Blechbiegen

Kaltgeformtes Stahlbauteil

Ein Kunde benötigte ein kundenspezifisches Biegeteil aus 6 mm dickem S235JR-Stahl. Die vorhandene Konstruktion und die Biegetoleranzen waren für die Anwendung geeignet. Der Kunde musste jedoch die mechanische Festigkeit des Bauteils erhöhen, ohne die Materialdicke oder die fertige Geometrie zu verändern.

Zunächst wurde vorgeschlagen, 6 mm S235JR durch 6 mm S355JR zu ersetzen, um bei gleicher Dicke einen höherfesten Werkstoff einzusetzen. Die Wahl eines höherfesten Stahls bedeutet jedoch nicht zwangsläufig, dass er sich beim Biegen genauso verhält.

Höherfeste Stähle können deutlich höhere Biegekräfte erfordern und je nach chemischer Zusammensetzung, Biegeradius, Materialrichtung und Umformbedingungen anfälliger für Rissbildung sein.

Unser Ingenieurteam prüfte die Anwendung und erkannte beim Einsatz von S355JR ein potenzielles Rissrisiko während des Biegens. Statt die Bauteildicke zu ändern oder die bestehenden Biegetoleranzen zu beeinträchtigen, untersuchten wir einen alternativen Werkstoff, der die erforderlichen mechanischen Eigenschaften bieten und zugleich für den vorgesehenen Umformvorgang geeignet sein konnte.

Wir empfahlen, 6 mm dicken S355MC-Stahl als Alternative zu erproben. S355MC ist ein thermomechanisch gewalzter hochfester Stahl für die Kaltumformung. Seine chemischen und mechanischen Eigenschaften machen ihn besonders geeignet für Bauteile, die sowohl höhere Festigkeit als auch kontrolliertes Umformen erfordern.

Wir fertigten Versuchsteile aus S355MC und bewerteten den Werkstoff bei den erforderlichen Biegevorgängen. Nach erfolgreichen Versuchen wurde S355MC für die Anwendung eingesetzt.

Der Kunde konnte folgende Ergebnisse erzielen.

Ein Kunde legte uns Zeichnungen für eine kundenspezifische Metallhalterung vor, die aus mehreren miteinander verschweißten Blechteilen bestand. Die Konstruktion war technisch herstellbar, doch die Anzahl der Schweißverbindungen erhöhte die Produktionszeit, den Handhabungsaufwand und die Zahl der Fertigungsschritte je Bauteil.

Statt das Teil lediglich genau nach der Zeichnung herzustellen, prüften wir gemeinsam mit dem Kunden, ob es sich effizienter fertigen ließ.

Geschweißte Montageplatte

Gebogene Montageplatte

Einzelner lasergeschnittener Zuschnitt

Die Konstruktionsänderung führte zu folgenden Ergebnissen.

Rückfederung eines Verschleißblechs

Ein Kunde aus dem Steinbruch- und Bergbausektor beauftragte uns mit der Herstellung von Ersatzplatten für die seitliche Auskleidung einer industriellen Schüttgutschurre für Gesteinskörnungen. Wegen des starken abrasiven Verschleißes sollten die Bauteile aus 8 mm dickem Hardox 450-Verschleißblech geformt werden.

Während sich die flachen Zuschnitte problemlos schneiden ließen, ergaben die internen Fertigungsläufe des Kunden uneinheitliche Biegewinkel. Nach der Entnahme aus der Abkantpresse öffneten sich die fertigen Teile wiederholt über die zulässigen geometrischen Toleranzen hinaus.

Das Biegen hochfester und verschleißbeständiger Stähle unterscheidet sich grundlegend vom Umformen herkömmlicher weicher Stähle. Werkstoffe wie Hardox besitzen eine deutlich höhere Streckgrenze und zeigen daher eine erhebliche Rückfederung, also die elastische Rückverformung des Materials nach dem Wegfall der Umformkraft.

Bei hochfesten Stählen erfordert eine präzise Endgeometrie die Bewertung des gesamten Prozesses als zusammenhängendes System.

Die bloße Übernahme üblicher Programme, Werkzeuge und Matrizenöffnungen für weiche Stähle auf hochfeste Legierungen führt unweigerlich zu Teilen außerhalb der Toleranz und zu erhöhten Werkzeugbelastungen.

Unser Ingenieurteam berechnete die spezifischen Rückfederungseigenschaften des Loses aus 8 mm dickem Hardox 450 und legte die Umformparameter neu fest.

Vor dem Produktionslauf führten wir Biegeversuche an Reststücken aus genau derselben Werkstoffschmelze durch, um die Rückfederungswerte zu überprüfen und die endgültige Eintauchtiefe einzustellen.

Indem wir das hochfeste Verschleißblech als spezielle Umformanwendung behandelten, erzielten wir folgende Ergebnisse.

Verformung von Befestigungsbohrungen

Ein Hersteller von Industriemaschinen stellte Konstruktionszeichnungen für eine Reihe hochbelastbarer Motorhalterungen bereit. Vorgesehen war eine Reihe präziser Befestigungsbohrungen mit 10 mm Durchmesser, um ein Hydraulikpumpengehäuse am Maschinenrahmen zu befestigen.

Beim ersten Prototypenlos des Kunden wurden sämtliche Konturen vor dem Umformen aus dem flachen Blech lasergeschnitten. Dies führte in der Fertigung zu erheblichen Montageproblemen. Beim Biegen dehnte sich das Material nahe der Biegelinie, wodurch benachbarte Bohrungen unrund wurden und die Schrauben bei der Maschinenmontage nicht mehr fluchteten.

Beim Blechbiegen erfährt das Material in der Biegezone eine örtliche plastische Verformung: Am Außenradius wird es gedehnt, am Innenradius gestaucht.

Liegt eine Bohrung, ein Schlitz oder ein Ausschnitt zu nahe an der Biegelinie und damit innerhalb der Verformungszone, zieht der Umformprozess dessen Rand in Richtung der Biegung. Dies führt zu folgenden Problemen.

Der zulässige Mindestabstand hängt unmittelbar von Materialdicke, Werkstoffgüte, Innenbiegeradius und Matrizenöffnungsweite ab.

Unser Ingenieurteam führte eine Prüfung der fertigungsgerechten Konstruktion (DFM) durch, um den Zusammenhang zwischen Bohrungsposition, Materialdicke (5 mm) und Biegeradius zu bewerten.

Wir stellten dem Kunden eine zweiteilige Lösung vor.

Die Anpassungen an Konstruktion und Prozess ergaben folgende Ergebnisse.

Loch nahe der Biegung (verformt oder oval)

Loch mit Abstand zur Biegung (bleibt rund)