Blog

Mar 23, 2024

Strategien zum Biegen von Kleinteilen in einer Blechfertigung

Das Formen kleiner Teile bringt eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich, von denen viele mit der richtigen Ausrüstung gemeistert werden können. Stellen Sie sich eine Umformabteilung vor, die eine Reihe von Teilegeometrien und -dicken bearbeitet.

Das Formen kleiner Teile bringt eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich, von denen viele mit der richtigen Ausrüstung gemeistert werden können.

Stellen Sie sich eine Umformabteilung vor, die eine Reihe von Teilegeometrien und -dicken bearbeitet. Es ist ein typischer Tag, bis ein Eilauftrag ins Spiel kommt. Bei dem Auftrag handelt es sich um Werkstücke, die ein ausreichend großes Abkantpressenbett erfordern. Der Produktionsleiter eilt zu dieser großen Maschine und stellt fest, dass sie mit ein paar schmalen, segmentierten Werkzeugen und einem Bediener ausgestattet ist, der eine große Menge kleiner Klammern formt. Es ist Zeit für eine schnelle Umstellung.

Dennoch löst die Wirkung dieser unerwarteten Umstellung Wellen in der Werkstatt aus. Der Bediener liefert diese Kleinteile zu spät, was bedeutet, dass der Auftrag auf einer Palette in der Nähe der Montage liegt und darauf wartet, dass die letzten paar kleinen Klammern geformt werden.

Dieses Szenario kann sich ändern, wenn ein Hersteller eine Strategie für die Formung kleiner Teile entwickelt. Ein entscheidendes Element dabei ist die Beschreibung der Art des Produktmixes der Werkstatt und der Art der Kleinteile, die die Formungsabteilung verarbeitet, einschließlich Teilegeometrie und Nachfragetrends. Auf dieser Grundlage kann eine Werkstatt dann die Umformmethoden, Werkzeuge und Technologien identifizieren, die der Umformabteilung dabei helfen würden, qualitativ hochwertigere Teile in kürzerer Zeit herzustellen, unabhängig davon, wie groß oder klein diese Teile sind.

In der Vergangenheit war die Bedienung einer Abkantpresse beim Formen winziger, komplizierter Teile nicht die sicherste Arbeit in der Praxis, insbesondere wenn der Bediener an alten Geräten ohne moderne Schutzvorrichtungen arbeitete. Bediener, die ein kleines Stück formen, haben oft keine andere Wahl, als ihre Hände sehr nah an das Werkzeug zu bringen.

Idealerweise sollten sie in der Lage sein, kleine Werkstücke von unten zu stützen und den winzigen Rohling mit Daumen und Fingern sicher und fern von Quetschstellen gegen den Hinteranschlag zu schieben. Eine Abkantpresse mit Lichtvorhängen erkennt diese Finger möglicherweise als Hindernis und stoppt den Vorgang aus Sicherheitsgründen. Einige Teile sind möglicherweise so klein, dass der Bediener sie bei manchen Geräten nur dann sicher formen kann, wenn er den Rohling auf dem Werkzeug positioniert und den Stößel mit Handflächenknöpfen betätigt. Ohne Sicherung liegt der Rohling möglicherweise nicht bündig an den Messflächen an, wodurch sich die Biegung an einer etwas anderen Stelle befindet. Dies kann dazu führen, dass das Teil außerhalb der Toleranz liegt, was wiederum die Effizienz des gesamten Vorgangs beeinträchtigt.

Auch hier spielen Ergonomie und Ermüdung des Bedieners eine große Rolle, allerdings sind diese nicht so offensichtlich wie bei extrem großen Teilen. Wenn jemand sieht, wie mehrere Bediener ein großes Werkstück heben, während es nach oben schwingt, um einen Randflansch zu formen, weiß er, dass die Einrichtung nicht ideal ist. Aber das Umformen von Kleinteilen sieht zumindest auf den ersten Blick nicht allzu mühsam aus.

Dennoch kann die Arbeit für Bediener, die ein kleines Teil an einer großen Bremse sichern müssen, stressig und sogar einschüchternd sein. Und wenn mit einer älteren Maschine ohne Nahbereichsschutz gearbeitet wird, wirft ein Bediener (insbesondere ein müder Bediener), dessen Finger zu nah an der Biegelinie sind, ernsthafte Sicherheitsbedenken auf.

Dann kommen die Produktionsineffizienzen, wobei das offensichtlichste Problem darin besteht, dass für die jeweilige Aufgabe die falsche Fertigungstechnologie verwendet wird, beispielsweise eine riesige Abkantpresse für ein winziges Teil. Das Umformen eines kleinen Teils nach dem anderen auf einer großen Abkantpresse kann eine ernsthafte Engstelle darstellen und Ressourcen stehlen, die besser für größere Arbeiten genutzt werden könnten.

Produktivitätsprobleme verschärfen sich, wenn Genauigkeitsprobleme auftreten, insbesondere angesichts der schmalen, scharfen Werkzeuge, die für kleine Werkstücke oft erforderlich sind. Das Luftbiegen über einer spitzen Matrize erzeugt einen kleinen Radius und einen Aufbau, der im Allgemeinen anfällig für Winkelabweichungen sein kann. Bei manchen Arbeitsgängen wird möglicherweise auf die Bodenbearbeitung zurückgegriffen, um einen wiederholbaren Winkel zu erreichen, insbesondere bei älteren Maschinen. Dies führt jedoch zu einem höheren Werkzeugverschleiß und zu Bedenken hinsichtlich der Formtonnage, insbesondere wenn der Bediener eine Matrizenbreite verwendet, die für die Anwendung zu schmal ist.

Auch ohne Genauigkeitsprobleme müssen sich Bediener mit der Handhabung zahlreicher Kleinteile auseinandersetzen. Berücksichtigen Sie den gesamten Biegezyklus, nicht nur die Stößelbewegung (die bei älteren hydraulischen Maschinen langsam sein kann), sondern auch die Bewegungen, die der Bediener beim Biegen eines kleinen Stücks nach dem anderen ausführt. Sie drehen sich um, greifen nach einem Rohling, formen das Stück und drehen sich dann noch einmal um, um das geformte Teil zu stapeln. Bei größeren Werkstücken lässt sich eine solche Bewegung wahrscheinlich nicht vermeiden, bei kleineren Werkstücken gibt es jedoch Alternativen.

Abkantpressen mit kurzen Bettlängen und Tischen vor dem Formbett sind für die Umformung kleiner Teile optimal dimensioniert.

Wie bei allem anderen im Fab Shop sollte der Teilemix die Produktionsstrategie bestimmen. Wenn in einem Betrieb eine große Menge kleiner, identischer (oder zumindest ähnlicher) Teile verarbeitet wird, die alle eine oder zwei parallele Biegungen aufweisen, können diese kleinen Teile auf einmal geformt werden. Sie könnten mit Mikrolaschen verbunden oder mit Werkzeugen gestanzt werden, die „auseinanderschnappende“ Linien erzeugen, wodurch die Notwendigkeit eines Entgratens minimiert oder ganz überflüssig gemacht werden kann. Tatsächlich werden kleine Teile erst dann „klein“, wenn sie nach dem Formen getrennt werden.

Auch wenn die geformten Teile nach dem Auseinanderbrechen entgratet werden müssen, kann das Umformen von Teilen auf einmal sinnvoll sein. Denken Sie an die reduzierte Materialhandhabung, den geringeren Verschleiß der Ausrüstung und, was am wichtigsten ist, die geringere Ermüdung des Bedieners. Die Strategie kann wirklich bahnbrechend sein und einem Unternehmen manchmal dabei helfen, Ausschreibungen zu gewinnen, die es sonst nicht erhalten hätte, insbesondere bei Aufträgen mit größeren Volumina.

Obwohl diese Sammelstrategie für einfache Halterungen funktionieren kann, ist sie wahrscheinlich nicht für kompliziertere Teile mit mehreren Biegungen in verschiedenen Ausrichtungen geeignet. Um eine Reihe komplexer Teile sicher und produktiv zu formen, müssen Betriebe vier Faktoren berücksichtigen: die Messung, die Abkantpresse selbst, die Werkzeuge und die Software, die alles miteinander verbindet.

Wenn kleine Teile innerhalb enger Toleranzen geformt werden müssen, hat der Bediener kaum Spielraum für Fehler. Probleme mit der Präzision beginnen oft mit einer schlechten Messung. Ein Bediener kann manchmal Schwierigkeiten haben, ein sehr dünnes, kleines Teil sicher gegen einen Hinteranschlag zu schieben. Wenn das Teil auch nur ein wenig schief sitzt, kann die anfängliche Biegelinie leicht abweichen und die Toleranzabweichungen häufen sich von dort aus.

Hier kann die richtige CNC-Hinteranmessung Abhilfe schaffen. Erwägen Sie einen 5-Achsen-Hinteranschlag, der sich in Z1 und Z2 (von einer Seite zur anderen über das Bett) bewegt, für abgestufte Aufbauten mit mehreren Werkzeugsätzen. Es bewegt sich auch in R (auf und ab), was für die Führung eines Werkstücks bei der Beulenbildung von entscheidender Bedeutung sein kann. Die Position des Hinteranschlags entlang der R-Achse hilft dem Bediener, eine gleichmäßige Neigung (Abstand zwischen den Unebenheiten) über den gesamten Unebenheitsradius beizubehalten.

Der Hinteranschlag bewegt sich natürlich in X-Richtung (zum Werkzeug hin und von ihm weg), kann sich aber auch in Delta-X bewegen, wobei eine Fingerbefestigung vorhanden sein kann, die unabhängig voneinander hinein- und herausbewegt werden kann. Um sehr kleine Teile zu formen, verwenden einige Operationen die X-Achse als Hinteranschlag und die Delta-X-Achse als Seitenanschlag. Selbst wenn sich die Lehre in Delta-X nur um 1 oder 2 Zoll bewegt, reicht das möglicherweise aus, um eine sichere Seitenlehre für ein kleines Teil bereitzustellen.

Elektrische Abkantpressen mit Kugelumlaufspindelantrieb bieten zwei Elemente, die die Umformung kleiner Teile enorm erleichtern. Erstens ist ihre Positionierungsgenauigkeit wichtig. Ein noch so geringfügiger Überhub des Stößels kann verheerende Folgen für Präzisionsformarbeiten an kleinen Teilen haben.

Zweitens ist ihre Geschwindigkeit und Beschleunigung. Nahezu sofortige Beschleunigung und Verzögerung bedeuten, dass der Bediener nicht darauf warten muss, dass der Stößel seine Arbeitsgeschwindigkeit erreicht. Dies ist umso wichtiger bei kleinen Teilen, bei denen der Stößelweg minimal sein kann. Diese sofortige Beschleunigung bedeutet auch, dass das Biegeprogramm minimale offene Höhen beibehalten kann. Der Stößel wird gerade so weit angehoben, dass der Bediener das Werkstück positionieren kann, und beginnt dann mit der nächsten Biegung.

Der Bediener kann auf einem Hocker sitzen, Rohlinge, die auf einem Tisch gestapelt sind, der aus dem Bremsbett herausragt, entnehmen und das fertige Teil direkt nach dem Formen wieder auf den Tisch legen – ohne Drehen, Greifen oder andere unnötige Bewegungen. Sie können auch kleine Werkzeuge abrufen und schnell den nächsten Auftrag einrichten, der einen oder mehrere Werkzeugsätze umfassen kann.

Um eine solche Produktivität zu erreichen, bedarf es jedoch mehr als nur einer kleinen Bremse. Erstens braucht es die richtige Absicherung, idealerweise im Nahbereich. Bei den gängigen Systemen handelt es sich um Systeme, die seitlich am Stößel sitzen und Laserstrahlen oder -felder rund um die Stempelspitze aussenden.

Kleine Abkantpressen bieten Schutz, einschließlich harter Barrieren und Nahbereichsschutz, der Hindernisse unter der Stempelspitze erkennt, um Bediener und in der Nähe befindliches Personal zu schützen.

Einige Systeme verfügen über eine Druckmessung, die eine weitere Sicherheitsebene bietet. Wenn die Maschine weiß, dass es sich um ein 16-ga-Luftbiegegerät handelt. Beim Biegen von Aluminium über eine bestimmte Gesenkbreite kennt es die Kraft, die während des Biegezyklus ausgeübt werden muss. Wenn der Bediener versehentlich beispielsweise ein 0,25 Zoll dickes Stück Edelstahl zwischen die Werkzeuge legt, stoppt die Maschine, sobald der Stempel Kontakt aufnimmt und Druck ausübt. Das Gleiche würde passieren, wenn der Bediener versehentlich eine Matrize einbaut, die für die Aufgabe zu schmal ist.

Zweitens erfordert die Maschine Präzisionswerkzeuge. Das Anbringen minderwertiger Werkzeuge an einer hochpräzisen Abkantpresse ist ein bisschen so, als würde man kaputte Reifen an einen Ferrari montieren. Sie werden nicht das bekommen, wofür Sie bezahlen. Winkelabweichungen können durch die scharfen Werkzeuge, die viele kleine Teile erfordern, verstärkt werden. Auch hier kann es sein, dass ein Bediener mit dem falschen Werkzeug für die jeweilige Aufgabe auf das Biegen von unten zurückgreift. Und wenn die Maschine auf den Boden fällt, kann es passieren, dass der Bediener die Werkzeuge vorzeitig verschleißt und nicht das Beste aus der Maschine herausholt.

Präzisionsgeschliffene scharfe Werkzeuge tragen nicht nur dazu bei, die kurzen Flansche zu erreichen, die bei kleinen Teilen üblich sind, sondern tragen auch dazu bei, die Wiederholgenauigkeit des Stößels einer elektrischen Abkantpresse optimal zu nutzen. Mit diesen Maschinen kann der Bediener den Stößel in winzigen Schritten (einige Tausendstel Zoll) bewegen, um genau die richtige Eindringtiefe einzustellen, um den richtigen Winkel zu erreichen (unter Berücksichtigung der Rückfederung).

Allerdings sollten die Anwendungsanforderungen immer die Werkzeugauswahl bestimmen, unabhängig von der Teilegröße. Ein Auftrag, der einen größeren Radius erfordert, erfordert wahrscheinlich eine größere Matrizenöffnung. Außerdem ändert sich die Physik des Biegens nicht, nur weil die Teile klein sind und die Stößelbewegungen geringfügig sind (zumindest im Vergleich zum Formen großer Teile über eine breite V-Matrize). Eine spitze Matrize mit einem scharfen Matrizenschulterradius könnte erfolgreich einen kurzen Flansch formen, aber das Biegen in spitze Matrizen kann die Umformtonnage erhöhen, insbesondere bei dickerem Material.

In vielen Betrieben werden Werkzeuge auf einer kleinen Abkantpresse bereitgestellt, sodass diese entweder ein kompliziertes Teil in einer Aufspannung biegen oder während einer Schicht eine Vielzahl kleiner Teile aufnehmen kann. Der Bediener muss keine Zeit für die Umstellung aufwenden, sondern ruft einfach das neue Programm auf, führt ein Testteil durch und beginnt mit dem nächsten Auftrag.

Moderne Maschinensteuerungen zeigen die Anwendung grafisch an und führen den Bediener durch die Arbeitseinrichtung und Biegesequenz. Dabei nutzen sie hydraulische Klemmung, Werkzeuganzeigeleuchten und andere Arbeitshilfen, um zu zeigen, was wohin gehört.

Alles zusammengehalten wird durch Software, sei es maschinenbasiert oder von einem Dritten bereitgestellt. Die Idee besteht darin, den gesamten Rohling-Biege-Zyklus miteinander zu verknüpfen. Durch das Biegen wird das Metall gedehnt, so dass eine Änderung beim Biegen die Rohlingsgröße beim Laserschneiden oder -stanzen verändert. Die Platzierung einer Mikrolasche an einem kleinen Teil in einem lasergeschnittenen Nest kann die Hinteranschlagsstrategie an der Abkantpresse ändern. Die Ausrichtung eines Teils auf dem Nest beeinflusst die Faserrichtung, was sich wiederum auf die Biegung auswirken kann, insbesondere bei Ultrapräzisionsarbeiten.

Stellen Sie sich noch einmal das Szenario vor, in dem eine herkömmliche Abkantpresse durch die Bildung einer großen Menge winziger Teile blockiert ist und so eine betriebliche Engstelle entsteht. Denken Sie zunächst an den Produktfluss. Wenn die Teile in einer bestimmten Menge produziert werden müssen, um den Bedarf nachgelagerter Prozesse zu decken, könnten die Teile dann zusammengefügt und in Gruppen gebildet werden? Könnten einige Features mit Formwerkzeugen auf der Stanzpresse geformt werden, sofern verfügbar? Könnte der Betrieb von den verbleibenden Teilen profitieren, wenn er diese Aufträge an eine Maschine weiterleitet, die für kleine Aufträge vorgesehen ist?

Viele Betriebe scheuen möglicherweise vor kleinen Abkantpressen zurück, weil sie Bedenken hinsichtlich der Auslastung haben. Schließlich kann eine Abkantpresse mit einem größeren Bett kürzere Teile formen, eine kleine Maschine kann jedoch keine größeren Teile handhaben.

Das Problem besteht darin, dass Kunden nicht für die Maschinennutzung bezahlen; Sie zahlen für die Reaktionsfähigkeit eines Herstellers. Eine Maschine für kleine Werkstücke verbessert nicht nur die Sicherheit und Ergonomie für die Bediener, sondern kann auch Formbeschränkungen beseitigen, Kapazitäten an anderer Stelle in der Biegeabteilung freisetzen und so die Reaktionsfähigkeit einer Werkstatt erhöhen. Und jetzt ist eine schnelle Reaktion wichtiger denn je.

Sogar kleine Maschinen könnten eine Vielzahl von Teilegrößen verarbeiten.