Tiefziehen
Tiefziehen: Verfahren und Anwendungsbereiche
Das Tiefziehen kommt bei Blech und diversen Kunststoffen zum Einsatz. Das Verfahren eignet sich für die industrielle Kleinserien- und Massenproduktion gleichermaßen. Viele Alltagsgegenstände bestehen aus Tiefziehteilen.
Was ist Tiefziehen?
Tiefziehen ist ein häufig eingesetztes Verfahren der Umformtechnik, das in der DIN 8584 geregelt ist. Beim Tiefziehverfahren handelt es sich um eine Zugdruckumformung, bei der meist ein oben offener metallischer Hohlkörper entsteht. Mit dem Verfahren lässt sich aber auch ein vorgeformter Hohlkörper zu einem Werkstück mit kleinerem Querschnitt umformen. Die ebenen Blechzuschnitte sind viereckig oder rund. Unlegierte Fein- und Feinstbleche, Aluminium, Edelstahl, Kupfer, Messing und Bronze werden beim klassischen Tiefziehverfahren mit starren Werkzeugen eingesetzt. Tiefziehen ist mit kleineren und großen Losgrößen gleichermaßen möglich. Das Fertigungsverfahren wird in diversen Industrien wie z. B. der Automobilindustrie, Verpackungsindustrie, der Luftfahrt und im Modellbau eingesetzt. Zu den am häufigsten gefertigten Tiefziehteilen gehören Karosserieteile für Kraftfahrzeuge, Armaturen, Badewannen, Spülen, Kochtöpfe, Kunststoffeimer und Joghurtbecher.
Welche Vorteile und Nachteile bietet das Tiefziehen?
Die Zugdruckumformung
- eignet sich auch für kleine Losgrößen und zur individuellen Fertigung
- ist im Hinblick auf Materialstärken, Formen und Größen flexibel
- hat kurze Reaktionszeiten
- verursacht nur geringe Werkzeugkosten
- erlaubt die Verwendung diverser Materialien
- lässt effizientes Prototyping zu
- ist kostengünstig
Tiefziehen
- setzt umfangreiche Fach- und Materialkenntnisse voraus
- erfordert eine Abstimmung der Fertigungsmaschine auf den Werkstoff
- eignet sich nicht für alle Präzisionsteile
Was bewirkt das Tiefziehen am Werkstück?
Fertigungsbedingte Versetzungsbewegungen innerhalb des Kristallgitters bewirken Spannungen, die eine Kaltverfestigung des Werkstoffs auslösen. Beim Tiefziehverfahren können verschiedene Fehler auftreten. Zu diesen Fehlern gehören
- Nichteinhaltung der Fertigungsschritte
- Fehleinschätzungen der Werkstoffdehnung und Körnung
- ungenügende Berücksichtigung der Materialtextur
Die Qualitätssicherung erfolgt entweder fertigungsbegleitend oder, indem das Umformwerkzeug vor dem Prozess mithilfe optischer 3D-Messsysteme geprüft wird. Sie messen jeden Punkt des Werkzeugs berührungslos und speichern das Ergebnis. So lässt sich der gesamte Prozess bei späteren Problemen ohne erneutes Nachmessen rekonstruieren. Die Scans liefern vollflächige Darstellungen und erleichtern damit manuelle Korrekturen. Die Überwachung der Fertigung erfolgt durch robotergeführte Sensoren direkt an der Produktionsstraße.
Wie funktioniert das Tiefziehen von Blech?
Das automatisch gesteuerte Tiefziehen von Blech erfolgt auf einer Formpresse, die sich aus einem oberen und einem unteren Werkzeug zusammensetzt. Sie besteht aus der einsetzbaren Matrize (Ziehring, unten) und dem von einem Niederhalter umgebenen Prägestempel (oben). Dieser Niederhalter ist nur so weit vom Matrizenrand entfernt, dass der Stempel keine Faltenbildung hervorruft. Damit der Blechzuschnitt problemlos über den Matrizenrand gleitet, sind Ziehring und Prägestempel an ihren Kanten abgerundet. Im mittleren Bereich des Ziehrings befindet sich das Negativ des späteren tiefgezogenen Werkstücks. Die Umformung des Blechs läuft folgendermaßen ab: Der Blechzuschnitt wird auf die Matrize gelegt, sodass er von den Blechhaltern fixiert wird. Der Niederhalter fährt herunter. Anschließend wird der Prägestempel mithilfe von Presskraft auf den Matrizenboden gedrückt. Dabei zieht der Prägestempel das Blech mit. Nach dem Umformen fährt das obere Werkzeug nach oben, sodass Sie das fertige Ziehteil entnehmen können.
Technisch gesehen, erfolgt die Umformung durch radiale Zugspannung und die daraus resultierenden tangentialen Druckspannungen. Die Zugspannung verhindert eine Verdickung des Blechs. Bei der Bearbeitung runder Bleche verringern die Druckspannungen den Durchmesser im Randbereich. Lässt sich die gewünschte Ziehtiefe nicht in einem einzigen Durchgang erreichen, wird die Umformung in mehreren Stufen durchgeführt. Wird das Blech mithilfe eines druckregulierten Wasserkissens tiefgezogen, treten höhere Ziehverhältnisse auf.
