Stufenbiegen steigert die Produktivität von Abkantpressen

Vor Jahren installierte ein Bediener vielleicht einen einzigen Stempel- und Matrizensatz auf einer Abkantpresse und behielt dieses Werkzeug-Setup über Tage oder sogar Wochen bei. Dies war ein Paradebeispiel für die traditionelle Sichtweise von Produktionseffizienz in ihrer reinsten Form.

Doch schrumpfende Losgrößen und Lieferzeiten haben alles verändert. Ein Lohnfertiger muss heute möglicherweise 20 oder mehr verschiedene Aufträge pro Schicht auf der Abkantpresse bearbeiten, wobei viele, wenn nicht alle, unterschiedliche Werkzeuge erfordern – und damit verbunden die entsprechende Rüstzeit. Solche Ineffizienzen bei Zeit und Arbeit können sich Hersteller heute kaum noch leisten.

Das Biegen komplexer Teile schafft ebenso viele Herausforderungen. Bei mehreren Biegungen, die unterschiedliche Werkzeugsätze erfordern, verursachen komplexe Teile entsprechend mehr Aufwand für Arbeit, Rüst- und Abbauzeiten.

Wie gewinnen Hersteller an Effizienz beim Formen komplexer Teile oder einer Serie unterschiedlicher Teile, die alle mehrere Werkzeug-Setups benötigen? In diesen Fällen greifen Hersteller auf das Stufenbiegen (Stage Bending) zurück, bei dem mehrere Werkzeugsätze (Kombinationen aus Stempel und Matrize) nebeneinander über die gesamte Bettlänge der Abkantpresse angeordnet werden.

Bediener können ein komplexes Teil an einer Maschine in einem einzigen Setup fertigstellen. Sie können ein Setup auch verwenden, um eine Vielzahl von Teilen zu biegen – fünf Teile hier, drei Teile dort, ein Dutzend Teile danach – wobei jedes Teil eine bestimmte Kombination der Werkzeuge auf dem Pressenbett nutzt.

Diese Praxis ist in vielen Betrieben üblich geworden, in denen erfahrene Abkantbediener regelmäßig mit verschiedenen gestuften Werkzeugsituationen arbeiten. Doch die Aufgabe ist nicht so einfach, wie sie klingt. Es reicht nicht aus, einfach segmentierte Werkzeuge auf der Abkantpresse anzuordnen. Ein gestuftes Setup muss es dem Bediener ermöglichen, ein Teil nach jeder Biegung zu entnehmen, ohne es zu beschädigen. Hinzu kommt der kritischste Faktor: die Einbauhöhe (Shut Height), also der Raum zwischen Pressenbett und Stößel am unteren Totpunkt des Hubs. Damit Stufenbiegen funktioniert, müssen alle Werkzeugsätze ihre Aufgabe bei derselben Einbauhöhe erfüllen.

Wie erstellen Einrichtungstechniker und Bediener angesichts all dessen diese Setups, um Stufenbiegen effizient und effektiv durchzuführen? Sie haben mehrere Möglichkeiten.

Shimming (Unterlegen): Eine gute Option

Nehmen wir an, ein Bediener hat einen 90-Grad-Werkzeugsatz und daneben einen weiteren 90-Grad-Satz mit einer anderen V-Öffnung. Dies setzt voraus, dass die Biegelinie kurz genug ist, um beide Werkzeugsätze gleichzeitig in die Presse zu laden. Um den zweiten 90-Grad-Winkel in der größeren und tieferen V-Öffnung zu formen, muss die Stempelspitze etwas weiter nach unten fahren. Dies erzeugt einen tieferen Hub, der – falls nicht berücksichtigt – dazu führen würde, dass der erste Werkzeugsatz kollidiert, was sowohl die Werkzeuge als auch die Abkantpresse beschädigen und ein ernstes Sicherheitsrisiko für alle Personen in der Nähe darstellen würde.

Um dies zu vermeiden, nutzen Bediener den ältesten Trick der Welt: das Unterlegen (Shimming). Konkret legen sie eine behelfsmäßige Unterlage oder einen Distanzblock unter den Werkzeugsatz mit der größeren V-Öffnung, sodass dieser eine gemeinsame Einbauhöhe mit dem ersten Werkzeugsatz teilt. Dies ermöglicht es dem Bediener, beide Werkzeugsätze gleichzeitig zu laden, ohne dass die Werkzeuge kollidieren.

Obwohl es einfach erscheint, kann die Verwendung von Shims und Distanzstücken recht komplex sein und erfordert Zeit sowie erhebliches Geschick des Bedieners. Zudem kann jedes Setup unterschiedliche Unterlagen erfordern, um die gemeinsame Einbauhöhe zu erreichen. Das bedeutet, dass jedes Setup für jedes Teil individuell unterlegt werden müsste. Bei einigen Werkzeugtypen ist dies üblicher als bei anderen. Unabhängig davon kann es Lean-Praktiken massiv stören und verursacht oft so viel Ausfallzeit, dass es schneller wäre, die Teile in mehreren, einfacheren Setups zu formen.

Eine bessere Option: Werkzeuge aus derselben Familie

Normalerweise als Kompromisslösung angesehen, nutzt diese Art des Stufenbiegens Werkzeuge aus derselben Stempelfamilie zusammen mit dem gleichen Winkel und der gleichen V-Öffnung. Der Winkel von Matrize und Stempel muss in jedem Satz übereinstimmen. Zum Beispiel könnte ein gestuftes Setup eine 90-Grad-Matrize gepaart mit zwei 90-Grad-Stempeln haben.

Die Stempel müssen aus derselben theoretischen Höhenfamilie stammen. Solange die Bediener die Werkzeuge auf diese Weise abstimmen, können sie Stufenbiegen durchführen. Stammen die Stempel zwar aus derselben Höhenfamilie, passen aber die Winkel nicht zusammen, oder wird die V-Öffnung der Matrize geändert, sind die Matrizen nicht darauf ausgelegt, gleichzeitig den unteren Totpunkt zu erreichen.

Dies ist sicherlich effizienter als das Unterlegen. Dennoch werden bei verschiedenen Teilechargen selten dieselben V-Öffnungen und Stempelwinkel verwendet. Diese Anordnung bietet keine Flexibilität außerhalb einer einzigen Werkzeugfamilie.

Die beste Option: Gestufte Werkzeuge (Staged Tools)

Werkzeuge, die mit einheitlichen Einbauhöhen konstruiert wurden, machen Unterlagen überflüssig und bieten mehr Flexibilität als Werkzeugsätze mit identischen Winkeln. Das Design gestufter Werkzeuge (auch als Common-Shut-Height-Werkzeuge bekannt) erlaubt es, mehrere Stempel- und Matrizensätze in einer einzigen Abkantpresse einzurichten. Mit gestuften Werkzeugen kann ein einziges Setup eine Mischung aus Winkeln, Offsets, Zudrückwerkzeugen und sogar Kröpfstempeln sowie Matrizen mit unterschiedlichen V-Öffnungen enthalten. Nach dem Laden der Werkzeugsätze fasst der Bediener den Rohling nur einmal an und führt ihn nacheinander von einem Werkzeugsatz zum nächsten.

Teilegeometrie und Werkzeugprofile

Stufenbiegen kann zu schlankeren Prozessen führen, aber wie bei allem muss ein Hersteller zuerst die Anwendungsvariablen berücksichtigen. Dazu gehört die Teilegeometrie. Wenn ein Teil so lang wie die Abkantpresse ist, wird der Bediener nur einen Werkzeugsatz verwenden. In diesem Fall ist Stufenbiegen offensichtlich nicht möglich.

Ein weiterer Faktor ist die Anzahl der verschiedenen Werkzeugprofile, die ein Auftrag erfordert. Angenommen, ein Auftrag benötigt viele Werkzeugprofile, die traditionell mehrere Werkzeugwechsel erfordern würden. Wenn ein Hersteller über gestufte Werkzeuge verfügt, wäre Stufenbiegen der offensichtliche Weg. In einem Stufenbiege-Setup könnte ein Bediener alle Biegungen für ein Teil ausführen, ohne das Werkzeug wechseln oder handhaben zu müssen.

Was aber, wenn ein Betrieb nicht über solche Werkzeuge verfügt? Wenn ein Auftrag zahlreiche Werkzeugprofile erfordert, könnte Stufenbiegen mit der alten Shimming-Methode wirtschaftlich immer noch sinnvoll sein. Dies hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter die Stückzahl, die Bestellhäufigkeit, die Dauer des Unterlegens, die Wiederholgenauigkeit des Setups sowie die eingesparte Zeit für Werkzeugwechsel.

Aussermittiges Biegen

Eine Abkantpresse führt Biegungen normalerweise mit einem einzigen Werkzeugsatz in der Mitte des Pressenbettes aus, wo die Kräfte gleichmäßig verteilt sind. Das Biegen in der Mitte bietet den Vorteil ausgeglichener Kräfte.

Stufenbiegen wendet Biegekräfte oft nicht nur in der Mitte an, sondern auch auf der linken und rechten Seite des Pressenbettes, während sich der Bediener von einem Werkzeugsatz zum nächsten bewegt. Dies bringt eine weitere Überlegung mit sich: Um Stufenbiegen durchzuführen, sollte eine Abkantpresse außermittiges Biegen ermöglichen.

Im Allgemeinen können druckgesteuerte (downacting) Abkantpressen ungleichmäßige Kräfte besser aufnehmen als zuggesteuerte (upacting) Pressen, da die Downacting-Systeme für den Ausgleich der Tonnage auf der linken oder rechten Seite der Maschine ausgerüstet sind. Speziell verfügt eine Downacting-Abkantpresse über Hydraulikzylinder links und rechts am Balken. Über die Maschinensteuerung kompensieren diese die Tonnage und ermöglichen außermittiges Biegen, ohne dass die Maschine abschaltet.

Upacting-Abkantpressen verfügen jedoch über Mechanismen, die die Maschine abschalten, wenn zu viel Tonnage außermittig erkannt wird. Das bedeutet nicht, dass außermittiges Biegen dort unmöglich wäre, aber die Anwendung hätte Einschränkungen bei Biegelänge und Tonnage.

Stückzahl und Bestellhäufigkeit

Wenn mehr Teile häufiger produziert werden, bietet Stufenbiegen größere Effizienzvorteile. Es kann auch anderen Szenarien zugutekommen – zum Beispiel einem bestimmten komplexen Auftrag, der in geringen Mengen, aber häufig bestellt wird.

Es geht immer darum, die nicht wertschöpfende Zeit unter die Lupe zu nehmen, einschließlich Ausfallzeiten durch lange Umrüstungen und übermäßige Materialhandhabung. Weniger ist hier mehr.

Überlegungen zum Hinteranschlag

Moderne CNC-Abkantpressen verfügen über programmierbare Hinteranschläge. Sie bewegen sich sofort von Werkzeugsatz zu Werkzeugsatz und messen eine Biegung nach der anderen präzise ab. Der moderne mehrachsige Hinteranschlag hat das Stufenbiegen flexibler denn je gemacht.

Das Anschlagen an alten oder Nicht-CNC-Maschinen ist eine andere Geschichte. Die R-Achse des Hinteranschlags – also die Auf- und Abbewegung der Anschlagfinger – stellt die größte Herausforderung dar. Der Hinteranschlag muss auf der R-Achse so positioniert werden, dass er an verschiedenen Matrizenschulterhöhen (siehe Abbildung 3) anschlagen kann.

Um den Hinteranschlag an Nicht-CNC-Abkantpressen einzustellen, betätigt der Bediener eine Handkurbel. In der Regel nimmt dies nicht viel Zeit in Anspruch. Und zum Glück für die Bediener älterer Pressen sind die Anpassungen oft minimal oder unnötig, solange die Schulterhöhen der Matrizen ähnlich sind. Mit wenigen Ausnahmen unterstützen die meisten älteren Abkantpressen das Stufenbiegen, wenn die Matrizenschulterhöhe leicht variiert, solange der Hinteranschlag auf einen Mittelpunkt eingestellt ist.

Alles in einem Durchgang

Da die Biegetechnologie voranschreitet, um den Anforderungen einer flexiblen Fertigung mit kleinen Losgrößen gerecht zu werden, ist Stufenbiegen immer verbreiteter geworden. Offline-Biegeprogrammierung und 3D-Simulation können einem Programmierer genau zeigen, wie ein Teil von einem Werkzeugsatz zum nächsten geformt wird. Zudem sieht der Programmierer, ob ein bereits geformter Flansch mit einem benachbarten Werkzeug kollidiert, bevor der Auftrag die Maschine erreicht.

Die moderne Steuerung der Presse zeigt eine 3D-Simulation, die den Bediener durch die Biegesequenz führt. Einige Abkantpressen verfügen über Fußpedale, die sich dorthin bewegen, wo die nächste Biegung stattfindet, andere haben LEDs direkt über den Werkzeugen, die genau anzeigen, wohin der Bediener für die nächste Biegung gehen muss.

Dennoch können gestufte Werkzeuge auch auf älteren Maschinen erhebliche Zeit und Kosten sparen. Während die alte Praxis des Unterlegens immer noch verbreitet und effektiv ist, haben Hersteller andere Optionen für das Stufenbiegen. Eine Lösung ist die Verwendung von Stempeln gleicher Höhe und gleichen Winkels mit derselben Matrize; eine andere Lösung sind speziell gestufte Werkzeuge.

Letztendlich geht es darum, Zeit zu sparen, indem nicht wertschöpfende Materialhandhabung und Umrüstzeiten eliminiert werden – die klassischen Verschwendungen im Lean Management. Werkzeuge mit einheitlicher Einbauhöhe ermöglichen es Werkstätten, Stufenbiegen sowohl mit amerikanischen als auch mit europäischen Abkantpressen und verschiedenen Werkzeugstilen durchzuführen. Einfach ausgedrückt: Stufenbiegen ermöglicht es einem Hersteller, alles in einem Durchgang zu erledigen.

IMA Informationen:

Die Italian Machinery Association bietet verschiedene Werkzeuglösungen für das Biegen in den Stilen Wila, European und Trumpf an. Wenn Sie sich in den baltischen Staaten befinden, können Sie Wilson Tool-Werkzeugsysteme auch über den lokalen Händler und unseren Partner - Technolink - beziehen.

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