Streckformen 101

Eine Einleitung

Streckformen ist ein Metallumformprozess, bei dem ein ausgewähltes Material gleichzeitig über eine bearbeitete Form, eine sogenannte Matrize, gestreckt und gebogen wird, um ein Teil mit einem oder mehreren unterschiedlichen Kurvenradien zu formen. Dieses Verfahren erzeugt perfekt gewölbte Teile mit glatten, faltenfreien Konturen.

Die Luft- und Raumfahrtindustrie erfand ursprünglich die Streckformpressen, die zum Formen von Aluminium-Flugzeugteilen verwendet wurden, um das Gewicht zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Heute werden sie weltweit in Branchen wie der Automobilindustrie für Karosserie- und Rahmenkomponenten, der Architektur zur Herstellung von gebogenen Strukturelementen und der Schienenfahrzeugindustrie für Strukturrahmenkomponenten eingesetzt.

Der Streckformprozess

Metalle haben eine grundlegende mechanische Eigenschaft, die als Elastizität bezeichnet wird: ihre Fähigkeit, nach Dehnung durch eine aufgebrachte Last in ihre ursprüngliche Größe und Form zurückzukehren, jedoch nur bis zu einer bestimmten Grenze. Bei ausreichender Belastung erreicht das Material seine Elastizitätsgrenze bzw. Streckgrenze, wo es sich dauerhaft verformt. Elastizitäts- und Streckgrenzeneigenschaften sind für jedes Material unterschiedlich. Diese Eigenschaften sind wesentliche Faktoren, die beim Streckformen zu berücksichtigen sind.

Wenn ein Metallteil gedehnt wird, aber die Streckgrenze nicht überschritten wird, geht es wie bei einem Gummiband beim Nachlassen der Zuglast wieder auf seine ursprüngliche Länge zurück. Wenn genügend Kraft aufgebracht wird, um die Streckgrenze zu überschreiten, wird das Teil dauerhaft verlängert oder auf die gewünschte Kurve geformt, wenn es über einer Matrize geformt wird. Dieser belastete Zustand, in dem die aufgebrachte Spannung die Streckgrenze überschreitet, das Teil jedoch nicht bricht, ist eine halbplastische Belastungszone, in der Streckformen auftritt.

Die Vielzahl von Materialien mit geeigneten Eigenschaften für diesen Umformprozess umfassen Edelstahl, plattierte Metalle, Nickel, Aluminium, Messing und Titanlegierungen sowie andere hitzebeständige und hochschmelzende Metalle. In einigen Fällen ist es schwierig oder unmöglich, Teile, die unter Verwendung dieser Materialien gebildet werden, durch andere Verfahren zu formen.

Swing Arm Stretch Wrap V-Press

Eine der grundlegenden Stretch-Forming-Pressen ist die Swing Arm Stretch Wrap V-Press. Das Maschinengestell verfügt über einen Tisch zur Aufnahme der Matrize. Zwei Arme (oder Wagenträger) tragen einen positionierbaren Wagen, der mit einem hydraulischen Spannzylinder und einer Greifbacke ausgestattet ist. Beim Streckziehen wird jedes Ende des Teilrohlings in eine Greifbacke eingelegt. Die hydraulischen Spannzylinder dehnen das Teil dann über die Streckgrenze des Materials hinaus.

Die Arme schwingen dann auf Stiftgelenken zurück, um das Teil um die Matrize zu wickeln, während die Formspannungsbelastung aufrechterhalten wird. Nach Abschluss des Wickelns wird die Streckkraft aufgehoben, die Greiferbacken geöffnet und das Formteil entnommen.

Swing Arm Stretch Wrap V-Press

Die heutige Stretchfolien-Formpresse wird unter Verwendung von FEA entwickelt. Die wichtigsten Maschinenkomponenten werden hergestellt, entspannt und präzise bearbeitet, um den Umformprozess steif zu unterstützen. Eine SPS-basierte CNC-Steuerung wird typischerweise zum Einrichten verwendet, steuert manuelle Funktionen zum Beladen/Entladen, Umformen und steuert die programmierten automatischen Umformzyklen.

Moderne Streckpressensteuerungen bieten eine Streckgrenzenerkennung, eine Vorstrecksteuerung, eine Kraft- oder Positionssteuerung während des Formens und eine Nachstrecksteuerung. Sie können auch mit Software ausgestattet werden, um Teileumformprogramme zu erstellen, die konsistente und wiederholbare Umformzyklen für die Herstellung hochwertiger Teile bieten, die Rüstzeit reduzieren und die Presseneffizienz erhöhen.

Mit entsprechend ausgestatteten V-Pressen können Bleche, Strangpressteile und bremsgeformte Profilteile geformt werden. Die Länge und der Querschnitt des Teils bestimmen die Größe und die erforderliche Tonnage, um ein Teil zu strecken. Typische V-Pressen reichen von Größen ab 5 Tonnen bis zu 150 Tonnen, aber auch höhere Tonnagen sind möglich.

Blechstreckformen

Plattenpressen werden verwendet, um großformatiges Plattenmaterial in konturierte Formen zu formen. Sie werden typischerweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet, um die Teile zu bilden, aus denen die Haut eines Flugzeugs besteht, sind jedoch nicht auf diese Industrie beschränkt.

Die grundlegende Bogenpresse verfügt über einen Matrizentisch, der sich in der Mittellinie der Presse befindet, und Hydraulikzylinder, um die Hubkraft für die Umformung bereitzustellen. Längsträger auf beiden Seiten des Tisches tragen jeweils zwei Schlitten. Der Schlitten intern trägt das Joch, das die Kieferlinie auf jeder Seite des Matrizentisches stützt. Jeder Schlitten wird von einem Hydraulikzylinder angetrieben, der die Backenlinie in den Matrizentisch hinein oder davon weg bewegt.

Zum Betrieb werden gegenüberliegende Kanten des Bogens in die gegenüberliegenden Kieferlinien geladen und gegriffen. Die Backen werden vom Matrizentisch wegbewegt, um den Bogen zu spannen. Die am Matrizentisch montierte Matrize wird in das Blech eingefahren, während die Backen die Umformspannung aufrechterhalten. Das Blech dehnt sich, wenn es die Matrize umhüllt, um das Teil zu formen. Nach der Umformung fahren die Backen ein, um die Blechspannung zu beseitigen und öffnen sich dann zur Teileentnahme.

Eine CNC-Steuerung über eine SPS sorgt sowohl für die manuelle als auch für die automatische Steuerung des Umformprozesses. Wenn ein Programm mit der Presse im Automatikmodus geladen wird, bewegt die Steuerung die Backenlinien und den Matrizentisch in ihre Ladeposition. Der Bediener lädt das Blattmaterial und schließt die Backen, um das Blatt zu klemmen. Wenn die Run-Taste gedrückt wird, wird der Durchhang aus dem Blech genommen. Das Blech wird vorgestreckt, dann erfolgt die Umformung, gefolgt von einem Nachstrecken. Dann wird die Blechspannung entlastet und die Backen öffnen und ziehen sich zum Entladen der Teile zurück.

Dieses Streckformverfahren erzeugt Qualitätsteile ohne Falten, gleichmäßige Spannungsverteilung, minimale Rückfederung und eine Oberfläche ohne Orangenhaut oder Luder-Linien.

Typen von Blechpressen

Es gibt drei Grundtypen von Blechpressen:

  • T- Drücken (Querdruck):

Der Hauptmatrizentisch ist senkrecht zu den Langbalken, parallel zu den Kieferlinien. Jede Kieferlinie ist am Joch befestigt. Die Schlitten treiben das Joch an, um die Kieferlinie in den Matrizentisch hinein oder davon weg zu bewegen. Der Joch ist mit einer Swing-Bewegung ausgestattet, sodass die Backe je nach Ausführung bis zu 45–90 Grad geschwenkt werden kann.

T – Drücken (Quer – die Längsachse des Teils parallel zu den Backen)

Der Hauptmatrizentisch für eine T-Presse ist normalerweise schmal, um die Bullnose-Formung von Vorderkantenteilen zu ermöglichen. Die Tischsättel können zur Verfügung gestellt werden. Der Sattel passt über den Matrizentisch oder wird an der Seite montiert, um breite Matrizen zu unterstützen.

Diese Presse kann je nach Ausführung zum Dramp-, Stretch-Wrap- oder Bullnose-Formen fähig sein. Für das Streckziehen muss die SPS die Matrizentischbelastung basierend auf der Joch-Schwenkposition steuern, die von einem Tangentialverfolgungsgerät gesteuert wird.

Wenn sie mit einem Bulldozer ausgestattet ist, kann die Presse auch Streckziehformen ausführen.

L-Press (Längspresse):

Der Stanztisch der L-Press ist parallel zu den Langträgern, senkrecht zur Kieferlinie. Die Kieferlinie ist mit Spannungskontrolle und Kurven-, Oszillations- und Rotationsbewegung ausgestattet. Die Schlitten positionieren die Joche, um die Backenlinien in den Matrizentisch hinein oder davon weg zu bewegen. Das Joch ist mit einer Swing-Bewegung ausgestattet, sodass die Backe von der Horizontalen 0-45 Grad nach oben geschwenkt werden kann.

Diese Presse ist hauptsächlich für das Stretch Wrap Forming ausgelegt.

Diese Presse kann mit Hilfsmatrizentischen für sehr lange Teile geliefert werden. Diese Tische sind synchronisiert, um sich mit dem Hauptwerkzeugtisch nach oben und unten zu bewegen.

Wenn es mit einem Bulldozer ausgestattet ist, kann es auch Streckziehformen ausführen.

VTL-Press (Versale Quer-/Längspresse):
Bei VTL-Pressen dreht sich der Hauptmatrizentisch, um parallel oder senkrecht zur Kieferlinie zu positionieren. Die Kieferlinie ist mit Spannungskontrolle und Krümmungs-, Oszillations- und Rotationsbewegungen ausgestattet. Die Schlitten positionieren die Jochs, um die Backenlinien zum Einrichten oder Laden in den Matrizentisch hinein oder davon weg zu bewegen. Der Schlitten kann das Joch auch anwinkeln. Das Joch ist mit einer Schwenkbewegung ausgestattet, so dass die Backe je nach Konstruktion von der Horizontalen 0-90 Grad nach oben geschwenkt werden kann.

Diese Presse ist für Drapieren, Stretchfolie und Bullnose-Formung ausgelegt. Wenn es mit einem Bulldozer ausgestattet ist, kann es auch Stretch-Draw-Formen ausführen.

Diese Presse kann mit zusätzlichen Werkzeugtischen für lange Teile geliefert werden. In diesem Fall werden die Tische synchronisiert, um sich mit dem Hauptwerkzeugtisch nach oben und unten zu bewegen. Die Lieferung von Hilfswerkzeugtischen macht einen rotierenden Hauptwerkzeugtisch überflüssig.

Streckziehpresse

Diese Streckformpresse wurde entwickelt, um Formen mit passenden Matrizen zu ziehen, während das Blech unter Spannung steht. Die Presse ist mit hydraulisch angetriebenen oberen und unteren Platten (Tischen) ausgestattet, die das Werkzeug stützen, positionieren und beladen. Beide Backen verfügen über eine Krümmungs-, Oszillations-, Rotations-, Hub- und Spannungssteuerung. Die Presse ist auch zum Streckformen fähig.

Andere Arten von Streckformpressen verfügbar

Stretch-Glätteisen
Entwickelt, um lange Stangen und Extrusionen zu dehnen, zu begradigen und zu entdrillen.

Rotary Draw
Diese Streckpresse verwendet einen Drehtisch, eine fest und linear verfahrbare Spannbacke und einen Abstreifer. Die Matrize und an der Backe sind auf dem Rundtisch montiert. Der Tisch dreht sich, um die Backen zum Laden der Teile auszurichten. Wenn sich der Tisch dreht, umschlingt das Teil die Matrize, während die bewegliche Backe die Spannung der Teileformung aufrechterhält. Im Einsatz drückt der Abstreifer einen dem Teileprofil angepassten Abstreifschuh gegen die Umformposition.

Diese Presse dient zum Umformen von Strangpressprofilen, gebremsten Profilen und Blechteilen.

Vor- und Nachteile des Streckformens

Der Hauptvorteil des Streckformens ist seine Fähigkeit, komplexe Formen genau zu formen, während die dimensionale Querschnittsform und die hochwertige Verarbeitung der Teile beibehalten werden.

Als kostengünstiges Verfahren benötigt das Streckformen weniger Kraft als jedes andere Pressformverfahren und kann die Materialkosten senken. Metallteile werden mit einer hochwertigen Oberfläche ohne Abnutzungs- und/oder Markierungen hergestellt. Der Streckformprozess induziert eine Kaltverfestigung, die die Materialfestigkeit erhöht und gleichzeitig die Eigenspannung reduziert, um die Rückfederung zu minimieren.

Das Streckformverfahren ist selten für Folge- oder Transfervorgänge geeignet. Obwohl der Prozess scharfe Konturen und einfallende Winkel erzeugen kann, ist er am besten zum Formen flacher oder fast flacher Formen geeignet. Das Streckformen verwendet Bulldozieren oder Rütteln als sekundären Vorgang, um während oder nach dem Formen Formteile zu ziehen oder Teile einzudrücken. Stanzen werden auch verwendet, um den nächsten Prozess des Lokalisierens von Löchern bereitzustellen.

Bei einigen Anwendungen zum Einwickeln von Folienstretch muss die Formungszykluszeit verlangsamt werden, um die Materialeigenschaften und die Oberflächenbeschaffenheit beizubehalten. Aus diesem Grund wird es nicht für die Massenproduktion empfohlen. Das Streckziehformen, bei dem zusammenpassende Matrizen und andere Verfahren verwendet werden, die in diesem Papier nicht behandelt werden, wie das Vierachsen-Umformen, kann jedoch genauso schnell und automatisch wie herkömmliche Pressvorgänge durchgeführt werden.