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Oct 25, 2023

Entmystifizierung des Aluminium-Strangpressbiegens

Der Fertigungsmarkt drängt auf niedrigere Kosten und weniger Gewicht sowie auf Aluminium

Der Fertigungsmarkt drängt auf niedrigere Kosten und weniger Gewicht, und Aluminiumstrangpressteile, die häufig gebogen werden müssen, erfüllen diesen Bedarf. Ein gut gestaltetes, effektiv gebogenes Profil kann eine nahtlose Verbindung in einer Struktur schaffen und letztendlich zu weniger Problemen für den Biege-Subunternehmer, den Hersteller und den Endkunden führen.

Technisch gesehen können alle Größen von Profilen gebogen werden, doch kleine Biegebetriebe reichen bei Profilen mit einer Höhe von 10 Zoll oder einer Breite von 6 Zoll oft nicht aus. Wenn ein Hersteller nach einem Subunternehmer für das Biegen sucht, sollte er die Erfahrungen des Unternehmens mit dem Biegen ähnlicher Strangpressteile prüfen. Ein Biegespezialist könnte sagen, dass bestimmte Jobeigenschaften akzeptabel sind, und ein anderer könnte sagen, dass dies nicht der Fall ist.

Dies ist auf die spezifische Erfahrung eines Unternehmens im Bereich des Strangpressens und nicht zuletzt auf die Technologie zurückzuführen, über die die Biegerei verfügt. Wenn eine Werkstatt beispielsweise sagt, dass sie große Strukturprofile formen kann, benötigt sie eine Biegemaschine mit breiten Wellenmitten.

Unabhängig davon, ob Sie über die Vergabe von Unteraufträgen nachdenken oder die Arbeiten selbst ausführen, sollte ein Hersteller mit zwei grundlegenden Fragen beginnen: Welche Designmerkmale sorgen dafür, dass sich ein Strangpressteil leicht biegen lässt? Und wenn nicht alle Designvorkehrungen getroffen werden können, welche Optionen gibt es? Die Beantwortung dieser beiden Fragen im Voraus – bevor ein Projekt zum Biegen von Aluminium-Strangpressprofilen beginnt – kann einem Hersteller dabei helfen, eine Menge Ärger zu vermeiden.

Wenn es um die Formung von Aluminium-Strangpressteilen geht, muss ein Konstrukteur viel bedenken. Dies geht über die typischen Kostenfaktoren hinaus, einschließlich Gewicht und der bei der Extrusion verwendeten Legierung, die bei jedem Großprojekt selbstverständliche Überlegungen sind.

Ein Konstrukteur sollte eine grundlegende Vorstellung davon haben, was ein Profil biegsam macht. Die Dicke verschiedener Bereiche einer Extrusion beeinflusst die Biegbarkeit des Abschnitts. Das Gleiche gilt für die Symmetrie. Oftmals macht die Notwendigkeit, Geld zu sparen, ein Profil unbiegbar.

Die vom Designer gewählte Legierung bestimmt nicht nur die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, das Gewicht und die Haltbarkeit des Strangpressteils, sondern auch seine Biegsamkeit. Wie in jeder Umformsituation sind einige extrudierte Aluminiumsorten biegsamer als andere.

Bei den meisten Aluminium-Strangpressbiegevorgängen handelt es sich um Legierungen der 6000er-Serie, da diese Aluminiumsorten eine gute Festigkeit und Formbarkeit bieten. Die ideale Härte hängt von der Anwendung ab. T6 bietet die größte Festigkeit, ist jedoch am schwierigsten zu formen (sieheAbbildung 1 ). Für engere Radien von weniger als 10D (ein Radius, der weniger als das Zehnfache des Durchmessers beträgt) sollte ein Konstrukteur eine maximale Härte von T4 in Betracht ziehen. T0 bietet die beste Formbarkeit, weist jedoch eine geringe Festigkeit auf und ist anfällig für Beschädigungen während der Montage und des Betriebs. Ein Biegespezialist kann einen geformten Abschnitt zur Wärmebehandlung schicken und das Profil künstlich auf eine höhere Härte aushärten lassen, aber das erhöht natürlich die Kosten.

Auch Oberflächenbehandlungen und Veredelungsanforderungen müssen berücksichtigt werden. Denken Sie beispielsweise an ein eloxiertes Strangpressprofil, eine gängige Behandlung zum Schutz von Aluminium in rauen Umgebungen. Das Biegen des Abschnitts auf einen engen Radius führt zu Rissen in der Oberfläche, da sich Mikrorisse über die eloxierte Schicht ausbreiten, der es an Duktilität mangelt. Haarrisse entstehen im Aufbaubereich der eloxierten Beschichtung und nicht im Substrat. Um dies zu vermeiden, sollte nach dem Biegen eine Eloxierung durchgeführt werden.

Eine Lackierung oder Pulverbeschichtung muss jedoch nicht immer nach dem Biegen erfolgen (Figur 2 ). Ein gut vorbereiteter lackierter oder pulverbeschichteter Abschnitt kann ohne Markierungen geformt werden, wenn der Radius nicht so eng ist, dass er sich der Profilgrenze nähert, und der Abschnitt relativ symmetrisch ist.

Abbildung 1 Die Formbarkeit von Aluminium-Strangpressprofilen der Serie 6000 variiert je nach Härte. Das 9 x 2,5 Zoll große Das Werkstück mit einer 1/16 Zoll dicken Wand auf der linken Seite besteht aus T6-Material, und selbst das kleinste Biegeprofil bildete eine Welle. Auf der rechten Seite wurde das gleiche Werkstück, wenn auch in biegsamem Zustand, sauber zu einem 34-Zoll-Stück geformt. Radius. Dieses Profil wurde erfolgreich auf einer Maschine mit 44 Zoll geformt. Zentren.

Auch die Komplexität der extrudierten Form spielt eine Rolle. Durch die Herstellung einer komplexeren Form können einige Kosten gesenkt werden, beispielsweise die Kosten für die Montage, gleichzeitig können aber auch andere Kosten steigen, darunter auch die Biegekosten. Wenn die Biegemaschine und ihre Werkzeuge die Bewegung eines Strangpressteils während des Biegens nicht zuverlässig steuern können, wird der Prozess darüber hinaus instabiler, kostspieliger und manchmal unpraktisch oder sogar unmöglich.

Der Designer muss auch darüber nachdenken, wie das Profil verwendet werden soll. Wenn bestimmte Flächen extrudierter Abschnitte sichtbar und kosmetisch kritisch sind, sollte der Designer sicherstellen, dass diese Flächen frei von Markierungen geformt werden können.

Sehr oft kann eine kleine Designänderung an einem Abschnitt dazu führen, dass er biegsam oder zumindest auf den erforderlichen Radius biegbar ist. Beim Erstellen des Profils sollten Designer versuchen, so viel Symmetrie wie möglich in Bezug auf die Biegeachse beizubehalten.

Wenn ein Abschnitt asymmetrisch ist, reagiert eine Torsionskraft auf die Biegekraft. Je weniger Symmetrie ein Abschnitt aufweist, desto größer wird die Verdrehungskraft beim Biegen. Dies führt zu Problemen beim Biegen, da es sich oft um eine weniger vorhersehbare Kraft handelt. Um es zu kontrollieren, muss normalerweise Druck auf eine andere Achse ausgeübt werden, was zu zusätzlichen Problemen führen kann.

Figur 3 zeigt links erste extrudierte Abschnitte eines Designers und rechts dieselben Designs, die für das Biegen auf einen engeren Radius modifiziert wurden. Beachten Sie, dass Symmetrie und interne Unterstützung eine Schlüsselrolle spielen, ebenso wie eine Form (z. B. ein ausreichend tiefer Flansch), die von Biegewerkzeugen konsistent erfasst werden kann. Natürlich ist es nicht immer möglich, solche Änderungen an einer extrudierten Form vorzunehmen. In diesen Fällen ist es immer sinnvoll, einen Spezialisten mit mehr Erfahrung aufzusuchen.

Quadratische Hohlprofile können aus zwei Hauptgründen Probleme beim Biegen verursachen. Erstens erstellen Konstrukteure diese Abschnitte häufig mit quadratischen Innenecken, was zu Rissen und sogar Brüchen im harten Material führen kann. Mit sehr geringen Zusatzkosten kann ein Designer einfach die Ecken abrunden und diesen Spannungspunkt beseitigen.

Zweitens besteht die Gefahr, dass das Hohlprofil an der Innenseite konkav wird, wenn die Wandstärke nicht ausreichend ist. Dies weist darauf hin, dass die Form den erforderlichen Biegekräften nicht standhalten kann. Das liegt daran, dass die Kräfte beim Biegen zur Mitte und zur neutralen Achse hin wirken, die sich in der Mitte eines symmetrischen Abschnitts befindet.

Um dem entgegenzuwirken, haben Designer mehrere Möglichkeiten. Sie können die Wandstärke erhöhen, was aber oft nicht möglich ist, weil der Aufwand zu hoch ist. Alternativ können sie eine Versteifung oder eine Rippe in der Biegeebene hinzufügen, den Innenecken einen Radius hinzufügen oder beides tun (sieheFigur 4 ). Das Hinzufügen von Versteifungen und Innenradien erhöht natürlich das Gewicht des Profils, was jedoch für die verbesserte Qualität akzeptabel sein kann.

Asymmetrie ist der Feind des leichten Biegens, weshalb Kanalabschnitte so schwierig zu formen sein können (sieheAbbildung 5 ). Ihre stark asymmetrische Form erfährt beim Beugen eine große Torsionskraft und die Beine versuchen, sich in Richtung der Mittelachse zu bewegen. Eine Änderung des Designs – zu einer mit einer Basis, die gleich oder etwas breiter als die Beine ist – hilft Biegespezialisten dabei, die Drehung etwas besser zu kontrollieren.

Kanalabschnitte dienen häufig einem Zweck, beispielsweise als Teil eines Gleis- oder Transportsystems. Die meisten Biegespezialisten sollten in der Lage sein, sie korrekt zu formen, sofern in einigen Schlüsselbereichen Toleranzen angegeben werden. Wenn ein Hersteller die Arbeit an einen Subunternehmer vergibt, sollte er Teile oder Bestandteile an den Biegespezialisten schicken, um sicherzustellen, dass alles wie gewünscht passt.

Figur 2Dieses vorlackierte Aluminiumprofil wurde markierungsfrei gebogen

Bei jeder Bestellung an einen Spezialisten für Aluminiumumformung sollten die Anforderungen angegeben werden, die es dem Abschnitt ermöglichen, wie geplant in die Baugruppe zu passen oder sich darin frei zu bewegen. In der Bestellung sollte auch die Spalttoleranz (Nr. 1 Zoll) angegeben werdenAbbildung 6) für den Wagen oder Schlitten sowie eine Verdrehtoleranz (Nr. 2 in Abbildung 6), die sicherstellt, dass der Wagen nicht gegen das Profil stößt.

Betrachten Sie die Aluminiumstrukturform inAbbildung 7 , wobei es in die durch den schwarzen Pfeil angezeigte Richtung gebogen wird. Alle Beine werden zur Mitte hin gedrückt (wie durch die roten Pfeile in der Abbildung dargestellt) – eine Tendenz, die besonders bei tragenden Balkenabschnitten deutlich zu erkennen ist.

Wenn es sich um einen herkömmlichen Träger aus Kohlenstoffstahl handeln würde, würden die Flansche in die entgegengesetzte Richtung gezogen, wodurch Spannung auf die Bahn ausgeübt und diese somit flach gehalten würde. Für Aluminium ist diese Technik jedoch im Allgemeinen nicht geeignet, sodass andere Techniken ins Spiel kommen.

Im Idealfall ändert der Konstrukteur die Profilform oder fügt Merkmale hinzu, um eine einfache Formgebung zu ermöglichen. Aber in der realen Welt ist dies natürlich nicht immer möglich, oft weil die gewünschten Funktionen in einem Abschnitt einfach keine wesentlichen Änderungen zulassen.

Ein Biegeunternehmen könnte über eine Dornbiegemaschine mit großem Radius verfügen, die den Abschnitt während des Biegens innen stützen kann. Dabei handelt es sich jedoch um einen Spezialprozess, und nicht viele Unternehmen besitzen solche Maschinen.

Eine andere Lösung besteht darin, das Profil auszufüllen; Zu den geeigneten Materialien gehören Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt; ein wachsartiger, wasserlöslicher Füllstoff; flexibles Nylon; und fester Sand zur Unterstützung der Form. Jedes Füllmaterial hat seine Vor- und Nachteile. Einige dieser Optionen werden normalerweise nur von größeren Biegespezialisten in einem bestimmten Markt angeboten.

Aluminium-Strangpressprofile können besondere Eigenschaften aufweisen, die die spätere Fertigung und Montage erheblich vereinfachen können. Beim Hinzufügen solcher Merkmale müssen die Konstrukteure diese jedoch sorgfältig platzieren und berücksichtigen, wie sich diese Merkmale auf die Biegung auswirken.

Ein Paradebeispiel sind Schraubanschlüsse, eine tolle zeitsparende Idee zur Befestigung der Endkappen an Profilen (sieheAbbildung 8 ). Wenn der Designer diese senkrecht zum Biegeradius platziert, werden diese Anschlüsse höchstwahrscheinlich zur Mittellinie verschoben, sofern sie nicht intern unterstützt werden. Wenn die Öffnungen entlang des Radius platziert werden, unterstützen sie das Biegen, da sie die Wirkung einer Versteifungsrippe haben. Es ist wichtig, die Endkappe selbst dem Biegespezialisten zur Verfügung zu stellen, damit dieser sie als Prüfwerkzeug verwenden kann.

Nut-Tracks sind ein weiteres gutes Beispiel. Diese Funktionen tragen dazu bei, extrudierte Abschnitte aneinander zu befestigen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um einen Kanal, der dafür ausgelegt ist, eine Mutter oder einen Schraubenkopf fest zwischen den Abflachungen zu platzieren und so zu verhindern, dass sich die Mutter oder der Schraubenkopf dreht.

Konstrukteure sollten sicherstellen, dass sich die Mutternspur nicht in der Biegelinie befindet, wie links dargestelltAbbildung 9 . Beim Biegen um eine Achse müssen die Kräfte problemlos über das Profil übertragen werden können. Wenn möglich, ist es immer besser, auf einer Seite des Profils einen Schraubanschluss anzubringen, wie rechts in Abbildung 9 dargestellt.

Figur 3Bei den Aluminium-Strangpressprofilen auf der linken Seite handelt es sich um Originalkonstruktionen, während es sich bei den Aluminium-Strangpressprofilen auf der rechten Seite um Konstruktionen handelt, die für das Biegen auf engere Radien modifiziert wurden.

Wenn der Abschnitt einigermaßen symmetrisch ist, kann er wahrscheinlich bis zum äußersten Ende des Profils gebogen werden, sodass der gerade Rest nach dem Biegen nicht abgeschnitten werden muss. Ob dies effizient und wiederholbar möglich ist, hängt vom Design der Extrusion ab.

Betrachten Sie die Finite-Elemente-Analysen (FEAs) der drei verschiedenen Profilformen in Abbildung 10. Die Extrusion auf der linken Seite ist ein Z-Schnitt, und die roten (beanspruchten) Bereiche zeigen deutlich ungleichmäßige Bereiche unter Biegekräften. Das mittlere Profil ist ein Winkel, der ebenfalls asymmetrisch ist, aber auf einer Seite weniger Spannung aufweist und daher weniger Verdrehungskräfte aufweist. Das Profil ganz rechts ist symmetrisch zur Biegeachse und biegt sich daher gleichmäßig bis zum äußersten Ende des Abschnitts.

Ohne gute Planung lässt sich ein Strangpressteil möglicherweise nicht so gut formen, und diese FEAs veranschaulichen einen entscheidenden Punkt: Es geht wirklich nur um die Bewältigung von Stress. Dies gilt nicht nur für die Gestaltung der gesamten Profilform, sondern auch für etwaige Besonderheiten und Beschichtungen. Letztlich gilt: Je weniger Belastungen ein stranggepresstes Aluminiumprofil beim Biegen ausgesetzt ist, desto besser sind die Ergebnisse.

Craig Barnshaw ist Geschäftsführer bei Inductaflex Ltd. mit Sitz in Großbritannien, 44-333-939-8888, www.inductaflex.com, vertreten in den USA durch Trilogy Machinery, Belcamp, Md., 410-272-3600, www.trilogymachinery. com.