Konstruktion von Blechwerkzeugen: Phasen, Materialien, Wartung
Die Konstruktion von Blechwerkzeugen ist eine der strategisch wichtigsten Phasen im Prozess des Kaltumformens von Metallen. Es geht nicht nur darum, eine Vorrichtung zu bauen, sondern die technische Architektur zu definieren, die Qualität, Wiederholbarkeit, Langlebigkeit und die wirtschaftliche Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses gewährleistet.
Bei Minifaber erfolgt die Konstruktion und der Bau von Blechpresswerkzeugen – seien es Folgeverbundwerkzeuge, Transferwerkzeuge oder Werkzeuge für das Tiefziehen – intern, wodurch eine vollständige Kontrolle über Leistung, Lebensdauer und Prozessoptimierung gewährleistet ist.
Was versteht man unter Blechpresswerkzeugen?
Blechpresswerkzeuge sind mechanische Vorrichtungen, die dazu dienen, ein Metallblech durch die B kombinierte Wirkung von Stempeln und MatrizenB sowie federnden Elementen wie Blechdrückern und Auswerfern zu verformen, zu schneiden oder zu formen. Diese Elemente werden zusammen mit anderen Teilen an der Werkzeugstruktur befestigt, die wiederum auf mechanischen Pressen, Servopressen oder hydraulischen Pressen eingespannt wird.
Dies ermöglicht die Durchführung von Arbeitsgängen wie:
- Stanzen
- Biegen
- Tiefziehen
- Prägen
- Kalibrieren
- Gewindeschneiden
Beim Kaltumformen erfolgt der Prozess bei Raumtemperatur durch kontrollierte plastische Verformung des Materials, wodurch Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität gewährleistet werden.
Die Effizienz des Prozesses hängt in erster Linie von einer sorgfältigen Konstruktion ab, die von einem erfahrenen Team durchgeführt und auf die Eigenschaften des Werkstücks, des Materials sowie auf die Produktionsmengen abgestimmt wird. Bei Bedarf wird vor Beginn der Konstruktion eine Machbarkeitsstudie unter Verwendung wissenschaftlicher Finite-Elemente-Analysesoftware wie Autoform und Deform durchgeführt, mit der das Umformen simuliert werden kann.
Konstruktion von Blechformwerkzeugen: die strategischen Phasen
Die Konstruktion eines Blechformwerkzeugs gliedert sich in integrierte technische Phasen.
Die erste Phase ist die technische Analyse des Bauteils, in der Geometrien und Toleranzen, Werkstoffe und Wandstärken, funktionale Anforderungen, mögliche kritische Punkte und Produktionsmengen bewertet werden.
Dieser erste Schritt ermöglicht es, nach einer sorgfältigen Untersuchung die am besten geeignete Technologie zu ermitteln: Stufenwerkzeug, Transferwerkzeug oder Tiefziehen.
Daraus ergibt sich die Wahldes Formtyps. Dazu ist es hilfreich, die Unterschiede zwischen den einzelnen Typen zu kennen.
Stufenformen: Effizienz für Serienfertigung
Stufenformen sind für die Bearbeitung eines kontinuierlichen Blechbandes ausgelegt, das von einer Formzuführungslinie zugeführt wird, in die die Materialrolle eingelegt wird.
Die Funktionsweise dieser Werkzeuge ist einzigartig: Jedem Presshub entspricht ein Vorschub des Bandes, der als „Schritt“ bezeichnet wird, und an jeder Station werden spezifische Bearbeitungsschritte ausgeführt. Das Teil wird dann erst an der letzten Station vom Band getrennt.
Das Progressivwerkzeug ist die ideale Lösung, wenn es sich um kleine oder mittelgroße Bauteile handelt, wenn die Produktionsmenge mittel bis hoch ist, wenn enge Toleranzen und maximale Produktivität gefordert sind.
Die Vorteile des Folgeverbundwerkzeugs sind vielfältig:
- hohe Produktionsgeschwindigkeit
- geringe Stückkosten bei großen Stückzahlen
- konstante und wiederholbare Qualität
- hochgradig automatisierbarer Prozess
Transferwerkzeuge: Lösung für mittelgroße und komplexe Teile
Transferwerkzeuge unterscheiden sich grundlegend von Folgeverbundwerkzeugen. In diesem Fall wird das Werkstück bereits an der ersten Station vom Band gestanzt, einzeln bearbeitet und durch ein mechanisches oder robotergestütztes System von einer Station zur nächsten transportiert. Jede Station führt einen eigenen Prozessschritt aus, wobei das einzelne Werkstück bearbeitet wird und nicht auf einem Endlosband wie beim Folgeverbundwerkzeug.
Dieser Formtyp eignet sich, wenn das Werkstück mittelgroß und tief ist, wenn die aktiven Teile der Form voluminös sind und wenn die Bearbeitungsschritte mehr Platz zwischen den Stationen erfordern.
Auch in diesem Fall gibt es zahlreiche Vorteile:
- größere Flexibilität bei den Arbeitsabläufen
- bessere Bewältigung komplexer und tiefer Geometrien
- geringeres Risiko von Interferenzen zwischen den Bearbeitungsschritten
Bei Minifaber arbeiten Transferwerkzeuge sowohl auf mechanischen Pressen als auch auf speziellen Servopressen, wobei bei letzteren Kraft, Geschwindigkeit und Hub während der Drehung des Servomotors einstellbar sind
Tiefziehwerkzeuge: kontrollierte dreidimensionale Verformung
Die Tiefziehwerkzeuge sind dafür ausgelegt, ein flaches Blech in eine dreidimensionale Hohlform zu verwandeln, wie beispielsweise bei Töpfen und Spülbecken.
Sie ermöglichen die Herstellung von Schalen, Zylindern, Behältern und tiefen Bauteilen ohne Schweißnähte. Sie sind daher erforderlich, wenn das Bauteil hohl ist, im Verhältnis zum Durchmesser eine erhebliche Tiefe aufweist oder strukturelle Kontinuität erfordert.
Die Vorteile von Blechteilen, die mit Tiefziehwerkzeugen hergestellt werden, sind:
- Fugenfreiheit
- hohe mechanische Festigkeit
- endgültige Wirtschaftlichkeit des Bauteils im Vergleich zu montierten oder geschweißten Teilen
Für den Werkzeugbau verwendete Werkstoffe
Die Qualität eines Werkzeugs hängt von der Wahl der für den Bau verwendeten Werkstoffe ab.
Verwendet werden:
- hochlegierte Kohlenstoffstähle
- Umgussstähle
- Pulvermetallurgische Stähle
- Wolframkarbid
Hinzu kommen:
- Wärmebehandlungen
- Präzisionspolierungen
- PVD-Beschichtungen
PVD-Beschichtungen verbessern die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Antihaft-Eigenschaften und reduzieren Reibung und Fressen.
Wartung von Blechpresswerkzeugen: Kontinuität und Langlebigkeit
Die Wartung von Presswerkzeugen ist unerlässlich, um eine dauerhafte Stabilität zu gewährleisten. Sie kann sowohl vorbeugend als auch außerordentlich erfolgen.
Die vorbeugende Wartung von Blechpresswerkzeugen dient dazu, die Leistungsfähigkeit des Werkzeugs stets aufrechtzuerhalten, Brüche und Produktionsausfälle zu vermeiden sowie stets die Präzision und Konformität des Werkstücks zu gewährleisten. Sie umfasst:
- Überprüfung des Verschleißes von Stempeln und Matrizen sowie generell aller Teile, die Verschleiß und hohen Belastungen ausgesetzt sind
- Überprüfung der elastischen Elemente
- Überprüfung der Zentrierung der Formteile, die beim Stanzen ineinandergreifen
- Überprüfung von Führungen und Buchsen
- Reinigung und Schmierung
- Sonstiges, wo erforderlich
Die außerordentliche Wartung hingegen wird durchgeführt, wenn die Garantiezeit der Form abgelaufen ist oder die Anzahl der Zyklen überschritten wurde, ab der eine weitere Produktion riskant wird. Sie umfasst:
- Komplette Demontage der Form zur Analyse aller Komponenten
- Austausch aktiver Teile
- Austausch verschlissener Teile
- Austausch von Führungen und Buchsen
- Die Erneuerung der PVD-Beschichtungen
Ein strukturiertes Wartungsmanagement reduziert Ausschuss, Maschinenstillstände und indirekte Kosten.
Mit Blechpressformen verarbeitbare Werkstoffe
Für das Kaltpressen konzipierte Formen können folgende Werkstoffe verarbeiten:
- Eisenwerkstoffe und niedriglegierte Stähle
- Edelstähle
- vorverzinkte Werkstoffe
- vorlackierte Werkstoffe
- Aluminium und Leichtmetalllegierungen
- Kupfer, Messing, Kupfernickel
Die korrekte Bewertung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs ist bereits in der Konstruktionsphase entscheidend.
Wann lohnt sich die Investition in ein Spezialwerkzeug?
Die Konstruktion von Blechformwerkzeugen ist eine strategische Entscheidung, wenn:
- die Produktionsmengen mittel bis hoch sind
- Wiederholbarkeit eine grundlegende Anforderung ist
- die Stückkosten mittelfristig gesenkt werden müssen
- mehrere Bearbeitungsschritte in einem einzigen Zyklus integriert werden müssen
Bei Minifaber erfolgen Konstruktion und Fertigung intern, die Qualitätskontrolle ist kontinuierlich und die Wartung strukturiert. Auf diese Weise lässt sich die Form von einem einfachen Werkzeug in ein optimiertes Produktionssystem verwandeln.
Haben Sie ein Projekt, das Sie entwickeln möchten?
Wenn Sie die Herstellung von Progressivwerkzeugen, Transferwerkzeugen oder Tiefziehwerkzeugen in Betracht ziehen, kann das technische Team von Minifaber Sie bei der Auswahl der effizientesten Technologie und der Konzeption des stabilsten Prozesses unterstützen.
