Tiefziehen von Blechen

Tiefziehen ist ein Stanzverfahren, bei dem ein flaches Blechmaterial unter dem Druck eines Stempels durch eine konkave Matrize geführt wird, um ein offenes, hohles Teil zu bilden. Unter verschiedenen Arten von Blechkomponenten wird Tiefziehen häufig verwendet, um verschiedene runde einfache Teile, halbkugelförmige und parabolische Köpfe aus größeren oder dickeren Materialien zu verarbeiten.

Tiefziehprozess und Anforderungen

Im Allgemeinen muss der Tiefziehvorgang mithilfe eines Ziehwerkzeugs durch den Druck einer Presse durchgeführt werden. Unter normalen Umständen wird die Kaltverarbeitung verwendet, und die Warmverarbeitung wird nur zum Tiefziehen dickerer Bleche mit größeren Außenabmessungen oder größeren Verformungen verwendet.

1. Zeichenprozess

Die Abbildung zeigt den Ziehvorgang, bei dem ein kreisförmiger, flacher Plattenrohling mit einem Durchmesser D und einer Dicke t in das Positionierungsloch der Matrize gelegt und zu einem zylindrischen Teil gezogen wird.

Während des Tiefziehvorgangs bewegt sich die konvexe Form aufgrund des Biegemoments, das durch die Ziehkraft F und den Spalt Z zwischen der konvexen und konkaven Matrize entsteht, nach unten, um das Blech zu berühren, und übt dann Druck nach unten aus, wodurch sich das Blech biegt und konkav verformt und an den abgerundeten Ecken der konvexen und konkaven Matrizen geführt wird. Wenn der Stempel in die Öffnung der Matrize gezogen wird, zerfällt das Blechmaterial langsam in drei Teile: Boden, Wand und Flansch; Während der Stempel weiter nach unten fährt, bewegt sich der Boden im Wesentlichen nicht, und der ringförmige Flansch schrumpft weiter in Richtung der Öffnung und wird in die Kavität gezogen. 

Die Formöffnung verwandelt sich in eine Zylinderwand, sodass sich die Zylinderwand allmählich vergrößert und der Flansch allmählich schrumpft. Schließlich wird der Flansch vollständig in die Matrizenöffnung gezogen und verwandelt sich in eine Zylinderwand. Der Ziehvorgang ist beendet. Das kreisförmige Blech wird zu einem offenen Hohlzylinder mit Durchmesser d1 und Höhe h.

2. Analyse der Tiefziehverformung

Aus dem Ziehverformungsprozess lässt sich erkennen, dass der Ziehprozess der Prozess ist, bei dem der ringförmige Flansch allmählich schrumpft und in Richtung der Matrizenöffnung fließt, um zur Zylinderwand zu werden. Der Tiefziehprozess ist ein relativ komplexer plastischer Verformungsprozess, und jeder beschädigte Teil des Haares kann entsprechend seinen Verformungsbedingungen in mehrere Bereiche unterteilt werden.

2.1 Zylinderboden: Der kreisförmige Bereich, in dem die Unterseite des Stempels nach unten drückt und den mittleren Bereich des Blechs berührt, ist der Boden. Während des Ziehvorgangs behält dieser Bereich stets seine flache Form bei und ist einer gleichmäßigen radialen Spannung um ihn herum ausgesetzt. Es kann davon ausgegangen werden, dass keine oder nur eine kleine plastische Verformung vorliegt. Das Bodenmaterial überträgt die Stempelkraft auf die Zylinderwand, wodurch eine axiale Zugspannung entsteht.

2.2 Flanschteil: Der ringförmige Bereich auf der Matrize ist der Flansch, der beim Tiefziehen den Hauptverformungsbereich darstellt. Beim Tiefziehen erzeugt das Flanschmaterial aufgrund der Ziehkraft eine radiale Zugspannung. Wenn die Materialien schrumpfen und in Richtung der Matrizenöffnung fließen, drücken sie sich gegenseitig zusammen, wodurch eine tangentiale Druckspannung entsteht. 3. Seine Funktion ähnelt der des Ziehens eines sektorförmigen Teils des Rohlings F durch eine imaginäre keilförmige Nut, um die Verformung von F zu bewirken, wie in der Abbildung gezeigt.

Wenn der Flansch groß und das Blechmaterial dünn ist, verliert der Flanschteil aufgrund der tangentialen Druckspannung beim Ziehen an Stabilität und es kommt zum sogenannten „Faltenphänomen“. Daher wird häufig ein Niederhalter verwendet, um den Flansch zu pressen und die Kantenpressung durchzuführen.

2.3 Einfache Wand: Dies ist der verformte Bereich, der durch die Fließübertragung des Flanschteilmaterials durch tangentiale Kompression, radiale Dehnung und Schrumpfung entsteht und grundsätzlich keiner größeren Verformung mehr unterliegt. Beim weiteren Ziehen überträgt er die Ziehkraft des Stempels auf den Flansch. Das einfache Wandmaterial selbst trägt während der Ziehkraftübertragung die unidirektionale Zugspannung und ist in Längsrichtung leicht gedehnt und etwas dicker. Es kommt zu einer Ausdünnung.

2.4 Der abgerundete Eckteil der konkaven Matrize: der Übergangsteil, an dem Flansch und Zylinderwand aufeinandertreffen. Die Verformung des Materials ist hier komplizierter. Er weist nicht nur die gleichen Eigenschaften wie der Flanschteil auf, sondern ist auch radialer Zugspannung und tangentialer Druckspannung ausgesetzt. Er trägt auch die konkave Druckspannung, die durch das Extrudieren und Biegen der Matrizenrundung entsteht.

2.5 Der abgerundete Teil des Stempels: Der Übergangsbereich, in dem die einfache Wand und der Boden des Zylinders aufeinandertreffen, ist einer Zugspannung in radialer und tangentialer Richtung ausgesetzt, während die dicke Seite durch Extrusion und Biegung des abgerundeten Teils des Stempels Druckspannung erzeugt. Während des Ziehvorgangs wird die radiale Richtung verlängert und die Dicke verringert. Die stärkste Ausdünnung tritt an der Verbindungsstelle zwischen der runden Ecke des Stempels und der Zylinderwand auf. 

Der Ziehvorgang beginnt zwischen konvexem und konkavem Gesenk, sodass weniger Material übertragen werden muss. Der Verformungsgrad ist gering, die Kaltverfestigung gering und an den abgerundeten Ecken des Stempels entsteht keine vorteilhafte Reibung. Die Fläche, die die Ziehkraft übertragen muss, ist klein. Daher ist dieser Bereich der „gefährliche Bereich“, der beim Tiefziehen am ehesten bricht.

3. Wanddickenänderungen bei Tiefziehteilen

Die ungleichmäßige Wandstärke der tiefgezogenen Teile ist auf dem Bild zu sehen. Das Bild zeigt die Veränderung der Wandstärke des elliptischen Kopfes aus Kohlenstoffstahl während des Ziehens, und das Bild zeigt die Veränderung der Wandstärke des Flanschzylinders bei Verwendung des Rohlingshalters.

4. Prozessanforderungen für die Tiefziehverarbeitung

Mit dem Tiefziehverfahren lassen sich Teile mit komplexen Formen bearbeiten und dünnwandige Teile in zylindrischer, gestufter, konischer, quadratischer, kugelförmiger und verschiedener unregelmäßiger Form herstellen. Die Genauigkeit der Tiefziehteilbearbeitung hängt jedoch von vielen Faktoren ab, wie z. B. den mechanischen Eigenschaften und der Materialstärke des Materials, der Formstruktur und -genauigkeit, der Anzahl und Reihenfolge der Prozesse usw. Die Fertigungsgenauigkeit von Tiefziehteilen ist im Allgemeinen nicht hoch und liegt unter dem IT11-Niveau. 

Gleichzeitig beeinflusst die Verarbeitbarkeit der Tiefziehteile aufgrund des Einflusses der Tiefziehverformungsleistung direkt, ob das Teil möglichst wirtschaftlich und einfach verwendet werden kann. Es wird im Tiefziehverfahren verarbeitet und beeinflusst sogar, ob das Teil im Tiefziehverfahren verarbeitet werden kann. Die Prozessanforderungen für Tiefziehteile sind wie folgt.

Struktur- und Formgenauigkeit, Anzahl und Reihenfolge der Prozesse usw. Die Fertigungsgenauigkeit von Tiefziehteilen ist im Allgemeinen nicht hoch und liegt unter dem IT11-Niveau. Gleichzeitig beeinflusst die Verarbeitbarkeit der Tiefziehteile aufgrund der Tiefziehverformungsleistung direkt, ob das Teil möglichst wirtschaftlich und einfach verwendet werden kann. Es wird im Tiefziehverfahren verarbeitet und beeinflusst sogar, ob das Teil im Tiefziehverfahren verarbeitet werden kann. Die Prozessanforderungen für Tiefziehteile sind wie folgt.

4.1 Die Form der Tiefziehteile sollte möglichst einfach und symmetrisch sein. Bei der Konstruktion von Tiefziehteilen sollte die Verarbeitungstechnologie der Tiefziehteile berücksichtigt und möglichst eine Form gewählt werden, die einfacher zu formen ist und den Nutzungsanforderungen entspricht. Die Abbildung zeigt die Klassifizierung nach dem Schwierigkeitsgrad des Tiefziehens. In der Abbildung nimmt der Formungsschwierigkeitsgrad verschiedener Arten von Tiefziehteilen von oben nach unten zu. 

Der Schwierigkeitsgrad ähnlicher Tiefziehteile nimmt von links nach rechts zu. Dabei steht e für die minimale gerade Kantenlänge, f für die maximale Größe des Tiefziehteils, a für die kurze Achsenlänge und 6 für die lange Achsenlänge.

4.2 Bei zylindrischen Ziehteilen mit Flanschen liegt beim Ziehen mit einem Blechhalter der am besten geeignete Flansch im folgenden Bereich:

4.3 Die Ziehtiefe sollte nicht zu groß sein (d. h. H sollte nicht größer als 2d sein). Wenn es auf einmal gezogen werden kann, sollte seine Höhe vorzugsweise betragen:

4.4 Bei zylindrischen Ziehteilen sollte der Rundungsradius r zwischen Boden und Wand ra>t und der Rundungsradius zwischen Flansch und Wand r>2t erfüllen. Unter verformungsfördernden Bedingungen empfiehlt sich r ≈(3~5)t, r≈(4~8)t. Bei r (oder r)>(0,1~0,3)t kann eine Formgebung erfolgen.

Bauform des Ziehsteins und seine Auswahl

Obwohl die Formen von Tiefziehteilen vielfältig sind, ist die Struktur der Ziehwerkzeuge relativ standardisiert. Abhängig von den Ziehbedingungen und der verwendeten Ausrüstung ist auch die Struktur der Ziehwerkzeuge unterschiedlich. Die Übernahme der Ziehwerkzeugstruktur erfordert in der Regel notwendige Prozessberechnungen, und anschließend kann der Ziehprozessplan entsprechend ausgewählt werden.

Tiefziehprozesse können auf einfachen, doppelt- oder dreifachwirkenden Pressen durchgeführt werden. Die Ziehwerkzeuge für einfachwirkende Pressen lassen sich in zwei Typen unterteilen: Erstziehwerkzeuge und Erst- und Folgeziehwerkzeuge. Je nachdem, ob ein Niederhalter verwendet wird, unterscheidet man zwischen Niederhaltern und Niederhalterlosen. Je nach Pressentyp unterscheidet man zwischen Ziehwerkzeugen für einfachwirkende Pressen, Ziehwerkzeugen für doppeltwirkende Pressen usw.

1. Erster Ziehstein

Das Bild zeigt das erste Tiefziehwerkzeug ohne Kantenhalter. Beim Ziehen wird zunächst der flache Rohling in die Positionierplatte des Werkzeugs gelegt. Der Stempel bewegt sich, angetrieben vom Schlitten der Presse, nach unten und presst das schlechte Material in das Werkzeug, bis es vollständig in das Werkzeug eingezogen und geformt ist. Das obere Ende des tiefgezogenen Werkstücks ragt über den Abstreifring hinaus. Wenn der Schlitten der Presse den Stempel nach oben bewegt, streift der Abstreifring das Werkstück vom Stempel ab und schließt so den Tiefziehvorgang ab.

Der erste Ziehstein ohne Kantenhalter wird im Allgemeinen für flache Ziehteile mit geringer Ziehtiefe verwendet, die in einem Zug gepresst werden können. Bei kleinen Stempeln kann die Gesamtstruktur durch die Stempelbefestigungsplatte übernommen und fixiert werden. Um ein Festkleben des Werkstücks am Stempel zu verhindern, sollten Belüftungslöcher am Stempel vorgesehen werden.

Abbildung a zeigt eine gewöhnliche konkave Matrize mit flachem Ende und Bögen, die sich vor allem für die Bearbeitung großer Teile eignet. Abbildung b zeigt eine konische Matrizenöffnung und Abbildung c eine konkave Matrizenöffnung mit Evolventenform. Sie eignen sich für die Bearbeitung kleiner Teile. Da die Matrizenstruktur in Abbildung bc eine gekrümmte Übergangsform des Rohlings beim Ziehen aufweist, vergrößert sich dessen Größe. 

Durch die Fähigkeit zur Instabilitätsvermeidung trägt die Kraft der Matrizenöffnung auf die Verformungszone des Rohlings auch dazu bei, eine tangentiale Kompressionsverformung zu erzeugen, wodurch der Reibungswiderstand und der Widerstand gegen Biegeverformung verringert werden, was sich positiv auf die Tiefziehverformung auswirkt und die Qualität des Teils verbessern kann, die Verarbeitung jedoch länger dauert und schwieriger ist.

Bild b zeigt den ersten Tiefziehvorgang mit einem elastischen Randring. Der elastische Randring ist an der oberen Form angebracht. Beim Abwärtsbewegen des Stempels wird das fehlerhafte Material durch die Federkraft fest angedrückt, sodass sich das fehlerhafte Material während des Ziehvorgangs in der Nähe des konkaven Teils befindet.

Aufgrund der Begrenzung des oberen Formraums können keine dicken Federn eingebaut werden, daher eignet sich dieser Formtyp nur zum Ziehen von Teilen mit geringem Druck. Es wird normalerweise zum Ziehen von Werkstücken mit dünnem Material, geringer Tiefe und leichter Faltenbildung verwendet.

Beim Ziehen eines Werkstücks mit großer Tiefe ist eine größere Feder (oder Gummi) erforderlich. Der Einbau ist schwierig, wenn sich die Feder noch im oberen Teil der Form befindet. Daher kann eine am unteren Teil montierte Struktur verwendet werden, um die Einstellung der Blechhalterkraft zu erleichtern.

2. Tiefziehform für jedes Mal nach dem ersten Mal

Abbildung a zeigt das erste und nachfolgende Tiefziehen ohne Blechhalter. Damit können Halbzeuge, die auf eine bestimmte Größe tiefgezogen wurden, gezogen und anschließend erneut tiefgezogen werden. Im Allgemeinen kann es für Anwendungen verwendet werden, bei denen der Verformungsgrad nicht groß ist und die Wandstärke der gezogenen Teile gleichmäßig sein muss. 

Und stellen Sie den Durchmesser und die Maßgenauigkeit von Werkstücken durch leichte Ausdünnung sicher. Bei dieser Art von Form muss normalerweise die Länge des geraden Wandarbeitsteils der konkaven Form so weit wie möglich reduziert werden, um Reibungsverluste zu vermeiden.

Abbildung b zeigt den Aufbau des Ziehwerkzeugs für das erste und nachfolgende Ziehen von zylindrischen Teilen mit Randringen. Der Positionierer 11 ist hülsenförmig aufgebaut und dient gleichzeitig zum Anpressen und Positionieren der Kanten. Die Anpresskraft wird durch die vom Auswerferstift 13 übertragene Zylinderkraft aufgebracht. 

Um Faltenbildung beim Tiefziehen des Materials zu vermeiden, kann die Position des Auswerferstifts 3 angepasst werden, um den Druck anzupassen. Durch die Größe der Kantenkraft kann die Kantenhalterkraft ausgeglichen werden, während gleichzeitig verhindert wird, dass das schlechte Material zu fest eingespannt wird.

Der Arbeitsvorgang der Form ist wie folgt: Der Stempelschlitten bewegt sich nach oben, die Form wird geöffnet und der Auswerferstift 13 hebt den Positionierer 11 unter der Wirkung des Presszylinders durch die Positionierer-Befestigungsplatte 12 zum Stempel 1.

Die Stirnflächen sind bündig. Zu diesem Zeitpunkt wird der gezogene Rohling in den Außenring des Positionierers 11 eingesetzt. Der Pressenschlitten beginnt sich nach unten zu bewegen. Der Auswerferstift 3 berührt die obere Stirnfläche der Positionierer-Befestigungsplatte 12. Gleichzeitig berührt auch die Matrize 2 die obere Stirnfläche des Positionierers 11. Während die Presse

Während sich der Schieber allmählich nach unten bewegt, drückt der Auswerferstift 3 allmählich auf die Positionierplatte 12. Matrize 2 und Positionierelement 11 arbeiten zusammen, um das Halbzeug schrittweise zu einem Fertigprodukt zu ziehen. Nach Abschluss des Ziehens drückt der Auswerferstift 13 das Positionierelement 11 unter der Wirkung des Presszylinders bündig mit der oberen Stirnfläche des Stempels 1 ab. Gleichzeitig wirft der Hammer 7 die gezogenen Teile aus dem Hohlraum der Matrize 2 aus.

Bei Tiefziehteilen mit einem Durchmesser d ≤ 100 und Tiefziehteilen mit Flanschen oder komplexen Formen ist zur Erleichterung der Tiefziehumformung auf das richtige Verhältnis zwischen Form und Größe der Stanzwerkzeuge im vorherigen und nachfolgenden Prozess zu achten, damit die Form und Größe der im vorherigen Prozess hergestellten Stempel korrekt sind. Die Form des Zwischenrohlings ist für die Umformung in nachfolgenden Prozessen förderlich. Das Verhältnis zwischen den Abmessungen jedes Ziehprozesses und seinem Rundungsradius ist in Abbildung a dargestellt, wobei t die Materialstärke ist.

Bei großen und mittelgroßen zylindrischen Tiefziehteilen mit einem Durchmesser von d>100 wird für die ersten Ziehvorgänge und das Tiefziehen vor der endgültigen Formgebung häufig eine 45°-Abschrägungswinkel-Verbindungsstruktur an den Zylinderecken verwendet, um überschüssiges Material an den abgerundeten Ecken zu vermeiden. Diese Struktur ist dünner und begünstigt das Tiefziehen. Diese Struktur erleichtert nicht nur die Lokalisierung der Haare im nächsten Prozess, sondern reduziert auch das wiederholte Biegen und Positionieren der Haare, verbessert die Bedingungen für die Materialverformung beim Tiefziehen und verringert die Materialverdünnung. 

Es ist hilfreich, die Qualität der Seitenwände von Stanzteilen zu verbessern. Es ist jedoch zu beachten, dass der Bodendurchmesser beim nächsten Ziehvorgang dem Außendurchmesser des Stempels entsprechen sollte. Die Beziehung zwischen dem Rundungsradius des Stempels und der konkaven Matrize und dem Rundungsradius des Kantenrings im vorderen und hinteren Prozess ist in Abbildung b dargestellt. Zeigen.

3. Ziehstein für Doppelhubpresse

Beim Tiefziehen mit einer doppeltwirkenden Presse drückt der äußere Schieber auf die Kante und der innere Schieber zieht tief. Die in Abbildung a dargestellten Tiefziehteile werden direkt aus Streifen geschnitten, gezogen und von einer doppeltwirkenden Ziehpresse verarbeitet.

Abbildung b zeigt schematisch den Formaufbau der oben genannten Teile. Nachdem der Streifen durch den Positionierstift 2 positioniert wurde, arbeiten der Blechhalter 7 und die untere Matrizenbasis 1 zusammen, um den Stanzenvorgang durchzuführen. Die Ziehkonvexform 4 und die Ziehkonkavform 3 werden ausgeworfen. Die Blöcke 6 arbeiten zusammen, um das nach dem Stanzen fehlerhafte Material zu ziehen und zu formen. Schließlich treibt der Auswerferstift 5 den Auswerferblock 6 an, um die gezogenen Teile aus dem Hohlraum der Ziehkonkavform 3 zu drücken.