Verfahren zum Biegen eines Werkstückes

Abstract

 Beim Verfahren zum Biegen eines Werkstückes nach einem gegebe­nen Biegewinkel wird das Werkstück zunächst nach einem etwas grösseren Winkel gebogen als der gegebene Endbiegewinkel, wor­auf durch eine Entlastung des Biegestempels (5) die Entspannung des vorgebogenen Werkstückes (14) erfolgt. Danach wird der Be­trag der Rückfederung durch Messung des effektiven Biegewinkels nach der ersten Biegeoperation ermittelt. Nun wird der Matri­zenboden (22) derart verstellt, dass bei der nachfolgenden, zweiten Biegeoperation ein Biegewinkel resultieren würde, der dem gegebenen Endbiegewinkel minus dem Betrag der Rückfederung entspricht. Nach der Entlastung des Werkstückes nach der zwei­ten Biegeoperation wird das Werkstück derart zurückfedern, dass es genau den erwünschten Endbiegewinkel besitzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Biegen eines Werkstückes nach einem gegebenen Sollwinkel. Das Verfahren wird mit Hilfe einer Biegeeinrichtung ausgeübt, die einen Biegestem­pel sowie eine Biegematrize aufweist, welche einen dem zu bil­denden Winkel entsprechend verstellbaren Matrizenboden besitzt.

[0002] Beim Blechbiegen mit einem Biegestempel und einer Matrize bie­tet die exakte Einhaltung eines vorgegebenen Biegewinkels gros­se Schwierigkeiten. Der Biegewinkel kann zwar durch die Bestim­mung der Eindringtiefe des Biegestempels in die Matrize bei ei­ner gegebenen Breite der Matrize theoretisch genau berechnet werden, wobei jedoch die theoretischen Werte praktisch nicht erreicht werden können, da der tatsächliche Biegewinkel, je nach Genauigkeit des Stempelvorschubs in die Matrize sowie Qua­lität und Stärke des zu biegenden Blechstückes, kleinere oder grössere Abweichungen vom Sollwert aufweist.

[0003] Eine gewisse Verbesserung bringt die Verwendung einer Biegeein­richtung, bei welcher der Biegewinkel sehr einfach und exakt eingestellt und auch geändert werden kann. Solche Biegeeinrich­tungen weisen zweckmässigerweise eine Biegematrize auf, die einen verstellbaren Matrizenboden besitzt. Der Biegewinkel kann ohne Auswechslung der Matrize durch die Einstellung bzw. Ände­rung der Höhenlage des Matrizenbodens exakt bestimmt und geän­dert werden. Die Biegematrize weist an ihrer, dem Biegestempel zugekehrten Seite eine längsverlaufende Nut auf, die durch die relative Lage der beiden, die Nutenöffnung begrenzenden festen Auflagekanten und des beweglichen Nutengrundes den momentanen Biegewinkel bestimmt. Doch auch in diesem Fall tritt bei ent­lastetem Werkstück ein Rückfedern auf, so dass der tatsächliche Biegewinkel nicht mit dem theoretischen, berechneten Wert über­einstimmt.

[0004] Aus diesem Grunde ist es unerlässlich, in Versuchsreihen bei einer bestimmten Blechqualität und -stärke die Abweichungen des Biegewinkels vom Sollwert zu ermitteln und eine entsprechende Korrektur des Stempelvorschubs in die Matrize bzw. eine Korrek­tur der Höhenlage des verstellbaren Matrizenbodens durchzufüh­ren, bevor die eigentliche Produktion der abgebogenen Bleche beginnen kann.

[0005] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier eine Ver­besserung zu schaffen und ein Verfahren zum Biegen von Werk­stücken nach einem gegebenen Sollwinkel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 vorzuschlagen, welches die Notwendigkeit von zeit- und materialintensiven Versuchsreihen vor der Produk­tion vermeidet und mit welchem Werkstücke unabhängig von der Materialqualität und -stärke sehr präzise gebogen werden können.

[0006] Gemäss der Erfindung wird dies mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen erreicht.

[0007] Dazu ist eine Einrichtung erforderlich, mit welcher der Blech­winkel während des Biegevorganges kontinuierlich und sehr genau gemessen werden kann. Zu diesem Zwecke hat die Anmelderin be­reits ein Winkelmessgerät vorgeschlagen, welches ein gegen das zu messende Werkstück an einer ersten Stelle anlegbares Aufla­geelement, sowie einen mit dem Auflageelement schwenkbar ver­bundenen, an einer von dar ersten Anlagestelle entfernt liegen­den Stelle gegen das zu messende Blechstück anlegbaren Tastkopf aufweist. Die Verbindung der Berührungsstellen des Auflageele­mentes und des Tastkopfes mit dem Werkstück definieren die mo­mentane Winkellage des Werkstückes. Zum Erfassen der Schwenkbe­wegung des Tastkopfes ist ein Winkelmessorgan vorhanden.

[0008] Mit einem solchen Winkelmessgerät kann der tatsächliche Blech­winkel kontinuierlich und exakt bestimmt werden, so dass eine Abweichung vom Sollwert bei jeder Winkelstellung genau bestimm­bar ist.

[0009] Eine weitere Massnahme, die zur Verbesserung der Genauigkeit beim Biegevorgang beiträgt, besteht darin, dass eine Deforma­tion der primär am Pressvorgang beteiligten Elemente der Biege­maschine verhindert bzw. kompensiert wird, um eine ungenaue Be­arbeitung des Werkstückes zu vermeiden.

[0010] Zu diesem Zwecke hat die Anmelderin bereits vorgeschlagen, ei­nen Biegestempel zu verwenden, dessen Stempelhalter auf einem Stützelement ruht, das in einem Halterungsteil vertikal ver­ schiebbar und auf einem Ölkissen aufliegend gelagert ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Ölkissen mit einer Membrane abge­deckt ist, auf welcher dann das Stützelement aufliegt. Um bei verschieden langen Biegestempeln eine Überkompensation der Durchbiegung zu vermeiden, wurde bereits von der Anmelderin weiter vorgeschlagen, einen Biegestempel zu verwenden, bei wel­chem der Stützbalken entlang seiner Längenausdehnung mehrfach unterteilt ist, so dass unabhängig voneinander vertikal ver­schiebbar geführte Balkenteile vorhanden sind.

[0011] Bei einer bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens zum Biegen eines Werkstückes nach einem gegebenen Sollwinkel wird eine Biegeeinrichtung verwendet, die einen elastisch abge­stützten Biegestempel sowie eine Biegematrize mit einem dem zu bildenden Winkel entsprechend verstellbaren Matrizenboden auf­weist.

[0012] Die Entlastung des Werkstückes im zweiten Arbeitsgang kann da­bei in vorteilhafter Weise durch eine Verminderung des Druckes in der elastischen Stütze des Stempels erfolgen. Die volle Be­lastung des Stempels im letzten Arbeitsgang erfolgt dagegen durch die Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes in der elastischen Stütze. In dieser Weise wird ein einfaches, zuverlässiges und präzises Vorgehen ermöglicht, welches das genaue Einhalten eines vorgegebenen Blechwinkels erlaubt.

[0013] In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen ist eine geeignete Bie­ geeinrichtung zur Ausübung des Verfahrens im Vertikalschnitt schematisch dargestellt. Die Fig. 2-7 zeigen schematische Quer­schnitts-Skizzen durch Stempel, Blech und Matrize während ver­schiedenen Phasen des erfindungsgemässen Biegeverfahrens.

[0014] Die Biegeeinrichtung besteht grundsätzlich aus einem vertikal beweglichen Oberwerkzeug A sowie aus einem festen Unterwerkzeug B. Das Oberwerkzeug A ist mit einem Träger 1 versehen, welcher am beweglichen Holm einer Abkantpresse in bekannter Weise ange­ordnet ist. Am Träger 1 des Holmes ist ein Verbindungsorgan 2 durch eine Schweissverbindung 3 befestigt, wobei das Verbin­dungsorgan 2 eine schlitzartige, sich im wesentlichen über die ganze Breite des Verbindungsorganes erstreckende Ausnehmung be­sitzt, in welche ein Stempelhalter 4 hineinragt. Der Stempel­halter 4 ist mit einem Biegestempel 5 versehen, der unmittelbar zur Biegung eines Werkstückes, z.B. eines Blechstückes 14 dient. Die Befestigung des Stempels 5 im Stempelhalter 4 er­folgt durch einen Fortsatz 6, welcher in eine korrespondieren­den Nut 7 des Stempelhalters 4 eingreift und dort mit Klemmor­ganen 8 festgehalten ist.

[0015] Wesentlich ist, dass sich im Verbindungsorgan 2 eine kanalar­tige Vertiefung 9 befindet, welche sich über einen Teil der Breite der Ausnehmung erstreckt und mittels einer Membrane 11 abgedeckt ist. Zum Festhalten der Membrane 11 dient ein Mem­branhalter 12, welcher sich gegen einen Halteflansch 15 ab­stützt. Die kanalartige Vertiefung ist mit Flüssigkeit 13, z.B. mit Drucköl gefüllt, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass der Flüssigkeitsdruck durch bekannte Mittel, z.B. durch eine entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte, Pumpe er­höht und herabgesetzt werden kann.

[0016] Der Biegestempel 5 weist eine Arbeitskante 17 auf, wo die bei­den Arbeitsflächen l6 des Stempels 5 zusammenstossen und zwar unter einem Winkel, der kleiner ist als der kleinste, mit die­sem Werkzeug herzustellende Winkel.

[0017] Es ist möglich zwischen dem Stempelhalter 4 und der Membrane 11 ein Zwischenstück einzusetzen, welches als Stützbalken wirkt und entlang seiner Längenausdehnung mehrfach unterteilt ist, so dass immer nur ein Teil des Balkens der Belastung ausgesetzt wird, welcher Teil der effektiven Länge des zur Verwendung kom­menden Stempelhalters 4 entspricht. Es kann so eine Überkompen­sation der Durchbiegung auch dann nicht auftreten, wenn der Stempelhalter 4 verhältnismässig kurz ist.

[0018] Das Unterwerkzeug B weist einen Matrizenkörper 18 auf, der an seiner dem Stempel 5 zugekehrten Fläche mit einer Längsnut 19 ausgerüstet ist. Diese Längsnut bestimmt durch die relative Lage der beiden die Nutenöffnung begrenzenden Auflagekanten 20 und durch die Tiefe des Nutengrundes 21 den Biegewinkel.

[0019] Die flache Längsnut l9 ist in der vertikalen Längsmittelebene der Matrizenkörpers 18 angeordnet und mit einem verstellbaren Boden 21 ausgerüstet. Zu diesem Zwecke wird der Nutenboden 21 z.B. durch als Stützen wirkende Stifte 22 gebildet, welche in nebeneinander angeordneten vertikalen Öffnungen des Matrizen­körpers 18 eingesetzt und in diesen Öffnungen verschiebbar ge­führt sind. Die oberen Stirnflächen der Stifte 22 bilden dabei den Nutenboden 21.

[0020] Zur Verstellung des Nutenbodens 21 ruhen die, dem Nutenboden 21 abgekehrten Stiftenden in bekannter Weise auf einer nicht dar­gestellten Anschlagleiste, die auf einer schrägen Fläche ver­stellbar ist und so ein präzises Heben oder Senken des Nutenbo­dens 21 ermöglicht.

[0021] Das zu verformende Blechstück 14 liegt, wie aus der Fig. 1 er­sichtlich, auf dem Matrizenkörper 18 auf. Zur Durchführung der Biegeoperation wird zunächst der Nutenboden 21 in eine Lage ge­bracht, in welcher der Boden zusammen mit den Auflagekanten 20 einen Winkel bestimmt, welcher grösser ist als der Sollwinkel. Durch Senken des Biegestempels 5 wird mit Hilfe der Arbeitskan­te 17 das Blechstück 14 gegen den Nutenboden 21 gepresst. In dieser Lage steht das Blechstück unter einer gewissen Vorspan­nung, welche materialbedingt ist. Diese Vorspannung wird da­durch gelöst, indem das Blechstück 14 entlastet wird, wobei die Entlastung durch Zurückziehen des Biegestempels 5 erfolgt. In bevorzugter Weise ist es aber auch möglich, die Entlastung des Bleckstückes 14 durch die Verminderung des Flüssigkeitsdruckes in der kanalartigen Vertiefung 9 zu bewirken. Damit federt das soll darauf hingewiesen werden, dass die Darstellungen stark übertrieben gezeichnet sind, um die während des Biegevorganges auftretenden Verhältnisse deutlicher darstellen zu können.

[0022] In der Ausgangslage gemäss Fig. 2 ist der Biegestempel 5 hoch­gefahren und ein zu biegendes Blechstück 14 liegt auf der Ober­fläche der Matrize 18 auf. Der verstellbare Nutenboden 22 ist dabei in einer ersten Stellung, bei der sich die Oberfläche 21 des Nutenbodens 22 in einer Distanz a unterhalb der Oberfläche des Matrizenkörpers 18 befindet. Diese Position a entspricht einem bestimmten Biegewinkel α, der etwas grösser ist als der tatsächlich zu erreichende, vorgegebene Biegewinkel β.

[0023] Nun wird der Biegestempel 5 gegen die Matrize 18 hin verscho­ben, trifft auf die Oberfläche des Bleches 14 und beginnt, die­ses zu biegen. Die Vorschubbewegung des Stempels 5 wird solange fortgesetzt, bis die vorlaufende Kante des Blechbuges auf die Oberfläche des Matrizenbodens 22 auftrifft und dann gestoppt. Jetzt schliessen die beiden Schenkel 14a und 14b des Bleches 14 den errechneten Winkel α ein. Diese Situation ist in Fig. 3 dargestellt.

[0024] Anschliessend wird das vorgebogene Blech 14 entlastet, indem zum Beispiel der Biegestempel 5 etwas zurückgezogen wird. Wie aus der Darstellung der Fig. 4 zu sehen ist, federt das gebo­gene Blech etwas zurück, so dass der von den beiden Schenkeln 14a und 14b eingeschlossene Winkel α′ etwas grösser ist als der theoretische Biegewinkelα. Diese Rückfederung ist bei praktisch allen Blecharten zu beobachten und die Grösse der Rückfederung hängt von dem Material und der Qualität des Ble­ches, von dessen Dicke etc. ab.

[0025] Als nächstes wird der effektive Winkel α′ gemessen, der bei entlastetem Blech 14 vorhanden ist. Dies kann mit dem eingangs erwähnten Winkelmessgerät erfolgen. Die Grösse des Winkels ist bekannt, und es wird die Differenz (α′ -α) gebildet. Des weiteren ist die Stellung b des Matrizenbodens 22 bekannt, bei welcher das Blech exakt zu einem Winkel β gebogen würde. Schliesslich ist die Rückfederungsrate (α′ -α) bekannt. Daraus lässt sich die definitive Stellung (b + Δb) des Matrizenbodens 21 berechnen, bei der das Blech 14 schliesslich genau die gewünschte Biegung aufweisen wird.

[0026] Gemass Fig 5 wird der Matrizenboden 22 in eine zweite Stellung verschoben, in der die Oberfläche 21 einen Abstand (b + Δb) von der Oberfläche des Matrizenkörpers 18 aufweist. Der Betrag von (b +Δb) ist etwas grösser als der Betrag von a, entsprechend einem kleineren, resultierenden Biegewinkel. Dann wird der Biegestempel 5 erneut gegen die Matrize 18 hin verschoben, bis die vorlaufende Kante des Blechbuges die Oberfläche 21 des Matrizenbodens 22 berührt, und dann gestoppt. Diese Situation ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei schliessen die beiden Schenkel 14a und 14b des Bleches 14 einen Winkel β′ ein, der etwas kleiner ist als der gewünschte Biegewinkel β.

[0027] Nach der Entlastung des Bleches 14 z.B. durch Rückzug des Bie­gestempels 5 (Fig. 7) federt das Blech 14 wiederum etwas zu­rück, um schliesslich exakt den gewünschten Biegewinkel β auf­zuweisen.

[0028] In der Praxis unterscheiden sich die beiden Winkel alpha und β nur sehr wenig; als Anhaltspunkt kann folgendes Beispiel dienen:

[0029] Wenn ein Blech mit einem Winkel von exakt 90° gebogen werden soll, erfolgt die erste Biegung auf einen Winkel von etwa 91°, also auf einen Winkel, der sicher etwas grösser ist als der schlussendlich erwünschte Winkel. Nach erfolgter Entlastung des zum ersten Mal gebogenen Bleches federn die beiden Schenkel et­was zurück, so dass sie nun einen Winkel von 93° einschliessen. Die Differenz beträgt somit 2°.

[0030] Es kann davon ausgegangen werden, dass die Rückfederung nach der anschliessenden, zweiten Biegeoperation um denselben Win­kelbetrag erfolgen wird, da die Verhältnisse im wesentlichen gleich bleiben. Somit wird, nach der Entlastung des Bleches, der Matrizenboden um soviel verstellt, dass nach der zweiten Biegung ein Biegewinkel von 88° bei belastetem Blech resul­tiert. Wird das Blech nach der zweiten Biegeoperation entla­stet, federn die beiden Schenkel wieder um je 1° zurück, mit dem Resultat, dass der Biegewinkel exakt die erwünschten 90° beträgt.

[0031] Sämtliche Vorgänge können automatisch und vorprogrammiert durchgeführt werden, da die beschriebenen, bereits bestehenden Einrichtungen zu diesem Zwecke in jeder Beziehung geeignet sind.

Ansprüche

1. Verfahren zum Biegen eines Werkstückes nach einem gegebenen Sollwinkel mit Hilfe einer Biegeeinrichtung, die einen Bie­gestempel sowie eine Biegematrize mit einem Matrizenboden aufweist, welcher dem zu bildenden Biegewinkel entsprechend verstellbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem ersten Arbeitsgang die Höheneinstellung des Matri­zenbodens (21) entsprechend einem ersten Winkel erfolgt, welcher grösser als der gegebene Sollwinkel ist, worauf das Werkstück (14) durch Senken des Stempels (5) bis zum Boden (21) der Matrize (18) diesem ersten Winkel entsprechend ge­bogen wird;
in einem zweiten Arbeitsgang das gebogene Werkstück (14) entlastet wird, so dass eine Rückfederung desselben in eine entspannte Lage erfolgt;
in einem dritten Arbeitsgang der durch das zurückgefederte, entspannte Werkstück (14) gebildete Winkel gemessen, mit dem ersten Winkel verglichen und die Stellung des Matrizenbodens (21) auf einen Wert korrigiert wird, der dem gegebenen Soll­winkel abzüglich der Differenz zwischen dem am entspannten Werkstück gemessenen Winkel und dem ersten Winkel ent­spricht, und worauf
in einem vierten Arbeitsgang das vorgebogene Werkstück (14) mit dem wieder voll belasteten Stempel (5) gegen den Matri­zenboden (21) gedrückt wird, welcher die korrigierte defini­tive Höhenstellung einnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Biegeeinrichtung einen elastisch unter Flüssigkeitsdruck gelagerten Biege­stempel aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Entlastung des Werkstückes im zweiten Arbeitsgang durch eine Verminderung des Flüssigkeitsdruckes in der elastischen Stütze (13) des Stempels (5) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die volle Belastung des Stempels (5) im letzten Arbeitsgang durch die Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes in der elasti­schen Stütze (13) des Stempels (5) erfolgt.

Zeichnung