Tiefziehen ist eine Metallumformungstechnik, bei der durch kontrollierte Materialverformung konische, becherförmige, hohle, zylinderstumpfförmige und ähnliche Formen erzeugt werden. Als spezialisierte StanzprozessBeim Tiefziehen wird eine Stempel- und Matrizenanordnung verwendet. Das Rohblech wird in eine Matrize gelegt und der Gegenstempel setzt das Blech unter Druck, um es zu einer tiefen Matrizenhohlform zu verformen.
Die tiefgezogenen Metallstanzteile werden durch ihr Verhältnis zwischen Durchmesser und Tiefe definiert. Normalerweise ist die tiefgezogene Länge größer als der Durchmesser. Einige gängige Beispiele sind Kochgeschirr, Spülbecken, Verschlussarmaturen und Strukturhalterungen.
Im weiteren Verlauf der Diskussion werden wir näher auf den Tiefziehprägeprozess, kompatible Materialien, Vorteile, Anwendungsbeispiele usw. eingehen.
Wie funktioniert es? Der Mechanismus
Beim Ziehprägeverfahren kommt ein spezielles Abkantpresse das dem Stempel genügend Zeit und Druck zum Absenken gibt, um das Blech tief zu ziehen. Insbesondere die Höhe der Matrize und der Presse sollte ausreichen, um die Ziehtiefe aufzunehmen. Gleichzeitig sind Form und Größe der Matrizenhöhle und des Stempels nahezu identisch, mit einem Abstand, der der Dicke des Arbeitsblechs entspricht.
Tiefziehprägemechanismus
Abhängig von der Leistungsfähigkeit der Abkantpresse oder Stanzmaschine kann der Blechtransport und Stanzvorgang manuell oder automatisiert erfolgen. Die CNC-Stanztechnologie automatisiert diese Schritte und rationalisiert den Prozess.
Darüber hinaus gibt es zum Tiefziehen unterschiedliche Pressen und Matrizen mit jeweils eigenen Fähigkeiten.
| Typ | Beschreibung | Anwendung |
| Einwirkende Presse | Ein einziger Schlag erzeugt in einem Schritt ein einzelnes Teil | Es eignet sich für einfache Designs wie flache Tassen oder zylindrische Teile |
| Doppeltwirkende Presse | Zwei Stempel führen das Formen und Nachziehen durch (Mehrfachziehen) | Autoteile oder Geräte mit komplexen Geometrien |
| Verbundmatrize | Mehrere Vorgänge wie Schneiden und Biegen in einem einzigen Pressvorgang. | Verwendung in der hocheffizienten Produktion, beispielsweise von Elektronikgehäusen. |
| Progressive Matrizen | Der Rohling wird mithilfe eines Trägerbandes kontinuierlich durch mehrere Stationen transportiert. | Wird bei großen Auflagen verwendet |
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Der Tiefzieh-Stanzprozess
Im Folgenden sind die Schritte des Tiefziehprägeprozesses aufgeführt.
Tiefziehstanzschritte
- Vorbereiten des leeren Blattes
Wählen Sie die Art von Metall- oder Legierungsblech, die Ihren Anforderungen entspricht, und bereiten Sie die Rohbleche für die Zuführung in die Matrize vor. Sie müssen das Blech abwickeln und es so mit dem Zuführträger ausrichten, dass das Blech kontinuierlich für den Prozess zugeführt wird. Hier müssen Sie auch die gewählte Dicke und Leistungsfähigkeit der Stanzausrüstung anpassen.
- Bogentransport und Stanzen
Bei manuellen Maschinen überführen die Bediener das Material von Hand zwischen Matrize und Stempel, während Tiefziehstanzunternehmen hierfür automatisierte CNC-Stanzmaschinen verwenden. Nach dem Einführen des Blechs senkt sich der Stempel ab und beginnt, das Blech in eine Kavität zu strecken, bis die gewünschte Form erreicht ist. Bei einem Folgeformsystem bewegt sich das Blech für unterschiedliche Formvorgänge durch verschiedene Stationen.
- Auswerfen von Teilen
Nach Abschluss der Umformung wird das tiefgezogene Metallstanzteil bei CNC-Maschinen automatisch und bei manuellen Maschinen von Hand aus der Vorrichtung ausgeworfen.
- Nachbearbeitungsvorgänge
Tiefziehbearbeitungsprozess
Nach dem Tiefziehen werden die Teile einer Nachbearbeitung unterzogen, beispielsweise durch Beschneiden, Durchstechen, Bearbeiten, Entgraten und Schleifen, um die vorgegebenen Abmessungen genau zu erreichen. Ein weiterer Aspekt der Nachbearbeitung ist die Oberflächenbearbeitung. Je nachdem, ob die Oberflächenbearbeitung aus Leistungs- oder ästhetischen Gründen erforderlich ist, können Sie zwischen Pulverbeschichtung, Eloxieren, Galvanisieren, Lackieren usw. wählen.
Variablen im Tiefziehstanzprozess
Im Folgenden sind die wichtigsten Variablen/Parameter des Tiefziehprozesses aufgeführt. Diese Variablen beeinflussen die Ergebnisse und helfen dabei, Matrize und Stanzpresse genau einzustellen.
- Druck halten: Der Druck wird ausgeübt, um den Blechrohling während des Ziehens an Ort und Stelle zu halten, um eine Faltenbildung zu verhindern und gleichzeitig ein freies Fließen des Materials zu ermöglichen.
- Ziehverhältnis: Das Verhältnis zwischen Rohlingsdurchmesser und Halsdurchmesser
- Radialspiel: Abstand zwischen Stempel und Ziehprägeform.
- Radius des Matrizenprofils: gekrümmte Kante der Matrize, größerer Matrizenradius verringert die Stempelbelastung.
Materialien, die beim Tiefziehen von Metallstanzen verwendet werden
Damit ein Blech tiefgezogen werden kann, muss es ein gewisses Maß an Duktilität, Anisotropie und Formbarkeit aufweisen. Darüber hinaus ist ein niedriges Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit wichtig, um das Blech ohne Rissbildung zu verformen.
Nachfolgend sind die üblichen Tiefziehverfahren aufgeführt. Stanzmaterialien;
Stahl
Für die Tiefziehverformung werden kohlenstoffarme und weiche Stähle verwendet, da sie eine bessere Duktilität und Formbarkeit als andere Typen bieten. Beispielsweise ASTM A1008. Darüber hinaus gibt es andere Marktqualitäten für die Tiefziehverformung, wie z. B. Tiefzieh- und extratiefgezogene Stähle (DDS und EDDS).
Edelstahl
Edelstahl bietet mehr Festigkeit als normaler Stahl, die Formbarkeit ist jedoch relativ gering. Normalerweise eignen sich Chrom- und Chrom-Nickel-Varianten von Edelstahl zum Tiefziehen. Einige gängige Sorten sind Edelstahl 304, 304EDD und 3DDQ.
Aluminium
Aluminium ist ein leichtes und formbares Metall, das sich hervorragend formen lässt. Aluminiumsorten wie 1100, 3003, 5005 und 5052 werden für Ziehstanzprojekte verwendet.
Kupfer
Kupfer ist für seine hervorragende Duktilität, elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit bekannt. Sie können Berylliumkupfer, C11000 (rein), C10200, C12200 usw. zum Tiefziehen verwenden. Darüber hinaus ist Messing (Cu + Zn) eine beliebte Kupferlegierung für diesen Prozess.
Nickel
Nickel bietet bei Raumtemperatur eine hohe Formbarkeit und kann durch Tiefziehen zu stabilen und leitfähigen Teilen verarbeitet werden. Die üblichen Güten für tiefgezogenes Metallstanzen sind Nickel 200, 201 und 205.
Darüber hinaus müssen bei der Auswahl des Materials für das Tiefziehen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, wie etwa spezifische mechanische, thermische oder umweltbedingte Anforderungen an das Endprodukt. Beispiele hierfür sind Duktilität, Streckgrenze, Dehnung, Kaltverfestigung, Umformbarkeitstemperatur und Oberflächenbeschaffenheit.
Vorteile des Tiefziehstanzens
Das Ziehstanzen ist eine nahtlose Metallumformungstechnik. Sie können präzise und stabile Teile mit computergesteuerten Maschinen herstellen, die den Prozess für höchste Wiederholgenauigkeit automatisieren. Darüber hinaus reduziert es Materialabfall und erfordert nur minimale Schweiß- oder Verbindungsarbeiten.
- Effiziente Produktion großer Stückzahlen: Durch die automatisierte Stanzeinrichtung ist insbesondere mit den Folgeformstationen die kontinuierliche Herstellung identischer Teile möglich.
- Reduzierte Montage: Die endgültigen Tiefziehteile erfordern nur minimale Verarbeitung und Montage. Aus einem einzigen Rohling entsteht ein Endteil mit mehreren Merkmalen.
- Wiederholbarkeit: Alle gezogenen Teile aus einem Matrizenaufbau sind identisch und weisen über die Zyklen hinweg die gleichen Abmessungen auf.
- Materialoptionen: Zum Tiefziehen können Stahl, Edelstahl, Kupfer, Messing, Aluminium, Nickel und verschiedene andere Metalle und Legierungen verwendet werden.
- Stärke der Teile: Durch den Druck und die Verformungen werden die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Rohlinge in Ziehteilen verbessert.
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Anwendungsgebiete des Tiefziehstanzens
Tiefgezogene Metallteile kommen überall zum Einsatz, von Haushaltsgeräten bis hin zu militärischer und medizinischer Ausrüstung. Die Produktionseffizienz, Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Blechziehens machen das Verfahren für verschiedene industrielle Fertigungsanforderungen beliebt.
Tiefgezogene Metallteile
Die folgende Tabelle zeigt die Anwendungsbeispiele von Blechzeichnung branchenübergreifend.
| Branche | Anwendungsbeispiel |
| Automobilindustrie | Kraftstofftanks, Auspuffkomponenten, Motorgehäuse und Karosserieteile. |
| Luft- und Raumfahrt | Flugzeugplatten, Kraftstoffsysteme und Strukturstützen. |
| Medizinische Ausrüstung | Chirurgische Instrumente, Katheterschläuche und Spritzen. |
| Consumer Elektronik | Handygehäuse, Laptopgehäuse und Batteriegehäuse. |
| Haushaltsgeräte | Waschmaschinentrommeln, Kühlschrankverkleidungen und Spülbecken. |
| Industrielle Ausrüstung | Industrietanks, Abdeckungen für schwere Maschinen und Druckbehälter |
| Militär | Verkleidungen und Gehäuse für Schutzausrüstungen von Militärfahrzeugen. |
Herstellung der MacPro-Schale durch Tiefziehen
Mac Pro-Hülle
Ein wichtiges Anwendungsbeispiel für das Tiefziehverfahren ist die Herstellung einer MacPro-Hülle. In der Apple-Produktionsfabrik werden hierfür hauptsächlich Tiefziehen, Fräsen und Laserschneiden verwendet. Insbesondere das Tiefziehverfahren erzeugt die grundlegende Zylinderform für die MacPro-Hülle.
Der Prozess beginnt mit einem Aluminiumpuck, der in die Matrize gelegt wird. Dann streckt der Ziehstempel den Stempel auf die gewünschte Tiefe und erzeugt eine feine und präzise zylindrische Form. Dieser Prozess sorgt für eine gleichmäßige Dicke und strukturelle Integrität in allen gedehnten Bereichen und ermöglicht so die Herstellung langlebiger und leichter Schalen.
Tiefziehen der Mac Pro-Hülle
Darüber hinaus wird die Schale geschliffen, poliert und eloxiert, um Maßgenauigkeit und die gewünschte Ästhetik zu erreichen.
Ist Tiefziehprägen teuer?
Wie der Standard Stempelkosten, die Kosten für das Ziehstanzen sind bei Prototypen und kleinen Stückzahlen hoch. Der Hauptgrund sind die hohen Kosten für die Installation von Matrizen und Stanzpresse. Darüber hinaus müssen Sie für komplexe Formen spezielle Stanzformen herstellen. Bei der Produktion großer Stückzahlen werden die Kosten pro Teil erheblich reduziert, da die Matrize bis zu einer Million Zyklen lang wiederverwendet werden kann.
Folglich beeinflussen auch der Pressentyp, die Einbeziehung komplexer Merkmale in die Konstruktion und die gewünschte Toleranz die Kosten. Beispielsweise sind Hydraulik- und Servopressen zum Tiefziehen teurer als herkömmliche mechanische Pressen.
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