Blechumformen

(Stanzen)

Das Blech, die Einführung

Zu althochdeutsch 'bleh', mit der eigentlichen Bedeutung 'Glänzend' ist es ein metallischer Werkstoff, und zwar ein durch Walzen hergestelltes Halbzeug in Form von Tafeln, Platten, Bändern oder Streifen. Je nach Ihrer Stärke werden die Bleche in Feinblech, Mittelblech oder Grobblech unterteilt. Weitere Unterscheidung erfolgt nach Material, Herstellungsart, Behandlung und Verwendungszweck.       - Abbildung 1

Die Blechverarbeitung

= Die Herstellung von Hohlkörpern und Profilen aus Blechförmigem Ausgangsmaterial nach verschiedensten Verfahren. Am Beginn steht meistens ein Trennverfahren, wie z.B. Schneiden, Schlitzen, Lochen, Stechen oder Durchbrechen. Durch Biegen oder Abkanten auf Abkantpressen lassen sich Winkel und Profile verschiedenster Art herstellen. Das Rollen mit einer Rollstanze wird zur Formung von Ösen, Scharnieren und Wülsten an Hohlkörpern eingesetzt.

Formstanzen (Formschlagen, Biegestanzen) Wird zur Formung von Hohlkörpern herangezogen, wobei häufig mit vorgeformten Teilen gearbeitet wird. Dem Richten von Blechteilen dient das Flachstanzen zwischen ebenen Arbeitsflächen. Diese sind entweder glatt oder aber für dünne Bleche geriffelt, wodurch das Blech eine waffelartige Oberfläche und zusätzliche Versteifung bekommt. Falzen dient vorwiegend der Verbindung von Blechteilen. Falze entstehen durch Umbiegen der Kanten und ineinanderschieben der beiden Teile. Bördeln ist das Hochstellen eines Randes und Sicken das Formen von Rinnenartigen Vertiefungen, die dadurch zusätzliche Versteifung erlangen. Unter Kelchen versteht man das Formen eines Kelchförmigen Randes mit Kelchwinkeln bis 60° an Rohren und Hohlkörpern. Durch Tiefziehen werden Hohlkörper aller Art, wie Töpfe, Dosen, Behälter, Karosserieteile u.a. hergestellt. Beim Ausbauchen wird der Werkstoff mit Spreitzdornen, Sand oder Gummikissen oder mittels Explosionsdruck in eine Form gedrückt. Drücken (Abstreckdrücken, Außenformdrücken, Planieren) stellt ein Verfahren dar, bei dem sich Blechteile durch Anpressen des Bleches mit einem Drückstab oder einer Drückrolle an eine umlaufende Form zu runden Hohlkörpern pressen lassen (auch zum Glätten gezogener Teile).

Biegevorgang und Produktgenauigkeit

Die Genauigkeit der Biegeprodukte ist geringer als jene der Schnittprodukte. Sie ist abhängig von der Anzahl der Biegekanten der Biegestellen, vom Schlupf, vom Federn des Werkstoffs, von der Werkzeuggüte und von der Art der Formänderung.

Biegeart

Der Zuschnitt (Platine oder Stange) erhält beim Biegen im Werkzeug (Patrize und Matrize) eine bogenförmige Gestalt, während die aus der Matrize herausragenden Schenkel eben bleiben.

Im Gesenk (Matrize) durchläuft die Platine verschiedene Krümmungsformen im freien Biegen.

Erst wenn A, entsprechend der Abbildung 6, beim Hochgang des Stempels in B liegt, findet Formänderung durch formschlüssiges Biegen statt. Liegt der Umkehrpunkt A unter B (Biegen mit Überdruck), dann wird kraftschlüssig gebogen.

In der Biegezone der Platine unterscheidet man eine Zug- und eine Druckzone, zwischen denen, etwa in der Mitte, die ungelängte und spannungsfreie Zone liegt. Bei relativ scharfkantigem Biegen gibt es die neutrale Faser im ursprünglichen Sinn nicht, weil die Inneren Schichten gestaucht und dadurch dicker werden, die äußeren werden gelängt und dadurch dünner. Die ursprünglich mittlere Faser ist nach außen gewandert. die ungelängte Faser befindet sich innerhalb  M1. gleichzeitig entsteht aus den gleichen Gründen eine Querverformung.

Rückfederung

Entsprechend dem Spannungsverlauf beim Biegen wird die Fließgrenze zu beiden Seiten der spannungsfreien Faser überschritten. Im Übergang von der Zug zur Druckgrenze bleibt die Spannung unterhalb der Elastizitätsgrenze. Sobald die äußeren Biegekräfte nicht mehr wirksam sind, versuchen die inneren elastischen Spannungen das Werkstück in seine Ausgangsform zurückzubringen. Dabei federt das Werkstück nur so weit zurück, bis ein Spannngsgleichgewicht eintritt. Die Fasern des äußeren Produktrandes befinden sich in einer Druckspannung, die des inneren in einer Zugspannung .

die Rückfederung hängt von der Fließgrenze des umgeformten Werkstoffs und von der Biegeart (freien, form- oder kraftschlüssiges Biegen) ab. Je kleiner der Biegeradius ist, desto größer ist die plastische Umformzone, die elastischen Kräfte sind geringer, deswegen ist die Rückfederung kleiner.

Korrektur der Rückfederung

Das Werkstück wird stärker gebogen, als es dem Soll-Maß entspricht, so daß es nach dem Rückfedern erst die richtige Gestalt annimmt.

Das Ausmaß, um wieviel mehr zu biegen ist, muß durch Versuche ermittelt werden.

Der Schlupf

Abbildung 3; Sind an einem Werkstück bei einem Preßniedergang mehrere Biegestellen auszubilden, so ist für ausreichend reibungsarme Materialzuführung zu sorgen. Ist das nicht der Fall, weil das Material am Stempel oder an der Matrize reibt, dann kann der Werkstoff reißen oder zumindest gedehnt werden. Letzteres wirkt sich zum Beispiel bei scharfem Biegen durch besondere Materialdickenschwächung aus. Ein Beispiel dafür zeigt Abbildung 3. Zur Bildung der Produktform, an der Stelle A, muß der Werkstoff von beiden Seiten längs des gesamten Profils herbeigezogen werden. Die dadurch verursachte und die an scharfen Biegstellen auftretende Reibung verursachen eine Längsdehnung und Schwindung es Werkstoffs, die als Schlupf bezeichnet wird.

Durch Einbau eines federnd angeordneten Vorbiegestempels kann dieser Übelstand weitgehend beseitigt werden. Der Vorbiegestempel zieht genügend Material an die Stelle A vor dem Schließen der Biegeform.

Biegen mit Vorspannung

Durch entsprechende Verformungen des Werkstoffs, ist es in manchen Fällen möglich, die Rückfederung bei der zweiten Formgebung nach der zweiten Phase auszugleichen.

Biegen mit Überdruck

Durch Erhöhen des Biegedrucks über das zur Verformung notwendige Maß werden ins Werkstück Spannungen eingebracht, die dem Rückfedern entsprechen; dabei wird der Werkstoff gestaucht.

Lage der Biegekante

Die Biegekante darf nicht in der Walzrichtung des Bleches verlaufen, sie muß in einem Winkel bis 90° zu Ihr stehen. Beachtet man das nicht, dann muß damit gerechnet werden, daß das Werkstück außen, an der Biegestelle, aufreißt oder bricht.

Form der Einlaufkante

Wegen Schlupfverminderung und Herabsetzung der Biegekraft ist die Ausbildung der Einlaufkante von besonderer Wichtigkeit. Um die Reibung zu vermindern, sind die Kanten abzurunden und in Einlaufrichtung sorgfältig zu polieren. Bei Blechen über 0,5mm Dicke und beim U-förmigen Biegen werden die Abrundungen durch 45°-Schrägen ersetzt.

Form der Biegekante

Scharfkantiges Biegen ist nur bei weichen Werkstoffen möglich, bei harten ist die Kante abzurunden. Der Kleinstwert der Abrundung ist von der Art des Werkstoffs und von der Blechdicke abhängig.

Der Biegespalt, der in der Regel der Blechdicke mit Plustoleranz entspricht, vergrößert bei grob tolerierten Blechen die Biegekraft; geringfügig bei dünnen Blechen, beträchtlich bei dicken Blechen.

Bauformen von Biegewerkzeugen

Biegestanzen werden mit und ohne Führung des Werkzeugoberteils hergestellt. Führungsgestelle erhöhen die Standstückzahl des Werkzeugs.

Biegestanze ohne Führung des Werkzeugoberteil

Die Rollstanze

Der Rollbiegevorgang

Auf Abbildung 8 schematisch dargestellt.

Biegewerkzeuge mit beweglichen Biegebacken

Die Herstellung hinterschnittener Produkte erfordert meist zwei Werkzeuge. In manchen Fällen kann jedoch durch Anwendung beweglicher Biegebacken auch mit einem Werkzeug das Auslangen gefunden werden.

Die Abbildungen 121 & 122 im Buch Werkzeugbau 1 zeigen Anbiegewerkzeuge, die auch für hinterschnittene U-Profile geeignet sind.

Biegen in der Folge

Durch verschiedene konstruktive Maßnahmen (gefederte Stempelanordnung, bewegliche Biegebacken) können fallweise alle Biegevorgänge mit einem Werkzeug durchgeführt werden, wobei die einzelnen Arbeitsphasen zeitlich aufeinander folgen.

Das Buch zeigt ein Folgewerkzeug, daß zur Verarbeitung dünner Bleche unter 0,8mm geeignet ist. Die Wirkungsweise ist so, daß beim Stößelniedergang die Platine über den gefederten Unterstempel 2 U-förmig gebogen wird. Die Vorspannkraft der Auswerferfeder entspricht der erforderlichen Biegekraft. Durch weiteres Senken des Werkzeugoberteils wird die Auswerferfeder weiter gespannt, dabei gleiten die U-Schenkel längs der Einzugflächen 9 und werden neuerlich gebogen.

Das Biegen in der Folge ist auch bei ungleichem Seitendruck vorzuziehen. Bei gleichzeitigem Entstehen der Biegekanten würden ungleiche Seitendrücke entstehen. Die Vorspannkraft der Feder des Federbodens kann kleiner eingestellt werden, wenn die kürzere Biegekante zuerst entsteht.

Am Zettel wird gezeigt, daß ein Niederhalter wie bei Abbildung 3 zur Formgebung herangezogen werden kann (für dünne Bleche).

Die Formstanze

Formstanzen werden meist nur zum Nachdrücken vorgezogener Teile verwendet. Konisch oder stufenweise abgesetzte Ziehteile erhalten hiedurch ihre entgültige Form. Gerne werden solche Werkzeuge als Fertigzeuge bezeichnet. In vielen Fällen werden diese nachträglichen Arbeitsgänge auch auf der Druckbank ausgeführt. Das soll aber nur dann geschehen, wenn anzunehmen ist, daß das Ziehprodukt in der Stanze reißt, weil das Drucken teurer ist, als das Stanzen. Einmal kann das Ziehprodukt in die Formstanze eingelegt werden, das andere Mal kann man es über den Stempel stülpen.

In Abbildung 7 ist eine direkt wirkende Formstanze dargestellt. Die strichlierte Linie soll den eingelegten Ziehteil angeben. Oft muß auch für Entlüftung gesorgt werden.

Die Rippenstanze

Mit Ihr kann man Einstanzungen ausführen. Einstanzen ist ein  Arbeitsverfahren zum nach-träglichen Herausformen von Vertiefungen oder Erhöhungen am fertigen Produkt. Ein gutes Beispiel ist das Einstauchen von Versteifungsrippen. Je schmäler und höher die Rippe ist, um so besser ist die Vertiefung.

Das Durchziehwerkzeug

Das Durchziehen von Kragen -auch Stechen- genannt, wie es die Abbildung 4 zeigt, ist eine kombinierte Arbeitstechnik, die dem Schneiden, Tiefziehen und Bördeln entsprechen kann. Diese Technik wird hauptsächlich bei Werkstücken angewendet, die später durch flachen Bördeln den Durchzug mit anderen Teilen durch Nieten zusammenfügt. Auch für das Schneiden von Gewinden in dünne Bleche ist dieses Arbeitsverfahren von Vorteil.

Gummistanzwerkzeug

Der Aufbau dieser Werkzeuge gleicht dem der Gummischittwerkzeuge, mit der Ausnahme, daß anstelle der scharfen Schnittkanten abgerundete Formungskanten vorgesehen sind und das Negativ stärker ausgebildet sein muß, weil die Biegekräfte oft größer als die Schnittkräfte sind.

Die Wirkungsweise des Werkzeugs beruht auf folgenden Eigenschaften des Gummis: hohe Verformbarkeit, ausreichende Kohäsion und Fähigkeit, den Druck - ähnlich wie bei Flüssigkeiten - nach allen Richtungen hin (werkstückformabhängig) relativ gleichmäßig weiterzuleiten. Beim Gummi werden Verformungskräfte auf die Platine ausgeübt.

Gummistanzwerkzeuge werden vorwiegend als Biege-, Präge- und Formstanzen ausgeführt. In Abbildung 5 sind verschiedene Ausführungen dargestellt.

Der Werkzeugoberteil besteht aus dem Rahmen r und dem Gummikissen g, das auch einzelnen Gummiplatten gebildet wird. Um ein seitliches Austreten des Gummis beim Preßvorgang zu verhindern, soll der Rahmen des Gummikissen um mindestens 6 mm überragen.

Die Gummi- oder PU- Platten (Polyurethan) werden entweder lose eingelegt, wobei sie durch das hinter ihnen entstehende Vakuum gehalten werden, oder durch Kleben (Zement, Gummikit) befestigt.

Gummiplattenoberfläche: fein gerieft oder gewellt.

Schmiermittel: Kreide, Graphit, Schmierseife, Seifenlösung, Gummipuder. Ungeeignet sind Mineralöle und Mineralfette, weil sie den Gummi angreifen.