Alles, was Sie über CNC-Fräsen und dessen Prozess wissen müssen
Wir haben bereits zahlreiche Artikel darüber veröffentlicht, wie Materialien mit einem CNC-Laser geschnitten werden, doch manche Werkstoffe eignen sich besser…
Blech bildet heute die Grundlage des gesamten Ingenieurwesens. Es ist überall zu finden – von Autos und Maschinen bis hin zu Hausfassaden und Möbeln.
Um Blech optimal zu nutzen, sollten Ingenieure einige grundlegende Informationen darüber besitzen. Dazu zählen Standardmaße, Materialien, Unterschiede in der Herstellung sowie mögliche Umformverfahren.
Blech ist eine der Formen, in denen Metalle erhältlich sind. Blech ist jedes Metall mit einer Dicke zwischen 0,5 und 6 Millimetern.
Zur Klassifizierung von Metallen nach Dicke werden jedoch auch andere Maßeinheiten verwendet.
Folien, Bleche und Platten unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch ihre Dicke. Die Dicke wird auf drei Arten gemessen – in Millimetern, Mils und Gauge. Während der Millimeter eine gängige Einheit ist, sind Mils und Gauge vor allem im Ingenieurwesen und in der Fertigung gebräuchlich.
Ein Mil entspricht einem Tausendstel Zoll. Da die Briten „mils“ oft als Plural für Millimeter verwenden, kann dies verwirrend sein – der Unterschied ist jedoch entscheidend.
Gauge ist eine weitere Maßeinheit zur Bestimmung der Blechdicke. Obwohl offizielle Normen die Verwendung von Gauge eher ablehnen, ist sie nicht selten. Gauge gibt die Dicke eines Metalls im Verhältnis zu seinem Gewicht pro Quadratfuß an. Eine höhere Gauge-Zahl bedeutet eine geringere Dicke.
Da das Gewicht eine Rolle spielt, ist die tatsächliche Dicke (mm) für denselben Gauge-Wert bei verschiedenen Metallen unterschiedlich (z. B. 12 mm Stahl vs. 12 mm Aluminium).
Nach der Übersicht über die wichtigsten Messsysteme betrachten wir nun die Einteilung in Folien, Bleche und Platten. Für unsere Zwecke verwenden wir Millimeter als Maßeinheit.
Metallfolie
Metallfolie kommt besonders häufig bei Aluminium vor und wird oft als Alufolie bezeichnet. Die Dicke von Folien beträgt in der Regel bis zu 0,2 mm.
Blech ist die nächste Kategorie. Die Dicke von Blech beginnt bei 0,5 mm und reicht bis zu 6 mm. Alles darüber hinaus gilt als Metallplatte.
Dünnes Blech lässt sich einfach umformen und bietet dennoch eine hohe Festigkeit. Durch den relativ günstigen Preis eignet es sich für die meisten ingenieurtechnischen Anwendungen – deshalb begegnet es uns überall.
Am Ende des Artikels gehen wir auf verschiedene Umformverfahren für Blech ein.
Nahezu alle üblichen technischen Metalle sind auch als Blech erhältlich. Dazu zählen unter anderem Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Kupfer und Aluminium. Die Auswahl des richtigen Materials hängt von der Anwendung und den Anforderungen Ihres Produkts ab.
Metallbleche besitzen die gleichen mechanischen Eigenschaften wie das Grundmetall. Daher verfügen Stahlbleche über eine hohe Zugfestigkeit und Haltbarkeit, was sie für den Einsatz in Bauwesen und Maschinenbau prädestiniert.
Kupferbleche werden gleichzeitig häufig als dekorative Schicht an modernen Gebäuden eingesetzt.
Standardmaße gelten sowohl für Bleche als auch für deren Dicke. Während sich große Blechformate durch Schweißen herstellen lassen, sind die Dickentabellen kaum zu umgehen.
Die Kenntnis von Standard-Blechgrößen hilft bei der Optimierung von Bauteil-Anordnungen. Häufig erhalten wir Anfragen für Bauteile, die nur minimal größer als das Standardformat sind – das bedeutet mehr Verschnitt und somit höhere Kosten für den Kunden.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Verfügbarkeit unterschiedlicher Blechgrößen. Kleine, mittlere und große Bleche sind praktisch immer bei jedem Blechbearbeiter auf Lager, Übergrößen hingegen meist nicht.
Viele Unternehmen verfügen zudem nicht über Maschinen, die solch große Bleche schneiden können. Die Kenntnis der Fertigungsmöglichkeiten Ihres Herstellers ist daher von Vorteil.
Man kann zwar zwei kleinere Bleche zusammenschweißen, dies ist jedoch selten die optimale Lösung – insbesondere wenn das Erscheinungsbild Ihres Projekts im Fokus steht.
Die obige Tabelle zeigt Standarddicken für Bleche und Platten. Wie ersichtlich, hat jede Metallsorte eigene Standards.
Es ist ratsam, nicht nur auf die Start- und Endpunkte zu achten, sondern auch auf die konkreten Werte. Anfragen nach nicht-standardisierten Dicken kommen häufig vor.
Ausnahmen von dieser Tabelle gibt es natürlich. Wir empfehlen jedoch, sich an diese Dicken zu halten, da andere Materialien schwerer zu beschaffen sind. Alle oben genannten Dicken sind bei den meisten Blechbearbeitern problemlos erhältlich.
Es gibt zwei Verfahren zur Herstellung von Blech – Warmwalzen und Kaltwalzen. Die oben stehende Standard-Dickentabelle zeigt, wie beide Verfahren eingesetzt werden. Bei Baustahl reicht das Kaltwalzen nur bis 3 mm. Ab dann werden Bleche und Platten aus Kostengründen warmgewalzt.
Für Edelstahl beginnt das Warmwalzen ebenfalls ab 3 mm, während Kaltwalzen sämtliche Bleche bis 6 mm abdeckt.
Für technische Anwendungen ist die Unterscheidung wichtig. Für Präzisionsanwendungen bevorzugt man kaltgewalzte Stähle, da hier die Endmaße besser kontrolliert werden können. Hintergrund: Bei warmgewalzten Stählen schrumpft das Material beim Abkühlen etwas und kann die Form leicht verändern.
Kommen wir nun zu den Umformverfahren für Blech. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, und die Entscheidung liegt bei Ihnen.
Die Wahl hängt hauptsächlich vom gewünschten Ergebnis ab. Viele Methoden liefern scheinbar ähnliche Resultate. Dann entscheiden Kosten (oft abhängig von der Losgröße), Verfügbarkeit und geforderte Genauigkeit.
Das Biegen ist ein Umformverfahren, bei dem Blech durch Biegespannung in die gewünschte Form gebracht wird. Das Blech wird so weit gebogen, dass eine plastische Verformung eintritt und das Metall seine ursprüngliche Form nicht mehr annimmt.
Typische Bauteile wie Flansche und Sicken entstehen durch Biegen. Die häufigste Biegeform ist das V-Biegen, bei dem Matrize und Stempel in V-Form das Blech pressen.
Eine weitere gängige Methode ist das Kantenbiegen, bei dem ein Wischstempel und eine Matrize verwendet werden.
Beim Bördeln wird ein runder Ring am Rand des Blechs geformt, um die Handhabung sicherer zu machen.
Es besteht ein Unterschied zwischen einer gebördelten Kante und einem tränenförmigen Umschlag. Beim Bördeln wird die ursprüngliche Kante zu einem Kreis aufgerollt, beim tränenförmigen Umschlag bleibt die Kante sichtbar.
Man unterscheidet zwischen exzentrischem und konzentrischem Bördeln. Beim exzentrischen Bördeln liegt der Mittelpunkt oberhalb des Blechs, beim konzentrischen auf gleicher Höhe wie das Blech.
Entwölben ist das Entfernen einer Wölbung (Camber) aus einem Blech. Besonders bei streifenförmigen Bauteilen entsteht beim Walzen eine horizontale Krümmung.
Beim Entwölben wird diese Krümmung entfernt, indem die Kanten begradigt werden. Die Kraft wirkt auf die verformte Kante, nicht auf die Fläche, und presst sie in eine gerade Form. Das Verfahren wird meist auf begrenzten Längen angewandt.
Tiefziehen ist ein Umformprozess, bei dem die Form eines Blechs in mehreren Stufen mithilfe von Matrizen verändert wird. Erst wenn die Tiefe der Form den ursprünglichen Durchmesser des Blechs übersteigt, spricht man von Tiefziehen.
Mit Stempeln und Matrizen werden in jedem Schritt Formänderungen erzeugt. So lassen sich Bleche zu verschiedensten Formen wie Kraftstofftanks, Spülen oder Autoteilen umformen. Das Tiefziehen eignet sich vor allem für die Großserienfertigung.
Beim Blechstrecken wird ein Blech durch spezielle Scheren eingeschnitten und gedehnt, sodass ein Muster entsteht. Häufig bevorzugt man eine rautenförmige Maschenstruktur, da sie statische Vorteile bietet.
Dieses Verfahren wird typischerweise zur Herstellung von Zäunen, Laufstegen, Plattformen und Rosten eingesetzt. Das Ergebnis ist ein selbstentwässerndes, robustes Produkt, das für die vorgesehene Belastung ausgelegt ist.
Diese Produkte eignen sich überall dort, wo Luft oder Flüssigkeit durchströmen, aber größere Partikel zurückgehalten werden sollen, z. B. beim Sieben. Die Festigkeit des Ursprungsmetalls bleibt erhalten.
Das Hydroformen ist ein innovatives Verfahren zur Umformung von Blechen. Dabei wird das Blech auf eine Matrize gelegt und mittels Hochdruckflüssigkeit – statt eines Stempels – in Form gebracht.
Mit diesem Verfahren können komplexere Bauteile in kürzerer Zeit hergestellt werden. Es ist vergleichsweise kostengünstig und erfordert weniger Arbeitsschritte. Hydroformen eignet sich für fast alle Materialien wie Edelstahl, Aluminium, Kohlenstoffstahl, Messing und Edelmetalle.
Da in der Regel keine passgenauen Matrizen nötig sind, lassen sich auch unkonventionelle Formen umsetzen.
Das inkrementelle Blechumformen ist ein Verfahren, bei dem Blech Schritt für Schritt in die gewünschte Form gebracht wird. Diese Methode eignet sich besonders für Kleinserien.
Änderungen am Produkt können schnell und unkompliziert vorgenommen werden. Die Umformung erfolgt in aufeinanderfolgenden Schritten.
Die Formgebung erfolgt mit einer punktförmigen Kugel.
Das Verfahren liefert ähnliche Ergebnisse wie das Tiefziehen, benötigt jedoch kein separates Satz Stempel und Matrizen. Der größte Vorteil ist die Flexibilität.
Das Eisenen wird eingesetzt, wenn die Dicke in einem bestimmten Bereich des Blechs reduziert werden soll. So kann bei Tiefziehprodukten eine gleichmäßige Wandstärke erreicht werden.
Ein gutes Beispiel ist die Herstellung von Getränkedosen: Die Dosenwände müssen auf eine vorgegebene Dicke ausgedünnt werden. Meist sind 2 oder 3 Eisenprozesse mit unterschiedlichen Matrizen erforderlich, um die gewünschte Dicke bei Aluminiumdosen zu erzielen. Das Eisenen erfolgt in Kombination mit dem Tiefziehen.
Das Laserschneiden wird zunehmend für das Zuschneiden von Blechen verwendet. Es ist präzise und liefert eine sehr glatte Oberfläche. CNC-Maschinen übernehmen in der Regel das Zuschneiden bestimmter Formen.
Nach Eingabe des Programms erfolgt der Zuschnitt durch den Laser. Laserschneiden bietet hohe Flexibilität: Änderungen an der gewünschten Form können unkompliziert umgesetzt werden. Selbst komplexeste Konturen lassen sich durch Laserschneiddienstleistungen realisieren.
Beim photochemischen Ätzen werden Blechteile durch kontrollierte Korrosion entsprechend den Anforderungen hergestellt.
Hierzu werden ein Fotolack und ein Ätzmittel verwendet, um dem Blech seine Form zu geben. Die Methode wurde in den 1960er-Jahren entwickelt und ist auch heute noch vergleichsweise kostengünstig.
Photochemisches Ätzen eignet sich für alle Metalle und ist ideal für die Massenproduktion. Änderungen können einfach umgesetzt werden.
Wie das Laserschneiden ist das Verfahren äußerst präzise und ermöglicht eine glatte Oberfläche. Es wird eingesetzt für feinste Siebe, Öffnungen, flexible Heizelemente, Metalldichtungen, elektrische Kontakte und Schmuck.
Stanzen ist eine sehr gängige Methode, um Löcher in Blech zu schneiden. Die Ausrüstung besteht aus einem Stempel und einer Matrize mit geringem Spiel.
Beim Zusammentreffen von Stempel und Matrize wird das Material zwischen beiden gepresst und durch die Scherspannung entsteht ein Loch im Blech. Das Verfahren ist bei größeren Stückzahlen kostengünstig und für Lochungen in Streifen und Blechen geeignet.
Löcher unterschiedlicher Größen können gestanzt werden, jedoch sollte der Lochdurchmesser in der Regel größer sein als die zu stanzende Blechdicke. Bei besonders festen Legierungen muss der Unterschied zwischen Lochdurchmesser und Dicke noch größer ausfallen.
Walzen wird bei Blechen eingesetzt, um die Gesamtdicke zu verringern oder eine gleichmäßigere Dicke zu erzielen. Dazu wird das Blech durch mehrere Walzen geführt.
Je nach Temperatur unterscheidet man zwischen Warm- und Kaltwalzen. Beim Warmwalzen liegt die Temperatur für Stahl bei etwa 760 °C. So lassen sich Dicken von 1/16 bis 5/16 Zoll erzielen.
Beim Kaltwalzen erfolgt der Prozess bei Raumtemperatur. Das Material wird mit Säure gereinigt und wärmebehandelt, um eine gute Oberfläche zu erreichen.
Das Walzen ist auch eine Methode, um Blech über große Radien zu biegen. Anstatt für das Biegen großer Radien eine Abkantpresse zu verwenden, entsteht so ein gleichmäßiger Radius ohne ständiges manuelles Nacharbeiten.
Bei diesem Verfahren wird ein langes Blech um eine gerade Achse gebogen, die durch das Material verläuft. Je nach Stempel und Matrize können „V“-, „U“- oder U-Profilformen erzeugt werden.
Obwohl das Prinzip einfach erscheint, ist präzises Abkanten eine anspruchsvolle Aufgabe. Materialeigenschaften, Pressenleistung und Werkzeug müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, um den Rückfederungseffekt korrekt auszugleichen.
Das Abkanten mit der Presse eignet sich auch für kleinere Bauteile und ist somit für kleine und große Teile geeignet. Dicken bis zu 25 mm lassen sich problemlos biegen, die Bauteillänge kann bis zu 6 m betragen.
Dieses Umformverfahren verwendet ein Englisches Rad, um flache Bleche zu strecken und in die gewünschte Form zu bringen. Es erfordert hochqualifizierte Fachkräfte und ist daher kostenintensiv. Das Verfahren eignet sich nicht für die Massenproduktion, sondern wird vor allem für Einzelstücke und Restaurierungen von Oldtimern eingesetzt.
Ebenso werden damit Blechbauteile für Prototypen im Automobil- und Flugzeugbau gefertigt.
Die Form entsteht in mehreren Schritten und nach jedem Schritt wird das Bauteil mit der Referenzform verglichen. Verschiedene Rollen und Arbeitsrichtungen können erforderlich sein.
