Biegen

Das Biegen gehört zu den umformenden Fertigungsverfahren von festen Körpern. Durch ein Biegemoment wird das Fließen des Werkstoffes in der Umformzone erreicht. Das für das Biegen benötigte Moment wird durch Zug- oder Druckbeanspruchung oder ein Drehmoment aufgebracht. Im Bereich der Metallverarbeitung, in der das Biegen überwiegend zum Einsatz kommt und eines der am häufigsten genutzten Umformverfahren ist, können die Werkstücke Ausgangsformen wie Drähte, Rohre, Bleche, Stangen, Profilstäbe oder auch Bänder sein.

Biegen wird sowohl in der Serienfertigung kleinster Werkstücke als auch für Leichtbauprofile des Fahrzeug- oder Stahlbaus, Großrohre sowie auch für die Einzelfertigung dickwandiger Werkstücke und in verschiedenen anderen Bereichen angewandt. Kunststoffe können im erwärmten Zustand gebogen werden, allerdings werden im Bereich der Kunststoffverarbeitung hauptsächlich andere Fertigungsverfahren (Druckguss, Tiefziehen) genutzt. Die Grundmaße des Werkstückes werden durch den Biegeradius und den Verlauf der Achse, an der gebogen werden soll, bestimmt. Das Biegen im kalten Zustand wird häufiger eingesetzt als das Warmbiegen, welches jedoch bei sehr großen Werkstücken und bei sehr kleinen Biegeradien, zum Verringern der Kräfte beim Umformen, von Vorteil ist. Beim Biegen ändert sich die Winkelstellung von einem Werkstückteil zum anderen und es können verschiedene Umformzustände erreicht werden. Bei einer rein elastischen Verformung kehrt der Körper nach der Krafteinwirkung in seinen Ausgangszustand zurück. Für eine anhaltende Veränderung des Ausgangszustandes ist eine elastisch-plastische oder plastische Umformung nötig. Um eine dauerhafte Umformung beim Biegen zu erreichen, müssen am Werkstück ein Biegemoment angreifen und wenigstens örtlich die auftretenden Spannungen im Werkstück die Fließbedingung (Werkstoffverhalten beschrieben durch Gleichungen) erfüllen. Das Biegen kann in translatorisches und rotatorisches Biegen unterteilt werden, abhängig von der hauptsächlichen Bewegung des Werkzeuges.

Das für den Vorgang des Biegens erforderliche Biegemoment lässt sich nach der elementaren Biegetheorie (Biegen von Blech) berechnen der folgende Annahmen zu Grunde liegen. Das Biegen eines Bleches erfolgt durch ein reines Biegemoment, alle anderen Kräfte werden vernachlässigt, so dass ein Kreisbogen als Biegelinie angenommen werden kann. Weiterhin wird angenommen, dass die Breite (parallel zur Biegelinie) des Werkstückes wesentlich größer ist als die Dicke, so dass die Formänderung als ebener Zustand angenommen werden kann. Außerdem weist der Werkstoff vor dem Biegen keine Eigenspannungen auf und die Querschnitte des Werkstückes, die in einer Ebene liegen, bleiben nach dem Biegen in Parallelität zur Biegeachse erhalten. Weitere Annahmen sind die Vernachlässigung von Druckspannungen, die senkrecht zur Blechoberfläche auftreten können, die Konstanz der Dicke des Bleches beim Biegen und die Symmetrie zum Nullpunkt der Formänderungs-Spannungs-Kurven eines Werkstoffes in der Zone, wo Zug und Druck angreift. Durch diese Annahmen für einen vereinfachten Idealfall kann der Vorgang des Biegens durch nur einen Querschnitt, der parallel zur Biegelinie liegt und dort durch nur eine die Biegeachse schneidende Gerade betrachtet werden. Auf dieser Basis kann das Biegemoment berechnet werden, sowie mit der Hilfe zweier weiterer Annahmen die elastische Rückfederung eines Werkstückes. Für das Biegen von Blechteilen gibt es einige Aspekte aus dem Bereich der Fertigung, welche die Gestaltung und die Genauigkeit des Werkstückes beeinflussen. Zu berücksichtigen ist beispielsweise ein minimaler und maximaler Biegeradius, der sich in Abhängigkeit der Werkstückdicke berechnen lässt. Die Form des Werkstückes nach dem Biegen hängt vom Werkstoff und seiner Streckgrenze ab, die Auskunft über das elastisch-plastische Verhalten eines Werkstoffes gibt. Zu berücksichtigen ist auch eine Randverformung bei dicken Blechen, die mit scharfen Kanten gebogen werden. Bei spröden und dünnen Blechen spielt die Walzrichtung eine wichtige Rolle, weil die Eigenschaften in Querrichtung günstiger fürs Biegen sind. Gelochte Bleche erfordern einen Mindestabstand von den Löchern, um deren Verformung zu verhindern. Außerdem gibt es eine Mindestschenkellänge und auch die Zuschnittslänge muss im Vorfeld ermittelt werden. Zu den Verfahren des Biegens gehören beispielsweise Gesenkbiegen, Profilieren, Runden mit Biegewalzen, Biegerichten, Rohr- und Profilbiegen, Fertigen von Versteifungssicken und einige Sonderbiegeverfahren.