Es gibt vier Tiefziehtechniken zur Formgebung von Metallteilen: das Tiefziehen mit einfachwirkenden, doppeltwirkenden, Kalt-/Warm- und Mehrstufenwerkzeugen. Dieser Artikel wird Ihnen helfen, besser zu verstehen, wie diese Tiefziehtechniken funktionieren.
Tiefziehen ist ein in der Industrie verwendetes Fertigungsverfahren, um Metall zu formen oder zu schneiden, indem es mit Hilfe einer auf einer Werkzeugmaschine, gemeinhin als Tiefziehpresse bezeichnet, positionierten Matrize verformt wird. Der Tiefziehprozess besteht darin, das Metall zwischen zwei Hälften des Presswerkzeugs zu formen. Je nach den mechanischen Eigenschaften des zu formenden Teils, der anfänglichen Metalldicke und der Form des Endprodukts wird eine dieser Tiefziehtechniken gewählt.
1. Tiefziehen mit einfachwirkenden Werkzeugen
Wie der Name schon sagt, ist das Tiefziehen mit einfachwirkendem Werkzeug das einfachste der vier Verfahren. Hier besteht das verwendete Werkzeug aus einer Matrize und einem Stempel. Erstere ist auf dem festen Tisch befestigt, letzterer auf dem Schlitten, der eine geradlinige Hin- und Herbewegung ausführt. Diese Technik erzeugt flache Tiefziehteile und erfordert keinen großen Spanndruck. Bei der Methode mit einfachwirkendem Werkzeug kann das Tiefziehen kalt oder warm erfolgen, und bei einigen Pressen kann sich die Matrize bewegen.
2. Tiefziehen mit doppeltwirkenden Werkzeugen
Die Technik mit doppeltwirkenden Werkzeugen basiert auf demselben Prinzip wie das einfachwirkende Tiefziehen, fügt jedoch ein zusätzliches Werkzeug hinzu. Tatsächlich wird das doppeltwirkende Verfahren von einem Niederhalter begleitet. Die Aufgabe des Niederhalters ist es, die Platine während eines Tiefziehvorgangs zu halten. Genauer gesagt, gewährleistet dieses Werkzeug den Materialfluss, um ein Falten des Teils infolge eines Einzieheffekts zu verhindern. Der Niederhalter übt einen Spanndruck auf die Oberflächen des Metallblechs (Platine) aus. Zunächst mit dem Stempel angehoben, senkt sich der Niederhalter und übt einen genau definierten Druck aus, um das Blech zu halten und gleichzeitig das Fließen zu ermöglichen. Anschließend senkt sich der Stempel seinerseits und verformt das Metall plastisch, indem er es gegen den Matrizengrund drückt. Die Technik mit doppeltwirkenden Werkzeugen erzeugt tiefere Tiefziehteile, erfordert jedoch höhere Spanndrücke.
3. Kalt-Tiefziehen (und Warm-Tiefziehen)
Das Kalt-Tiefziehen ist die am weitesten verbreitete Technik. Die für diese Art des Tiefziehens verwendeten Materialien sind Weich- und Edelstähle, Aluminium, Kupfer und Messing. Diese Tiefziehtechnik findet sich häufig in der Automobilindustrie, da sie Folgendes ermöglicht:
- eine stabilere Maßgenauigkeit;
- geringe Produktionskosten;
- gute mechanische Eigenschaften der Tiefziehteile.
Im Gegenzug weist diese Tiefziehtechnik einige Nachteile auf:
- hoher Grad an Kaltverfestigung des Materials, was ein erhebliches Risiko der strukturellen Härtung und eine Abnahme der Duktilität des Materials mit sich bringt. Es sei daran erinnert, dass die Duktilität eines Materials seine Fähigkeit definiert, sich leicht verformen oder dehnen zu lassen.
- erhebliche Restspannungen wie das Risiko von Ermüdungsbrüchen.
Zusammenfassend ist die Schädigung der Hauptbegrenzungsfaktor der Kalt-Tiefziehtechnik. Das Warm-Tiefziehen hingegen wird auf einfach- oder doppeltwirkenden Hydraulikpressen eingesetzt. Die Temperatur liegt zwischen 200 und 500 °C. Die beim Warm-Tiefziehen verwendeten Materialien sind Titan, Magnesium und Zink. Diese Tiefziehtechnik bietet zahlreiche Vorteile:
- effektiv bei Stählen und Aluminium, da die Verformung bei wenig duktilen Materialien einfacher ist;
- Möglichkeit, das Tiefziehen von dicken und tiefen Teilen durch Erwärmung der Platine und der Matrize durchzuführen;
- geringe Kaltverfestigung oder Restspannungen.
Dennoch birgt das Warm-Tiefziehen einige Nachteile:
- die Trägheit der Erwärmung aufgrund geringerer Produktionsraten;
- Endprodukte von geringerer Qualität aufgrund des Oberflächenzustands und der Dimensionierung;
- die Implementierung eines strengeren Sicherheitsprotokolls.
4. Mehrstufen-Tiefziehen:
Das Mehrstufen-Tiefziehen, auch als Folgeverbundwerkzeug für Tiefziehen bezeichnet, verformt in mehreren Durchgängen dicke Platinen, um mechanische Brüche während des Verformungsprozesses zu vermeiden. Die Tiefe der Tiefziehteile ist wesentlich größer als bei allen anderen vorherigen Techniken. Das Mehrstufenverfahren ist oft notwendig, um einen besseren Verformungsweg zu erzielen und somit Einschnürungen und Falten zu vermeiden. Einer der großen Vorteile des Mehrstufen-Tiefziehens ist die Produktion mit hoher Geschwindigkeit.
Darüber hinaus ermöglicht diese Technik, in einem einzigen Folgeverbundwerkzeug stark verformte Teile herzustellen, ohne die Zykluszeit zu erhöhen und ohne zusätzlichen Personalaufwand.
Dies ist eine Methode, die für große Produktionsvolumen geeignet ist. Die Dicken der Tiefziehteile können sehr gering sein (in der Größenordnung von 0,05 mm).
