Was ist das Blechziehverfahren?
Vereinfacht ausgedrückt ist das Blechziehen ein Umformverfahren, bei dem mithilfe von Formen Metallbleche in bestimmte dreidimensionale Formen „gezogen“ werden.
Es schneidet das Material nicht, sondern bewirkt vielmehr eine kontrollierbare plastische Verformung des Blechs unter äußerer Krafteinwirkung, wodurch die gewünschte Teileform erzielt wird.
Aus verfahrenstechnischer Sicht ist das Blechziehen ein Umformverfahren, das typischerweise unter Verwendung einer Form durchgeführt wird. Während des Prozesses fließt das Blech unter Dehnung und seine Form wandelt sich schrittweise von einer zweidimensionalen Ebene in eine dreidimensionale Struktur.
Dieser Prozess weist mehrere sehr typische Merkmale auf:
- Große Bandbreite an Formveränderungen: Durch Ziehen lassen sich ursprünglich flache Bleche in Strukturbauteile mit erkennbarer Höhe oder Tiefe umwandeln.
- Die Dickenabweichung ist relativ gut kontrollierbar: Bei vernünftiger Konstruktion bleibt die Gesamtdicke des Bauteils relativ gleichmäßig, und das Hauptziel besteht nicht darin, es zu „verdünnen“.
- Die meisten Teile sind rotationssymmetrisch oder nahezu rotationssymmetrisch aufgebaut; häufige Formen sind becherförmige, zylindrische oder geschlossene schalenförmige Teile.
Es ist zu beachten, dass das Blechziehen keine komplexen Außenkonturen anstrebt, sondern eher für Teile mit integraler Umformung und hohen Anforderungen an die strukturelle Kontinuität geeignet ist.
Die Unterschiede zwischen Zeichnen und Tiefzeichnen sowie ihre jeweiligen Anwendungsbereiche werden in nachfolgenden Kapiteln näher erläutert.
Grundprozess des Blechziehens
Das Blechziehen ist kein komplexer, in einem Arbeitsgang abgeschlossener Vorgang, sondern ein schrittweiser Umformprozess. Während des gesamten Prozesses wird das Material stets gestreckt und verformt, anstatt geschnitten oder abgetragen zu werden.
1. Vorbereitung der Plattenmaterialien (Rohmaterial)
Beim Ziehen von Blechen wird üblicherweise ein Rohling aus einem Metallblech geeigneter Größe verwendet.
Das Hauptziel dieses Schrittes ist eindeutig: sicherzustellen, dass genügend Material vorhanden ist, um während der anschließenden Formgebung des Blechs gedehnt und verteilt werden zu können.
Die Form und Größe des Zuschnitts beeinflussen direkt den Erfolg der nachfolgenden Umformung, aber in diesem Stadium ist das Blechmaterial selbst noch flach.
2. Legen Sie es in die Form (konkave Form/konvexe Form).
Das vorbereitete Plattenmaterial wird zwischen die Formen gelegt und durch diese fixiert und geführt. Die Rolle der Formen besteht hierbei nicht im „Schneiden“, sondern darin, die Verformungsrichtung und die endgültige Kontur des Plattenmaterials zu begrenzen.
Unter den Einschränkungen der Form kann sich das Blech nur entlang des vorgegebenen Pfades verformen, was der Schlüssel zur Erzielung einer stabilen Form beim Ziehvorgang ist.
3. Streckformen (Materialfluss)
Dies ist die Kernphase des Ziehprozesses. Unter Einwirkung einer äußeren Kraft wird das Blech allmählich in die Form gezogen, das Material wird gedehnt und fließt, und die ursprüngliche flächige Struktur beginnt sich in eine dreidimensionale Form zu verwandeln.
Es ist wichtig zu beachten, dass:
- Das Material wurde nicht „eingepresst“.
- Stattdessen wird es unter kontrollierten Bedingungen gedehnt und neu verteilt.
Wird dies nicht ordnungsgemäß kontrolliert, kann es in dieser Phase zu folgenden Ereignissen kommen:
- Faltenbildung (aufgrund übermäßiger Materialansammlung)
- Ruptur (lokale Überdehnung)
- Ungleichmäßige Dickenvariation
Diese Probleme werden sich direkt auf die Qualität des Endprodukts auswirken.
4. Der Zustand nach Abschluss des Formprozesses
Nach Abschluss des Ziehvorgangs hat das Plattenmaterial eine stabile dreidimensionale Struktur ausgebildet, und die Gesamtform ist im Wesentlichen festgelegt.
Die Teile haben zu diesem Zeitpunkt üblicherweise Folgendes:
- Kontinuierliche Gesamtstruktur
- Offensichtliche Tiefe oder Höhe
- Relativ gleichmäßige Wanddickenverteilung (unter angemessenen Prozessbedingungen)
Ob eine weitere Bearbeitung erforderlich ist, hängt von den spezifischen Produktanforderungen ab, aber der Ziehprozess selbst hat die Hauptaufgabe der Formgebung bereits erfüllt.
Der Unterschied zwischen gewöhnlichem Zeichnen und Tiefenzeichnen
Bei Blechziehverfahren gilt nicht jedes Ziehen als „Tiefziehen“. Ob ein Vorgang als Tiefziehen bezeichnet wird, hängt nicht vom Namen ab, sondern vom Grad der Umformung und der Schwierigkeit der Bearbeitung.
Allgemein gesprochen:
- Konventionelles Ziehen: Wird für Formgebungsanforderungen mit relativ geringen Formänderungen verwendet.
- Tiefziehen: Wird zur Herstellung komplexer Strukturbauteile mit großer Umformtiefe und hohem Verformungsgrad verwendet.
Die beiden lassen sich anhand der folgenden vier Aspekte unterscheiden.
1. Formtiefe
Gewöhnliches Ziehen
Die Formtiefe ist relativ gering, und das Blechmaterial wird von einer zweidimensionalen in eine dreidimensionale Form umgewandelt, wobei die Gesamthöhe bzw. -tiefe begrenzt ist und die Formänderung kontrollierbar ist.
Tiefziehen
Die Formtiefe hat sich deutlich erhöht, und die Teile weisen eine größere Höhe bzw. Kavitätentiefe auf. Das Blech muss in einen tieferen Bereich der Form gezogen werden, um den Formprozess abzuschließen.
2. Grad der Verformung
Gewöhnliches Ziehen
Die Materialverformung ist relativ gering, der gesamte Dehnungsprozess ist relativ mild, und die Formänderung konzentriert sich hauptsächlich auf lokale Bereiche.
Tiefziehen
Das Material muss einer höheren Spannung und einem stärkeren Fließen standhalten, was zu einem größeren Gesamtverformungsbereich und höheren Anforderungen an die Prozesssteuerung führt.
3. Anforderungen an die Materialeigenschaften
Gewöhnliches Ziehen
Die Anforderungen an die Plastizität des Materials sind relativ gering; Blechwerkstoffe mit herkömmlichen Eigenschaften können die Verarbeitungsanforderungen erfüllen.
Tiefziehen
An die Duktilität und Stabilität des Materials werden höhere Anforderungen gestellt; andernfalls ist die Wahrscheinlichkeit von Rissen oder Instabilität während des Umformprozesses höher.
4. Verarbeitungsaufwand und Kosten
Gewöhnliches Ziehen
Das Verfahren ist relativ einfach, der Verarbeitungsaufwand gering, es eignet sich für die routinemäßige Produktion und die Gesamtkosten sind kontrollierbar.
Tiefziehen
Der Verarbeitungsaufwand hat sich deutlich erhöht, was eine strengere Prozesskontrolle erfordert, und die Kosten für die Probeproduktion und die Anpassung sind relativ hoch.
Wird ein Bauteil lediglich von einer zweidimensionalen in eine dreidimensionale Form mit begrenzter Formtiefe umgewandelt, kommt in der Regel das normale Tiefziehen zum Einsatz; weist das Bauteil jedoch eine tiefere Struktur und eine große Formänderung auf, ist häufig das Tiefziehen erforderlich.
Gängige Produktformen beim Blechziehen
Der direkteste Weg, um festzustellen, ob ein Blechteil im Tiefziehverfahren hergestellt wurde, führt nicht über die Branche, sondern über seine Form. Weist ein Teil die folgenden typischen Merkmale auf, lässt sich in der Regel davon ausgehen, dass es im Tiefziehverfahren gefertigt wurde.
becherförmige oder schalenförmige Struktur
Dies ist die typischste Form eines Ausziehprodukts.
Teile weisen typischerweise folgende Merkmale auf:
- Ein einziger, einteilig geformter Boden
- Durchgehende, sich nach oben erstreckende Seitenwände
- Die Struktur ist intakt und es gibt keine Anzeichen für Spleißarbeiten.
Diese Form findet sich häufig bei verschiedenen Gehäuse- und Behälterteilen und ist bei Industrieprodukten und Haushaltsgeräten sehr verbreitet.
Zylindrische Struktur
Zylindrische oder nahezu zylindrische Teile sind ebenfalls ein häufiges Ergebnis des Ziehprozesses.
Die Merkmale dieses Bauteiltyps sind:
- Regelmäßiger Querschnitt
- Relativ gleichmäßige Wandstärke
- Klare rotationssymmetrische Struktur
Es wird typischerweise für Bauteile verwendet, die eine hohe strukturelle Festigkeit und allgemeine Konsistenz erfordern.
Eine geschlossene Struktur mit einer bestimmten Tiefe
Wenn ein Bauteil nicht nur hoch ist, sondern auch einen tiefen Innenraum aufweist, muss es oft in einem oder mehreren Schritten durch ein Ziehverfahren geformt werden.
Diese Produktarten weisen typischerweise folgende Merkmale auf:
- Die Öffnungsgröße ist relativ konstant.
- Der innere Hohlraum ist relativ tief
- Die Gesamtstruktur ist durchgehend und glatt.
Sie werden häufig in Bauteilen für die Automobil- und Luftfahrtindustrie eingesetzt.
Zugteile mit einfacher Kantenstruktur
Nachdem der Hauptteil einiger gezeichneter Teile geformt ist, können die Kanten folgende Eigenschaften aufweisen:
- Einfacher Kantenumschlag
- Übergangsfilet
- Kantenstruktur verstärken
Diese Merkmale dienen in der Regel dazu, die Festigkeit zu erhöhen oder die spätere Montage zu erleichtern, die Gesamtform wird aber immer noch hauptsächlich durch Ziehen erzeugt.
Vor- und Nachteile des Blechziehens
Das Blechziehen ist zwar kein „universelles Umformverfahren“, bietet aber in geeigneten Anwendungsfällen unersetzliche Vorteile.
Ob ein Ziehverfahren angewendet wird oder nicht, hängt oft von der Struktur des Bauteils, den Materialeigenschaften und der Produktionsmethode ab.
Die wichtigsten Vorteile des Blechziehens
Geeignet für komplexe dreidimensionale Formgebung
Das Ziehverfahren ermöglicht es, flaches Blech in einem Schritt zu Teilen mit deutlicher Tiefe und durchgehender Struktur zu formen, was sich besonders für becher- und muschelförmige Produkte eignet.
Hohe Materialausnutzungsrate
Das gesamte Verfahren basiert im Wesentlichen auf der Streckung und dem Fließen des Materials, wobei nahezu keine Späne entstehen. Im Vergleich zu spanenden Bearbeitungsverfahren ist es besser geeignet, Materialverluste zu minimieren.
Die fertigen Produkte weisen eine gute Konsistenz auf und eignen sich für die Massenproduktion.
Vorausgesetzt, der Prozess und die Form sind stabil, weisen die gezogenen Teile eine hohe Wiederholgenauigkeit in Größe und Form auf, was für die Bedürfnisse der Massenproduktion geeignet ist.
Die Hauptnachteile des Blechziehens
Hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften
Das Material muss eine gute Duktilität aufweisen; andernfalls neigt es während des Ziehvorgangs zu Rissbildung oder Instabilität.
Die Kosten für Schimmelpilze sind relativ hoch.
Der Ziehvorgang ist stark von der Form abhängig. Bei komplexen Strukturen sind die anfänglichen Investitions- und Anpassungskosten für die Form beträchtlich.
Eine fehlerhafte Konstruktion kann leicht zu Formfehlern führen.
Sind die Struktur oder die Größenverhältnisse der Teile unpassend, können während des Umformprozesses Probleme wie Faltenbildung, Rissbildung oder ungleichmäßige Wandstärke auftreten, wodurch sich das Risiko von Nacharbeiten erhöht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Tiefziehen von Blechen zwar gut für Teile mit durchgehenden Strukturen und großen Umformtiefen geeignet ist, jedoch nicht für alle Blechprodukte. In der Praxis ist es oft notwendig, Tiefziehverfahren, andere Blechumformverfahren oder kundenspezifische Blechbearbeitungslösungen zu kombinieren und vor der endgültigen Entscheidung eine umfassende Bewertung vorzunehmen.