die Verschwenkung der schwenkbar ausgebildeten Biegeauflager um eine Schwenkachse herum erfolgen, die entlang oder nahe der Biegelinie des zu biegenden Blechwerkstücks verläuft. Die Biegeauflager sind dabei so gestaltet und gelagert, dass die Schwenkachse kollinear oder parallel benachbart zur Biegelinie des zu biegenden Blechwerkstücks verläuft und daher im Bereich der Biegezone. Hierdurch werden die zu biegenden Abschnitte des Blechwerkstücks im Bereich der Biegezone unterstützt und geometrisch definiert geführt und bilden daher genaue und wenn gewünscht auch sehr kleine Biegeradien aus.In a further embodiment, the pivoting of the pivotally formed bending abutment about a pivot axis can take place, which runs along or near the bending line of the sheet metal workpiece to be bent. The bending abutments are designed and mounted so that the pivot axis is collinear or parallel adjacent to the bending line of the sheet metal workpiece to be bent and therefore in the region of the bending zone. As a result, the sections to be bent of the sheet metal workpiece are supported in the region of the bending zone and guided geometrically defined and therefore form accurate and, if desired, very small bending radii.
Von besonderem Vorteils ist es, wenn zumindest einzelne Biegeauflager als Schwenkbacken ausgebildet sind, die einseitig oder beidseitig symmetrisch der Biegelinie schwenkbar angeordnet sind. Derartige Schwenkbacken können eine vollflächige oder benachbart zur eigentlichen Biegezone großflächige Unterstützung des zu biegenden Blechwerkstücks ermöglichen und im unbetätigten Zustand der Vorrichtung das noch ebene Blechwerkstück komplett stützen. Mit zunehmenden Hub des Biegestempels weichen die Schwenkbacken gegenüber dem Biegestempel zurück und verschwenken im Wesentlichen um die Biegelinie herum derart, dass sie synchron zu der zunehmenden Biegung des Blechwerkstücks verschwenken und das Blechwerkstück laufend zumindest nahe der Biegelinie flächig abstützen und führen. Damit ist zum einen die Unterstützung des Blechwerkstücks während des kompletten Biegevorgangs erreicht, zum anderen können durch die Kraftwirkung der Schwenkbacken entgegen der Kraftwirkung des Biegestempels die schon beschriebenen Normalkräfte laufend so auf das Blechwerkstück aufgebracht werden, dass diese Kräfte senkrecht zur sich jeweils ändernden Lage der gebogenen Abschnitte des Blechwerkstücks verlaufen und die Normalspannungen senkrecht zu den gebogenen Abschnitten des Blechwerkstücks erzeugen.It is particularly advantageous if at least individual bending abutments are designed as swivel jaws, which are arranged on one side or bilaterally symmetrically the bending line pivotable. Such swivel jaws can allow a full-surface or adjacent to the actual bending zone large-scale support of the sheet metal workpiece to be bent and in the unactuated state of the device support the still flat sheet metal workpiece completely. With increasing stroke the bending die back the swing jaws against the punch and pivot substantially around the bend line around such that they pivot synchronously to the increasing bending of the sheet metal workpiece and the sheet metal work continuously supported at least near the bending line and lead. On the one hand, the support of the sheet metal workpiece during the entire bending process is achieved, on the other hand can be applied by the force of the swing jaws against the force of the punch the already described normal forces continuously on the sheet metal workpiece that these forces perpendicular to each changing position of the bent Run sections of the sheet metal workpiece and produce the normal stresses perpendicular to the bent portions of the sheet metal workpiece.
Diese laufende Anpassung der Lage der Schwenkbacken an den jeweiligen Biegezustand des Blechwerkstücks kann dadurch erreicht werden, dass die Schwenkbacken der Biegeauflager mit einem nahe der Biegelinie angeordneten Endbereich in einen Führungsschlitten hinein ragen, wobei Schwenkbacken und Führungsschlitten gegengleich und korrespondierend ausgebildete Führungsflächen aufweisen, an denen sich die Endbereiche der Biegeauflager und die Führungsfläche des Führungsschlittens bei der zunehmenden Biegung des blechartigen Werkstücks relativ zueinander bewegen und sich aneinander abstützen. Der Führungsschlitten bildet eine Art zwangsweise Gleitlagerung der Endbereiche der Schwenkbacken, an der sich die Schwenkbacken sicher geführt abstützen können, wenn die Schwenkbacken gegenüber dem sich absenkenden Biegestempel zurückweichen und dabei verschwenken. Der Führungsschlitten selbst ist dabei ebenfalls so gelagert, dass er gegenüber dem sich absenkenden Biegestempel zurückweichen kann, gleichzeitig aber wie beschrieben eine Kraftwirkung entgegen der Kraftrichtung des sich absenkenden Biegestempels auf die Schwenkbacken aufbringen kann.This continuous adaptation of the position of the swivel jaws to the respective bending state of the sheet metal workpiece can be achieved in that the swivel jaws of the bending abutments project into a guide carriage with an end region arranged close to the bend line, with swivel jaws and guide carriages having opposite and correspondingly formed guide surfaces against which move the end portions of the Biegeauflager and the guide surface of the guide carriage with the increasing bending of the sheet-like workpiece relative to each other and support each other. The guide carriage forms a kind of forced sliding bearing of the end portions of the swivel jaws, on which the swivel jaws can be supported safely guided when the swivel jaws back against the lowering punch and pivot it. The guide carriage itself is also mounted so that it can retreat from the sinking punch, but at the same time as described can apply a force against the direction of force of the sinking punch on the swing jaws.
Hierzu kann die Führungsfläche des Führungsschlittens etwa halbkreisförmig vertieft ausgebildet und die dem Führungsschlitten zugeordneten Endbereiche der Schwenkbacken zumindest abschnittsweise halbkreisförmig vorstehend ausgebildet sein. Die jeweils halbkreisförmigen Gestaltungen von Führungsschlitten und Schwenkbacken definieren die Verschwenkbewegung der Schwenkbacken und erlauben gleichzeitig die Übertragung der Kräfte vom Biegestempel auf das Blechwerkstück sowie die Gegenkräfte vom Führungsschlitten auf die Schwenkbacken und damit ebenfalls auf das Blechwerkstück.For this purpose, the guide surface of the guide carriage can be formed recessed approximately semicircular and formed the guide carriage associated end portions of the pivoting jaws at least partially semicircular protruding. The respective semicircular designs of guide slide and swivel jaws define the pivoting movement of the swivel jaws and at the same time allow the transmission of forces from the punch to the sheet metal workpiece and the opposing forces from the guide carriage on the swivel jaws and thus also on the sheet metal workpiece.
Zur Aufbringung der Gegenkräfte vom Führungsschlitten auf die Schwenkbacken kann in weiterer Ausgestaltung der Führungsschlitten mit einer im Wesentlichen entgegen der Kraftrichtung des Biegestempels gerichteten Druckkraft belastbar sein, die über die Führungsfläche des Führungsschlittens auf die Endbereiche der Schwenkbacken und von den verschwenkenden Biegeauflagern zu jedem Zeitpunkt senkrecht zum Umformbereich des sich biegenden blechartigen Werkstücks übertragen wird und eine Normalspannungsüberlagerung im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie hervorruft. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung die entgegen der Kraftrichtung des Biegestempels gerichtete Kraft mechanisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektromechanisch erzeugt werden.In order to apply the opposing forces from the guide carriage to the swivel jaws, in a further embodiment the guide carriage can be loaded with a compressive force directed essentially counter to the direction of force of the bending punch, which is perpendicular to the end areas of the swivel jaws and the pivoting bending abutments at any time via the guide surface of the guide carriage Forming area of the bending sheet-like workpiece is transmitted and causes a normal stress superposition in the bending line and near the bending line. In this case, in a further embodiment, the force directed counter to the direction of force of the bending punch can be generated mechanically and / or pneumatically and / or hydraulically and / or electromechanically.
Weiterhin ist es denkbar, dass die entgegen der Kraftrichtung des Biegestempels gerichtete Kraft konstant oder abhängig vom Biegezustand des sich biegenden Blechwerkstücks, insbesondere kraft- oder wegabhängig, steuerbar ist. Durch eine solche Steuerung der Gegenkräfte vom Führungsschlitten auf die Schwenkbacken kann eine weitere Beeinflussung des Biegeablaufs des Blechwerkstücks erreicht werden, etwa indem die Gegenkraft kraftabhängig zur Biegekraft oder wegabhängig vom Weg des Biegestempels oder auch abhängig von weiteren geometrischen oder werkstoffabhängigen Biegegrößen gesteuert wird.Furthermore, it is conceivable that the force directed against the direction of force of the bending punch is constant or dependent on the bending state of the bending sheet metal workpiece, in particular force or path-dependent, controllable. By such a control of the opposing forces of the guide carriage on the pivoting jaws, a further influence on the bending process of the sheet metal workpiece can be achieved, for example by the reaction force is controlled depending on the force of bending force or path-dependent on the way of the punch or dependent on other geometric or material-dependent bending sizes.
Eine weitere Möglichkeit der gezielten Beeinflussung der Biegung im Bereich der Biegezone lässt sich dadurch erreichen, dass im Bereich der Anlage des zu biegenden Blechwerkstücks an den Schwenkbacken der Biegeauflager Ausnehmungen oder Formgebungen, insbesondere Taschen oder Vorsprünge, angeordnet sind, durch die die Krafteinleitung der die Normalspannungen hervorrufenden Normalkräfte in das zu biegende Blechwerkstück beeinflussbar, insbesondere in den Bereich rings um die Biegelinie herum konzentrierbar ist. So können etwa direkt an der Biegelinie z.B. radiusähnliche Vorsprünge vorgesehen werden, die die Normalkräfte sehr nahe an der Biegelinie in das Blechwerkstück einkoppeln und dadurch gerade diesen sensiblen Bereich der Biegeumformung gezielt stützen und belasten. Weiter von der Biegelinie entfernte Bereich des Blechwerkstücks können hingegen durch z.B. taschenartige Ausnehmungen gezielt entlastet werden.Another possibility for selectively influencing the bending in the region of the bending zone can be achieved by arranging recesses or shapes, in particular pockets or projections, in the region of the installation of the sheet metal workpiece to be bent on the swivel jaws, by which the force introduction of the normal stresses can be influenced influencing normal forces in the sheet metal workpiece to be bent, in particular in the area around the bending line around concentrable. Thus, for example, directly on the bending line, for example, radius-like projections can be provided, which couple the normal forces very close to the bending line in the sheet metal workpiece and thus specifically support and burden precisely this sensitive area of the bending deformation. Further away from the bending line area of the sheet metal workpiece, however, can be specifically relieved by eg pocket-like recesses.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Schwenkachse der Biegeauflager parallel zur Mittelachse des Stempelradius des Biegestempels, vorzugsweise kollinear zur Mittelachse des Stempelradius des Biegestempels ausgerichtet ist. Hierdurch lässt sich eine sehr genaue Ausbildung des eigentlichen Biegeradius' erreichen. Es ist aber auch denkbar, dass die Schwenkachse der Biegeauflager beabstandet zur Mittelachse des Stempelradius des Biegestempels ausgerichtet ist, etwa parallel zur Bewegung des Biegestempels oberhalb oder unterhalb der eigentlichen Biegelinie verläuft. Hierdurch kann das Biegeverhalten in der eigentlichen Biegezone weiter gezielt beeinflusst und gesteuert werden.It is particularly advantageous if the pivot axis of the bending abutment is aligned parallel to the central axis of the punch radius of the punch, preferably collinear to the central axis of the punch radius of the punch. This makes it possible to achieve a very accurate formation of the actual bending radius. However, it is also conceivable that the pivot axis of the Biegeauflager is aligned spaced from the central axis of the punch radius of the punch, approximately parallel to the movement of the punch above or below the actual bending line. As a result, the bending behavior in the actual bending zone can be further selectively influenced and controlled.
Zur Einstellung eines Versatzes zwischen Schwenkachse der Biegeauflager und Biegelinie ist es denkbar, dass Abstandhalter oder Zwischenbleche derart zwischen Biegeauflager und sich entlang der Biegelinie erstreckenden Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks angeordnet werden, dass die Schwenkachse der Biegeauflager beabstandet zur Mittelachse des Stempelradius des Biegestempels ausgerichtet ist. In anderer Ausgestaltung kann aber auch eine Verstelleinrichtung derart zwischen Biegeauflager und den sich entlang der Biegelinie erstreckenden Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks angeordnet werden, dass der Abstand zwischen Biegeauflager und den sich entlang der Biegelinie erstreckenden Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks zueinander einstellbar ist, so dass die Schwenkachse der Biegeauflager beabstandet zur Mittelachse des Stempelradius des Biegestempels ausgerichtet ist.To set an offset between the pivot axis of the bending abutment and bending line, it is conceivable that spacers or intermediate plates are arranged between Biegeauflager and along the bending line extending portions of the bending sheet metal workpiece, that the pivot axis of the Biegeauflager spaced aligned with the central axis of the punch radius of the punch. In another embodiment, however, an adjustment so between bending abutment and extending along the bending line portions of the bending sheet metal workpiece are arranged so that the distance between Biegeauflager and along the bending line extending portions of the bending sheet metal workpiece is adjustable to each other, so that the Pivot axis of the bending abutment spaced from the center axis of the punch radius of the punch is aligned.
In weiterer Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass gegenüberliegend und mit den Schwenkbacken der Biegeauflager zusammenwirkend Spannelemente angeordnet sind, die zusammen mit den Schwenkbacken die entlang der Biegelinie sich erstreckenden Abschnitte des sich biegenden Blechwerkstücks haltern und/oder klemmen. Hierdurch wird das zu biegende Blechwerkstück während der Biegung nicht nur vollflächig abgestützt, sondern kann auch noch gegen die Schwenkbacken gehaltert oder geklemmt werden, wodurch sich ungewollte Materialverschiebungen des zu biegenden Blechwerkstücks weiter eliminieren lassen. So ist es z.B. auch denkbar, dass die Spannelemente tangential mit Schubkräften belastet werden, die die Spannelemente auf die längs der Biegelinie sich erstreckenden Abschnitte des sich biegenden Blechwerkstücks übertragen. Hierdurch können etwa Tangentialspannungen gezielt in Bereich des Blechwerkstücks eingebracht werden, die in Richtung auf die Biegezone zu oder von der Biegezone weg wirken und das Fließen des Materials in der Biegezone zusätzlich beeinflussen.In a further embodiment, it is also conceivable that opposing and with the pivoting jaws of the Biegeauflager cooperating clamping elements are arranged, which support together with the pivoting jaws along the bending line extending portions of the bending sheet metal workpiece and / or clamp. As a result, the sheet metal workpiece to be bent during bending is not only supported over the entire surface, but can also be supported or clamped against the swivel jaws, which can be further eliminated unwanted material displacements of the sheet metal workpiece to be bent. So it is also conceivable, for example, that the clamping elements are charged tangentially with thrust forces that transmit the clamping elements on the along the bending line extending portions of the bending sheet metal workpiece. This can be about Tangentialspannungen are selectively introduced in the area of the sheet metal workpiece, which act in the direction of the bending zone to or from the bending zone and additionally influence the flow of the material in the bending zone.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Schwenkbacken der Biegeauflager in einem Bereich unterhalb der Auflageflächen für das zu biegende Blechwerkstück Ausnehmungen oder Formgebungen, insbesondere Taschen oder Rücksprünge, aufweisen, die einen größeren Schwenkwinkel der Biegeauflager zueinander und damit eine Erhöhung des biegbaren Winkels des zu biegenden Blechwerkstücks ermöglichen. Um Biegewinkel von mehr als 90° zu erzeugen, ist eine Verringerung der gegenseitigen Beeinflussung der Schwenkbacken der Biegeauflager anzustreben sowie dafür zu sorgen, dass auch bei derart größeren Biegewinkeln die Abstützung und Kraftübertragung zwischen Führungsschlitten und Schwenkbacken immer sicher möglich ist.In a further embodiment, it is conceivable that the pivoting jaws of the Biegeauflager in a region below the bearing surfaces for the sheet metal workpiece to be bent recesses or shapes, in particular pockets or recesses, having a larger pivot angle of the Biegeauflager to each other and thus an increase in the bendable angle of allow to be bent sheet metal workpiece. In order to produce bending angles of more than 90 °, a reduction in the mutual influence of the swivel jaws of the bending abutment is to be striven for and to ensure that even with such larger bending angles the support and power transmission between guide carriage and swivel jaws is always safe possible.
Hierzu ist es weiterhin auch denkbar, dass die Schwenkbacken der Biegeauflager derart ausgebildet sind, dass jeweils gegengleich kammartig ausgebildete Abschnitte der nahe der Biegelinie angeordneten Endbereiche wechselweise ineinander greifen und die Schwenkbacken der Biegeauflager sich dadurch gegenseitig durchdringen. Die kammartig ausgebildete Abschnitte verschränken quasi die sich durchdringenden Endbereiche der Schwenkbacken und erlauben daher auch dann noch eine sichere Abstützung und Kraftübertragung zwischen Führungsschlitten und Schwenkbacken, wenn der Schwenkwinkel größer als 90° wird.For this purpose, it is also conceivable that the pivoting jaws of the Biegeauflager are designed such that in each case diametrically comb-like portions of the bending line arranged adjacent end areas alternately interlock and the swing jaws of the Biegeauflager thereby penetrate each other. The comb-like sections virtually interlock the penetrating end portions of the swivel jaws and therefore still allow a secure support and power transmission between the guide carriage and swivel jaws, when the swivel angle is greater than 90 °.
Weiterhin ist es denkbar, dass die kammartig ausgebildeten Endbereiche der Schwenkbacken der Biegeauflager durch parallel zur Biegelinie verlaufende Kräfte belastet werden, die in Blechbreitenrichtungen Spannungen in den sich biegenden Bereichen entlang der Biegelinie hervorrufen und den dort herrschenden Spannungen überlagern. Hierdurch werden Tangentialkräfte parallel zur Biegelinie auf das zu biegende Blechwerkstück aufgebracht, die das Fließen des Materials in der Biegezone zusätzlich beeinflussen können.Furthermore, it is conceivable that the comb-like end portions of the pivoting jaws of the bending abutments are loaded by parallel to the bending line forces that cause in sheet width directions stresses in the bending areas along the bending line and superimpose the prevailing voltages there. As a result, tangential forces are applied parallel to the bending line on the sheet metal workpiece to be bent, which can additionally influence the flow of the material in the bending zone.
In einer anderen Ausgestaltung ist es auch denkbar, dass der Biegestempel aus mindestens zwei Segmenten gebildet ist, die entlang der Biegelinie an dem blechartigen Werkstück anliegen und drehbeweglich derart gelagert sind, und die Biegestempelsegmente bei der zunehmenden Biegung des blechartigen Werkstücks zwischen Biegestempel und Biegeauflagern mit den entlang der Biegelinie angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks synchron mit verschwenken. Hierdurch ist eine weitere Abstützung des Biegestempels an dem Biegeinnenbogen erreichbar, durch die sich etwaige Einkerbungen an dem Biegeinnenbogen reduzieren oder sogar eliminieren lassen. Auch wird das blechartige Werkstück gegenüberliegend zu den Schwenkbacken zusätzlich flächig abgestützt, wodurch ein Abheben des blechartigen Werkstücks von den Schwenkbacken beim Ausführen des Biegevorganges und damit einhergehende Materialverformungen ausgeschlossen werden können.In another embodiment, it is also conceivable that the bending punch is formed from at least two segments which abut along the bending line on the sheet-like workpiece and are rotatably mounted such, and the bending punch segments pivot in synchronism with the increasing bending of the sheet-like workpiece between the bending punch and Biegeauflagern with arranged along the bending line portions of the sheet-like workpiece. In this way, a further support of the punch on the bending inner arch can be achieved by reducing any notches on the bending inner arch or even eliminate. Also, the sheet-like workpiece is additionally supported flat surface opposite to the pivoting jaws, whereby a lifting of the sheet-like workpiece can be excluded from the pivoting jaws when performing the bending operation and concomitant material deformations.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Biegestempelsegmente um die Achse des Biegeinnenbogens des sich biegenden blechartigen Werkstücks synchron mit verschwenken, da hierdurch eine während des ganzen Biegeablaufs die beschriebene zusätzliche Gegenhalterung des blechartigen Werkstücks erreicht werden kann. Die Biegestempelsegmente verschwenken synchron mit der Verschwenkbewegung der Schwenkbacken der Biegeauflager.It is particularly advantageous if the bending punch segments pivot in synchronism with the axis of the bending inner arc of the bending sheet-like workpiece, as this can be achieved during the entire bending process described additional counter-support of the sheet-like workpiece. The bending punch segments pivot synchronously with the pivoting movement of the swivel jaws of the bending abutment.
Zur Realisierung einer derartigen Verschwenkbewegung der Biegestempelsegmente ist es in weitere Ausgestaltung denkbar, dass die Biegestempelsegmente in einer Führungsfläche einer Biegestempelführung drehbar zueinander gelagert sind, wobei die Biegestempelsegmente bei Beaufschlagung der Biegestempelführung mit der Biegekraft zueinander um die Biegelinie herum verschwenken. Diese Anordnung entspricht im Wesentlichen der Lagerung und Führung der Schwenkbacken der Biegeauflager und ist konstruktiv einfach und robust ausführbar. Die Führungsfläche der Biegestempelführung kann dabei auch etwa halbkreisförmig vertieft ausgebildet werden und die der Biegestempelführung zugeordneten Endbereiche der Biegestempelsegmente sind zumindest abschnittsweise ebenfalls halbkreisförmig vorstehend ausgebildet.To realize such a pivoting movement of the bending punch segments, it is conceivable in a further embodiment that the bending punch segments are rotatably mounted to each other in a guide surface of a punch guide, wherein the bending punch segments pivot upon bending of the bending punch guide with the bending force to each other around the bending line. This arrangement corresponds essentially to the storage and management of the swivel jaws of the Biegeauflager and is structurally simple and robust executable. The guide surface of the punch guide can also be formed approximately semicircular recessed and the bending punch guide associated end portions of the punch segments are at least partially also formed semicircular protruding.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Biegestempelsegmente im Bereich der Achse des Biegeinnenbogens zueinander jeweils kammartig gegengleich und mit den kammartig ausgebildeten Vorsprüngen wechselweise ineinander greifend ausgebildet sind, so dass gerade im Bereich der eigentlichen Biegezone die Biegestempelsegmente sehr sicher aneinander festgelegt bzw. gegenseitig geführt ausgebildet werden können.Furthermore, it is conceivable that the bending punch segments in the region of the axis of the bending inner bow to each other comb-like and with the comb-like projections are formed alternately interlocking, so that just in the area of the actual bending zone, the bending punch segments are very securely fixed to each other or formed mutually guided can.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Biegen von blechartigen Werkstücken bei gleichzeitiger Druckspannungsüberlagerung, wobei mindestens ein relativ zu Biegeauflagern beweglich angeordneter Biegestempel das blechartige Werkstück plastisch verformt, bei dem das blechartige Werkstück einseitig oder beidseits der Biegelinie von einzelnen oder mehreren Biegeauflager unterstützt wird, die an dem blechartigen Werkstück anliegen und zumindest einzelne Biegeauflager drehbeweglich bei der fortschreitender Biegung des blechartigen Werkstücks mit an der Biegelinie angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks synchron mit verschwenken, wobei diese Biegeauflager eine derartige Kraftwirkung im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie auf das blechartige Werkstück aufbringen, dass zumindest im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie Normalspannungen immer senkrecht zu entlang der Biegelinie angeordneten Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks erzeugt und den dort wirkenden Spannungen aufgrund des Biegens überlagert werden. Die Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahren sind schon vorstehend zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ausführlich beschrieben worden, so dass hierauf ausdrücklich Bezug genommen wird.The invention further relates to a method for bending sheet-like workpieces with simultaneous compressive stress superposition, wherein at least one relative to bending supports movably arranged bending punch plastically deforms the sheet-like workpiece, in which the sheet-like workpiece is supported on one side or both sides of the bending line of single or more Biegeauflager, the abut the sheet-like workpiece and rotate at least individual bending supports rotatably synchronized with the progressive bending of the sheet-like workpiece with arranged on the bending line portions of the sheet-like workpiece with these Biegeauflager apply such a force in the bending line and near the bending line on the sheet-like workpiece, that at least in the area of the bending line and near the bending line normal stresses always perpendicular to be arranged along the bending line sections of the bending sheet metal workpiece produce t and the stresses acting there due to the bending are superimposed. The properties and advantages of the method according to the invention have already been described in detail above for the device according to the invention, so that reference is expressly made to this.
Hierbei ist es in weiterer Ausgestaltung denkbar, dass die Normalspannungsüberlagerung im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie im elastischen Bereich der Werkstoffverformung des sich biegenden Blechwerkstücks liegt, damit die Tangentialspannungen im Blechwerkstück reduziert werden, aber kaum bis keine Ausdünnung zusätzliche im Blechwerkstück stattfindet. So können nahezu gleiche Bauteilend-Geometrien mit unterschiedlicher Belastungshistorie hergestellt werden.In a further embodiment, it is conceivable that the normal stress superposition in the area of the bending line and near the bending line lies in the elastic region of the material deformation of the bending sheet metal workpiece, so that the tangential stresses in the sheet metal workpiece are reduced, but hardly takes place until no additional thinning in the sheet metal workpiece. Thus, almost identical component end geometries with different load history can be produced.
In anderer Ausgestaltung ist es aber auch denkbar, dass die Normalspannungsüberlagerung im Bereich der Biegelinie und nahe der Biegelinie im plastischen Bereich der Werkstoffverformung des sich biegenden Blechwerkstücks liegt. Hierdurch wird die Streckgrenze überschritten und gezielt das Bauteil im Biegeradius verjüngt oder ein Blechdickenverlauf vorgegeben.In another embodiment, it is also conceivable that the normal stress superposition lies in the region of the bending line and near the bending line in the plastic region of the material deformation of the bending sheet metal workpiece. As a result, the yield strength is exceeded and specifically the component tapers in the bending radius or predetermined a sheet thickness profile.
Das Verfahren erlaubt weiterhin durch die vollflächige Abstützung des Blechwerkstücks ein Biegen von weichen oder formschlaffen Materialen, vorzugsweise ein Umformen des Blechwerkstücks im erwärmten Zustand von weichen Metallen oder von faserfaserverstärkten Kunststoffen.The method further allows by the full-surface support of the sheet metal workpiece bending of soft or slippery material, preferably forming the sheet metal workpiece in the heated state of soft metals or fiber-reinforced plastics.
Denkbar ist auch ein temperaturunterstütztes Biegen durch direkte Erwärmung, insbesondere mittels Stromdurchleitung, oder indirekte Erwärmung, insbesondere durch Aufheizung der Vorrichtung , wobei durch ein solches temperaturunterstütztes Biegen das Biegen spröder und gehärteter Metalle verbessert werden kann.Also conceivable is a temperature-assisted bending by direct heating, in particular by means of current conduction, or indirect heating, in particular by heating the device, whereby the bending of brittle and hardened metals can be improved by such a temperature-assisted bending.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Biegen zeigt die Zeichnung.A particularly preferred embodiment of the device according to the invention for bending is shown in the drawing.
Es zeigen:
Figur 1- - prinzipielle Darstellung der Anordnung der Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Biegeumformung eines Blechwerkstücks zwischen einem Biegestempel und einem geteilten und drehbeweglich angeordneten Biegeauflager in einer dreidimensionalen Ansicht,
- Figur 2a-2c
- - ein Stadienplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 während der Biegeumformung, ausgehend von der unverformten Konfiguration des Blechwerkstücks (Figur 2a ), in einem Zwischenstadium (Figur 2b ) und im Endzustand der Biegeumformung(Figur 2c ) in ebener Darstellung, Figur 3- - Möglichkeiten zur Verschiebung des Schwenkmittelpunktes der drehbeweglich angeordneten Biegeauflager,
Figur 4- - Anordnung zweier in Richtung der Biegelinie versetzt zueinander angeordneter Biegeauflager mit Aufbringung einer zusätzliche Kraft in Richtung der Biegelinie auf diese Biegeauflager,
Figur 5- - eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 mit verzahnt ineinander greifenden in Richtung der Biegelinie versetzt zueinander angeordneten Biegeauflagern zur Erzielung größerer biegbarer Winkel des Blechwerkstücks, Figur 6- - eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 zum einseitigen Biegen mit einer als Klemmlager ausgebildeten einseitigen Einspannung des Blechwerkstücks, Figur 7- - eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 1 mit einem geteilten Biegestempel, dessen Einzelteile in einer offenen Lagerschale schwenkbar angeordnet sind, Figur 8- - Gestaltung der biegeliniennahen Einzelteile des geteilten Biegestempels gemäß
Figur 7 zur Vergrößerung der Anlagefläche des Blechwerkstücks an dem geteilten Biegestempel, - Figur 9
- - Gestaltung der Anlageflächen des geteilten Biegestempels gemäß
Figur 7 mit Taschen und vorspringenden Radien im Bereich der Anlagefläche des Blechwerkstücks an dem geteilten Biegestempel, Figur 10- - eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Figur 7 mit einem geteilten Biegestempel, dessen Einzelteile stirnseitig zueinander gelagert und durch zusätzlich Kräfte belastet werden können Figur 11- - eine Hälfte des geteilten Biegestempels gemäß
Figur 10 mit einer vergrößerten Darstellung der Drehlagerung und der Verzahnung zum anderen Hälfte des Biegestempels.
- FIG. 1
- - a schematic representation of the arrangement of the components of the device according to the invention during the bending deformation of a sheet metal workpiece between a bending punch and a split and rotatably mounted bending abutment in a three-dimensional view,
- Figure 2a-2c
- - A stadia of the device according to the invention according to
FIG. 1 during bending forming, starting from the undeformed configuration of the sheet metal workpiece (FIG. 2a ), at an intermediate stage (FIG. 2b ) and in the final state of the bending deformation (Figure 2c ) in a flat representation, - FIG. 3
- Possibilities for shifting the center of rotation of the rotatably arranged bending abutments,
- FIG. 4
- - Arrangement of two offset in the direction of the bending line to each other arranged bending abutment with application of an additional force in the direction of the bending line on this Biegeauflager,
- FIG. 5
- - A modification of the device according to the invention
FIG. 1 with interlocking intermeshing in the direction of the bending line staggered bending abutments to achieve larger bendable angle of the sheet metal workpiece, - FIG. 6
- - A modification of the device according to the invention
FIG. 1 for one-sided bending with a one-sided clamping of the sheet metal work piece designed as a clamping bearing, - FIG. 7
- - A modification of the device according to the invention
FIG. 1 with a split punch, the individual parts of which are pivotably arranged in an open bearing shell, - FIG. 8
- - Design of the bending line near individual parts of the split punch according to
FIG. 7 to increase the contact surface of the sheet metal workpiece on the split punch, - FIG. 9
- - Design of the contact surfaces of the split punch according to
FIG. 7 with pockets and projecting radii in the region of the contact surface of the sheet metal workpiece on the split punch, - FIG. 10
- - A modification of the device according to the invention
FIG. 7 with a split punch, the items mounted frontally to each other and can be charged by additional forces - FIG. 11
- - one half of the split punch according to
FIG. 10 with an enlarged view of the pivot bearing and the toothing to the other half of the punch.
Die
Wird der Biegestempel 3 nun in Vorschubrichtung 10 nach unten auf das Blechwerkstück 2 zu bewegt, so belastet der Biegestempel 3 das Blechwerkstück 2 und damit die Schwenkbacken 4. Aufgrund der schwenkbaren Lagerung der Schwenkbacken 4 in dem Führungsschlitten 5 verschwenken die Schwenkbacken 4 bei dieser Belastung nach und nach immer mehr, je tiefer der Biegstempel 3 sich bewegt. Der Winkel α zwischen den beiden Schwenkbacken 4 vergrößert sich, wie dies genauer in den
Aufgrund der Auflagerung der Schwenkbacken 4 auf dem Gesenklager 8 muss der Führungsschlitten 5 bei zunehmender Absenkung des Biegestempels 3 nach unten ausweichen, wie dies in den
Der Führungsschlitten 5 kann zur Aufbringung der Gegenkraft 11 beispielsweise mit einem nicht dargestellten Hydraulikzylinder verbunden sein. Mittels eines solchen Hydraulikzylinders kann dann genau die gewünschte Druckspannungsüberlagerung aufgrund der Normalkraftverteilung 14 während des Biegeprozesses vorgegeben werden. Die aufzubringende Kraft 11 kann jedoch auch durch elektrische oder mechanische Kräfte beispielsweise durch Federsysteme aufgebracht werden. Dadurch, dass die Kraft 11 einstellbar sein kann, kann auch die Höhe der Normalkraftverteilung 14 und damit der Druckspannungsüberlagerung im Blechwerkstück 2 eingestellt werden. Vorzugsweise sollte die Normalkraftverteilung 14 und damit die Druckspannungsüberlagerung im elastischen Bereich des Werkstoffs des Blechwerkstücks 2 liegen, damit die Tangentialspannungen im Blechwerkstück 2 reduziert werden, aber wenig bis keine zusätzliche Ausdünnung im Bereich des Biegeradius des Blechwerkstücks 2 stattfindet. So können nahezu gleiche Bauteilend-Geometrien des Blechwerkstücks 2 mit unterschiedlicher Belastungshistorie hergestellt werden. Ebenso ist es denkbar die Streckgrenze des Werkstoffs des Blechwerkstücks 2 zu überschreiten und gezielt das Blechwerkstück 2 im Biegeradius zu verjüngen oder einen Blechdickenverlauf vorzugeben.The
Aus den
Weiterhin ist es denkbar, in den Figuren aber nicht ausdrücklich dargestellt, dass eine Art Gegenhalter das Blechwerkstück 2 auf die zurückweichenden und verschwenkenden Schwenkbacken 4 drückt oder an den Schwenkbacken 4 auf sonstige Weise festlegt. Ein solcher Gegenhalter ist nicht zwangsläufig notwendig, da er keine Kräfte in das Blechwerkstück 2 für die Biegeumformung einbringt, sondern vorrangig ein Abheben der äußeren Randbereiche des Blechwerkstücks 2 verhindern soll. Der Gegenhalter könnte auch wie eine Tasche in den Schwenkbacken 4 ausgeführt sein oder durch angebrachte Laschen eingebracht werden. Eine weitere Variante kann sein, den Gegenhalter mit den Schwenkbacken 4 fest zu verspannen. Dann kann durch zusätzliche äußere Kräfte auf den Gegenhalter und dadurch auf das Blechwerkstück 2 in Tangentialrichtung ein Aufstauchen bzw. Ausdünnen in der Biegezone erreicht werden.Furthermore, it is conceivable, but not explicitly shown in the figures, that a kind of counter-holder pushes the
Es besteht weiterhin gemäß
Weiterhin ist es denkbar, gemäß
Die Erzeugung der beschriebenen Spannungsüberlagerung mittels des Führungsschlittens und der Schwenkbacken 4 kann in der in den
Gemäß der
Eine weitere Konzentration der Biegekräfte auf das Blechwerkstück 2 und damit der Druckspannungsüberlagerung in oder nahe der Biegezone lässt sich bei einem mehrteiligen Biegstempel 3, 3' erreichen, dass der Auflagebereich zwischen Schwenkbacken 4 und Blechwerkstück 2 passend geformt wird. Hierzu kann der am nächsten zur Biegezone befindliche Abschnitt der Schwenkbacken 4 mit einem Vorsprung 23 ausgebildet werden, an den angrenzend sich eine taschenförmige Ausnehmung 24 weiter nach außen erstreckt, in deren Bereich kein direkter Kontakt zwischen Schwenkbacken 4 und Blechwerkstück 2 vorliegt. Hierdurch konzentrieren sich die Normalspannungen 14 auf den Bereich des Vorsprungs 23.A further concentration of the bending forces on the
Die Ausgestaltung mit einem geteilten Biegstempel kann gemäß
Die
Mit der Erfindung wird somit eine definierte und variable Aufbringung von Druckspannungen beim nahezu konstanten Biegeradius und variablen Biegewinkeln gewährleistet.The invention thus ensures a defined and variable application of compressive stresses at a nearly constant bending radius and variable bending angles.
Üblicherweise werden Werkstoffe mit begrenztem Umformvermögen bei erhöhten Temperaturen umgeformt, um zusätzliche Gleitebenen zu aktivieren oder eine Rekristallisation herbeizuführen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht unter hohen Druckspannungen bereits bei Raumtemperatur die Erweiterung von Prozessgrenzen (martensitische Stähle, Magnesium-Legierungen, Titan-Legierungen). Obwohl die Gestaltung konstruktiv einfach umetzbar erscheint, wird durch die spezielle Werkzeuggestaltung die Druckspannungsüberlagerung in bisher nicht bekannter Weise ermöglicht. Aufgrund des vielfachen Einsatzes von hochfesten Metallwerkstoffen ist das erfindungsgemäße Verfahren eine zukunftsorientierte Methode, die insbesondere für die industrielle Anwendung wegen des einfachen Werkzeugs und der flexiblen Einstellmöglichkeiten besonders wichtig ist.Typically, materials with limited formability are reformed at elevated temperatures to activate additional slip planes or induce recrystallization. The inventive method allows under high compressive stresses even at room temperature, the extension of process limits (martensitic steels, magnesium alloys, titanium alloys). Although the design appears structurally simple umetzbar, the pressure-voltage superposition is made possible in a previously unknown manner by the special tool design. Due to the multiple use of high-strength metal materials, the inventive method is a future-oriented method, which is particularly important for industrial applications because of the simple tool and the flexible adjustment options.
Die erfindungsgemäße Gestaltung hebt sich insbesondere wie folgt von Vorgehensweise aus dem Stand der Technik ab:
- Keine bekannte Lösung überlagert bisher Druckspannungen radial in der Biegezone reproduzierbar und genau einstellbar während des gesamten Biegevorgangs,
- Bei keiner bekannten Lösung ist die Höhe der radialen Druckspannungsüberlagerung beliebig hoch einstellbar (üblicherweise Begrenzung Abflachung des Biegeteils)
- Bei keiner bekannten Methode ist eine Druckspannungsüberlagerung in Umfangsrichtung beliebig hoch möglich, da sonst ein Ausknicken am Außenbogen auftritt
- No known solution has hitherto superimposed compressive stresses in the bending zone reproducibly and precisely adjustable during the entire bending process,
- In no known solution, the height of the radial compression stress superposition is arbitrarily high adjustable (usually limiting flattening of the bent part)
- In any known method, a compressive stress superposition in the circumferential direction is arbitrarily high, otherwise a buckling occurs on the outer bow
In keinem der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden somit gezielt Druckspannungen durch ein drehendes und mitwanderndes Gesenkteil vorgegeben. Ebenso können mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beliebig hohe tangentiale Druck- oder Zugspannungen eingebracht werden.In none of the methods known from the prior art, compressive stresses are thus predefined by a rotating and mitwanderndes die part. Likewise, with the method according to the present invention arbitrarily high tangential compressive or tensile stresses can be introduced.
-
[1]
Schiefenbusch, J., 1992, Untersuchungen zur Verbesserung des Umformverhalten von Blechen beim Biegen, Universität Dortmund, Dr.-Ing.-Dissertation Schiefenbusch, J., 1992, Investigations to improve the forming behavior of sheet metal during bending, University of Dortmund, Dr.-Ing. Dissertation
- 11
- - Vorrichtung- Device
- 22
- - Blechwerkstück- Sheet metal workpiece
- 33
- - Biegestempel- Bending punch
- 44
- - Biegeauflager/ Schwenkbacke- Bend support / swivel jaw
- 55
- - Führungsschlitten- Guide carriage
- 66
- - vorstehender Abschnitt Schwenkbacke- Projecting section swing jaw
- 77
- - Auflagebereich Schwenkbacke- Supporting swivel jaw
- 88th
- - Gesenkauflager- die bearing
- 99
- - Schenkmittelpunkt Schwenkbacken- Schenk center point swivel jaws
- 1010
- - Vorschubrichtung Biegestempel- Feed direction bending punch
- 1111
- - Gegenkraft auf Führungsschlitten- Counterforce on guide slide
- 1212
- - Führungsfläche Führungsschlitten- Guide surface guide carriage
- 1313
- - Führungsfläche Schwenkbacke- Guide surface swing jaw
- 1414
- - Normalkräfte- Normal forces
- 1515
- - Verstelleinrichtung- Adjustment
- 1616
- - Vorsprung- Head Start
- 1717
- - Spalt- split
- 1818
- - Zwischenlageblech- liner sheet
- 1919
- - Verzahnungsvorsprünge- Gear projections
- 2020
- - Stempelführung- punch guide
- 2121
- - Klemmbacken- jaws
- 2222
- - Abstand zwischen Stempelhälften- Distance between stamp halves
- 2323
- - radiusförmiger Vorsprung- radius-shaped projection
- 2424
- - taschenförmige Ausnehmung- Pocket-shaped recess
- 2525
- - axiale Kraftbeaufschlagung- axial application of force
- 2626
- - seitliche Achslagerung- lateral axle bearing
- 2727
- - Verzahnung- toothing
- 2828
- - Biegelinie- bend line
- 2929
- - Vertiefung Stempelführung- recess punch guide
Claims (19)
dadurch gekennzeichnet, dass
einzelne oder mehrere Biegeauflager (4) einseitig oder beidseits der Biegelinie (28) an dem blechartigen Werkstück (2) anliegen und zumindest einzelne Biegeauflager (4) drehbeweglich derart gelagert sind, dass diese Biegeauflager (4) bei der fortschreitenden Biegung des blechartigen Werkstücks (2) zwischen Biegestempel (3, 3') und Biegeauflagern (4) mit an der Biegelinie (28) angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks (2) synchron mit verschwenken, wobei diese Biegeauflager (4) eine derartige Kraftwirkung im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) auf das blechartige Werkstück (2) aufbringen, dass zumindest im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) Normalspannungen (14) immer senkrecht zu entlang der Biegelinie (2) angeordneten Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks (2) erzeugt und den dort wirkenden Spannungen aufgrund des Biegens überlagert werden.Device (1) for bending sheet-like workpieces (2) with simultaneous compressive stress superposition, in which at least one bending punch (3, 3 ') movably arranged relative to bending supports (4) plastically deforms the sheet-like workpiece (2),
characterized in that
one or more bending abutments (4) on one or both sides of the bending line (28) abut against the sheet-like workpiece (2) and at least individual bending abutments (4) are rotatably mounted such that these bending abutment (4) in the progressive bending of the sheet-like workpiece (2 ) between bending punch (3, 3 ') and Biegeauflagern (4) with the bending line (28) arranged portions of the sheet-like workpiece (2) synchronously with pivot, said Biegeauflager (4) such a force in the region of the bending line (28) and apply close to the bending line (28) on the sheet-like workpiece (2) that at least in the bending line (28) and near the bending line (28) normal stresses (14) always perpendicular to along the bending line (2) arranged portions of the bending sheet metal workpiece (2) are generated and superimposed on the stresses acting there due to bending.
dadurch gekennzeichnet, dass
das blechartige Werkstück (2) einseitig oder beidseits der Biegelinie (28) von einzelnen oder mehreren Biegeauflagern (4) unterstützt wird, die an dem blechartigen Werkstück (2) anliegen und zumindest einzelne Biegeauflager (4) drehbeweglich bei der fortschreitender Biegung des blechartigen Werkstücks (2) mit an der Biegelinie (28) angeordneten Abschnitten des blechartigen Werkstücks (2) synchron mit verschwenken, wobei diese Biegeauflager (4) eine derartige Kraftwirkung im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) auf das blechartige Werkstück (2) aufbringen, dass zumindest im Bereich der Biegelinie (28) und nahe der Biegelinie (28) Normalspannungen immer senkrecht zu entlang der Biegelinie (28) angeordneten Abschnitten des sich biegenden Blechwerkstücks (2) erzeugt und den dort wirkenden Spannungen aufgrund des Biegens überlagert werden.Method for bending sheet-like workpieces (2) with simultaneous compressive stress superposition, wherein at least one bending punch (3, 3 ') movably arranged relative to bending supports (4) plastically deforms the sheet-like workpiece (2),
characterized in that
the sheet-like workpiece (2) is supported on one or both sides of the bending line (28) by individual or multiple bending supports (4) which rest against the sheet-like workpiece (2) and at least individual bending abutments (4) rotatably in the progressive bending of the sheet-like workpiece (2) arranged on the bending line (28) portions of the sheet-like workpiece (2) synchronously with pivot, said bending abutment (4) such a force in the region of the bending line (28) and near the bending line (28) on the sheet-like workpiece (2) apply that at least in the region of the bending line (28) and near the bending line (28) normal stresses always perpendicular to along the bending line (28) arranged portions of the bending sheet metal workpiece (2) generates and the there stresses superimposed due to bending.
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