Der Einfluss von Materialien auf den Stanzprozess

Zuletzt aktualisiert:
November 16, 2023

Inhaltsverzeichnis

Die Verarbeitung von Blechen umfasst in erster Linie Schneiden, Biegen, Tiefziehen, Kaltfließpressen und andere Stanzverfahren. Unterschiedliche Stanztechniken stellen unterschiedliche Anforderungen an das Blech, und die Wahl des Blechmaterials sollte auf der Grundlage der allgemeinen Form des Produkts und der Verarbeitungstechnologie getroffen werden.

(1) Der Einfluss des Materials auf die Schneidbearbeitung

Das Schneiden erfordert eine ausreichende Plastizität des Plattenmaterials, um sicherzustellen, dass während des Prozesses keine Risse entstehen. Die meisten Werkstoffe können die Anforderungen an das Schneiden in unterschiedlichem Maße erfüllen, doch der Verschleiß der Form und die Qualität des Schneidens variieren je nach Werkstoff.

Weiche Werkstoffe (wie reines Aluminium, rostfreies Aluminium, Messing, reines Kupfer, kohlenstoffarmer Stahl usw.) haben eine hervorragende Schneidleistung. Vor allem Messing schneidet am besten und führt zu Bauteilen mit glatten Querschnitten und sehr geringer Neigung nach dem Schneiden.

Harte Materialien (z. B. Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, Edelstahl, hartes Aluminium, superhartes Aluminium usw.) liefern nach dem Schneiden keine qualitativ hochwertigen Ergebnisse und weisen erhebliche Unebenheiten im Querschnitt auf, insbesondere bei dickeren Materialien. Je spröder das Material ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es beim Schneiden reißt.

Viele nichtmetallische Werkstoffe können ebenfalls geschnitten werden, aber aufgrund des Vorhandenseins winziger innerer Risse, Inhomogenität, Anisotropie, Schichtungen und anderer Nachteile nichtmetallischer Werkstoffe erfordern die meisten eine spezielle Zusatzbearbeitung. Nach dem Schneiden müssen Werkstoffe mit ausreichender Plastizität entgratet oder nachbearbeitet werden; spröde Werkstoffe und dicke Materialien hingegen müssen vorher entsprechend erwärmt werden, um die Plastizität zu erhöhen.

(2) Der Einfluss des Materials auf die Biegeverarbeitung

Bleche, die gebogen werden, sollten eine hohe Plastizität, eine geringe Streckgrenze und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen. Bei Blechen mit hoher Plastizität ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sie beim Biegen reißen, und bei Blechen mit geringerer Streckgrenze und höherem Elastizitätsmodul ist die Rückfederung geringer, was zu präzise geformten Biegungen führt. Materialien mit guter Plastizität wie kohlenstoffarmer Stahl (mit einem Kohlenstoffmassenanteil von nicht mehr als 0,2%), Messing und Aluminium sind leicht zu biegen.

Materialien mit höherer Sprödigkeit, wie Zinn (Sn6.5-01), Federstahl (65Mn), hartes Aluminium und superhartes Aluminium, erfordern beim Biegen einen großen relativen Biegeradius (r/t), um Risse zu vermeiden.

Außerdem ist zu beachten, dass der Zustand des Materials seine Biegsamkeit erheblich beeinflusst.

Nichtmetallische Materialien, wie größere Pappen und organisches Glas, können nur nach einer Vorwärmung gebogen werden und erfordern einen größeren relativen Biegeradius (im Allgemeinen r/t>3~5).

(3) Auswirkung des Materials auf die Ziehverformung

Das Ziehen von Blechen, insbesondere das Tiefziehen, ist eines der anspruchsvollsten Verfahren in der Blechfertigung. Ein geeignetes Material sollte nicht nur eine geringe Tiefe und eine einfache Form mit glatten Übergängen beim Tiefziehen ermöglichen, sondern auch eine hohe Plastizität, eine geringe Streckgrenze und eine gute Stabilität aufweisen. Andernfalls kann es leicht zu einer allgemeinen Verformung, lokalen Faltenbildung oder sogar zum Reißen des Teils kommen. Harte Materialien sind für das Ziehen nicht geeignet.

Je größer die Streckgrenze und der Dickenrichtungskoeffizient (der die Anisotropie aufgrund von Faktoren wie z. B. Fasergewebe, die beim Walzen des Blechs entstehen, berücksichtigt), desto kleiner ist das Festigkeitsverhältnis des Blechs und desto besser ist die Stanzleistung, so dass größere Verformungen möglich sind. Wenn der Dickenrichtungskoeffizient (γ) größer als eins ist, ist die Verformung in Breitenrichtung leichter als in Dickenrichtung.

Je größer der γ-Wert ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Blech während des Streckziehens dünn wird und bricht, was auf eine bessere Streckbarkeit hindeutet. Ein hoher Verfestigungsexponent (Steigung der tatsächlichen Spannungs-Dehnungs-Kurve während des Streckens, dargestellt durch n) erleichtert die Ausbreitung der Verformung in Bereiche mit geringer Verformung während der Verarbeitung, was eine gleichmäßigere Verteilung der Verformung fördert und lokale Verformungen reduziert.

Daher ist der n-Wert von entscheidender Bedeutung für Zieh- und Ausbauprozesse. Zu den Werkstoffen, die für ihre gute Ziehbarkeit bekannt sind, gehören u. a. reines Aluminium und seine Legierungen, kohlenstoffarmer Stahl (Kohlenstoffmassenanteil nicht über 0,14%), Weichmessing (Kupfermassenanteil zwischen 68% und 72%) und austenitischer nichtrostender Stahl.

(4) Auswirkungen des Materials auf das Kaltfließpressen und andere Massenstempelverfahren

Werkstoffe, die sich für das Kaltfließpressen und andere Massenstanzverfahren eignen, sollten eine hohe Plastizität und eine geringe Streckgrenze aufweisen. Zu den am besten geeigneten Materialien gehören Aluminium, Kupfer und Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt.

(5) Auswirkungen der Blechdickentoleranz

Eine zu große Blechdickentoleranz, d. h. eine tatsächliche Dicke, die über die zulässige Standardabweichung hinausgeht, kann zu Rissen im Teil, Faltenbildung auf der Oberfläche, Rückfederung nach dem Biegen und sogar zu erheblichen Unfällen im Werkzeug führen. Sie ist einer der drei kritischen Faktoren, die den Erfolg des Stanzens beeinflussen.

Schwankungen in der Blechdickentoleranz können sich auf den Druck auswirken, den die Matrize auf das Teil ausübt, und auf die Leichtigkeit des Metallflusses, was zu Rissen und Faltenbildung während des Stanzens führen kann.

(6) Auswirkungen von Oberflächenfehlern auf das Blechmaterial

Gemäß den Vorschriften dürfen warmgewalzte Stahlbleche keine schädlichen Fehler wie Risse, Schorf, Falten, Blasen, Delamination und Einschlüsse aufweisen. Geringfügige und örtlich begrenzte Fehler wie Grübchen, Vertiefungen oder Kratzer, die in der Tiefe (oder Höhe) die Hälfte der Dickentoleranz nicht überschreiten, sind jedoch zulässig, sofern die Mindestdicke des Stahlblechs eingehalten wird.

Das Vorhandensein von Oberflächenfehlern in kalt- und warmgewalzten Stahlblechen, insbesondere von solchen, die über die standardmäßig zulässigen Fehler hinausgehen, kann unmittelbar zu Rissen in den Teilen führen, die Lackqualität beeinträchtigen und das Gesamterscheinungsbild des Produkts beeinträchtigen.

(7) Vergleich der Verarbeitbarkeit gängiger Plattenmaterialien

Tabelle 1-6 Vergleich der Verarbeitbarkeit von Übliche Plattenmaterialien.

MaterialienLeistung von CNC-PressmaschinenLaserschneiden LeistungBiegeleistungSchwellnietmutter-VerfahrenNietmutter-PressverfahrenFlächenspritzenSchnittkantenschutzleistung
Kaltgewalztes Stahlblech mit blauer ZinkbeschichtungAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittBesser
Kaltgewalztes Stahlblech mit FarbverzinkungAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittAusgezeichnet
Durchgehend galvanisch verzinktes KupferblechAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittDas Schlimmste
Feuerverzinktes KupferblechAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittSubpar
Aluminium-Verzinkte PlatteAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittSchlecht
Rostfreier StahlSchlechtAusgezeichnetDurchschnittSchlechtSehr schlechtSchlechtAusgezeichnet
Rostfreie AluminiumplatteDurchschnittSehr schlechtAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittAusgezeichnet
Hartes Aluminium, ultraharte AluminiumplatteDurchschnittSehr schlechtSehr SchlechtAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittAusgezeichnet
T2 KupferplatteAusgezeichnetSehr schlechtAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittAusgezeichnet
Gelbes StahlblechAusgezeichnetSehr schlechtAusgezeichnetAusgezeichnetAusgezeichnetDurchschnittAusgezeichnet

Hinweis: Die Daten in der Tabelle dienen nur als qualitative Referenz.
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