Metallspinnen & Hydroformen: Kosteneffiziente Alternativen zum klassischen Tiefziehen

Sind Ihre Losgrößen zu klein für ein Umformwerkzeug? Benötigen Sie nur einen Prototyp? Hier sind zwei Alternativen zum Stanzen und Tiefziehen, die Aufmerksamkeit verdienen: Metallspinnen und Hydroformen.

Teile in Form von Zylinderhüten, Mischschüsseln oder Raketenspitzen sind an sich einfach herzustellen, aber die Großserienfertigung erfordert meist die Investition in ein Umformwerkzeug. Das kann ein Projekt, das nur eine Handvoll Teile benötigt, erheblich verteuern – und die Lieferzeit um Wochen oder Monate verlängern.

Die gute Nachricht: Es gibt Optionen. Hydroformen und Metallspinnen sind ausgereifte, vorhersehbare Fertigungsprozesse, werden aber allgemein nicht gut verstanden.

Beide Metallbearbeitungsansätze können bei geringeren Stückzahlen konkurrieren, die ansonsten dediziertes Werkzeug erfordern würden, und Teile liefern, die sonst unpraktisch herzustellen wären. Hier erfahren Sie, was Sie über Metallspinnen und Hydroformen wissen müssen.

Was ist Metallspinnen in der Fertigung?

Für Zerspaner, die Angebote für Teile abgeben, die Schüsseln und Zylinderhüte ähneln, und sich fragen, wie diese Teile hergestellt werden – hier ist die Antwort. Beim Metallspinnen wird ein Metallblech sanft über einen Dorn gedrückt, der exakt die Form und Größe des gewünschten Werkstück-Innenraums hat.

Es handelt sich meist um einen „kalten“ Prozess, der das Material in enge Bereiche und um Ecken fließen lässt oder dort, wo Kaltverfestigung ein Problem darstellt. Hinweis: Ein Brenner kann verwendet werden, um das Metall formbarer zu machen.

Jedes duktile Metall eignet sich fürs Metallspinnen: Aluminium, Kupfer, Messing, Kohlenstoff- und Edelstähle sowie Superlegierungen wie Titan und Inconel.

Möchten Sie beispielsweise eine Edelstahlglocke herstellen, montieren Sie zunächst einen glockenförmigen Dorn auf die Drehspindel. Der Dorn kann aus Holz, Hartkunststoff oder Metall für höhere Stückzahlen bestehen.

Ein Blech, etwas größer als die maximale Länge der äußeren Glockenoberfläche, wird benötigt und ist recht dünn – etwa 1/8 Zoll, abhängig von der Glockengröße. Spezialbetriebe geben an, dass Materialien bis 1 Zoll oder dicker gesponnen werden können.

Metallspinnen in Aktion sehen. Quelle: Good Machine

Das Blech wird am Ende des Dorns positioniert und mit einer rotierenden Druckplatte, ähnlich einem reitstockseitigen Drehzentrum, angepresst. Sobald die Drehspindel läuft, wird ein passend „Löffel“ genanntes Werkzeug verwendet, um Druck auszuüben und das Metall allmählich in die gewünschte Form zu zwingen.

Oft ist es ein manueller Prozess. Handwerker spinnen Metallteile, seit es Drehbänke und starke Arme gibt. CNC-Spinnmaschinen bieten jedoch höhere Genauigkeit und Produktivität – hier kommt ein rollenförmiges Werkzeug zum Einsatz.

Beim Metallspinnen fällt sehr wenig Abfall an.

Im Glockenbeispiel wäre der einzige Verschnitt ein schmaler Ring am Glockenfuß, der nach dem Formen abgeschnitten wird. Gleichmäßige Wanddicken mit Genauigkeiten von ±0,015 Zoll sind mit CNC möglich, ebenso Spiegeloberflächen, sofern ein polierender Löffel oder Rollenwerkzeug verwendet wird. Andernfalls können Werkzeugspuren sichtbar bleiben.

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Was ist Hydroformen in der Fertigung?

Hydroformen weist einige Ähnlichkeiten mit dem Metallspinnen auf, aber der Verdrängungsmechanismus ist grundlegend anders. Auch hier wird ein Rohling verwendet, der etwas größer als das fertige Werkstück ist.

Er muss nicht rund sein – Hydroformen kann Polygone und unregelmäßig geformte Werkstücke erzeugen, sofern die Ecken gerundet sind. Eine Vielzahl duktiler Metalle kann umgeformt werden, ähnlich wie beim Metallspinnen; Hydroformen bevorzugt jedoch dünnere Bleche und komplexere Teilegeometrien.

Es gibt einen Dorn, aber der dreht sich nicht, und es gibt keinen Löffel oder Rollenwerkzeug. Stattdessen wird der Dorn auf den Tisch einer Maschine gelegt, die wie jede andere Umformpresse aussieht. Man kann den Dorn als männlichen Stempel betrachten.

Hinweis: Sie können mehrere Dorne gleichzeitig verwenden, auch solche mit unterschiedlichen Formen. Der Unterschied ist die Anwesenheit einer elastomeren Blase, die wie ein Werkzeug (Die) wirkt.

Hydroformen in Aktion sehen. Quelle: Jones Metal Products

Hydroform-Techniken: Fluidzellenformen

Es gibt verschiedene Hydroform-Techniken: Fluidzellen-Hydroformen, Rohrhydroformen, Tiefzieh-Hydroformen und andere. Alle basieren auf Hydraulikdruck, aber einige erlauben die Verwendung weiblicher Dorne wie beim Metallspinnen. Andere nutzen Mechanismen, um die Materialränder zu greifen und Faltenbildung zu verhindern, wieder andere bewegen den Dorn statt der Blase.

Zur Illustration betrachten wir das Fluidzellen-Hydroformen.

Nachdem der Werkstückrohling über den Dornen positioniert wurde, fährt der Stößel herunter, schließt den Arbeitsraum, und es werden tausende Pfund Hydraulikdruck aufgebracht. Dies presst die Blase gegen das Material und formt es an den männlichen Formen darunter.

Man kann es wie einen Tiefziehprozess betrachten. Das mag eine Vereinfachung sein, aber es ist ein komplexer Prozess – und je nach Hydroform-Technik können viele weitere Schritte nötig sein.

Benötigen Sie mehr Achsen, um mehr Teile zu produzieren? Erfahren Sie, wie. Lesen Sie „Is It Time to Embrace High-Performance Machining?“.

Was sind die Vorteile von Metallspinnen und Hydroformen?

Metallspinnen und Hydroformen sind hervorragende Alternativen zum klassischen Tiefziehen, da der Werkzeugaufwand nur ein Bruchteil traditioneller Umformprozesse beträgt. Rüstzeiten sind kürzer, und die Flexibilität ist höher.

Diese Technologien können auch in höheren Stückzahlszenarien wettbewerbsfähig sein – insbesondere Hydroformen. Es wird in der Luft‑ und Raumfahrt sowie Automobilindustrie für eine Reihe komplexer Serienkomponenten breit eingesetzt.

Welche Nachteile oder Vorteile sehen Sie beim Tiefziehen? Haben Sie Spinnen oder Hydroformen evaluiert? Tauschen Sie sich im Metalworking-Forum aus. [Registrierung erforderlich]