Biegen von Edelstahlblech: Strategien zur Überwindung der Rückfederung

I. Eckpunkte zum Biegen von Edelstahlblechen

Aufgrund der hohen Streckgrenze, der Härte und der ausgeprägten Kaltverformung weist das Biegen von Blechen aus nichtrostendem Stahl die folgenden Eigenschaften auf:

• Aufgrund seiner geringeren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu normalem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt hat er eine geringere Dehnungsrate und erfordert eine größere Verformungskraft.
• Bleche aus nichtrostendem Stahl haben eine stärkere Tendenz zum Rückprall beim Biegen als Kohlenstoffstahl.
• Die prozentuale Dehnung von nichtrostenden Stahlplatte ist geringer als der von Kohlenstoffstahl, was zu einem größeren Biegewinkel des Werkstücks (R) oder zu einer möglichen Rissbildung führt.
• In Anbetracht der hohen Härte von rostfreiem Stahl Blech, das eine starke Kaltverfestigung aufweist, sollte ein Stempel aus Werkzeugstahl mit einer Härte von über 60 HRC nach der Wärmebehandlung gewählt werden. Die Oberflächenrauhigkeit der Biegewerkzeuge ist höher als die von Biegewerkzeugen aus Kohlenstoffstahl.

Nach den oben genannten Merkmalen, allgemein gesprochen:

Je dicker die Platte bei gleicher Größe ist, desto mehr Biegekraft erforderlich ist. Die Biegekraft nimmt mit zunehmender Blechdicke zu.

Je höher die Zugfestigkeit und je geringer die Dehnungsrate, desto mehr Biegekraft ist erforderlich und desto größer sollte der Biegewinkel bei gleicher Stückgröße sein.

Bei der Auslegung der Blechdicke im Verhältnis zum BiegeradiusErfahrungsgemäß sollte die abgewickelte Größe des Werkstücks mit einer Biegung berechnet werden, indem die beiden rechtwinkligen Seiten addiert und dann zwei Dicken subtrahiert werden. Damit wird die Anforderung an die Konstruktionsgenauigkeit voll erfüllt. Die Verwendung einer empirischen Formel zur Berechnung der Menge kann den Berechnungsprozess vereinfachen und die Produktionseffizienz erheblich verbessern.

Je höher die Streckgrenze des Materials ist, desto größer ist die zurückspringen. Daher sollte der Winkel der Stempelmatrize für das 90-Grad-Biegeteil kleiner sein.

Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl sind bei gleicher Dicke des nichtrostenden Stahls die Biegewinkel größer ist. Es ist wichtig, diesem Punkt besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da Biegerisse auftreten können, die die Festigkeit des Werkstücks beeinträchtigen.

II. Die Rückfederung des Edelstahls

Das Phänomen der Rückfederung in nichtrostendem Stahl stellt bei der Metallumformung eine große Herausforderung dar, die auf mehrere Schlüsselfaktoren zurückzuführen ist:

1. Materialhärte: Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Materialhärte und dem Ausmaß der Rückfederung. Bei der Bearbeitung von rostfreiem Stahl 301-EH (Extra Hard) wurde beispielsweise eine Rückfederung von etwa 14 Grad beobachtet. Dieses hohe Maß an Rückfederung ist auf die erhöhte Streckgrenze und die Kaltverfestigung des Materials zurückzuführen.
2. Verhältnis von Biegeradius zu Materialdicke: Je größer dieses Verhältnis ist, desto größer ist auch der Rückfederungseffekt. Diese Beziehung wird durch das Biegemoment und die Spannungsverteilung über die Materialdicke während der Umformung bestimmt.
3. Legierungszusammensetzung: Verschiedene Edelstahlsorten weisen ein unterschiedliches Rückfederungsverhalten auf. So weist SUS301 im Vergleich zu SUS304 in der Regel eine größere Rückfederung auf. Unter identischen Umformbedingungen kann SUS304 etwa 2 Grad weniger Rückfederung aufweisen als SUS301. Dieser Unterschied ist auf die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und der Mikrostruktur zurückzuführen, insbesondere auf den höheren Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt in 301, der die Kaltverfestigungsrate erhöht.
4. Geografische Quelle: Interessanterweise neigt der in Japan hergestellte rostfreie Stahl 301 im Vergleich zu seinem taiwanesischen Pendant zu einer stärkeren Rückfederung. Diese Abweichung ist wahrscheinlich auf subtile Unterschiede bei den Legierungselementen, den Verarbeitungstechniken oder den Qualitätskontrollstandards der einzelnen Hersteller zurückzuführen.
5. Methodik der Umformung: Einstufige Umformverfahren führen in der Regel zu einer stärkeren Rückfederung als mehrstufige Umformverfahren. Dies liegt daran, dass mehrstufige Verfahren eine Umverteilung der Spannung und eine allmähliche plastische Verformung ermöglichen, wodurch die elastische Rückfederung insgesamt verringert wird.

Um diese Herausforderungen zu meistern, ist ein iterativer Ansatz bei der Konstruktion und Anpassung der Form entscheidend. Nach jedem Umformversuch sollte die Form überarbeitet werden, um sowohl die winklige als auch die radiale Rückfederung zu berücksichtigen. Dieser Prozess erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen erfahrenen Technikern und Konstrukteuren, um die erforderlichen Änderungen effizient umzusetzen.

In der Praxis ermöglicht die Bearbeitung von Losen mit jeweils etwa 5 Teilen eine schnelle Wiederholung und Anpassung. Die Effizienz dieses Prozesses hängt stark vom Fachwissen und der Erfahrung des Technikers im Umgang mit der Umformung von nichtrostendem Stahl ab.

Zur weiteren Optimierung des Umformprozesses und zur Verringerung der Rückfederung:

1. Erwägen Sie den Einsatz von CAE-Simulationen (Computer Aided Engineering), um das Rückfederungsverhalten vor der Herstellung von Prototypen vorherzusagen.
2. Erforschen Sie fortschrittliche Umformtechniken wie die Warmumformung oder die Hochgeschwindigkeitsumformung, die bei bestimmten Anwendungen die Rückfederung verringern können.
3. Implementieren Sie präzise Prozesskontrollmaßnahmen, einschließlich gleichbleibender Materialeigenschaften, gleichmäßiger Temperaturverteilung und genauer Kraftanwendung während der Umformung.