Verfahren zum Biegen von Blech

Abstract

 Zum Biegen von Blechstücken mit Hilfe einer Biegeeinrichtung, die einen Biegestempel (1) und eine Matrize (2) mit verstell­barem Boden (3) aufweist, wird zunächst der praktische Biege­verlauf (8) eines Muster-Blechstücks gleicher Dicke und glei­cher Materialqualität ermittelt und als Referenzkurve (8) ge­speichert. Im Verlauf des Biegevorganges wird der tatsächliche Biegeverlauf (9) registriert und mit dem entsprechenden, ge­speicherten Wert vergleichen. Aufgund der festgestellten Dif­ferenz wird dann die Stellung des Matrizenbodens (3) korrigiert.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Biegen von Blechen mit Hilfe einer Biegeeinrichtung, die einen Biegestempel sowie eine Matrize mit verstellbarem Boden auf­weist, in welche Matrize der Biegestempel je nach erwünschtem Biegewinkel bis zum Auffahren des Bleches auf den Matrizenboden eindringt, wobei der theoretische Biegewinkel bei gleichblei­bender Matrizenöffnung durch die relative Stellung des Matri­zenbodens zur Matrizenöffnung bestimmt ist.

[0002] Es ist bekannt, dass der Biegewinkel beim Blechbiegen mit einem Biegestempel und einer Matrize, bei einer gegebenen Breite der Matrize, durch die Festlegung der Eindringtiefe des Biegestem­pels in die Matrize theoretisch angenähert bestimmt werden kann. Die Praxis hat aber gezeigt, dass der tatsächliche Biege­winkel, je nach Materialqualität und Dickentoleranz des zu bie­genden Blechstückes, kleinere oder grössere Abweichungen vom theoretischen Wert aufweist.

[0003] Durch die Höhenverstellung des Matrizenbodens konnte der ge­wünschte Winkel theoretisch einfach und wiederholbar festgelegt werden. Bei der Wiederholung des Biegevorganges an verschiede­nen, qualitativ gleichwertigen Blechstücken treten jedoch Ab­weichungen im Biegewinkel auf. Dies hängt zum einen damit zu­sammen, dass beim Biegevorgang im Blech nie die theoretische, scharfe Kante entsteht, welche der Arbeitskante des Biegestem­ pels entspricht, sondern es entstehen beim Biegen Abrundungen, welche den Biegewinkel erheblich beeinflussen. Zum anderen fe­dern die beiden Blechschenkel etwas zurück, sobald das Blech vom Biegedruck befreit ist. Die Grösse der Rückfederung hängt ebenfalls von der Blechdicke und der Materialqualität ab, so dass der tatsächliche Endbiegewinkel nie theoretisch genau vor­herbestimmt werden kann.

[0004] Dies bedeutet in der Praxis, dass zwei von verschiedenen Fabri­kanten hergestellte oder aus verschiedenen Produktionsserien stammende, qualitativ gleichwertige und gleich dicke Bleche nach der Bearbeitung an derselben Maschine mit derselben Ein­stellung abweichende Biegewinkel aufweisen können, da das Mate­rialverhalten bezüglich der resultierenden Abrundung des Bugs und der Grösse der Rückfederung geringfügig unterschiedlich sein kann.

[0005] Zur Verbesserung der Genauigkeit beim Biegevorgang wurde von der Anmelderin bereits ein Verfahren vorgeschlagen, gemäss wel­chem die während der Deformation des Blechstücks auftretenden Kräfte kontinuierlich ermittelt und die ermittelten Werte einer Steuereinrichtung zugeführt werden, welche diese mit gespei­cherten Sollwerten vergleicht und in Abhängigkeit der Abwei­chungen den Stempelvorschub beeinflusst. (EP-PS 0 096 278).

[0006] Mit diesem Verfahren konnten gute Resultate erzielt werden. Es ist hingegen das Ziel der Erfindung, ein solches Blechbiegever­ fahren einfacher zu gestalten und trotzdem eine nochmals ge­steigerte Genauigkeit bezüglich des resultierenden Endbiegewin­kels zu erreichen.

[0007] Um dieses Ziel zu erreichen, weist das vorgeschlagene Vorgehen die in Patentanspruch 1 zusammengefassten Merkmale auf. In die­ser Weise werden Winkelmessungen während des Biegevorgangs dazu benutzt, um die richtige Höhenstellung des Matrizenbodens zu bestimmen. Es ist mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens mög­lich, aufgrund der ermittelten Winkeldifferenzen den Boden wäh­rend des Biegevorganges auf korrekte Eindringtiefe einzustel­len, wobei am Ende des Biegevorgangs der tatsächliche Sollwin­kel genau eingehalten wird. Dieses Verfahren weist gegenüber dem bekannten Verfahren eine wesentliche Vereinfachung auf und stellt einen grossen Fortschritt dar.

[0008] Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängi­gen Ansprüchen definiert. So ist es beispielsweise ferner mög­lich, neben der Vergleichskurve des Biegeverlaufs auch die Grösse und den Verlauf der zur Deformation des Blechstücks be­nötigten Biegekraft zu ermitteln. Diese wird dann in Funktion der Eindringtiefe des Biegestempels oder des Deformationswin­kels gespeichert, worauf der tatsächliche Kräfteverlauf beim Biegen des Blechs mit dem gespeicherten Kräfteverlauf vergli­chen und die festgestellten Unterschiede zur zusätzlichen Kor­rektur der Eindringtiefe verwendet werden.

[0009] Das vorgeschlagene Verfahren wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-3 schematische Querschnittsskizzen durch eine Biege­einrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm des Biegewinkelverlaufs; und

Fig. 5 ein Diagramm des Kräfteverlaufs.

[0010] Zum Biegen von Blechstücken wird eine Biegeeinrichtung verwen­det, welche an und für sich bekannt ist und aus einem Biege­stempel sowie aus einer Matrize mit verstellbarem Boden be­steht, in welche der Biegestempel je nach Biegewinkel mehr oder weniger eindringt. Der theoretische Biegewinkel wird bei gleichbleibender Matrizenöffnung durch die relative Stellung des Matrizenbodens zur Matrizenöffnung gegeben. Gemäss der schematischen Skizze in Fig. 1 ist ein Biegestempel 1 vorge­sehen, welcher mit der festen Biegematrize 2 zusammenarbeitet, die einen verstellbaren Boden 3 besitzt. Zum Biegen des Blechs 4 wird dasselbe, mit Hilfe des Biegestempels 1, entlang einer Kante 5 gegen den verstellbaren Boden 3 gepresst. Der gebildete Winkel W wird durch die Lage der Kante 5 bezüglich der Auflage­kanten 6 der Matrize 2 bestimmt. Die Eindringtiefe des Biege­stempels 1 ist in der Fig. 1 mit E bezeichnet.

[0011] Wie schon eingangs erwähnt ist der Biegewinkel W vom Verrun­ dungsradius der Biegekante abhängig. In der Fig. 2 ist schema­tisch dargestellt, wie sich der Winkel W ändert. Das Blechstück 4a weist (theoretisch) eine sehr scharfe Kante in Form einer Linie auf, während das Blechstück 4b eine verrundete Biegekante besitzt. Es ist deutlich zu sehen, dass der Winkel, den die beiden Schenkel des Blechstückes 4a einschliessen, etwas grös­ser ist als der von den Schenkeln des Blechstückes 4b einge­schlossene Winkel. Generell gilt (bei unveränderter Matrizen­einstellung): Je grösser der Verrundungsradius der Biegekante, desto kleiner der resultierende Biegewinkel.

[0012] In der Fig. 3 ist, stark übertrieben gezeichnet, das Rückfede­rungsverhalten eines gebogenen Bleches 4 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass das von der Biegekraft, die vom Stempel 1 ausgeübt wird, entlastete Blech mit seinen beiden Schenkeln etwas zurückfedert, so dass der Biegewinkel bei entlastetem Blech (Stempel 1 zurückgezogen) etwas grösser ist als der theo­retische Biegewinkel in der Situation, wenn der Stempel das Blech 4 vollends gegen den Matrizenboden presst. Die Rückfede­rungsrate ist von der Blechdicke und vom Material des Bleches abhängig und kann kaum mit der erforderlichen Genauigkeit vor­ausberechnet werden.

[0013] Der praktische Biegeverlauf eines Musterblechstücks ist in der Fig. 4 durch die Kurve 8 dargestellt, welche den Zusammenhang zwischen Eindringtiefe E und Winkel W angibt. Einen Einfluss auf den Verlauf der Kurve 8 üben neben der Dickentoleranz des zu biegenden Bleches auch die Streckgrenze, der Elastizitäts­modul und das Verfestigungsverhalten des Blechstückes aus.

[0014] Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird also zunächst dieser praktische Biegeverlauf 8 des Blechstückes ermittelt, indem ein Musterblechstück einer bestimmten Dicke und mit einer bestimm­ten Materialqualität in einer Versuchsreihe gebogen wird. Dabei werden eine Vielzahl von Wertepaaren E/W aufgenommen, in Form einer Kurve dargestellt und als Referenzkurve für die obenge­nannte, bestimmte Materialqualität und Dicke gespeichert.

[0015] Bei der Ausübung des tatsächlichen Biegevorganges unter Verwen­dung von Blechen gleichwertiger Qualität und Dicke wird die Po­sition des verstellbaren Matrizenbodens 3 und damit die Ein­dringtiefe auf einen Wert E_s eingestellt, der gemäss der gespeicherten Vergleichskurve 8 den Sollwinkel W_s ergeben sollte. Dann wird der Biegevorgang gestartet und kontinuierlich weitergeführt. Wenn der Stempel eine erste Eindringtiefe E₅ erreicht hat, wird der effektive Biegewinkel W₅ gemessen und mit dem Biegewinkel W₆ verglichen, welcher sich aus der Ver­gleichskurve 8 ergibt. Die Differenz W₅-W₆ zeigt, dass der effektive Biegewinkel W₅ grösser ist als der theoretisch erwartete Biegewinkel W₆.

[0016] Entsprechend wird bei den Eindringtiefen E₃ und E₁ vorge­gangen: Der effektive Biegewinkel W₃ bzw. W₁ wird gemessen und jeweils mit dem zugeordneten Biegewinkel W₄ bzw. W₂ aus der Kurve 8 verglichen. Aufgrund der ermittelten Winkeldiffe­renzen W₅-W₆, W₃-W₄ und W₁-W₂ ist erkennbar, dass sich für das eben bearbeitete Blech eine von der Vergleichskur­ve 8 abweichende Biegekurve 9 ergibt, die in der Fig. 4 gestri­chelt eingezeichnet ist. Der Verlauf dieser Kurve 9 zeigt, dass bei gleicher Eindringtiefe der tatsächliche Winkel grösser als der erwartete Winkel ist. Aus diesem Grund muss die Lage des verstellbaren Bodens 3 der Matrize 2 korrigiert werden, weil der Sollwinkel nicht bei der Eindringtiefe E_s gemäss Ver­gleichskurve 8 erreicht sein wird, sondern erst bei der kor­rigierten Eindringtiefe E_k.

[0017] Aufgrund der ermittelten Winkeldifferenzen kann die korrigierte Eindringtiefe E_k, d.h. die korrigierte Stellung des Bodens 3 der Matrize, sofort ermittelt und eingestellt werden. Dies kann, bildlich gesprochen, z.B. dadurch geschehen, dass man ein Stück der Kurve 8 ab dem Winkel W₁ an die bisherige, prak­tisch ermittelte Biegeverlaufskurve 9 anfügt. Dadurch ergibt sich ein Schnittpunkt K dieses (in Fig. 4 stärker gezeichneten) angefügten Kurvenstücks 9a mit der dem Endsollwinkel W_s zuge­ordneten Geraden, so dass sich die zugehörige, korrigierte Ein­dringtiefe E_k ermitteln lässt. Schliesslich wird der Matri­zenboden 3 auf den neuen Wert E_k der Eindringtiefe einge­stellt; dies alles erfolgt, während der Biegevorgang kontinu­ierlich weiterläuft. Bis zum Ende des Biegevorganges wird der tatsächliche Sollwinkel W_s genau erreicht sein.

[0018] In der praktischen Ausführung erfolgt diese Extrapolation der Biegeverlaufskurve 9 auf der Grundlage der bekannten Biegever­laufskurve 8 natürlich in einem Rechner-gestützten Steuergerät, in dem auch die Kurve 8 gespeichert ist. Die Extrapolation ist ohne weiteres zulässig, da in der Praxis die Abweichung der Kurve 9 von der Kurve 8 sehr gering und in der Zeichnung aus Deutlichkeitsgründen stark übertrieben gezeigt ist. Die theo­retisch resultierende Ungenauigkeit durch Extrapolation der Kurve 9 auf der Basis der Kurve 8 ist dermassen klein, dass sie ohne weiteres vernachlässigt werden kann.

[0019] Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens ist es vorteil­haft, die Winkelbestimmungen in Abhängigkeit der Eindringtiefe jeweils bei mit dem Biegedruck belastetem Blech durchzuführen, und zwar sowohl bei der Ermittlung der Referenzkurve 8 als auch bei der tatsächlichen Kontrollmessung bei der Eindringtiefe E₁. Dies gestattet ein kontinuierliches Arbeiten, ohne dass der Biegevorgang zur Messung der Biegewinkel unterbrochen wer­den muss.

[0020] Des weiteren ist es vorteilhaft, die letzte Kontrollmessung des Biegewinkels soweit rechtzeitig vor Erreichen des (erwarteten) Sollwinkels durchzuführen, dass noch genügend Zeit verbleibt, den Matrizenboden auf den korrigierten Höhenlagewert einzustel­len. Andererseits soll aber die letzte Kontrollmessung mög­lichst spät erfolgen, so dass nur ein verhältnismässig kleiner Bereich der Kurve 9 aus der Referenzkurve 8 extrapoliert werden muss, wodurch die Genauigkeit weiter ansteigt.

[0021] Eine weitere Ausbildung des vorgeschlagenen Verfahrens kann darin bestehen, dass neben dem theoretischen Biegeverlauf auch die Grösse und der Verlauf dem praktisch zur Deformation des Blechstückes benötigten Kraft an einem Musterblech gleicher Dicke und gleicher Qualität ermittelt und in Funktion der Ein­dringtiefe oder des Deformationswinkels gespeichert wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei gleichbleibender Eindring­tiefe des Stempels 1 auch bei der Verwendung der gleichen Ma­trize mit den gleichen Auflagekanten der Winkel nicht gleich bleibt, sondern sich infolge von Herstellungstoleranzen des Blechs ändert, da das eine Blech weniger und das andere Blech mehr Kraft zum Biegen benötigt.

[0022] Zwischen dem Biegewinkel und der Eindringtiefe besteht also eine Funktion, welche vom jeweiligen Kräfteverlauf abhängt. In der Vervollkommnung des Verfahrens wird deshalb die Grösse der Biegekraft im Biegestempel entlang des Stempelweges gemessen und ein Rechner mit den Messwerten gespeist. Es ergibt sich so eine Kurve 11 (Fig. 5), welche den tatsächlichen Kräfteverlauf in Funktion des Weges des Biegestempels beim Biegen darstellt. Dieser Kräfteverlauf wird mit dem gespeicherten Referenz-Kräf­teverlauf verglichen, wobei die festgestellten Unterschiede zur zusätzlichen Korrektur der Eindringtiefe, d.h. zur zusätzlichen Korrektur der Stellung des verstellbaren Bodens 3 verwendet wird.

[0023] In der praktischen Ausführung wird der Biegestempel 1 zweitei­lig ausgeführt und besteht aus einem oberen Teil 1a und aus einem unteren Teil 1b, wobei zwischen den beiden Teilen eine Messeinrichtung 10 Aufnahme findet. Diese Messeinrichtung kann zum Beispiel als elektrische Kraftmessdose ausgebildet sein und dient zum Messen des durch den Stempel 1 ausgeübten Drucks auf das Blechstück 4. Die Messwerte werden in einem Rechner regi­striert und verarbeitet, welcher auf die Verstellvorrichtung des Matrizenbodens einwirken kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Biegen von Blechen mit Hilfe einer Bie­geeinrichtung, die einen Biegestempel (1) sowie eine Matrize (2) mit verstellbarem Boden (3) aufweist, in welche Matrize (2) der Biegestempel (1) je nach erwünschtem Biegewinkel (W) mehr oder weniger eindringt, wobei der theoretische Biegewinkel bei gleichbleibender Matrizenöffnung durch die relative Stellung des Matrizenbodens (3) zur Matrizenöffnung (6-6) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einer Versuchsreihe mit einer bestimmten Blechqualität der effektive Biegewinkel (W) in Funktion der Eindringtiefe (E) des Biegestempels (1) in die Matrize (2) ermittelt und als Vergleichskurve (8) gespei­chert wird, worauf im tatsächlichen Biegevorgang von weiteren, gleichwertigen Blechen der Winkel (W₁) des belasteten Blechs (4) im Verlauf des Biegevorgangs bei mindestens einer ausge­wählten Eindringtiefe (E₁) gemessen und mit dem sich aus der Vergleichskurve (8) ergebenden entsprechenden Winkel (W₂) verglichen wird, und dass die Stellung des Matrizenbodens (3) aufgrund der ermittelten Winkeldifferenz (W₁-W₂) korrigiert wird, worauf der Biegevorgang bis zum Erreichen der korrigier­ten Stellung des Bodens (3) der Matrize (2) fertig ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Biegewinkel (W₁) des belasteten Blechs (4) und der Vergleich mit den sich aus der Vergleichskurve (8) ergebenden, entsprechenden Biegewinkeln (W₂, W₄, W₆) bei mindestens zwei, vorzugsweise drei verschiedenen Eindring­tiefen (E₁, E₃, E₅) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass die letzte Messung des Biegewinkels (W₁) und der Vergleich desselben mit dem Winkelwert (W₂) aus der Ver­gleichskurve (8) im Verlauf des tatsächlichen Biegevorgangs so weit vor Erreichen des Sollbiegewinkels (W_s) erfolgt, dass für die Korrektur der Stellung des Matrizenbodens (3) genügend Zeit verbleibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­kennzeichnet, dass der Korrekturwert für die Verstellung des Matrizenbodens (3) durch Extrapolation der gemessenen Winkel­differenz-Werte auf der Basis der gespeicherten Vergleichskurve (8) ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­kennzeichnet, dass neben der Vergleichskurve (8) des Biegever­laufs auch die Grösse und der Verlauf der zur Deformation des Musterblechs (4) benötigten Biegekraft ermittelt und in Funk­tion der Eindringtiefe des Biegestempels (1) oder des Biegewin­kels (W) als weitere Vergleichskurve (11) gespeichert wird, worauf der tatsächliche Kräfteverlauf beim Biegen von weiteren, gleichwertigen Blechen (4) mit dem gespeicherten Kräfteverlauf verglichen und die festgestellten Unterschiede zur zusätzlichen Korrektur der Stellung des Matrizenbodens (3) verwendet werden.

Zeichnung