Lektion 4.2UmformenKapitel 4 · Blech- und Rohrumformung

Stanzen und Tiefziehen

Aufeinander abgestimmte Werkzeuge schneiden und pressen Blech in Form, oft in einer Sekunde

Beim Stanzen und Umformen wird Blech in einer Presse zwischen aufeinander abgestimmten Werkzeugen geformt, ein Teil pro Hub. Das Tiefziehen ist der Umformvorgang, bei dem ein flacher Zuschnitt in eine Matrize gezogen wird, um ein nahtloses Hohlteil zu erzeugen. Getränkedosen, Küchenspülen, Batteriebecher und Karosserieteile werden alle so gezogen.

Foto: Pressteck S.p.A, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

Tiefziehen eines Napfes · 3 PhasenDie drei Bilder schneiden durch die Mitte eines runden Napfes, während er gezogen wird; die eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten.

Stanzen und Tiefziehen in einer Minute, von MecMade

So funktioniert es

Den Zuschnitt einlegen. Ein flacher Zuschnitt (ein aus Blech geschnittenes Stück, hier eine Scheibe) wird auf die Matrize gelegt, einen Block mit einem Loch, dessen Kante gerundet ist. Diese gerundete Kante heißt Ziehkantenradius.
Den Rand einspannen. Der Niederhalter, ein Ring um den Stempel, presst den Rand mit kontrollierter Kraft. Bei zu wenig Kraft wirft der Rand Falten; bei zu viel reißt die Wand.
Ziehen. Der Stempel drückt die Mitte nach unten in das Loch. Der Rand gleitet unter dem Niederhalter nach innen und biegt sich über den Ziehkantenradius, um zur Wand zu werden.
Auswerfen und beschneiden. Stempel und Niederhalter fahren hoch, ein Auswerfer drückt den Napf heraus, und der ungleichmäßige Rand wird beschnitten. Tiefere Teile werden in späteren Stufen weitergezogen (Weiterzüge), jeweils schmaler und tiefer.

Beim Stanzen in hohen Stückzahlen führt ein Folgeverbundwerkzeug mehrere Arbeitsgänge an Stationen entlang eines Coilstreifens aus: Schneiden, Lochen (Löcher stanzen), Biegen und Ziehen. Der Streifen rückt pro Hub eine Station weiter, sodass bei jedem Hub ein fertiges Teil herausfällt.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Duktiles Blech: kohlenstoffarmer Stahl und Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing; typischerweise etwa 0,2 bis 6 mm dick
Typische Teile: Dosen, Näpfe, Spülen, Kochgeschirr, Kraftstofftanks, Karosserieteile, Batteriebecher, Halterungen
Bauteilgröße: Von Schalen von wenigen Millimetern Durchmesser bis zu Karosserieseitenteilen von einigen Metern Länge
Präzision: Etwa ±0,1 mm bei kleinen Teilen; lockerer bei großen Blechteilen
Oberfläche: Glatt, nahe an der Oberfläche des Blechs selbst; gut genug für lackierte Karosserieteile
Geeignete Losgröße: Hohe Stückzahlen: Tausende bis Millionen Teile, weil sich die Werkzeuge erst bei großen Mengen lohnen
Werkzeug- und Maschinenkosten: Werkzeuge von etwa 10.000 Dollar für kleine einfache Teile bis über 1 Million Dollar für einen Satz Karosseriewerkzeuge; Pressen von etwa 100.000 Dollar bis zu vielen Millionen für eine Karosserie-Pressenlinie
Geschwindigkeit: Ein Teil pro Hub: große Karosserieteile etwa 10 bis 15 pro Minute; kleine Teile in Folgeverbundwerkzeugen einige zehn bis hundert pro Minute

Stärken und Grenzen

Stärken

Sehr schnell und bei hohen Stückzahlen günstig pro Teil
Nahtlose, dichte Hohlteile ohne Schweißnähte
Feste, leichte Teile; das Metall verfestigt sich bei der Umformung
Von Teil zu Teil sehr gut wiederholbar

Grenzen

Werkzeuge sind teuer und brauchen Wochen bis Monate für Bau und Abstimmung
Die Tiefe pro Stufe ist begrenzt: Der Zuschnitt darf nur etwa doppelt so groß wie der Stempeldurchmesser sein
Zu kontrollierende Fehler: Falten im Rand, Risse nahe der Stempelkante, ein welliger Rand
Eine Konstruktionsänderung bedeutet neue oder überarbeitete Werkzeuge

Wo es eingesetzt wird

AutomobilbauTüren, Hauben, Dächer, Kotflügel, Kraftstofftanks, Ölwannen
VerpackungGetränke- und Konservendosen, Spraydosen, Flaschenkronkorken
Küche und HaushaltsgeräteSpülen, Töpfe, Pfannen, Gerätegehäuse
Elektronik und BatterienZylindrische Batteriebecher, Steckverbindergehäuse, Abschirmbecher
VerteidigungPatronenhülsen

So erkennen Sie es

Nahtlose Hohlformen wie Dosen, Näpfe und Spülen, ohne Schweißnaht.
Gerundete Innen- und Außenecken am Boden, übernommen von den Radien von Stempel und Matrize.
Ein sauberer, beschnittener Rand an der Öffnung, oft umgebördelt oder umgeschlagen.
Schwache senkrechte Kratzlinien an der Außenwand, wo das Metall über die Matrize glitt.

Im Vergleich mit

Blechbiegen4.1günstige Werkzeuge, aber nur gerade Faltungen; das Stanzen und Umformen formt in einem Hub eine ganze 3D-Form.Drücken4.3erzeugt ähnliche runde Hohlteile mit günstigen Werkzeugen, geeignet für kleine Serien, aber pro Teil langsamer.Hydroforming4.5Flüssigkeitsdruck ersetzt ein festes Werkzeug und ermöglicht komplexe Formen in weniger Stufen.

Ansehen

Toledo Metal Spinning · Ein Überblick über das Tiefziehen für Einsteiger

Hubert Stüken GmbH & Co. KG · Wie ein Teil in mehreren Stufen gezogen wird, von einem Hersteller erklärt

Gut Metallumformung AG · Echtes Tiefziehen eines Napfes in einer Presse

ANDRITZ Schuler · Eine Karosserie-Pressenlinie, in der Roboter Blechteile zwischen den Werkzeugen bewegen

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Tiefziehen — Prozessdiagramme und eine Tiefziehlinie
Wikipedia: Stanzen und Umformen (Metallbearbeitung) — Überblick über die Umformvorgänge
Fotosuche auf Wikimedia Commons

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Aufeinander abgestimmte Werkzeuge formen Blech in einem Pressenhub; das Tiefziehen zieht einen flachen Zuschnitt zu einem nahtlosen Napf.
Der Niederhalter verhindert, dass der Rand beim Nachinnengleiten Falten wirft.
Werkzeuge sind teuer, daher lohnt sich das Stanzen und Umformen bei hohen Stückzahlen.