Grundlagen der Stanzform: Tiefziehen

Anmerkung des Herausgebers: Dies ist der fünfte Artikel in einer Reihe von Artikeln, in denen die Grundlagen der Gestaltung und Konstruktion von Stanzformen vorgestellt werden.

Beim Ziehen handelt es sich um einen Metallumformprozess, bei dem der Materialfluss über einen Stempel oder in einen Hohlraum gesteuert wird. Beim Tiefziehen ist die Tiefe des Produkts mindestens doppelt so groß wie seine Breite oder sein Durchmesser.

Das Tiefziehen wird für fertige Teilegeometrien verwendet, die viel Form erfordern, wie z. B. Ölfilter, Töpfe und Pfannen, Tassen und Schüsseln. Der Prozess erfordert normalerweise einen halbentwickelten Rohling, bestimmte Teileformen können jedoch auch aus einem unentwickelten Rohling hergestellt werden.

Während des Ziehvorgangs kommt es zu einer gewissen Dehnung des Metalls, da das Metall durch Spannung in den Hohlraum gezogen wird. Dies kann dazu führen, dass sich das Metall ausdehnt und dünner wird, es kann aber auch zu einer Verdickung führen, da bestimmte Teilegeometrien, wie z. B. Näpfe, dazu führen, dass der Rohling zusammengedrückt wird, wenn er in die Matrize fließt.

Der Metallfluss in den Hohlraum und über den Stempel wird durch ein Ziehpad oder einen Binder gesteuert. Es kann die Metallbewegung einschränken, um Faltenbildung zu verhindern, wenn das Material in den Matrizenbereich fließt (siehe Abbildung 1).

Viele Tiefziehanwendungen nutzen ein technisches Konzept namens Ziehverhältnistheorie. Das Ziehverhältnis ist das direkte Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Ziehstempels und der Größe des Rohlings. Wenn der Rohling im Verhältnis zum Stempel zu groß ist, wird zu viel Material zwischen Matrizenfläche und Binder eingeschlossen. Überschüssiges Material zwischen diesen beiden Oberflächen kann einen Widerstand gegen den Metallfluss verursachen, was zu übermäßiger Dehnung, Verdünnung oder möglicher Metallspaltung führen kann.

Stellen Sie sich zur Veranschaulichung vor, ich bitte Sie, die Kante eines Blattes Papier festzuhalten und versuche es Ihnen dann abzunehmen. Die Chancen stehen gut, dass ich es Ihren Fingern entreißen kann. Wenn ich Sie jedoch bitten würde, dasselbe Stück Papier zwischen Ihre Handflächen zu klemmen, würde das Papier wahrscheinlich reißen, wenn ich versuchen würde, es durch Ihre Hände zu ziehen. Dies liegt daran, dass Sie mit Ihren Handflächen eine viel größere Fläche greifen, als wenn Sie die Kante mit den Fingern greifen.

Um die Ziehverhältnistheorie zu verstehen, müssen Sie die Grundlagen des Metallflusses verstehen. Ein grundlegendes Konzept besteht darin, dass das Metall zusammengedrückt werden muss, wenn ein Rohling mit großem Durchmesser gezwungen wird, in ein Teil mit kleinerem Durchmesser zu fließen. Der Quetschvorgang wird üblicherweise als Kompression bezeichnet. Wenn die Kompression rund um ein Gefäß, beispielsweise eine Tasse, erfolgt, spricht man von einer Umfangskompression. Die durch einen Eckenprofilradius erzeugte Kompression wird als radiale Kompression bezeichnet. Der wichtigste Punkt, den es zu beachten gilt, ist, dass Metall unter Druck einen großen Strömungswiderstand aufweist (siehe Abbildung 2).

Aufgrund dieses Widerstands muss der Ziehstempel nahe genug an der Rohlingskante sein, um die Oberfläche des unter Druck stehenden Metalls zu minimieren. Vereinfacht ausgedrückt muss der Ziehstempel einen akzeptablen Durchmesser im Verhältnis zum Rohlingsdurchmesser haben. Diese Beziehung kann einfach als Grenzziehverhältnis definiert werden.

Wenn der Ziehstempel zu weit von der Rohlingskante entfernt ist, fließt das unter Druck stehende Metall nicht und es kann zu Dehnungen und möglichen Rissen kommen. Wenn sich der Rohling nahe genug am Stempel befindet, wird das Metall komprimiert und fließt nach innen, was zu einer begrenzten Dehnung und Verdünnung führt (siehe Abbildung 3).

Um eine sehr hohe Teilegeometrie zu erreichen, sind möglicherweise mehrere Zeichenvorgänge erforderlich. Dieser Vorgang wird als Zugreduktion bezeichnet. Für einen erfolgreichen Ziehreduktionsprozess muss nicht nur sehr genau auf die Beziehung zwischen dem Ausgangsrohling und dem Ziehstempel geachtet werden, sondern auch auf die Beziehungen zwischen den einzelnen Ziehvorgängen.