Aluminium - Biegen

Aluminiumwerkstoffe zeichnen sich durch ein gutes Formänderungsvermögen aus. Bereich und Grenzen des Umformens sind jedoch von mehreren Faktoren abhängig, so vor allem von der Zusammensetzung des Werkstoffes, von der Form und den Abmessungen des umzuformenden Werkstücks.
Für das Biegen von Aluminumhalbzeugen sind die nachstehenden allgemeinen Richtlinien für Biegearbeiten zu beachten. Mechanische Oberflächenbeschädigungen sowie das Eindrücken von Fremdmetallflittern sind zu vermeiden. Zur Schonung der Oberfläche wird daher stets empfohlen:

  • Arbeitsplatz und Werkzeug von Staub-und Metallspänen sauberhalten
  • Das benutzte Werkzeug nur für Aluminium verwenden. Evtl. anhaftenden Abrieb anderer Metalle ·entfernen.
  • Nur Werkzeuge mit glatten Arbeitsflächen verwenden
  • Arbeitsflächen gut schmieren
  • Anzeichnen nicht mit einer Reissnadel, sondern mit Bleistift
  • Empfindliche Oberflächen, die nach dem Biegen nicht mehr bearbeitet werden, mit einem Schutzüberzug (Schutzfolie) versehen.

Kaltbiegen

Aluminium lässt sich vielfach bereits im kalten Zustand umformen. Beim Biegen und Abkanten muss jedoch ein Mindest-Biegeradius eingehalten werden. In der nachstehenden Tabelle ist für Bleche bis 12 mm Dicke der kleinste erzielbare innere Radius für verschiedene Werkstoffe und Zustände angegeben. Wie aus der Tabelle ersichtlich, kann der innere Biegeradius im allgemeinen um so kleiner gewählt werden, je weicher der Werkstoff ist und je geringer die Querschnittsabmessungen in Biegerichtung - Blechdicke, äusserer Rohrdurchmesser, Profilhöhe -sind.
Durch das Biegen wird eine Verfestigung des Werkstoffes in der verformten Zone hervorgerufen. Die Biegestelle weist demnach eine höhere Härte, Festigkeit und Streckgrenze auf, als der unverformte Werkstoff.
Bei Angaben in Zeichnungen werden die in der Tabelle angegebenen Richtwerte für die erzielbaren Kleinstbiegeradien zweckmässigerweise auf volle oder halbe Millimeter abgerundet. Die beim Biegen aussenliegenden Kanten von Blechen und Profilen sollen zur Vermeidung von Rissen gratfrei sein. Durch leichtes Brechen der Kanten wird die Gefahr des Reissens vermindert.

Beim Biegen rechtwinklig zusammenstossender Kanten ist es günstig, die Kanten an den Ecken anzubohren (bis 0,6 mm Dicke 3 mm· Durchmesser, bis 1mm Dicke ca.4 mm· Durchmesser, bis 2 mm Dicke ca. 6 mm Durchmesser). Die Bohrung ist zu entgraten.

Wie Sie aus der Tabelle ersehen, ist Halbzeug in ausgehärtetem Zustand nur begrenzt umformbar. Werden bei Verwendung ausgehärteter Legierungen der Typen AlMgSi, AlCuMg und AlZnMg kleinere Biegeradien gewünscht als für den ausgehärteten Zustand angegeben, so können die Biegeradien in weichem Zustand durchgeführt und die Teile erst nach dem Umformen lösungsgeglüht und ausgehärtet werden. Beim Kaltbiegen ist, insbesondere bei härteren Werkstoffen, die elastische Rückfederung zu berücksichtigen und ein entsprechendes, am besten durch Versuch zu ermittelndes, Überbiegen vorzunehmen.

Warmbiegen

Soll scharfkantiger, d.h. über kleinere Biegeradien als in der Tabelle angegeben, gebogen werden, muss warm umgeformt werden. Das Formänderungsvermögen nimmt mit steigender Temperatur zu; 450 °C sollten jedoch nicht überschritten werden. Im allgemeinen genügen Temperaturen von 300-400 °C.

Bei Werkstücken im Zustand „hart“ reichen schon Temperaturen von etwa 200 °C aus, um den zulässigen Biegeradius auf ungefähr die Hälfte der für das Kaltbiegen in der Tabelle angegebenen Werte herabzusetzen. Alle Werkstoffe, mit Ausnahme von AlCuMg, AlZnMg, AlZnMgCu, AlMg5 und Reinstaluminium können ohne Schädigung 10 Minuten lang bis 200 °C erwärmt werden. Die kleinstmöglichen Biegeradien werden zweckmässigerweise durch einen Versuch bestimmt. Es ist jedoch zu beachten, dass beim Warmbiegen von kaltverfestigten Werkstoffen (Zustand halbhart oder hart) die Kaltverfestigung teilweise oder vollständig verloren geht, da der Werkstoff in der Erwärmungszone weichgeglüht wird. Auch bei ausgehärteten Werkstoffen führt die Erwärmung zu bleibendem Festigkeitsabfall.
Der ausgehärtete Zustand lässt sich dann nur durch eine erneute Wärmebehandlung (Lösungsglühen mit anschliessendem Abschrecken und Auslagern) wieder herstellen. Hierbei muss jedoch mit Verwerfungen gerechnet werden, die zusätzliche Richtarbeiten erforderlich machen. Bei ausgehärteten Werkstoffen ist weiterhin zu beachten, dass der Zustand nach Erwärmen eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen kann als vorher. Falls diese Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit nicht zulässig ist, muss nach dem Umformen erneut eine Aushärtebehandlung vorgenommen werden. Aus vorstehenden Gründen führt man das Warmbiegen vorzugsweise an nicht kaltverfestigten und nicht ausgehärteten Werkstoffen durch, es sei denn, dass man den Festigkeitsrückgang in der Erwärmungszone an der Biegestelle in Kauf nehmen kann. Sollen die warmgebogenen Werkstücke nachträglich einer Oberflächenbehandlung durch anodische Oxidation unterzogen werden, so ist, auch wenn eine Einfärbung der Oxidschichten erfolgt, mit Farbtonunterschieden in der Wärmeeinflusszone zu rechnen. Das kann vermieden werden, wenn das Werkstück nach der Warmumformung und vor der Durchführung der Oberflächenbehandlung wärmebehandelt wird. Das Problem des Verzugs beim Abschrecken ist auch hier zu beachten. Dickwandige Teile werden zum Warmbiegen am besten in Öfen mit Temperaturregelung erwärmt. Das Werkstück muss je nach Dicke und Ofenleistung 15-45 Minuten bei der erforderlichen Temperatur (z. B. 400 °C) im Ofen verbleiben. Um zu starkes Abkühlen zu vermeiden, ist das Umformen möglichst schnell nach dem Herausnehmen des Werkstückes aus dem Ofen durchzuführen. Ist die Werkstücktemperatur vor Abschluss des Umformens unter 300 °C abgesunken, so muss erneut angewärmt werden. Das Warmbiegen von Aluminiumbauteilen kann auch durch Erwärmen der Biegestelle während des Biegens mit Löt-oder Schweissbrenner (streuende Flamme) erfolgen. Ungenügende Erwärmung erschwert die Formgebung, eine Überhitzung macht den Werkstoff unbrauchbar. Deshalb dürfen während des Warmbiegens bestimmte Temperaturen nicht überschritten werden. Am zweckmässigsten wird die Temperatur mit Thermoelementen gemessen, deren Spitzen an die Oberfläche des Werkstückes angedrückt werden. Zu diesem Zweck entwickelte handliche Spitzen-oder Bandmessgeräte (Mini-Volt-Meter mit °C-Einteilung) werden von den einschlägigen Instrumenten-Firmen geliefert. Der Messbereich des Anzeigegeräts muss den inbetrachtkommenden Arbeitsbereich von 200-550 °C umfassen. Bei gelegentlichen Warmbiegearbeiten kann man sich mit folgendem einfachen Verfahren helfen, bei dem lediglich ein zugespitzter Span aus gut getrocknetem Fichtenholz benutzt wird:

  • Rund 350 °C: Langsames Reiben unter starkem Druck ergibt einen bleibenden hellbraunen Strich
  • Rund 400 °C: Reiben mit leichtem Druck ergibt einen bleibenden braunen Strich
  • Rund 450 °C: Langsames Bestreichen ergibt einen dunkelbraunen Strich. Schnelles Bestreichen ergibt einen hellbraunen Strich.

Zuverlässiger und bequemer sind Thermo-Farben, die auf die Oberfläche des Werkstückes aufgetragen werden und bei Erreichen der betreffenden Temperatur einen deutlichen Farbumschlag zeigen. Besonders einfach ist die Anwendung solcher Farben in Form von Farbstiften.

Richtwerte für kleinste erzielbare Biegeradien , r, bei Aluminiumhalbzeug (90° Biegung)

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