Steuerungstechnik

Komplex zu biegen ist eine Kunst

So einfach Blechteile manchmal aussehen, so komplex ist oft ihre Konstruktion und effiziente Fertigung. Dieser Beitrag beleuchtet deswegen die Frage, inwieweit eine ausgereifte Branchensoftware, die über umfangreiche Blechfunktionalitäten verfügt, bei der nachhaltigen Konstruktion von Blechteilen von Vorteil ist. Denn auf diese Weise lassen sich nicht nur Blechabwicklungen fertigungsgerecht schnell erstellen, sondern auch die vorhandenen Maschinen und die spezifischen Vorteile des jeweiligen Materials optimal nutzen.
Toleranter Import: Toleranzen ermöglichen die korrekte Weiterbearbeitung nicht vollständig ausmodellierter Konstruktionen – sogar dann, wenn Rundungsbereiche fehlen.

Jedes Kind hat schon einmal eine Pappschachtel gebaut. Im Prinzip hat man dabei fünf Flächen zu beachten. Ein Schachtelboden wird in die Mitte geplant, von vier Seiten werden Flächen im 90-Grad-Winkel nach oben geklappt, die Seiten mit Klebefilm verklebt – fertig ist die Schachtel. Nicht schön, aber praktisch. Komplexer wird es, wenn man an zwei der Außenflächen weitere Laschen vorsieht, die als Klebefalz für Flüssigkleber genutzt werden sollen. Damit das Material nicht übereinander drückt, werden dann in der Regel die Ecken dieser Klebelaschen schräg geschnitten. Klingt immer noch einfach, ist es auch.

Blechbearbeitung ist jedoch ungleich komplexer. Beim Biegen werden Bleche an der Außenkante gedehnt und an der Innenkante entsprechend gestaucht. Daraus ergibt sich, dass die Außenkante des Teils nach dem Biegen länger ist als vor dem Biegen. Wenn man bedenkt, dass Standard-Bleche in Stärken von 0,5 bis 25 mm (in Extremfällen sogar bis zu 70 mm) verarbeitet werden, kann man sich leicht vorstellen, wie wichtig es ist, das Material, dessen Stärke und vor allem das Biegeverhalten zu kennen – und bei der Konstruktion zu berücksichtigen. Damit in den geplanten Maßen gefertigt werden kann, muss eine Abwicklung von vornherein Verkürzungen berücksichtigen. Um Quetschungen an Stoßkanten zu verhindern, müssen Freistellungen gesetzt werden. Verkürzungswerte, so genannte Abkantfaktoren, lassen sich berechnen; Materialart, Blechdicke, Innenradius und Biegewinkel müssen dabei kalkuliert werden. Eingesetzte Werkzeuge, genutzte Verfahren und die Eigenheiten der Maschine, an der das Teil gefertigt wird, ebenfalls. Eine optimale Gestaltung der Konstruktion unter Berücksichtigung der aktuellen Fertigungsmöglichkeiten sichert die effiziente Nutzung der verfügbaren Maschinen, erspart teure mechanische oder gar manuelle Bearbeitungen. Es sind daneben aber zahlreiche andere Aspekte zu berücksichtigen, die eine Produktion im Sinne des Herstellers verbessern können.

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Bleche mit komplexen Schnittformen sind auf modernen Blechbearbeitungsmaschinen relativ kostengünstig zu produzieren. Das Design von komplexen Blechteilen bleibt aber eine Herausforderung. Um effiziente Prozesse realisieren zu können, muss der Informationsfluss von der Planung bis auf die Fertigungsebene zur NC-Steuerung möglichst durchgängig und verlustfrei sein. Hierbei stellen sich folgende Fragen:

Welchen Herausforderungen stehen die Blechfertiger im Alltag gegenüber?

Wie kann der Prozess vom Entwurf bis zur Fertigung durch Softwarelösungen optimiert werden?

Die führenden CAD-Systeme haben den Stellenwert des Blechs und die wirtschaftliche Bedeutung der Branche längst erkannt und bieten heute durch die Bank umfassende Funktionen für die Blechkonstruktion. Was benötigen Blechfertiger? Neben den in verschiedenen Standardsystemen zu findenden Basisfunktionen sind in vielen Fällen vor allem auch folgende Funktionalitäten relevant: Bibliotheken, die beispielsweise Stanz- und Umformwerkzeuge zur Verfügung stellen (idealerweise an die genutzten Maschinen angepasst); eine tolerante, flexible Abwicklung einfach gekrümmter Freiformflächen; ein flexibler Import ungenau modellierter Teile; einstellbare Genauigkeitsparameter; einfaches Handling angefügter Attribute; komfortable, fertigungsgerechte Eckgestaltung; Übergabe von Biegemarkierungen mit der Biegetabelle sowie eine belastbare Kostenkalkulation.

Unterschiede zwischen Eigen- und Lohnfertigern

Grundsätzlich treffen wir in der Blechverarbeitung auf zwei Typen von Fertigern: die Eigenfertiger und die Lohnfertiger. Eigenfertiger, die ihre Blecherzeugnisse in eigenen Konstruktionsabteilungen entwickeln und über eine eigene Blechfertigung verfügen, stellen zum Teil andere Ansprüche an Blechabwicklungssoftware als Lohnfertiger. Ersteren geht es vor allem um optimale Grundfunktionen, die zwar spezifische, aber alltägliche Anforderungen an die Blechkonstruktion bedienen. In aller Regel wird heute ausgehend vom 3D-Modell konstruiert. Konstrukteure setzen auf Software-Lösungen, mit deren Hilfe die Konstruktion vereinfacht und eine entsprechende Abwicklung generiert wird, die direkt an das CAM übergeben werden kann. Die Software liefert im Idealfall dazu auch die Biegeinformationen für gängige Biegemaschinen, aber schon hier kommen Standardsysteme an Grenzen. Eine Branchenlösung bietet hier echten Mehrwert: In der Abwicklung können außer Biegelinien auch optional die Begrenzungslinien der Biegezonen dargestellt werden. Freiformflächen sowie Kegel- und Zylinderflächen mit großen Radien können mit einer Folge von fertigungsgerechten Biegelinien zum sukzessiven Kanten versehen werden. Diese Kantungen werden unter Eingabe der Biegelinienzahl dann in der Abwicklung erzeugt. Dabei kann die Anzahl durch Attribute pro Fläche individuell gesteuert werden. Zur vereinfachten Identifizierung einer Kantlinie auf der Platine können die Biegelinien automatisch mit Biegemarkierungen versehen werden. Der Bediener an der Kantbank kann sich dann an Körnerpunkten oder Randeinschnitten orientieren und somit das Blech schneller und sicherer positionieren. Eine optional erstellte Biegelinientabelle enthält übersichtlich alle zum Biegen notwendigen Informationen, wie Biegewinkel und Radius. Die Linientypen, Farben und Layer der Konturen lassen sich für NC-Programme anpassen. Die Abwicklung – optional obere und untere Abwicklung – erfolgt wahlweise in die bestehende Zeichnung, ein Teiledokument oder direkt in ein für den Datenexport definiertes Dateiformat.
Das Angebot der Lohnfertiger reicht von der Konstruktion bis zur Herstellung der Blechteile, wobei der Dienstleister mit dem Auftraggeber gemeinsam Produkte entwickelt oder im Auftrag produziert. Was fängt er aber mit CAD-Modellen an, die nicht den Gegebenheiten vor Ort entsprechend konstruiert wurden? Bei der Konvertierung von Volumenmodellen in Blechteile kann es zu Problemen kommen, welche im ungünstigsten Fall zu unbrauchbaren Ergebnissen führen. Die häufigste Import-Fehlerquelle ist das Nicht-Erkennen von Biegungen oder nicht-parallelen Flächen. Als einzige Lösung bleibt dann oft die Re- oder gar Umkonstruktion der Daten im eigenen CAD-System. Eine große Hilfe bietet eine Lösung, die solche Ungenauigkeiten durch verschiedene Toleranzoptionen kompensiert, die sich unter anderem auf die Blechdicke, die Parallelität von Ober- und Unterseite und die Winkel, unter denen angrenzende Flächen aufeinander stoßen, beziehen. Eine Branchensoftware, die dies leistet, kann viel Zeit für Fehlversuche sparen.

What you ‚think‘ is what you get

Erinnern wir uns an die Pappschachtel. Ein zentrales Thema in der Blechfertigung ist die Ausbildung der Ecken – der Bereiche also, an der Laschen aneinanderstoßen. Moderne Laserschneidemaschinen gestatten eine sehr präzise Konturenführung. Ein gutes Abwicklungsprogramm stellt dem Designer deshalb eine entsprechende Auswahl an Eckfreistellungen zur Verfügung.

Biegezonen eines Blechkörpers bestehen in der Regel aus Rundungsbereichen, also Zylinder- oder Kegelabschnitten, die jeweils tangential in die angrenzenden ebenen Flächen übergehen. Bei Lohnfertigen in Auftrag gegebene Konstruktionen enthalten diese Rundungsbereiche oft nicht. Eine gute Blechbearbeitungssoftware kann helfen, diese Bereiche nachträglich auszuformen. Jeder dieser scharfkantigen Biegungen kann dann ein bestimmter Biegeradius für die korrekte Verkürzungsberechnung mitgegeben werden. Und so genannte Eck-Schlitz-Attribute können Eckbereiche für die korrekte Abwicklung intern auftrennen. Der Abwicklungsprozess behandelt diese Kanten so, als wäre dort ein realer Eck-Schlitz mit der vom Anwender angegebenen Schlitzweite im Modell vorhanden. Bei Bedarf können Eckenfreistellungen auch automatisch generiert werden. So lassen sich fertigungsgerechte Blechabwicklungen schnell erstellen – auch solche, die sich mit den Funktionen der Standardsysteme entweder gar nicht oder nur sehr umständlich, beziehungsweise fehlerhaft erzeugen lassen. Auch Biegezonen, die innen scharfkantig sind und einen Außenradius in Blechdicke haben (so genannte halbscharfkantige Teile), können korrekt abgewickelt werden. Für Blechbearbeitungsmaschinen ausgelegte Schnittstellen ermöglichen idealerweise die problemlose Übergabe der Abwicklungsgeometrie in das Dateiformat der jeweiligen Maschinenprogramme.

Ein weiteres wichtiges Thema sind Bibliotheken, bei denen man zwei Arten unterscheidet: solche, in denen der Konstrukteur Komponenten verwaltet, die für den Aufbau von Baugruppen benötigt werden (also Bauteilbibliotheken), von solchen, die Werkzeuginformationen enthalten, die in der Fertigung zum Einsatz kommen. Im Bereich der Blechkonstruktion sind letzteres Bibliotheken, die Biege- sowie Stanz- und Umformwerkzeuge enthalten. Während des Modellierens kann der Konstrukteur sich daraus bedienen. Der Abwicklungsalgorithmus erkennt etwa die Umformfeatures und schreibt die korrespondierenden Fertigungsinformationen (Werkzeugtyp, Hubposition und Ausrichtung) in die Exportdaten für die jeweilige Maschinensteuerung.

Bibliotheken schaffen Standards

Im Konstruktionszusammenhang bringen Bibliotheken vor allem auch eine deutliche Zeitersparnis, wenn sich fertige Bauteile mit nur wenigen Mausklicks in die Konstruktionen einfügen lassen. Sinn einer solchen Bibliothek ist es, die Teilevielfalt zu reduzieren und ein hohes Potenzial an Standardisierung zu nutzen. Das unternehmenseigene Konstruktions-Know-how wird systematisch erfasst und anderen Fachabteilungen verfügbar gemacht. Beim Aufbau interner Bibliotheken kann unterschieden werden zwischen Bibliotheken, in denen jedes Bauteil in einer Datei komplett abgelegt ist und solchen, die Typen und Komponenten verwalten, deren Abmessungen erst während der Konstruktion angegeben werden. Letzteres spart natürlich Kapazitäten und – entsprechende Klassifizierungsmerkmale vorausgesetzt – Suchzeiten bei der Wiederverwendung.

Sinnvolle Verwendung finden im Blechbereich Standardteile wie Rohrstücke, Konusse, Krümmer und Abzweiger. Verschiedene Übergänge und Y-Abzweiger, eckige und runde Flansche und verschieden modellierte Böden ergänzen das Portfolio. Wenn diese Komponenten als parametrische Konstruktionstypen definiert sind, erfolgt die Verwendung solcher Bauteile über die Auswahl eines Komponententyps und anschließender Angabe der jeweiligen Maße. Nach Auswahl einer Komponente wird das gewählte Teil in die Baugruppe geladen. Nun werden nur noch die Maße definiert. Die punktgenaue Positionierung innerhalb der Baugruppe erfolgt über einfaches Mausziehen. Ein weiterer Klick und die Abwicklungsdaten werden erzeugt. Selbstdefinierte Komponenten lassen sich idealerweise über Vorlagendaten erfassen, mit deren Hilfe der Anwender auf einfachste Weise Komponentendaten und -parameter anlegen, speichern und damit immer wieder verwenden kann.

Kosten bleiben stets im Blick

Was nützt das schönste Design und die perfekteste Abwicklung, wenn die Kosten den Rahmen der Vermarktung sprengen? Um die Kosten einer Konstruktion im Überblick zu behalten, sollte die Abwicklungssoftware eine Vorkalkulation anbieten, die dem Anwender eine Tendenz liefert, was an Produktionskosten zu erwarten ist. Die Anzahl der Biegungen, Stanzungen, Umformungen, Gesamtbiegelängen, zu biegenden Geraden, Kreisabschnitte und Splinebögen, die in der Kalkulation unterschiedlich bewertet werden, die Gesamtfläche der Umbox sowie Rüstkosten fließen in die Berechnung der Platine ein. Im Idealfall lassen sich zudem Konfigurationen speichern, die für verschiedene Projekte herangezogen werden können.

Zusammenfassend lässt sich damit feststellen, dass es eine Menge an Aufgabenstellungen gibt, bei denen eine leistungsstarke Branchensoftware für die Blechbearbeitung von Vorteil sein kann. Bei einem Benchmark lohnt es sich deshalb, die angesprochenen Aspekte miteinzubeziehen – zumal Leistungsunterschiede der verschiedenen Lösungen nicht immer auf Anhieb erkennbar sind. Oft zeigen sie sich erst an Teilen, bei denen Standardsysteme an ihre natürlichen Grenzen kommen.


Christian Burdorf ist Leiter Marketing bei der SPI GmbH.

SPI GmbH, Ahrensburg/Hamburg Tel. 04102/706-0, http://www.spi-blech.de Messe Blechexpo: Halle 3, Stand 3109

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