Grundlagen des Blechbiegens

Im Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder in der Luft- und Raumfahrt ermöglicht das Präzisionsblechbiegen nicht nur das Erreichen der gewünschten Bauteilgeometrie, sondern optimiert auch die Festigkeit des Materials in kritischen Bereichen. Dadurch können Bleche in bestimmte Formen gebracht werden, ohne dass sie gefügt werden müssen und ohne den Einsatz komplizierter Schweißvorrichtungen. Eine bewusste Herangehensweise an diesen Prozess führt zu langlebigen und präzisen Endprodukten. Werfen Sie noch heute einen Blick auf unseren Artikel und lernen Sie die Grundlagen des Blechbiegens kennen!

Was ist Blechbiegen?

Das Blechbiegen ist ein technologisches Verfahren, bei dem ein Flachmaterial entlang einer definierten Linie plastisch verformt wird. Dies führt zu einer dauerhaften Formänderung bei gleichbleibender Querschnittsdicke. Im Wesentlichen geht es darum, das Metall innerhalb eines bestimmten Radius dauerhaft zu krümmen, ohne die strukturelle Integrität des Materials zu beeinträchtigen. In der Praxis erfolgt dieser Vorgang in der Regel mit Hilfe von Spezialwerkzeugen – einem Stempel und einer Matrize, die in einer Abkantpresse oder CNC-Maschine eingesetzt werden. Diese arbeiten mit einer genau abgestimmten Kraft und Geometrie, die auf die Eigenschaften des jeweiligen Rohmaterials abgestimmt sind.

Die äußeren Schichten des Blechs stehen unter Zugspannung, während die inneren unter Druckspannung stehen. Dazwischen liegt die sogenannte neutrale Achse, also eine Zone mit unveränderter Länge. Die genaue Bestimmung dieser Achse ist entscheidend für die Berechnung der Dehnungslänge und des Blechausgleichs – besonders wichtig bei der Konstruktion komplexer, gebogener Geometrien.

In der industriellen Praxis wird das Biegen sowohl für die Herstellung einfacher Teile wie Winkel, Profile oder Halterungen als auch für komplexere Bauteile verwendet, die ein mehrstufiges Biegen unter Berücksichtigung von Walzrichtung, Rückfederung oder Dauerfestigkeit erfordern. Trotz fortschreitender Automatisierung hängt die Qualität des Endprodukts nicht nur von der Maschine ab, sondern auch vom Verständnis der materialphysikalischen Vorgänge, die während der Umformung im Mikrogefüge auftreten.

Grundlagen des Blechbiegens

Das Biegen ist eine der gängigsten Techniken in der Blechumformung. Im Folgenden beleuchten wir die wichtigsten Aspekte dieses Verfahrens im Detail – von der Technik bis zur praktischen Anwendung.

Metallstruktur und Eigenschaften

Die Verformung des Blechs beim Biegen beeinflusst die kristalline Struktur des Materials. Die ursprünglich gleichmäßig ausgerichteten Metallkörner werden verformt, wodurch lokal begrenzte Spannungen in deren Anordnung eingebracht werden. Dadurch wird die Kontinuität des Rohmaterials nicht unterbrochen, jedoch werden seine mechanischen Eigenschaften verändert. In Zugbereichen erhöht sich die Gefahr von Mikrorissen, während in Druckbereichen Strukturbrüche auftreten können. Je größer der Verformungsgrad ist, desto ausgeprägter ist die Reorganisation der Körner und die daraus resultierende Veränderung der lokalen Festigkeit sowie der Ermüdungseigenschaften des Bauteils. Aus diesem Grund ist die richtige Wahl des Biegeradius, der Walzrichtung und der Kompensationsmethoden für die Rückfederung entscheidend für die Qualität des gesamten Prozesses.

Ausgleich des Biegeradius

Der Biegeradius, der die durch die Verformung entstehende Krümmung definiert, kann nicht beliebig gewählt werden. Ein zu kleiner Radius führt zu einer übermäßigen Dehnung der äußeren Schichten und birgt die Gefahr der Rissbildung, während ein zu großer Radius es unmöglich macht, die gewünschte Form zu erreichen, insbesondere bei Bauteilen mit begrenztem Montagebereich. Der zulässige Mindestradius hängt von der Art des Metalls, seiner Dicke, der Faserrichtung und den Parametern der vorherigen Bearbeitung (z. B. Kalt- oder Warmwalzen) ab. Bei Aluminium sind diese Werte beispielsweise niedriger als bei Kohlenstoffstahl, was auf die unterschiedliche Duktilität dieser Rohmaterialien zurückzuführen ist. Beim Entwurf einer gebogenen Struktur sollte der Wahl des Radius eine Analyse der mechanischen Eigenschaften des Materials sowie Tests vorausgehen, wobei auch die Wiederholbarkeit des Prozesses berücksichtigt werden sollte.

Biegezugabe und K-Faktor

Jeder Biegevorgang beeinflusst die Länge der Blechentfaltung – infolge der Verformung wird ein Teil des Bauteils verkürzt, während ein anderer verlängert wird. Um diese Änderungen zu berücksichtigen, wird eine Biegezugabe angewendet, die sich aus der Summe der Werte ergibt, die im Verhältnis zur geplanten Länge des Bauteils hinzugefügt oder abgezogen werden. Ihre genaue Berechnung wird durch den K-Faktor ermöglicht, der das Verhältnis zwischen der Position der neutralen Achse und der Materialdicke ausdrückt. Typische K-Werte schwanken zwischen 0,3 und 0,5, wobei die genaue Bestimmung von der Art des Metalls, dem Biegeradius und dem Verformungswinkel abhängt. Je höher der K-Wert, desto weiter ist die neutrale Achse nach außen verschoben, was einen größeren Anteil der gedehnten Zone an der Gesamtdehnung bedeutet. Eine fehlerhafte Schätzung dieser Parameter führt zu Montagefehlern, geometrischen Verformungen und Schwierigkeiten bei der Einhaltung der Maßhaltigkeit des fertigen Bauteils.

Wichtige Konstruktionsfragen beim Blechbiegen

Das Biegen von Blechen ist kein rein mechanischer Prozess – es erfordert eine sorgfältige Material- und Konstruktionsanalyse. Abweichungen von den optimalen Parametern wirken sich auf die Qualität, die Wiederholbarkeit und die Lebensdauer des Endprodukts aus.

Biegeradius

Der Biegeradius ist ein Grenzparameter, der sich direkt auf die Durchführbarkeit eines bestimmten geometrischen Umrisses auswirkt. Seine Auswahl sollte sich nach den mechanischen Eigenschaften des betreffenden Materials, seiner Härte und der Richtung der Fasern nach dem Walzen richten. Bei Aluminium beispielsweise sind kleinere Radien als bei Stahl möglich, aber jeder Fall erfordert eine individuelle Bewertung, bei der nicht nur die Dicke des Bauteils, sondern auch sein technologischer Zustand (z. B. nach dem Glühen oder Härten) berücksichtigt werden muss.

Materialstärke

Die Blechstärke bestimmt nicht nur die erforderliche Presskraft, sondern beeinflusst auch die Rissanfälligkeit und die Genauigkeit des Biegewinkels. Bei dünnen Blechen ist es einfacher, eine präzise Umformung zu erreichen, jedoch steigt das Risiko von Faltenbildung und geometrischer Instabilität. Bei dickeren Blechen sind hingegen höhere Anforderungen an die Ausrüstung erforderlich. Es besteht ein Bedarf an höherer Presskraft, tieferen Matrizen und präziserer Kompensation elastischer Verformungen. Die Berücksichtigung der Materialdicke ist daher eine Voraussetzung für das vorhersehbare Verhalten des Bauteils nach dem Formgebungsprozess.

Biegelänge

Die Biegelänge beeinflusst die Spannungsverteilung im gesamten Bauteil. Je länger der Biegebereich, desto schwieriger wird es, die Kraft gleichmäßig zu übertragen. Dies kann zu bogenförmigen Verformungen, Ausbuchtungen oder asymmetrischen Winkeln führen. Bei größeren Längen müssen geeignete Stützkonstruktionen verwendet und Matrizen mit optimierten Stützabständen gewählt werden. Die CNC-Technologie ermöglicht es, die Art und Weise, wie sich die Kraft entlang der Biegelinie aufbaut, zu programmieren, um Fehler aufgrund dynamischer Verformung zu vermeiden.

Rückfederung

Die Rückfederung ist ein Phänomen, das auftritt, wenn der Druck des Werkzeugs nachlässt und ein Teil des Materials aufgrund der Spannung in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Dieses Phänomen hängt von der Art der Legierung, der kristallinen Struktur und dem Biegeradius ab. In der Praxis wird dies manchmal durch absichtliches Überschreiten des geplanten Biegewinkels kompensiert, sodass das Material nach dem Entspannen den Zielwert erreicht. In modernen CNC-Systemen kann dieses Phänomen durch die Analyse des Prüflings und eine entsprechende Korrektur auf Programmebene reduziert werden.

Verarbeitungstoleranzen

Bei der Blechumformung treten naturgemäß geringe Maßabweichungen auf. Der Umfang dieser Abweichungen hängt von der Anzahl der Biegungen, ihrer Anordnung, dem verwendeten Werkzeugtyp und den Maschinenparametern ab. Die Toleranzen sollten an die Funktion des Bauteils angepasst werden – für Konstruktionsteile sind andere Toleranzen zulässig als für Präzisionsbauteile. Das Vernachlässigen der Toleranzanalyse in der Entwurfsphase kann zu Montageproblemen, Unregelmäßigkeiten bei den Produkten und der Notwendigkeit späterer Korrekturbearbeitungen führen.

Biegeabzug

Der sogenannte Biegeabzug ermöglicht es, die tatsächliche Entwicklung der Bauteillänge nach dem Biegen zu ermitteln. Es handelt sich um einen Wert, der von der gesamten Länge der flachen Entfaltung abgezogen werden muss, damit das Endprodukt nach der Formung die gewünschten Abmessungen aufweist. Dieser Parameter hängt vom Biegewinkel, der Blechdicke, dem Innenradius und den Materialeigenschaften ab.

Biegeentlastung

Die Biegeentlastung ist eine technische Lösung, bei der spezielle Einschnitte, Löcher oder ausgeschnittene Abschnitte angebracht werden, um das Biegen zu erleichtern und Spannungskonzentrationen zu reduzieren. Dieses Verfahren wird insbesondere in Fällen angewendet, in denen das Biegen in der Nähe bereits vorhandener Löcher oder an Stellen mit hoher Bauteildichte stattfindet. Die Biegeentlastung verhindert Rissbildung und Verformung und erleichtert die Kontrolle des Biegeverlaufs des Materials.

Schnittfolge

Die Reihenfolge der Schneide- und Biegevorgänge sollte sorgfältig organisiert und gut durchdacht sein – am besten bereits in der Phase der Erstellung der technischen Dokumentation. Ein zu früher Schnitt kann beispielsweise zu einem Verlust der Steifigkeit des Materials führen, was sich negativ auf die Stabilität beim Biegen auswirkt. Die festgelegte Reihenfolge berücksichtigt die Verfügbarkeit der Maschinen, die Geometrie des Bauteils und vor allem die Sicherheit des Bedieners.

Richtung der Maserung

Die Biegung entlang der Walzrichtung erhöht das Risiko von Rissen an der Außenkurve, da die Körner in einer Weise ausgerichtet sind, die eine Delamination begünstigt. Die bevorzugte Biegerichtung ist in der Regel senkrecht zur Walzrichtung, da dies eine gleichmäßigere Spannungsverteilung und größere geometrische Stabilität gewährleistet.

Beliebte Blechbiegetechniken

Je nach Geometrie des Bauteils, den Materialeigenschaften und den funktionalen Anforderungen werden verschiedene Biegetechniken eingesetzt, um die gewünschten Verformungseffekte und Maßgenauigkeit zu erzielen.

V-Biegen

Bei der am häufigsten verwendeten Biegemethode, die für ihre Vielseitigkeit und relativ einfache Anpassung an unterschiedliche Materialstärken und Biegewinkel bekannt ist, wird das Blech zwischen einem Stempel und einer V-förmigen Matrize eingelegt. Die vom oberen Werkzeug ausgeübte Presskraft bewirkt eine dauerhafte Verformung des Blechs genau an der Kontaktstelle mit dem unteren Werkzeug. Das Verfahren gibt es in drei Varianten, die sich im Ausmaß der Krafteinwirkung und in der Tiefe des Materialeinbruchs unterscheiden.

• Das Bottoming-Biegen – Bei dieser Methode wird das Blech gegen den Boden der Matrize gepresst, bis es sich vollständig an die Kontur der Matrize anpasst. Aufgrund der nahezu vollständigen Eliminierung der Rückfederung wird diese Technik besonders geschätzt, wenn eine hohe Wiederholbarkeit des Winkels und eine geometrisch stabile Biegung erforderlich sind.
• Prägen (Coining) – Diese Methode zeichnet sich dadurch aus, dass eine deutlich höhere Presskraft als bei anderen Verfahren aufgebracht wird, was zu einer lokalen Kompression des Materials zwischen Stempel und Matrize führt. Das Ergebnis sind scharfe, nahezu spielfreie Winkel mit einem sehr geringen Risiko der Rückfederung. Die Nachteile sind jedoch der intensive Werkzeugverschleiß und der höhere Energiebedarf.
• Luftbiegen (Air Bending) – Bei dieser Technik kommt das Blech nicht mit dem Boden der Matrize in Berührung, sondern wird lediglich an der Kontaktstelle mit den Werkzeugkanten gebogen. Diese Methode ermöglicht eine einfache Anpassung des Biegewinkels, ohne dass die Vorrichtung verändert werden muss. Allerdings ist mit größeren Winkelschwankungen nach dem Einfedern zu rechnen.

Zylindrisches Biegen

Beim zylindrischen Biegen läuft das Material zwischen drei oder vier zusammenwirkenden Walzen hindurch. Durch die Einstellung der Kraft und ihrer Position wird eine Krümmung des Blechs mit einem bestimmten Radius erzielt. Dieses Verfahren wird zum Formen von Rohren, Druckbehältern und Strukturen mit zylindrischem Querschnitt verwendet. Am häufigsten kommen Dreiwalzensysteme zum Einsatz, bei denen die mittlere Walze als Druckwalze und die beiden Seitenwalzen als Führungswalzen fungieren. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass lange, kontinuierliche Bögen ohne sichtbare Spuren einer Biegesegmentierung erzielt werden können.

U-Bogen

Bei dieser Biegetechnik wird das Material in eine Matrize mit einem U-förmigen Profil gedrückt. Sie wird eingesetzt, um tiefe Kanäle und geschlossene Profile zu formen, die mit dem herkömmlichen V-Biegen nicht realisierbar sind. Aufgrund der größeren Profiltiefe erfordert dieses Verfahren hochpräzise Werkzeuge und speziell abgestimmte Führungen, um die Stabilität des Materials während des Prozesses sicherzustellen.

Kantenbiegen

Das Verfahren wird hauptsächlich bei der Bearbeitung von Bauteilen mit begrenzter Breite eingesetzt, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Rahmen oder Gehäuseteilen mit schmalen Flanschen. Dabei wird ein Blechabschnitt, der über die Werkzeugkante hinausragt, durch punktuellen Druck gebogen. Das Blech wird zunächst fixiert und anschließend außerhalb der durch die Matrize definierten Ebene umgeformt.

Rotationsbiegen

Anstelle einer starren Einspannung wird beim Rotationsbiegen eine bewegliche Walze verwendet, die sich über die Oberfläche des Blechs bewegt und es entsprechend einer vorgegebenen Bahn formt. Diese Technik hat unter anderem das Ziel, Kratzer und Oberflächenschäden zu vermeiden. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von Bauteilen, die nicht weiter maskiert oder lackiert werden sollen.

Für das Blechbiegen geeignete Materialien

In der ingenieurtechnischen Praxis kommen sowohl Nichteisenmetalle als auch verschiedene Stahlsorten zum Einsatz – jedes dieser Materialien verhält sich beim Biegen unterschiedlich.

Unlegierter Stahl

Unlegierter Stahl wird aufgrund seiner ausgewogenen Härte und guten Umformbarkeit häufig dort eingesetzt, wo Festigkeit bei begrenzten Produktionskosten gefordert ist. In kaltgewalzter Ausführung weist er eine höhere strukturelle Homogenität auf, was zu einer besseren Kontrolle des Biegeradius und geringerer Rückfederung führt. Auch wenn er weniger korrosionsbeständig ist als legierte Stähle, wird er bevorzugt für konstruktive Bauteile verwendet, die nicht aggressiven Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.

Aluminium

Aufgrund seines geringen spezifischen Gewichts und seiner hohen Verformbarkeit wird Aluminium bevorzugt dort eingesetzt, wo Leichtbau wichtig ist – zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie. Das Material hat eine niedrige Streckgrenze, die ein Biegen auch bei relativ kleinen Radien ermöglicht. Es ist jedoch Vorsicht geboten: Bei zu engen Biegewinkeln besteht insbesondere bei ungehärteten Legierungen die Gefahr von Rissen. Der Grad der Rückfederung ist bei Aluminium manchmal höher als bei Stahl, weshalb Vorversuche und eine sorgfältige Einstellung des Werkzeugwinkels empfohlen werden.

Rostfreier Stahl

Edelstahl zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit in Kombination mit ausgeprägter Korrosionsbeständigkeit aus. Er eignet sich ideal für die Herstellung langlebiger und robuster Bauteile, die in feuchten Umgebungen, bei schwankenden Temperaturen oder unter Einwirkung aggressiver chemischer Medien eingesetzt werden. Aufgrund seiner Härte erfordert Edelstahl eine höhere Biegekraft sowie Werkzeuge mit erhöhter Verschleißfestigkeit. Häufig ist auch ein vorheriges Glühen des Materials notwendig, um innere Spannungen zu reduzieren.

Kupfer

Das weiche und leicht verformbare Kupfer eignet sich hervorragend zum Biegen von Präzisionsteilen, insbesondere im Bereich der Elektroinstallation und Heizungsanlagen. Dank seiner hervorragenden thermischen und elektrischen Leitfähigkeit kann es ohne die Gefahr von Mikrorissen geformt werden. Aufgrund seiner Struktur weist es keine große Rückfederung auf.

Messing

Diese Legierung aus Kupfer und Zink zeichnet sich durch gute Duktilität und Maßhaltigkeit nach der Verformung aus. Das Biegen erfordert keine großen Kräfte und keine speziellen Werkzeugschutzbeschichtungen, obwohl bei dünnwandigen Profilen, die lokal verformt werden können, Vorsicht geboten ist. Messing wird häufig für dekorative Bauteile, Sanitärarmaturen und Bauteile verwendet, die optisch ansprechend und gleichzeitig leicht zu verarbeiten sind.

Titan

Titan wird bevorzugt dort eingesetzt, wo extreme Korrosionsbeständigkeit und relativ geringes Gewicht bei hoher Festigkeit gefordert sind – z. B. in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt sowie in Anlagen, die längere Zeit mit Meerwasser in Berührung kommen. Das Biegen dieses Materials erfordert den Einsatz von Präzisionswerkzeugen und begrenzte Biegeradien, da dieses Metall eine geringe Toleranz gegenüber übermäßigen Verformungen aufweist.

Werkzeuge und Ausrüstungen für das Biegen von Blechen

Die richtige Auswahl der Biegeausrüstung verringert das Auftreten von Rückfederung, Rissen an den Außenradien und Maßungenauigkeiten aufgrund struktureller Überlastung.

Randstreifen

Kantenbänder gehören zur Grundausstattung von Arbeitsplätzen für das manuelle Biegen einfacher Bauteile mit begrenztem Radius. Dabei handelt es sich um auf starren Unterlagen montierte Stahlleisten, die ein punktuelles Biegen von Blechabschnitten durch manuelles Biegen des überstehenden Teils ermöglichen. Obwohl ihr Anwendungsbereich begrenzt ist, eignen sie sich gut für die Herstellung von Einzelstücken, Reparaturen oder Prototypen. Verstärkte Ausführungen werden auch für das Nachbiegen von Kanten bei großen Stahltafeln verwendet.

Walzer

Blechwalzen werden zum kontinuierlichen Biegen verwendet, indem das Material zwischen drei oder vier zusammenwirkenden Zylindern gezogen wird. Diese Vorrichtungen ermöglichen das Formen sanfter Krümmungen sowie das Herstellen von Rohren und Zylindern. Bei den Dreizylinder-Varianten verfügt der zentrale Zylinder über eine Verstellfunktion, mit der der Biegeradius gesteuert werden kann. Die Konstruktion, die auf einer gleichmäßigen Verteilung der Kräfte beruht, schließt das Risiko von Verformungen aus und gewährleistet einen gleichmäßigen Radius über die gesamte Länge des Formteils.

Abkantpresse

Abkantpressen werden eingesetzt, um Werkstücke in einem bestimmten Winkel zu biegen, wobei Ober- (Stempel) und Unterwerkzeuge (Matrize) verschiedener Formen verwendet werden. Diese Biegemaschinen können manuell, hydraulisch oder servoelektrisch betrieben werden – je nach erforderlicher Kraft, Geschwindigkeit und Präzision der Bearbeitung. Sie ermöglichen Luftbiegen, Prägebiegen und Bottoming, wobei Biegefolgen programmierbar sind und Rückfederungseffekte in Echtzeit kompensiert werden können.

Walzwerke für Bleche

Walzwerke sind für die Präzisionsbearbeitung von großen Metallblechen konzipiert. Sie verfügen über fortschrittliche Materialführungssysteme, Messsensoren und eine automatische Steuerung der Walzenposition. Damit lassen sich großformatige Bauteile mit hohen Anforderungen an die Biegeradiusgenauigkeit bearbeiten. Sie werden unter anderem für die Herstellung von Druckbehältern, Großrohren und runden Gehäusen verwendet.

CNC-Maschinen

Die CNC-Technologie hat das Biegen von Blech grundlegend revolutioniert. Dank der präzisen Nachbildung von Werkzeugbahnen und der vollständigen Wiederholgenauigkeit der Bewegungen können selbst die komplexesten Formen mit minimalen Toleranzen geformt werden. CNC-Biegemaschinen verwenden Daten aus 3D-Modellen und bieten eine Simulation des gesamten Prozesses. Sie passen Presskraft und Biegewinkel automatisch an wechselnde Materialeigenschaften an. Diese Systeme berücksichtigen auch Parameter wie Federung, Faserrichtung, Materialabweichungen oder Anforderungen an die Biegefolge. Dank der fortschrittlichen Integration mit CAD/CAM-Systemen minimiert der Bediener das Risiko von Kollisionen, Maßfehlern und Materialverlusten.

Wie läuft das Blechbiegeverfahren ab?

Das Biegen ist eine komplexe Kette von Vorgängen, bei denen jede Ungenauigkeit in einem früheren Stadium zu Abweichungen im endgültigen geometrischen Ergebnis führen kann. Durch eine präzise Abfolge von Arbeitsgängen werden nicht nur die gewünschten Formen erreicht, sondern auch die Wiederholbarkeit sowie die Lebensdauer der Werkzeuge und des Rohmaterials optimiert.

1) Vorbereitung des Materials

Der erste Schritt besteht darin, die Art des Blechs, seine Dicke, die Walzrichtung und den Oberflächenzustand zu bestimmen. Das Blech muss sauber und frei von Verunreinigungen sowie Verformungen sein, die die Linearität der Biegung beeinträchtigen oder lokale Risse verursachen könnten. Je nach Projektvorgaben wird das Material auf Maß geschnitten, wobei technologische Zuschläge und mögliche Verformungen durch Rückfederung berücksichtigt werden.

2) Auswahl der Werkzeuge

Die Wahl des Stempels und der Matrize muss sowohl auf die Blechdicke als auch auf die Geometrie des Werkstücks abgestimmt sein. Für Radien, die nahe an den Grenzwerten liegen, sind Werkzeuge mit höherer Präzision und erhöhter Verschleißfestigkeit erforderlich. Bei Materialien mit hoher Elastizität werden häufig Modelle mit Schutzbeschichtungen verwendet, um die Reibung zu verringern und die Lebensdauer zu verlängern.

3) Werkzeugausrichtung unter dem richtigen Winkel

Die genaue Ausrichtung der Werkzeuge bestimmt den endgültigen Winkel sowie die Positionierung der Biegelinie im Verhältnis zu den anderen geometrischen Merkmalen des Bauteils. Bei CNC-Abkantpressen erfolgen Korrekturen direkt über das Steuerungsprogramm.

4) Einstellung der Biegeparameter

Zu den grundlegenden Parametern gehören die Tiefe des Stempeleintritts in die Matrize, die Biegegeschwindigkeit, die Presskraft und der Winkelkorrekturkoeffizient aufgrund der Rückfederung. In CNC-Systemen werden auch Materialtoleranzen, Dickenvariabilitäten und die Biegelinienlänge berücksichtigt, was einen automatischen Verformungsausgleich ermöglicht. Bei Produktionsläufen mit einer hohen Anzahl von Zyklen ist es wichtig, eine Überwachung des Werkzeugverschleißes einzuführen, um die Parameter konstant zu halten.

5) Biegen von Blechen

Bei diesem Verfahren wird die Verformung entlang einer vorbestimmten Biegelinie eingeleitet, indem ein Stempel Druck auf das auf der Matrize liegende Material ausübt. Diese Kraft muss an die physikalischen Eigenschaften des Metalls und die Geometrie der beabsichtigten Biegung angepasst werden. Während des Vorgangs werden die Fasern auf der Außenseite gedehnt und auf der Innenseite gestaucht. Zwischen beiden verläuft eine neutrale Achse.

6) Oberflächenbearbeitung

Nach dem Biegen kann die Oberfläche des Werkstücks aufgrund der Reibung kleinere Kratzer, Werkzeugspuren oder Texturveränderungen aufweisen. Je nach funktionalen und ästhetischen Anforderungen kommen verschiedene Veredelungstechniken zum Einsatz: Pulverbeschichtung, Sandstrahlen, Galvanisieren, Bürsten oder Schutzbeschichtungen. Bei Werkstücken, die in aggressiven Umgebungen eingesetzt werden, ist es ratsam, Korrosionsschutzschichten aufzutragen oder Eigenspannungen, die während des Betriebs zu Verformungen führen könnten, durch Glühen abzubauen.

Die wichtigsten Herausforderungen beim Biegen von Blechen. Worauf sollte man also achten?

Obwohl der Biegeprozess scheinbar homogen erscheint, ist er aufgrund des Zusammenspiels vieler Variablen – von der Struktur des Materials über die Form des Werkzeugs bis hin zu den Umgebungsbedingungen während der Bearbeitung – sehr komplex. Werden diese Faktoren nicht berücksichtigt, kann es zu schwer reparierbaren Verformungen oder Maßabweichungen kommen, die zur Zurückweisung der gesamten Produktionscharge führen. Im folgenden Abschnitt werden die häufigsten Schwierigkeiten beschrieben, die in der Planungs- und Umsetzungsphase des Biegeprozesses beachtet werden sollten.

Beibehaltung einer gleichmäßigen Materialstärke

Bleche mit Dickenunterschieden reagieren ungleichmäßig auf Verformungen. Dünnere Bereiche neigen zu übermäßiger Dehnung, während dickere Zonen mehr Widerstand leisten. Dies führt zu asymmetrischen Biegewinkeln. Jede Materiallieferung sollte daher einer Qualitätskontrolle unterzogen werden. Bei Großserien empfiehlt sich der Einsatz von Echtzeit-Messsystemen zur Dickenüberwachung.

Mindestbiegeradius und Ausrichtung

Die übermäßige Verfolgung scharfer Winkel führt dazu, dass die Fließspannung des Materials überschritten wird, was Mikrorisse oder Strukturbrüche zur Folge haben kann. Der zulässige Mindestradius sollte unter Berücksichtigung der Dicke, Metallqualität und Walzrichtung berechnet werden.

Rissbildung im Material

Risse treten häufig entlang des äußeren Biegeradius auf, wo die Zugspannungen ihren Höchstwert erreichen. Sie können sowohl auf eine falsche Wahl des Radius als auch auf einen zu schnellen Kraftaufbau während des Prozesses zurückzuführen sein. Ein häufiger Fehler ist, dass die Matrize nicht den richtigen Radius hat oder das Werkzeug zu scharf ist, wodurch die zulässigen Spannungen der Legierung lokal überschritten werden. Die Lösung liegt im gestuften Biegen oder Vorglühen, um die strukturelle Steifigkeit des Materials zu verringern.

Rückfederung

Wenn der Druck des Werkzeugs aufgehoben wird, neigt das Rohmaterial dazu, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, was zu einer Abweichung des Biegewinkels führt. Dieses Phänomen tritt vor allem bei Werkstoffen mit hoher Elastizität auf, wie z. B. bei Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und Aluminiumlegierungen. Um dem entgegenzuwirken, wird in der Programmierphase der Maschine eine Winkelkorrektur vorgenommen oder es werden spezielle Werkzeuge zur Rücklaufdämpfung eingesetzt. In extremen Fällen empfiehlt es sich, den Stempel in einem Winkel zu schleifen, der größer als der Zielwinkel ist, um einen natürlichen Ausgleich der Verformung nach dem Glühen zu erreichen.

Ungenauigkeiten bei den Biegewinkeln

Jede Veränderung der Härte des Blechs, seiner Temperatur oder der Oberflächenfeuchtigkeit kann den Wert des beim Biegen erzielten Winkels beeinflussen. Aus diesem Grund werden in der Serienproduktion nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen Werkzeugkalibrierungssysteme eingeführt und nach jedem Biegevorgang berührungslose Messungen durchgeführt. Ungenauigkeiten können auch auf eine falsche Positionierung des Bauteils in der Matrize zurückzuführen sein.

Materialverformung

Beulen, Falten, Dehnungen oder Vertiefungen können durch zu hohen Druck, eine zu kurze Biegezone oder Inhomogenitäten im Metallgefüge entstehen. Werkstücke, die wiederholt in verschiedene Richtungen gebogen werden, neigen dazu, Eigenspannungen aufzubauen, die bei späteren Bearbeitungen zu Verformungen führen. In solchen Fällen ist es notwendig, schrittweise zu biegen, mit Prozessunterbrechungen, um das Material zu stabilisieren, oder symmetrische Entlastungswerkzeuge zu verwenden.

Werkzeugverschleiß

Die Oberflächen des Stempels und der Matrize sind ständig Reibung ausgesetzt, was zu einem allmählichen Abrieb führt. Infolgedessen vergrößert sich das Spiel zwischen den Werkzeugen, die Winkelgenauigkeit verschlechtert sich, und auf dem Werkstück erscheinen Spuren von Reflexionen oder übermäßigem Druck. Moderne Anlagen verwenden Wartungspläne, die die Anzahl der durchgeführten Zyklen berücksichtigen, und setzen Werkzeugmaterialien mit erhöhter Härte und Beständigkeit gegen abrasiven Verschleiß ein. Eine ordnungsgemäße Wartung wirkt sich positiv auf die Qualität der Arbeit und die Sicherheit des gesamten Prozesses aus.

Grundlagen des Blechbiegens – HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

• Kann jedes Material auf die gleiche Weise gebogen werden?

Nicht jedes Material verhält sich bei der Verformung gleich, was die Wahl der geeigneten Biegemethode erforderlich macht. Unlegierter Stahl weist eine gute Biegetoleranz bei mäßigen Kräften auf, während Titan oder rostfreier Stahl eine präzise Werkzeugauswahl und höhere Drücke erfordern. Zudem neigen einige Legierungen zu starkem Rückfederungsverhalten, was bereits in der Programmierphase der Maschine berücksichtigt werden muss.

• Was sind die häufigsten Fehler beim Biegen von Blechen?

Zu den häufigsten Fehlern gehören: die falsche Wahl des Biegeradius, das Weglassen des Federungsphänomens, die Verwendung von Werkzeugen mit unzureichendem Profil sowie das Nichtberücksichtigen der Faserrichtung und Materialtoleranzen. Manchmal entstehen Probleme auch durch unzureichende Werkzeugwartung oder eine falsche Reihenfolge der Arbeitsschritte im Produktionsprozess.

• Ist es möglich, Bleche ohne Abkantpresse zu biegen?

Ja, es ist möglich, Bleche auch ohne Abkantpresse zu biegen, indem man beispielsweise Schraubstöcke, Gummihämmer oder Kantenbiegegeräte für Werkstattanwendungen verwendet. Diese Verfahren eignen sich gut für einfache Formen und kleine Serien, bieten jedoch nicht die gleiche Präzision und Wiederholbarkeit wie CNC-Bearbeitungsverfahren.

• Wie wird der Rückfederungseffekt kompensiert?

Der Rückfederungseffekt wird durch eine sogenannte Winkelüberhöhung kompensiert, bei der das Werkstück bewusst in einem Winkel gebogen wird, der größer ist als der Zielwinkel. Alternativ können Werkzeuge mit speziellen Geometrien oder Anpassungen im Maschinensteuerungsprogramm eingesetzt werden. In fortschrittlichen CNC-Systemen ist es sogar möglich, die Winkel in Echtzeit anhand von Sensordaten dynamisch anzupassen.