Formgebendes Verfahren für vielfältige Anwendungen

Tiefziehen gehört zu den bedeutendsten Blechumformverfahren, das in der Massenfertigung ebenso eingesetzt wird wie in Kleinserien, z. B. Hochdruck-Gaskapseln, Flugzeugbau, Verpackungs- und Automobilindustrie. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Verfahren der Zugdruckumformung, bei dem ein ebener Blechzuschnitt zu einem einseitig offenen Hohlkörper oder einen vorgezogenen Hohlkörper zu einem Hohlkörper mit einem geringeren Querschnitt um.

Auch das Thermoformen bei Kunststoffen wird häufig als Tiefziehen bezeichnet, kann aber nicht mit dem Tiefziehen von Metallen verglichen werden.

Tiefziehen wird in drei Bereiche unterteilt:

• mit Formwerkzeugen (Stempel, Ziehring, Blechhalter)
• mit Wirkmedien (Flüssigkeiten, Gase)
• mit Wirkenergie (z. B. Hochgeschwindigkeitsumformen)

Aufgrund der geringen Werkzeugkosten und die flexiblen Größen und Dicken eignet sich Tiefziehen auch für kleinere Losgrößen.

Das Verfahren erklärkt

Beim Tiefziehen schließt nach dem Einlegen der Platine der Blechhalter und das Blech wird zwischen umlaufendem Blechhalter und Matrize eingeklemmt. Dadurch wird das Nachfließen des Blechs beim Ziehen gehemmt und die Faltenbildung unter dem Blechhalter verhindert.

Beim Eintauchen in die Platine spannt der Stempel das Blech über den Matrizenradius und formt es in die Matrize. Dabei steigt die Stempelkraft, die zum Umformen benötigt wird, bis zum unteren Totpunkt des Stempels stetig an.

Tiefziehen mit Werkzeugen

Das Tiefziehen mit starren Werkzeugen ist das klassische Verfahren. Hier werden zum Tiefziehen Pressen verwendet. Mithilfe eines Prägestempels wird die zur Umformung notwendige Pressenkraft auf den Boden des zu fertigenden Tiefziehteils über den Flansch und die Bodenrundung in den Umformbereich zwischen Ziehring und Niederhalter geleitet.

Die Umformung erfolgt durch eine radiale Zugspannung, was zu tangentialen Druckspannungen führt. Dadurch kommt es zu einer Durchmesserreduzierung. Die radialen Zugspannungen im Umformbereich verhindern eine Blechverdickung. Dabei soll der Niederhalter eine Faltenbildung durch das Aufstauchen vermieden. Oft werden Ziehleisten und Ziehsicken verwendet, um die Wirkung der Niederhalter zu verstärken.

Um ein Reißen des Blechs zu verhindern, müssen die Kanten von Ziehring und Stempel abgerundet sein. Bei zu großen Rundungen kann der Niederhalter das Blech am Ende des Zuges nicht mehr festhalten, es kommt zur Bildung von Falten. Darüber hinaus muss der Positivradius des Stempels kleiner als der Negativradius der Matrize sein, da sonst der Stempel einschneidet. Wird die endgültige Ziehtiefe nicht durch einen einzigen Zug erreicht, erfolgt das Tiefziehen in mehreren Stufen.

Tiefziehen mit Wirkmedien

Beim hydromechanischen Tiefziehen wird anstelle der Matrize ein druckreguliertes Wasserkissen verwendet. Der absinkende Stempel des Werkzeugoberteils presst den Blechzuschnitt an das Wasserkissen. Dadurch wird die Blechplatine beim Eintauchen mitgezogen und die gewünschte Geometrie auf das Ziehteil aufgebracht.

Aufgrund des verteilten Pressens des Blechs an den Stempel wird die Lage des kritischen Ziehbereichs vom Werkstückboden hin zum Ziehradius verändert. Dadurch lassen sich höhere Ziehverhältnisse und geringere Herstellungskosten realisieren. Allerdings lässt sich mit diesem Verfahren nur eine beschränkte Auswahl an Blechteilen fertigen.

Beim Hydrosparkverfahren und dem Explosivumformen wird ein Druckimpuls im Wasser ausgelöst. Bei Hydrosparkverfahren geschieht das durch eine elektrische Entladung im Wasser und nicht durch Sprengstoff. Da hier die Presskräfte nicht begrenzt sind eine hohe Umformgeschwindigkeit vorhanden ist, ist auch die Bearbeitung schwieriger Werkstoffe wie Zirkon- und Titanlegierungen möglich.

Tiefziehen mit Wirkenergie

Das einzige Verfahren beim Tiefziehen mit Wirkenergie ist die Magnetumformung. Hier erfolgt der Impuls durch magnetische Kräfte direkt im Blech. Mit diesem Verfahren sind nur elektrisch leitfähige Bleche umformbar oder es wird das Werkstück mit einem elektrisch gut leitfähigen Blech umhüllt.

Die Tiefziehmaschine

Je nach Art des Materials, das tiefgezogen werden soll, variiert die Art der Tiefziehmaschine. So gibt es Tiefziehmaschinen zum Tiefziehen von Blechen, aber auch für Kunststoff.

Arbeit der Tiefziehmaschine am Beispiel der Herstellung von Kunststoffverpackungen:

Tiefziehmaschinen werden zur Herstellung von Kunststoffverpackungen aus einer Weich- oder Hartfolie, z. B. Verpackung von Lebensmitteln, verwendet. Dabei wird die Folie von großen Rollen in die Tiefziehmaschine gezogen und durch Thermoformen mit Heizplatten erwärmt. Dadurch wird die Folie elastisch und weich.

Danach wird das Material durch Luftdruck von oben in eine tiefe Form gezogen. Es entsteht eine Schale. Je nach Aussehen der verwendeten Form variiert die Optik der Verpackung. Daher können verschiedene Kunststoffverpackungen für unterschiedliche Industriezweige hergestellt werden.

Tiefziehpresse

Eine Tiefziehpresse ist für den Pressvorgang beim Tiefziehen verantwortlich. Das Pressen wird automatisch durch ein Steuerungsmodul gesteuert. Bei einer herkömmlichen Presse werden alle Bewegungen vertikal ausgeführt. Das bedeutet, das Werkzeug muss entsprechend der Höhe des fertigen Produkts zusätzlich angehoben werden, damit dieses aus der Presse entnommen werden kann. Dieses Anheben erfordert einen enormen Kraftaufwand und eine große Menge Hydrauliköl.

Ein dänischer Hersteller hat eine Tiefziehpresse entwickelt, bei der sich das Oberwerkzeug lediglich 5 mm frei von unten nach oben bewegen muss, bevor es in horizontaler Richtung aus der Presse fährt und das fertige Produkt über eine Ausstoßvorrichtung auf das Förderband gelegt wird. Auf diese Weise werden bis zu 60 % Energie gespart. Ein kompletter Presszyklus damit weniger als 15 s und ist zirka 30 % schneller als andere hydraulische Tiefziehpressen.

Die Variante der Tiefziehpressen variiert je nach Art des Materials. So ist für die Herstellung von Tiefziehteilen aus Kunststoff eine Tiefziehpresse für Kunststoff notwendig. Tiefziehteile aus Metall verlangen nach einer Tiefziehpresse, die speziell auf die Herstellung von metallischen Tiefziehteilen ausgelegt ist.

Tiefziehen von Kunststoff

Das Tiefziehen von Kunststoffen gehört zu den Thermo-Umformverfahren und geschieht in Thermoform-Tiefziehmaschinen in unterschiedlichen Größen. Die Größe der hergestellten Kunststoffteile hängt von der Größe der verwendeten Formmaschine und der benötigten Größe der Kunststoffplatte ab. Es können Gehäuseteile, Schalen und andere Formen hergestellt werden.

Beim Tiefziehen von Kunststoff sind verschiedene Arten möglich: Die Kunststoffplatte kann zum einen so erwärmt werden, dass sie weich und dehnbar wird. Danach wird mit Druck eine Form in die Kunststoffplatte gedrückt, bis die Kunststoffplatte die äußere Form des Modells angenommen hat. Nach dem Erkalten besitzt die hergestellte Form die Konturen des Modells und kann nachbearbeitet werden.
Zum anderen kann die erwärmte Kunststoffplatte solange auf das Modell gedrückt werden bis die gewünschte Form erreicht wird. Die gewählte Methode hängt von der Art der Formmaschine ab.

Eine weitere Methode für das Tiefziehen von Kunststoff ist die Kombination aus Vakuum und Druck. Hierbei wird das Modell mit Druck in die erwärmte Kunststoffplatte gedrückt. Parallel dazu wird die entweichende Luft, die sich zwischen Kunststoffplatte und Modell befand, abgesaugt. Auf diese Weise wird die genaue Passform des Kunststoffteils erreicht.

Wichtig! Der Kunststoff muss gut erwärmbar sein, darf aber beim Tiefziehen nicht zerfließen. Nur so kann die Form genau nachgebildet werden.

Tiefziehteile – passende Lieferanten für perfekte Teile

Tiefziehteile können in verschiedenen Dimensionen hergestellt werden. Je nach Kundenwunsch ist es möglich, Tiefziehteile individuell herstellen zu lassen. In Abhängigkeit vom gewünschten Material und Form muss der passende Hersteller gewählt werden.

Wer z. B. Becher aus Kunststoff benötigt, sollte sich an ein Unternehmen wenden, das sich auf Tiefziehteile aus Kunststoff spezialisiert hat. Werden Becher oder Karosserieteile benötigt, ist ein Unternehmen mit Schwerpunkt auf die Fertigung von Kunststoffteilen die richtige Wahl.

Auch die Größe und Menge der zu fertigenden Tiefziehteile sollte bei der Wahl des Herstellers beachtet werden. Größere Tiefziehteile können nur mit größeren Tiefziehmaschinen produziert werden. Ist eine passende Tiefziehmaschine nicht vorhanden, muss ein anderer Hersteller beauftragt werden.

Das Verfahren hilft Kosten und Zeit sparen

Tiefziehen ist ein kostengünstiges und schnelles Verfahren, mit dem Kleinserien und Prototypen gefertigt werden können. Auch eine Massenfertigung ist kostengünstig möglich.

Für den Einsatz des Verfahrens sprechen Kosteneinsparungen und Zeitgewinne. Bei den Kosten sind durch die niedrigeren Kosten für die Herstellung des Werkzeugs Einsparungen von bis zu 60 % möglich. Bei einigen Verfahren fallen lediglich die Kosten für die Herstellung der Matrize und das Laserschneiden an.

Metall, Blech, Aluminium, Edelstahl

Es ist möglich, Metalle, Bleche, Aluminium, Kunststoff und Edelstahl tiefzuziehen. Allerdings müssen Werkstoff und Fertigungsmaschine genau zueinander passen. Dafür ist eine umfangreiche Fach- und Sachkenntnis notwendig, da sich zum Beispiel nicht jedes Metall für das Tiefziehen eignet.

Kleinere Toleranzen möglich

Beim Tiefziehen von Metallen und Blechen sollten die Allgemeintoleranzen grob angewendet werden. Hier ist es möglich, punktuell kleinere Toleranzen einzuhalten.

Beim Thermoformen wird das Material am Rand des Werkzeugs festgehalten, wodurch ein Nachführen verhindert wird. Damit unterliegt Kunststoff einer großen Dehnung, die mehrere hundert Prozent betragen kann. Da die Toleranzhaltigkeit von Tiefziehteilen aus Kunststoffen abhängig von Streckverhältnis, Werkzeug, Wanddickenverteilung und verwendetem Kunststoff abhängt, gibt es keine generellen Toleranzen beim Tiefziehen von Kunststoff-Tiefziehteilen.

Unveränderte Blechdicke

Tiefziehen gehört zu den Zugdruckumformen, bei dem ein Blechzuschnitt zu einem Hohlkörper ohne eine gewollte Veränderung der Blechdicke umgeformt wird. Die Blechdicke bleibt beim Tiefziehen gleich.

Einsatz im Modellbau für feine Teile

Auch im Modellbau ist das Tiefziehverfahren weit verbreitet. So können an einem Modellflugzeug viele tiefgezogene Bauteile, wie Kabinenhaube, Motorattrappen, Servoabdeckungen, Spinner, Pilotenbüsten oder Motorhauben, eingesetzt werden. Das Tiefziehen eignet sich auch für andere Modellbauarten wie Eisenbahnen oder Autos.

Vielfältige Materialauswahl

• Unlegierte Fein- und Feinstbleche mit hoher Bruchdehnung
• Polystorol
• Styrol Butadien
• Polycarbonat
• Acryl
• Acrylnitril Butadien Styrol
• Acrylester-Styrol-Acrylnitril
• Polypropylen
• Polyethylen
• Polyethylenterephthalat mit Glycol
• Microcellulares Polyethylenterephthalat
• Kupfer
• Bronze
• Messing
• Edelstahl
• Aluminium

Niederhalter gegen Faltenbildung und Aufbiegen

Beim Tiefziehen dünner Bleche wird das Blech nicht komplett durch den Ziehring durchgezogen. Dadurch kann der Rondenrand aufgrund der tangentialen Stauchung, die beim Ziehvorgang auftritt, ausknicken und Falten bilden. Der Niederhalter verhindert die Faltenbildung.

Einige Anwendungsbeispiele

Das Verfahren wird für viele Bereiche der Industrie angewendet, z. B. Fahrzeugbau, Flugzeugbau, Modellbau, Töpfe, Armaturen, Spülen oder Badewannen.

Ein gutes Anwendungsbeispiel ist die Herstellung eines Kochtopfes. Ein Blech (Ronde) wird zwischen einen Ziehring und einen Niederhalter gelegt. Der Niederhalter hält das Blech in seiner Position und besitzt in der Mitte ein Loch für den Stempel zur Formgebung. Beim Drücken des Stempels durch Pressen wird der Teil der Ronde, der nicht fest fixiert ist, in die Tiefe gezogen. Dadurch erhält der Topf seine vorgegebene Form.

Tiefziehen mit starrem Werkzeug

Das Tiefziehen mit starren Werkzeug ist das Tiefziehen mit starrem Stempel und starrer Matrize. Dadurch kann die finale Form des Werkstücks bereits beim Erstzug oder im Weiterzug erreicht werden.

Produkte im alltäglichen Leben

Übers Tiefziehen hergestellte Produkte sind überall zu finden und spielen im täglichen Leben eine große Rolle. Von der einfachen Blisterverpackung bis hin zur Innenausstattung von Zügen, Autos, Flugzeugen und Schiffen, sind Tiefziehprodukte überall vorhanden.

• Kochtöpfe
• Becher
• Eimer
• Innenausstattung Auto, Flugzeug, Bahn, Schiffe
• Karosserieteile
• Hülsen
• Speisebehälter
• Handwaschbecken
• etc.

Tiefziehteile made in China

Vorteile und Nachteile

Vorteile

• geringe Werkzeugkosten
• vielfältige Materialauswahl
• keine Begrenzung der Formteilgröße oder Halbzeugdicke
• Ausnutzung des Drucks über die gesamte Formoberfläche
• schnelle Reaktionszeiten
• schnelle Inbetriebnahme der Maschinen
• effektives Prototyping
• kleine und große Losgrößen möglich

Nachteile

• nicht für alle Präzisionsprodukte geeignet

Fazit

Wer ein kostengünstiges und zeitsparendes Formgebungsverfahren zur Herstellung von tiefen Produkten sucht, findet im Tiefziehen ein wirtschaftliches Verfahren für vielfältige Materialien wie Bleche, Metalle und Kunststoffe. Das eröffnet nicht nur ein breites Spektrum an Verwendungsmöglichkeiten, sondern auch an möglichen Formen.