Der Dornbiegevorgang beginnt seinen Zyklus. Der Dorn wird in den Innendurchmesser des Rohrs eingeführt. Der Biegestempel (links) bestimmt den Radius. Der Klemmstempel (rechts) führt das Rohr um den Biegestempel, um den Winkel festzulegen.
In allen Branchen ist der Bedarf an komplexen Rohrbiegungen ungebrochen. Ob es sich um Strukturbauteile, mobile medizinische Geräte, Rahmen für Gelände- oder Nutzfahrzeuge oder sogar Sicherheitsstangen aus Metall 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.
Eine gewisse Kernvitalität hilft dabei, den Umfang eines Rohr- oder Rohrbiegeprojekts zu bestimmen. Faktoren wie Materialtyp, Endverwendung und geschätzter Jahresverbrauch 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. Typischerweise ist der engste erreichbare CLR das Doppelte des Durchmessers des Rohrs oder der Röhre. Verdoppeln Sie den CLR, um den Mittelliniendurchmesser (CLD) zu berechnen, der der Abstand von der Mittellinienachse des Rohrs oder Rohrs durch eine andere Mittellinie einer 180-Grad-Rückbiegung ist.
Der Innendurchmesser (ID) wird an der breitesten Stelle der Öffnung im Inneren des Rohrs oder Rohrs gemessen. Der Außendurchmesser (OD) wird über den breitesten Bereich eines Rohrs oder Rohrs einschließlich der Wand gemessen. Schließlich wird die nominale Wandstärke zwischen der Außen- und Innenfläche des Rohrs oder Rohrs gemessen.
Die branchenübliche Toleranz 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. Zu den gängigen Stärken gehören 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. OD-Rohr. Die Wand wird auf dem Teildruck mit „1½-in“ bezeichnet.20-ga.tube.“
Rohre werden durch eine Rohrnenngröße (NPS), eine dimensionslose Zahl, die den Durchmesser beschreibt (in Zoll), und eine Wandstärkentabelle (oder Sch.) spezifiziert. Rohre gibt es je nach Verwendungszweck in verschiedenen Wandstärken. Zu den beliebten Listen gehören Sch.5, 10, 40 und 80.
Ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 1,66 Zoll und einem NPS von 0,140 Zoll 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. Die Verwendung dünnwandiger Materialien (gleich oder weniger 18 ga.) erfordert möglicherweise mehr Unterstützung am Biegebogen, um Faltenbildung oder Absacken zu verhindern. In diesem Fall sind für eine qualitativ hochwertige Biegung Dorne und andere Werkzeuge erforderlich.
Ein weiteres wichtiges Element ist der Biegeradius D, der Durchmesser des Rohrs im Verhältnis zum Biegeradius, der oft als Biegeradius bezeichnet wird, der um ein Vielfaches größer als der Wert von D ist. Beispielsweise beträgt ein 2D-Biegeradius eines Rohrs mit einem Außendurchmesser von 3 Zoll 6 Zoll.
Abbildung 1. Um die prozentuale Ovalität zu berechnen, dividieren Sie die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Außendurchmesser durch den Nenn-Außendurchmesser.
Einige Projektspezifikationen erfordern dünnere Rohre oder Rohrleitungen, um die Materialkosten zu senken. Dünnere Wände erfordern jedoch möglicherweise mehr Produktionszeit, um die Form und Konsistenz des Rohrs an den Biegungen beizubehalten und die Gefahr von Faltenbildung zu verhindern. In einigen Fällen überwiegen diese erhöhten Arbeitskosten die Materialeinsparungen.
Wenn sich das Rohr biegt, kann es in der Nähe und um die Biegung herum 100 % seiner runden Form verlieren. Diese Abweichung wird Ovalität genannt und ist als Differenz zwischen der größten und kleinsten Abmessung des Außendurchmessers des Rohrs definiert.
Beispielsweise kann ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 2 Zoll 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). Abhängig von der Endverwendung des Teils kann die Ovalitätstoleranz zwischen 1,5 % und 8 % liegen.
Die Hauptfaktoren, die die Ovalität beeinflussen, sind der Winkel-D und die Wandstärke. Das Biegen kleiner Radien in dünnwandigen Materialien kann schwierig sein, die Ovalität innerhalb der Toleranz zu halten, aber es ist machbar.
Die Ovalität wird kontrolliert, indem der Dorn während des Biegens im Rohr oder Rohr platziert wird, oder in einigen Teilespezifikationen durch die Verwendung von (DOM-)Rohren, die von Anfang an auf den Dorn gezogen werden. (DOM-Rohre haben sehr enge Innen- und Außentoleranzen.) Je niedriger die Ovalitätstoleranz, desto mehr Werkzeuge und potenzielle Produktionszeit sind erforderlich.
Beim Rohrbiegen werden spezielle Prüfgeräte eingesetzt, um zu überprüfen, ob die geformten Teile den Spezifikationen und Toleranzen entsprechen (siehe Abbildung 2). Alle erforderlichen Anpassungen können bei Bedarf auf die CNC-Maschine übertragen werden.
Rollen. Ideal für die Herstellung von Biegungen mit großen Radien. Beim Rollenbiegen wird das Rohr durch drei Rollen in einer Dreieckskonfiguration 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 Abstimmung zwischen der Biegematrize und dem gewünschten Biegeradius erforderlich (siehe Abbildung 4).
Verdrehen und biegen. Eine der häufigsten Formen des Rohrbiegens ist das Rotationsstreckbiegen (auch bekannt als Dornbiegen), bei dem Biege- und Druckmatrizen und Dorne zum Einsatz kommen. Dorne sind Metallstabeinsätze oder -kerne, die das Rohr beim Biegen stützen. Die Verwendung eines Dorns verhindert, dass das Rohr beim Biegen zusammenbricht, flach wird oder Falten wirft, wodurch die Form des Rohrs erhalten und geschützt wird (siehe Abbildung 5).
Diese Disziplin umfasst das Biegen mit mehreren Radien für komplexe Teile, die zwei oder mehr Mittellinienradien erfordern. Das Biegen mit mehreren Radien eignet sich auch hervorragend für Teile mit großen Mittellinienradien (harte Werkzeuge sind möglicherweise keine Option) oder komplexe Teile, die in einem vollständigen Zyklus geformt werden müssen.
Abbildung 2. Spezialgeräte bieten Echtzeitdiagnosen, um Bedienern dabei zu helfen, Teilespezifikationen zu bestätigen oder während der Produktion erforderliche Korrekturen vorzunehmen.
Um diese Art des Biegens durchzuführen, ist ein Rotationszugbieger mit zwei oder mehr Werkzeugsätzen ausgestattet, einer für jeden gewünschten Radius. Kundenspezifische Konfigurationen an einer Doppelkopf-Abkantpresse – einer zum Biegen nach rechts und der andere zum Biegen nach links – können sowohl kleine als auch große Radien am selben Teil erzeugen. Der Übergang zwischen linken und rechten Bögen kann so oft wie nötig 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 im Produktionsdruck aufgeführten Rohrgeometrie ein und gibt die Koordinaten aus dem Druck zusammen mit Längen-, Rotations- und Winkeldaten ein oder lädt sie hoch. Als nächstes erfolgt die Biegesimulation, um sicherzustellen, dass das Rohr während des Biegezyklus die Maschine und die Werkzeuge passieren kann. Wenn die Simulation eine Kollision oder Störung zeigt, 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. Eine interessantere Methode ist das freie Biegen, bei dem eine Matrize verwendet wird, die die gleiche Größe hat wie das zu biegende Rohr oder Rohr (siehe Abbildung 7). Diese Technik eignet sich hervorragend für Winkel- oder Mehrfachradiusbiegungen von mehr als 180 Grad mit wenigen geraden Segmenten zwischen den einzelnen Biegungen (herkömmliche Rotationsstreckbiegungen erfordern einige gerade Segmente, die das Werkzeug greifen kann). Beim freien Biegen ist keine Klemmung erforderlich, sodass keine Möglichkeit besteht, Rohre oder Rohre zu markieren.
Dünnwandige Rohre – die häufig in Lebensmittel- und Getränkemaschinen, Möbelkomponenten sowie medizinischen oder Gesundheitsgeräten verwendet werden – eignen sich ideal zum freien Biegen. Umgekehrt sind Teile mit dickeren Wänden möglicherweise keine geeigneten Kandidaten.
Für die meisten Rohrbiegeprojekte sind Werkzeuge erforderlich. Beim Rotationsstreckbiegen sind die drei wichtigsten Werkzeuge Biegematrizen, Druckmatrizen und Klemmmatrizen. Abhängig vom Biegeradius und der Wandstärke können auch ein Dorn und eine Wischermatrize erforderlich sein, um akzeptable Biegungen zu erzielen. Teile mit mehreren Biegungen erfordern eine Spannzange, die die Außenseite des Rohrs greift und sanft anschließt, sich bei Bedarf dreht und das Rohr zur nächsten Biegung bewegt.
Das Herzstück des Prozesses ist das Biegen der Matrize, um den Mittellinienradius des Teils zu formen. Die konkave Kanalmatrize der Matrize passt sich dem Außendurchmesser des Rohrs an 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 seiner Bewegung am geraden Segment der Biegematrize zu halten. Verwenden Sie am Ende der Biegematrize eine Rakelmatrize, wenn es erforderlich ist, die Oberfläche des Materials zu glätten und abzustützen die Rohrwände und verhindern Falten- und Streifenbildung.
Dorne, Einsätze aus Bronzelegierung oder verchromtem Stahl, um Rohre oder Rohre zu stützen, ein Kollabieren oder Knicken der Rohre zu verhindern und die Ovalität zu minimieren. 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 der Druckmatrize verwendet;Zusammen erhöhen sie den Druck, der zum Halten, Stabilisieren und Glätten der Biegung erforderlich ist. Der Steckdorn ist eine massive Stange für Bögen mit großem Radius in dickwandigen Rohren, die keine Abstreifer erfordern. Formdorne sind massive Stangen mit gebogenen (oder geformten) Enden, die dazu dienen, das Innere dickerwandiger Rohre oder Rohre, die auf einen durchschnittlichen Radius gebogen sind, zu stützen. Darüber hinaus erfordern Projekte, die quadratische oder rechteckige Rohre erfordern, spezielle Dorne.
Präzises Biegen erfordert die richtige Werkzeugausstattung und Einrichtung. Die meisten Rohrbiegeunternehmen haben Werkzeuge auf Lager. Wenn diese nicht verfügbar sind, müssen Werkzeuge für den spezifischen Biegeradius beschafft werden.
Die anfängliche Gebühr für die Herstellung einer Biegematrize kann stark variieren. Diese einmalige Gebühr deckt die Materialien und die Produktionszeit ab, die für die Herstellung der erforderlichen Werkzeuge erforderlich sind, die normalerweise für Folgeprojekte verwendet werden. Wenn die Teilekonstruktion 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 Durchlaufzeiten zu verkürzen.
Abbildung 3. Ideal für die Herstellung von Biegungen mit großem Radius, Rollbiegen zu einem Rohr oder Rohr mit drei Rollen in Dreieckskonfiguration.
Vorgegebene Löcher, Schlitze oder andere Merkmale an oder in der Nähe der Biegung erfordern einen zusätzlichen Arbeitsgang, da der Laser nach dem Biegen des Rohrs geschnitten werden muss. Toleranzen wirken sich auch auf die Kosten aus. Bei sehr anspruchsvollen Arbeiten sind möglicherweise zusätzliche Dorne oder Matrizen erforderlich, was die Rüstzeit verlängern kann.
Bei der Beschaffung kundenspezifischer Bögen oder Bögen müssen Hersteller viele Variablen berücksichtigen. Faktoren wie Werkzeuge, Materialien, Menge und Arbeitsaufwand spielen alle eine Rolle.
Obwohl sich die Rohrbiegetechniken und -methoden im Laufe der Jahre weiterentwickelt haben, bleiben viele Grundlagen des Rohrbiegens gleich. Wenn Sie die Grundlagen verstehen und sich an einen sachkundigen Lieferanten wenden, erzielen Sie die besten Ergebnisse.
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