Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Lippe am zylindrischen Teil zu kräuseln oder zu spreizen. Dies kann beispielsweise mit einer Presse oder einer Orbitalformmaschine erfolgen. Das Problem bei diesen Verfahren (insbesondere beim ersten) besteht jedoch darin, dass sie viel Kraft erfordern.
Dies ist nicht ideal für dünnwandige Teile oder Teile aus weniger duktilen Materialien. Für diese Anwendungen bietet sich eine dritte Methode an: Profiling.
Das Walzen ist wie die Orbital- und Radialumformung ein stoßfreies Verfahren der Kaltumformung von Metall. Anstatt jedoch einen Pfostenkopf oder eine Niete zu formen, erzeugt dieser Prozess eine Locke oder Kante am Rand oder Rand eines hohlen zylindrischen Teils. Dies kann erfolgen, um eine Komponente (z. B. ein Lager oder eine Kappe) in einer anderen Komponente zu befestigen oder einfach, um das Ende eines Metallrohrs zu behandeln, um es sicherer zu machen, sein Aussehen zu verbessern oder das Einführen des Rohrs zu erleichtern. in die Mitte des Metallrohrs. anderer Teil.
Beim Orbital- und Radialformen wird der Kopf mithilfe eines Hammerkopfes geformt, der an einer rotierenden Spindel befestigt ist und gleichzeitig eine nach unten gerichtete Kraft auf das Werkstück ausübt. Beim Profilieren kommen statt Düsen mehrere Walzen zum Einsatz. Der Kopf dreht sich mit 300 bis 600 U/min und bei jedem Durchgang der Walze wird das Material sanft gedrückt und geglättet, sodass eine nahtlose, dauerhafte Form entsteht. Im Vergleich dazu werden Gleisbauarbeiten typischerweise mit 1200 U/min durchgeführt.
„Orbitaler und radialer Modus sind für Vollnieten wirklich besser. Für rohrförmige Komponenten ist es besser“, sagte Tim Lauritzen, Produktanwendungsingenieur bei BalTec Corp.
Die Rollen kreuzen das Werkstück entlang einer präzisen Kontaktlinie und bringen das Material nach und nach in die gewünschte Form. Dieser Vorgang dauert etwa 1 bis 6 Sekunden.
„[Die Formzeit] hängt vom Material ab, davon, wie weit es bewegt werden muss und welche Geometrie das Material formen muss“, sagte Brian Wright, Vizepräsident für Vertrieb bei der Orbitform Group. „Man muss die Wandstärke und die Zugfestigkeit des Rohres berücksichtigen.“
Die Rolle kann von oben nach unten, von unten nach oben oder seitwärts geformt werden. Die einzige Voraussetzung besteht darin, ausreichend Platz für die Werkzeuge bereitzustellen.
Mit diesem Verfahren können eine Vielzahl von Materialien hergestellt werden, darunter Messing, Kupfer, Aluminiumguss, Weichstahl, Kohlenstoffstahl und Edelstahl.
„Aluminiumguss ist ein gutes Material zum Rollformen, da es beim Umformen zu Verschleiß kommen kann“, sagt Lauritzen. „Manchmal ist es notwendig, Teile zu schmieren, um den Verschleiß zu minimieren. Tatsächlich haben wir ein System entwickelt, das die Walzen schmiert, während sie das Material formen.“
Durch Rollformen können Wände mit einer Dicke von 0,03 bis 0,12 Zoll geformt werden. Der Durchmesser der Rohre variiert zwischen 0,5 und 18 Zoll. „Die meisten Anwendungen haben einen Durchmesser zwischen 1 und 6 Zoll“, sagt Wright.
Aufgrund der zusätzlichen Drehmomentkomponente erfordert das Rollformen 20 % weniger Abwärtskraft, um eine Locke oder Kante zu formen, als eine Crimpmaschine. Daher eignet sich dieses Verfahren für fragile Materialien wie Aluminiumguss und empfindliche Komponenten wie Sensoren.
„Wenn Sie die Rohrbaugruppe mit einer Presse formen würden, müssten Sie etwa fünfmal so viel Kraft aufwenden wie beim Rollformen“, sagt Wright. „Höhere Kräfte erhöhen das Risiko einer Rohraufweitung oder -verbiegung deutlich, sodass die Werkzeuge mittlerweile komplexer und teurer werden.
Es gibt zwei Arten von Rollenköpfen: statische Rollenköpfe und Gelenkköpfe. Am häufigsten kommen statische Header vor. Es verfügt über vertikal ausgerichtete Scrollräder in einer voreingestellten Position. Die Umformkraft wird senkrecht auf das Werkstück ausgeübt.
Im Gegensatz dazu verfügt ein Drehkopf über horizontal ausgerichtete Rollen, die auf Stiften montiert sind und sich synchron bewegen, wie die Spannbacken einer Bohrmaschine. Die Finger bewegen die Rolle radial in das geformte Werkstück und üben gleichzeitig eine Klemmkraft auf die Baugruppe aus. Dieser Kopftyp ist nützlich, wenn Teile der Baugruppe über das Mittelloch hinausragen.
„Dieser Typ übt Kraft von außen nach innen aus“, erklärt Wright. „Man kann nach innen quetschen oder Dinge wie O-Ring-Nuten oder Hinterschneidungen erzeugen. Der Antriebskopf bewegt das Werkzeug einfach entlang der Z-Achse auf und ab.“
Das Pivot-Roll-Formverfahren wird üblicherweise zur Vorbereitung von Rohren für den Lagereinbau verwendet. „Mit diesem Verfahren werden an der Außenseite des Teils eine Nut und an der Innenseite des Teils eine entsprechende Kante erzeugt, die als starrer Anschlag für das Lager dient“, erklärt Wright. „Sobald das Lager eingebaut ist, formen Sie das Ende des Rohrs, um das Lager zu befestigen. „Früher mussten Hersteller als starren Anschlag einen Absatz in das Rohr schneiden.“
Ausgestattet mit einem zusätzlichen Satz höhenverstellbarer Innenrollen kann das Drehgelenk sowohl den Außen- als auch den Innendurchmesser des Werkstücks formen.
Ob statisch oder gelenkig, jede Rollen- und Rollenkopfbaugruppe wird individuell für eine bestimmte Anwendung gefertigt. Der Rollenkopf lässt sich jedoch leicht austauschen. Tatsächlich kann dieselbe Grundmaschine das Formen und Walzen von Schienen durchführen. Und wie das Orbital- und Radialformen kann das Rollformen als eigenständiger halbautomatischer Prozess durchgeführt oder in ein vollautomatisches Montagesystem integriert werden.
Die Rollen bestehen aus gehärtetem Werkzeugstahl und haben typischerweise einen Durchmesser von 1 bis 1,5 Zoll, sagte Lauritzen. Die Anzahl der Rollen am Kopf hängt von der Dicke und dem Material des Teils sowie der Menge der ausgeübten Kraft ab. Am häufigsten wird ein Dreiwalzenmodell verwendet. Für kleine Teile sind möglicherweise nur zwei Rollen erforderlich, während für sehr große Teile möglicherweise sechs Rollen erforderlich sind.
„Das hängt von der Anwendung ab, von der Größe und dem Durchmesser des Teils und davon, wie stark das Material bewegt werden soll“, sagte Wright.
„95 Prozent der Anwendungen sind pneumatisch“, sagte Wright. „Wenn Sie hohe Präzision oder Reinraumarbeiten benötigen, benötigen Sie elektrische Systeme.“
In einigen Fällen können Druckkissen in das System eingebaut sein, um vor dem Formen eine Vorspannung auf das Bauteil auszuüben. In einigen Fällen kann ein linearer variabler Differentialtransformator in die Klemmplatte eingebaut werden, um die Stapelhöhe des Bauteils vor dem Zusammenbau als Qualitätskontrolle zu messen.
Die Schlüsselgrößen in diesem Prozess sind Axialkraft, Radialkraft (beim Gelenkwalzenumformen), Drehmoment, Drehzahl, Zeit und Weg. Diese Einstellungen variieren je nach Teilegröße, Material und Anforderungen an die Verbindungsstärke. Wie Press-, Orbital- und Radialumformvorgänge können Umformsysteme so ausgestattet werden, dass sie Kraft und Verschiebung über die Zeit messen.
Ausrüstungslieferanten können Hinweise zu optimalen Parametern sowie Hinweise zur Gestaltung der Vorformlingsgeometrie geben. Ziel ist es, dass das Material den Weg des geringsten Widerstands geht. Die Materialbewegung sollte den zur Sicherung der Verbindung erforderlichen Abstand nicht überschreiten.
In der Automobilindustrie wird diese Methode zur Montage von Magnetventilen, Sensorgehäusen, Nockenfolgern, Kugelgelenken, Stoßdämpfern, Filtern, Ölpumpen, Wasserpumpen, Vakuumpumpen, Hydraulikventilen, Spurstangen, Airbagbaugruppen, Lenksäulen usw. verwendet Antistatische Stoßdämpfer Blockieren Sie den Bremskrümmer.
„Wir haben kürzlich an einer Anwendung gearbeitet, bei der wir eine Chromkappe über einem Gewindeeinsatz geformt haben, um eine hochwertige Mutter zusammenzubauen“, sagt Lauritzen.
Ein Automobilzulieferer verwendet Rollformen, um Lager im Inneren eines Wasserpumpengehäuses aus Aluminiumguss zu befestigen. Zur Sicherung der Lager setzt das Unternehmen Sicherungsringe ein. Das Rollen erzeugt eine stärkere Verbindung und spart die Kosten für den Ring sowie Zeit und Kosten für das Nuten des Rings.
In der Medizingeräteindustrie wird das Profilieren zur Herstellung von Gelenkprothesen und Katheterspitzen eingesetzt. In der Elektroindustrie wird das Profilieren zur Montage von Messgeräten, Steckdosen, Kondensatoren und Batterien eingesetzt. Montagebetriebe in der Luft- und Raumfahrttechnik nutzen Rollformen zur Herstellung von Lagern und Tellerventilen. Die Technologie wird sogar zur Herstellung von Campingkocherhalterungen, Tischkreissägenbrechern und Rohrverbindungsstücken eingesetzt.
Ungefähr 98 % der Produktion in den Vereinigten Staaten stammt von kleinen und mittleren Unternehmen. Besprechen Sie mit Greg Whitt, Process Improvement Manager beim Wohnmobilhersteller MORryde, und Ryan Kuhlenbeck, CEO von Pico MES, wie mittelständische Unternehmen von der manuellen zur digitalen Fertigung übergehen können, beginnend in der Werkstatt.
Unsere Gesellschaft steht vor beispiellosen wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Herausforderungen. Der Unternehmensberater und Autor Olivier Larue glaubt, dass die Grundlage zur Lösung vieler dieser Probleme an einem überraschenden Ort zu finden ist: dem Toyota Production System (TPS).
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.09.2023