Der Dornbiegevorgang beginnt seinen Zyklus. Der Dorn wird in den Innendurchmesser des Rohrs eingeführt. Die Biegematrize (links) bestimmt den Radius. Die Klemmmatrize (rechts) führt das Rohr um die Biegematrize, um den Winkel zu bestimmen.
Branchenübergreifend besteht weiterhin ein ungebrochener Bedarf an komplexen Rohrbiegeverfahren. Ob es sich nun um Strukturkomponenten, mobile medizinische Geräte, Rahmen für Geländefahrzeuge oder Nutzfahrzeuge oder sogar Metall-Sicherheitsstangen in Badezimmern handelt, jedes Projekt ist anders.
Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, sind eine gute Ausrüstung und vor allem das richtige Fachwissen erforderlich. Wie jede andere Fertigungsdisziplin beginnt auch das effiziente Rohrbiegen mit der Kernvitalität, den grundlegenden Konzepten, die jedem Projekt zugrunde liegen.
Einige grundlegende Faktoren helfen dabei, den Umfang eines Rohr- oder Rohrbiegeprojekts zu bestimmen. Faktoren wie Materialtyp, Endverwendung und geschätzter jährlicher Verbrauch wirken sich direkt auf den Herstellungsprozess, die damit verbundenen Kosten und die Lieferzeiten aus.
Der erste kritische Kern ist der Krümmungsgrad (DOB) oder der durch die Biegung gebildete Winkel. Als nächstes folgt der Mittellinienradius (CLR), der entlang der Mittellinie des zu biegenden Rohrs oder Schlauchs verläuft. Normalerweise ist der engste erreichbare CLR doppelt so groß wie der Durchmesser des Rohrs oder Schlauchs. Verdoppeln Sie den CLR, um den Mittelliniendurchmesser (CLD) zu berechnen. Dies ist der Abstand von der Mittellinienachse des Rohrs oder Schlauchs durch eine andere Mittellinie einer 180-Grad-Rückbiegung.
Der Innendurchmesser (ID) wird an der breitesten Stelle der Öffnung im Inneren des Rohrs oder Schlauchs gemessen. Der Außendurchmesser (OD) wird über den breitesten Bereich eines Rohrs oder Schlauchs einschließlich der Wand gemessen. Schließlich wird die nominale Wandstärke zwischen der Außen- und Innenfläche des Rohrs oder Schlauchs gemessen.
Die Industriestandardtoleranz für den Biegewinkel beträgt ±1 Grad. Jedes Unternehmen verfügt über einen internen Standard, der auf der verwendeten Ausrüstung sowie der Erfahrung und dem Wissen des Maschinenbedieners basieren kann.
Rohre werden nach ihrem Außendurchmesser und ihrer Stärke (d. h. Wandstärke) gemessen und angegeben. Gängige Stärken sind 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 und 20. Je niedriger die Stärke, desto dicker die Wand: 10-ga. Das Rohr hat eine Wandstärke von 0,134 Zoll und 20-ga. Das Rohr hat eine Wandstärke von 0,035 Zoll. 1½ Zoll und 0,035 Zoll Außendurchmesser. Die Wandstärke wird auf dem Teileaufdruck als „1½ Zoll“ bezeichnet. 20-ga. Rohr.“
Rohre werden durch eine Nennrohrgröße (NPS), eine dimensionslose Zahl, die den Durchmesser (in Zoll) beschreibt, und eine Wandstärkentabelle (oder Sch.) spezifiziert. Rohre sind je nach Verwendungszweck in verschiedenen Wandstärken erhältlich. Gängige Listen sind Sch. 5, 10, 40 und 80.
Ein Rohr mit 1,66 Zoll Außendurchmesser und 0,140 Zoll NPS markierte die Wand auf der Teilezeichnung, gefolgt vom Zeitplan – in diesem Fall „1¼“.Shi.40 Rohre.“ Das Rohrplandiagramm gibt den Außendurchmesser und die Wandstärke des zugehörigen NPS und Plans an.
Der Wandfaktor, also das Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Wandstärke, ist ein weiterer wichtiger Faktor für Rohrbögen. Bei der Verwendung dünnwandiger Materialien (bis 18 ga) ist möglicherweise mehr Unterstützung am Biegebogen erforderlich, um Faltenbildung oder ein Durchhängen zu verhindern. In diesem Fall sind für ein hochwertiges Biegen Dorne und andere Werkzeuge erforderlich.
Ein weiteres wichtiges Element ist die Biegung D, der Durchmesser des Rohrs im Verhältnis zum Biegeradius, der oft als Biegeradius bezeichnet wird und um ein Vielfaches größer ist als der Wert von D. Beispielsweise beträgt ein 2D-Biegeradius 3 Zoll. Der Außendurchmesser eines Rohrs beträgt 6 Zoll. Je höher der D der Biegung, desto einfacher lässt sich die Biegung bilden. Und je niedriger der Wandkoeffizient, desto einfacher lässt sie sich biegen. Diese Korrelation zwischen dem Wandfaktor und der Biegung D hilft bei der Bestimmung der Anforderungen für den Beginn eines Rohrbiegeprojekts.
Abbildung 1. Um die prozentuale Ovalität zu berechnen, teilen Sie die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Außendurchmesser durch den nominalen Außendurchmesser.
Einige Projektspezifikationen erfordern dünnere Rohre oder Leitungen, um die Materialkosten im Griff zu behalten. Dünnere Wände können jedoch eine längere Produktionszeit erfordern, um die Form und Konsistenz des Rohrs an Biegungen beizubehalten und die Möglichkeit einer Faltenbildung auszuschließen. In manchen Fällen überwiegen diese höheren Arbeitskosten die Materialeinsparungen.
Wenn das Rohr gebogen wird, kann es in der Nähe der Biegung und um diese herum 100 % seiner runden Form verlieren. Diese Abweichung wird als Ovalität bezeichnet und ist definiert als die Differenz zwischen der größten und kleinsten Abmessung des Außendurchmessers des Rohrs.
Beispielsweise kann ein Rohr mit 2 Zoll Außendurchmesser nach dem Biegen bis zu 1,975 Zoll messen. Dieser Unterschied von 0,025 Zoll ist der Ovalitätsfaktor, der innerhalb akzeptabler Toleranzen liegen muss (siehe Abbildung 1). Je nach Endverwendung des Teils kann die Toleranz für die Ovalität zwischen 1,5 % und 8 % liegen.
Die Hauptfaktoren, die die Ovalität beeinflussen, sind der Winkel D und die Wandstärke. Beim Biegen kleiner Radien in dünnwandigen Materialien kann es schwierig sein, die Ovalität innerhalb der Toleranz zu halten, aber es ist möglich.
Die Ovalität wird kontrolliert, indem der Dorn während des Biegens in das Rohr oder die Leitung eingesetzt wird. Bei einigen Teilespezifikationen wird auch ein (DOM-)Rohr verwendet, das von Anfang an auf den Dorn gezogen wird. (DOM-Rohre weisen sehr enge Innen- und Außendurchmessertoleranzen auf.) Je geringer die Ovalitätstoleranz, desto mehr Werkzeuge und potenzielle Produktionszeit sind erforderlich.
Bei Rohrbiegevorgängen wird mit speziellen Prüfgeräten überprüft, ob die geformten Teile den Spezifikationen und Toleranzen entsprechen (siehe Abbildung 2). Alle erforderlichen Anpassungen können bei Bedarf auf die CNC-Maschine übertragen werden.
Rolle. Das Rollenbiegen ist ideal für die Herstellung von Biegungen mit großem Radius. Dabei wird das Rohr oder der Schlauch in einer dreieckigen Konfiguration durch drei Rollen geführt (siehe Abbildung 3). Die beiden äußeren, normalerweise festen Rollen stützen die Unterseite des Materials, während die innere, einstellbare Rolle auf die Oberseite des Materials drückt.
Kompressionsbiegen. Bei dieser relativ einfachen Methode bleibt die Biegematrize stationär, während die Gegenmatrize das Material um die Vorrichtung herum biegt oder komprimiert. Bei dieser Methode wird kein Dorn verwendet und es ist eine genaue Übereinstimmung zwischen der Biegematrize und dem gewünschten Biegeradius erforderlich (siehe Abbildung 4).
Drehen und biegen. Eine der gängigsten Formen des Rohrbiegens ist das Rotationsstreckbiegen (auch Dornbiegen genannt), bei dem Biege- und Druckmatrizen sowie Dorne zum Einsatz kommen. Dorne sind Metallstäbe oder -kerne, die das Rohr oder die Röhre beim Biegen stützen. Durch die Verwendung eines Dorns wird verhindert, dass das Rohr beim Biegen zusammenfällt, sich abflacht oder Falten wirft. Dadurch bleibt die Form des Rohrs erhalten und geschützt (siehe Abbildung 5).
Zu dieser Disziplin gehört das Mehrradienbiegen für komplexe Teile, die zwei oder mehr Mittellinienradien erfordern. Das Mehrradienbiegen eignet sich auch hervorragend für Teile mit großen Mittellinienradien (Hartwerkzeuge sind möglicherweise keine Option) oder komplexe Teile, die in einem vollständigen Zyklus geformt werden müssen.
Abbildung 2. Spezialgeräte bieten Echtzeitdiagnosen, die den Bedienern dabei helfen, Teilespezifikationen zu bestätigen oder während der Produktion notwendige Korrekturen vorzunehmen.
Um diese Art des Biegens durchzuführen, ist eine Rotationszugbiegemaschine mit zwei oder mehr Werkzeugsätzen ausgestattet, einer für jeden gewünschten Radius. Durch benutzerdefinierte Einstellungen einer Abkantpresse mit zwei Köpfen – einer zum Biegen nach rechts und der andere zum Biegen nach links – können sowohl kleine als auch große Radien am selben Teil erzeugt werden. Der Übergang zwischen linken und rechten Winkelstücken kann beliebig oft wiederholt werden, sodass komplexe Formen vollständig geformt werden können, ohne das Rohr zu entfernen oder andere Maschinen einzusetzen (siehe Abbildung 6).
Zu Beginn richtet der Techniker die Maschine entsprechend der im Biegedatenblatt oder Produktionsausdruck aufgeführten Rohrgeometrie ein und gibt die Koordinaten aus dem Ausdruck zusammen mit den Längen-, Rotations- und Winkeldaten ein oder lädt sie hoch. Anschließend folgt die Biegesimulation, um sicherzustellen, dass das Rohr während des Biegezyklus die Maschine und die Werkzeuge passieren kann. Wenn die Simulation eine Kollision oder Störung anzeigt, passt der Bediener die Maschine nach Bedarf an.
Während diese Methode normalerweise für Teile aus Stahl oder Edelstahl erforderlich ist, können die meisten Industriemetalle, Wandstärken und Längen berücksichtigt werden.
Freies Biegen. Beim freien Biegen handelt es sich um eine interessantere Methode, bei der eine Matrize verwendet wird, die die gleiche Größe wie das zu biegende Rohr oder die zu biegende Leitung hat (siehe Abbildung 7). Diese Technik eignet sich hervorragend für Winkel- oder Mehrradienbiegungen über 180 Grad mit wenigen geraden Abschnitten zwischen den einzelnen Biegungen (herkömmliche Rotations-Streckbiegungen erfordern einige gerade Abschnitte, die das Werkzeug greifen kann). Beim freien Biegen ist kein Festklemmen erforderlich, daher besteht keine Gefahr, dass Rohre oder Leitungen beschädigt werden.
Dünnwandige Rohre – die häufig in Maschinen für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Möbelkomponenten sowie medizinischen bzw. gesundheitsfördernden Geräten verwendet werden – eignen sich ideal zum freien Biegen. Teile mit dickeren Wänden hingegen sind möglicherweise nicht die geeigneten Kandidaten.
Für die meisten Rohrbiegeprojekte werden Werkzeuge benötigt. Beim Rotationsstreckbiegen sind die drei wichtigsten Werkzeuge Biegematrizen, Druckmatrizen und Klemmmatrizen. Je nach Biegeradius und Wandstärke können auch ein Dorn und eine Wischermatrize erforderlich sein, um akzeptable Biegungen zu erzielen. Teile mit mehreren Biegungen erfordern eine Spannzange, die das Rohr greift und sich sanft an der Außenseite schließt, sich bei Bedarf dreht und das Rohr zur nächsten Biegung bewegt.
Der Kern des Prozesses besteht darin, die Matrize zu biegen, um den Mittellinienradius des Teils zu formen. Die konkave Kanalmatrize der Matrize passt zum Außendurchmesser des Rohrs und hilft, das Material beim Biegen zu halten. Gleichzeitig hält und stabilisiert die Druckmatrize das Rohr, während es um die Biegematrize gewickelt wird. Die Klemmmatrize arbeitet mit der Pressmatrize zusammen, um das Rohr während der Bewegung gegen das gerade Segment der Biegematrize zu halten. Verwenden Sie gegen Ende der Biegematrize eine Abstreifmatrize, wenn es notwendig ist, die Oberfläche des Materials zu glätten, die Rohrwände zu stützen und Falten- und Streifenbildung zu verhindern.
Dorne, Einsätze aus Bronzelegierung oder verchromtem Stahl zur Unterstützung von Rohren oder Schläuchen, zur Verhinderung von Rohrkollaps oder -knicken und zur Minimierung der Ovalität. Der gebräuchlichste Typ ist der Kugeldorn. Der Kugeldorn ist ideal für Biegungen mit mehreren Radien und für Werkstücke mit Standardwandstärken und wird zusammen mit dem Abstreifer, der Vorrichtung und dem Druckstempel verwendet; gemeinsam erhöhen sie den Druck, der zum Halten, Stabilisieren und Glätten der Biegung erforderlich ist. Der Stopfendorn ist ein massiver Stab für Kniestücke mit großem Radius in dickwandigen Rohren, für die kein Abstreifer erforderlich ist. Formdorne sind massive Stäbe mit gebogenen (oder geformten) Enden, die zur Unterstützung des Inneren von dickwandigeren Rohren oder von Rohren verwendet werden, die auf einen durchschnittlichen Radius gebogen sind. Darüber hinaus werden für Projekte, die quadratische oder rechteckige Rohre erfordern, spezielle Dorne benötigt.
Präzises Biegen erfordert die richtigen Werkzeuge und die richtige Einrichtung. Die meisten Rohrbiegeunternehmen haben Werkzeuge auf Lager. Wenn diese nicht verfügbar sind, müssen Werkzeuge beschafft werden, die dem spezifischen Biegeradius entsprechen.
Die anfänglichen Kosten für die Herstellung eines Biegewerkzeugs können stark variieren. Diese einmalige Gebühr deckt die Materialien und die Produktionszeit ab, die zum Erstellen der erforderlichen Werkzeuge erforderlich sind, die normalerweise für nachfolgende Projekte verwendet werden. Wenn das Teiledesign hinsichtlich des Biegeradius flexibel ist, können Produktentwickler ihre Spezifikationen anpassen, um die vorhandenen Biegewerkzeuge des Lieferanten zu nutzen (anstatt neue Werkzeuge zu verwenden). Dies hilft, Kosten zu verwalten und Vorlaufzeiten zu verkürzen.
Abbildung 3. Ideal für die Herstellung von Biegungen mit großem Radius: Rollbiegen zur Bildung eines Rohrs oder Schlauchs mit drei Rollen in einer dreieckigen Konfiguration.
Bestimmte Löcher, Schlitze oder andere Merkmale an oder in der Nähe der Biegung erfordern einen zusätzlichen Arbeitsschritt, da der Laser nach dem Biegen des Rohrs geschnitten werden muss. Auch Toleranzen wirken sich auf die Kosten aus. Für sehr anspruchsvolle Aufträge sind möglicherweise zusätzliche Dorne oder Matrizen erforderlich, was die Einrichtungszeit verlängern kann.
Bei der Beschaffung kundenspezifischer Winkel oder Biegungen müssen Hersteller viele Variablen berücksichtigen. Faktoren wie Werkzeuge, Materialien, Menge und Arbeitsaufwand spielen alle eine Rolle.
Obwohl sich die Techniken und Methoden zum Rohrbiegen im Laufe der Jahre weiterentwickelt haben, bleiben viele Grundlagen des Rohrbiegens gleich. Wenn Sie die Grundlagen verstehen und sich von einem sachkundigen Lieferanten beraten lassen, erzielen Sie die besten Ergebnisse.
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