Die Grundlagen der Blechkonstruktion, Tipps zur Herstellbarkeit

Einführung in die Blechkonstruktion

Schauen Sie sich um und Sie werden feststellen, dass es eine Fülle von Produkten aus Blech gibt. Ob Konsumgüter wie Getränkedosen, Kochgeschirr, Aktenschränke oder Industrieprodukte wie Autokarosserien, Rahmen und Auspuffanlagen. Bleche sind ein wertvolles Gut für die Industrie und die Kleinserienfertigung. Daher widmet sich dieser Artikel der Erörterung der Grundlagen der Blechkonstruktion und einigen hilfreichen Tipps für Blechkonstrukteure. Viele Branchen übernehmen das Konzept von Design For Manufacturability, besser bekannt als DFM. In der Blechkonstruktionsbranche trägt DFM dazu bei, technische Fehler im Konstruktionsprozess zu vermeiden, um die Fertigungsvorlaufzeiten basierend auf dem Blechdickendiagramm und vorangegangenen Berechnungen zu verbessern. Aus diesem Grund ist die Blechkonstruktion für die Herstellbarkeit auch ein wichtiges Thema, das in diesem Artikel behandelt wird.

Was ist Blech？

Bevor wir die technischen Aspekte der Blechkonstruktion diskutieren, ist es wichtig zu verstehen, was Blech ist. Blech ist ein Metall wie Aluminium, Messing, Titan, Nickel, Zinn und Kupfer, das zu dünnen flachen Teilen wie Folien, Blättern und Platten verarbeitet wird.

Da sie so geformt sind, dass sie leicht, dünn, stabil und elastisch sind, werden sie in großem Umfang in der Industrie für Verkleidungs- und Abdeckungszwecke verwendet.

Grundlegende Blechoperationen

Die Blechbearbeitung umfasst Umform- und Schneidvorgänge an Blechen, Coils und Bändern zur Herstellung von Komponenten und Teilen von Produkten. Es gibt verschiedene Operationen für Blechkonstruktionen, von denen einige im Folgenden erläutert werden.

1. Biegen

Das Verspannen von Blechen um eine gerade Achse durch Aufbringen einer Kraft auf einen lokalisierten Bereich wird als Biegen bezeichnet. Das Werkstück wird über einen Matrizenblock gelegt und ein Stempel wird nach unten gedrückt, wodurch die gewünschte Form des Metallblechs entsteht. Verschiedene Branchen verwenden unterschiedliche Werkzeuge zum Biegen von Metall, aber die gebräuchlichsten Werkzeuge sind Abkantpressen oder Biegebremsen.

2. Zeichnung 

Ein weiterer Blechbearbeitungsvorgang ist das Ziehen, auch Napfziehen oder Tiefziehen genannt. Es beinhaltet das Strecken von Blechen, um eine hohle oder konkave Form zu bilden. Ein Niederhalter hält das Werkstück in einer Matrize, während ein u-förmiger Stempel das Werkstück aus Blech stanzt. Die beigefügte Abbildung veranschaulicht den Vorgang:

3. Scheren

Im Gegensatz zu den oben besprochenen Vorgängen ist das Scheren ein Metallblechprozess, bei dem das Werkstück durch Aufbringen von Kraft auf den Stempel geschnitten wird, und kein Blechdesign-Umformprozess.

Wie in der Abbildung gezeigt, erfährt das Metallstück, das zuerst auf die Matrize gelegt wird, eine vertikale Kraft auf den Stempel, um eine Scherwirkung zu erzeugen und das Werkstück zu schneiden.

4.Verschiedene Prozesse

Es gibt verschiedene andere Prozesse für die Blechkonstruktion, bei denen die Stanz- und Stanzwerkzeuge zum Biegen von Metall verwendet werden können oder nicht. Zu diesen Prozessen gehören

• Drücken:Der Drückvorgang umfasst das Pressen eines axialsymmetrischen Metallstücks über ein rotierendes Spannfutter oder einen Dorn, um das Blech zu formen.
• Streckformen:Beim Streckformen werden Bleche gedehnt und gleichzeitig gebogen und gestreckt, um konturierte Formen zu bilden.
• Prägen:Es erzeugt Schriftzüge oder erhabene Flächen auf Blech.
• Pressen:Es ist eine Kombination aus Prozessen wie Kalibrieren und Prägen, um duktile Metalle herzustellen.
• Trimmen:Auch als Rasieren bekannt, beinhaltet das Trimmen das Entfernen von Graten an den Schnittkanten, um sie glatt zu machen.
• Lochen:Es ist ein Prozess, bei dem beliebig geformte Löcher in Blechen erzeugt werden, indem ein scharfer und spitzer Stempel verwendet wird, um das Werkstück zu durchbohren.
• Stanzen:Beim Stanzen werden mit einem Stempel und einer Matrize kreisförmige Löcher auf einem Blechstück erzeugt.
• Stanzen:Hierbei wird eine bestimmte Form aus dem Blechstreifen geschnitten. Dieses geschnittene Stück wird als Rohling bezeichnet. Stanzen wird häufig zum Erstellen von Scheiben oder Unterlegscheiben verwendet.

DFM-Richtlinien für die Blechkonstruktion

Abweichungen in computergestützten Designs und tatsächlichen Produkten sind unvermeidlich; Durch Befolgen der DFM-Richtlinien können diese Fehler jedoch reduziert werden. DFM oder Design for Manufacturability basiert auf dem Konzept, Teile, Komponenten oder Produkte so zu entwerfen, dass sie einfach herzustellen und kostengünstiger sind. Es konzentriert sich auf die Senkung der Gesamtproduktionskosten durch Verkürzung der Vorlaufzeit.

Untersuchungen zeigen, dass Hersteller etwa 40 % ihrer Zeit damit verbringen, Fehler zu beheben, von denen 24 % Herstellungsfehler sind. Daher müssen die Branchen diese Fehler beheben. Die Einhaltung der DFM-Richtlinien kann Designfehler erheblich reduzieren.

DFM konzentriert sich auf die Vereinfachung des Designs von Teilen für eine einfache Herstellbarkeit und Reproduzierbarkeit. Es schlägt die Standardisierung von Teilen vor, um die Anzahl der Teile zu reduzieren und kostengünstige Qualitätsprodukte herzustellen.

Einige grundlegende Faktoren für die Blechkonstruktion 

Das Sheet Metal Design for Manufacturability konzentriert sich auf Punkte, die im gesamten Designprozess kritisch sind. Die folgenden Richtlinien helfen bei der Verbesserung des Designs:

• Lochradius

Es sollte vermieden werden, kleine Löcher auf dem Metallstück zu schaffen, da sie kleine Stempel erfordern, die während des Vorgangs brechen können. Daher müssen Löcher einen Durchmesser haben, der gleich oder größer als die Dicke des Werkstücks ist.

• Biegeentlastung

Eine Vertiefung in den Blechdesigns wird als Biegefreistellung bezeichnet, damit der Biegeprozess während des Blechdesignprozesses reibungslos verläuft. Es hilft, Brüche während des Biegevorgangs zu vermeiden.

• Abstand zwischen Loch und Biegung

Es wird empfohlen, dass der Abstand zwischen Löchern und einer Biegung das 1,5-fache der Blechdicke zuzüglich des Biegeradius beträgt.

• Blechbiegeradius

Ein minimaler Blechbiegeradius sollte angepasst werden. Dieser minimale Biegeradius hängt von den Werkzeugen ab, die zum Biegen des Metalls verwendet werden. Je flexibler das Metall ist, desto einfacher wird es, einen kleinen Radius zu haben.

• Flanschbreite

Bei einer Blechkonstruktion sollte die minimale Flanschbreite idealerweise das Vierfache der Blechdicke betragen. Dieser Faktor ist entscheidend für die Ästhetik und Sauberkeit Ihres Designs.

DFM-Tipps für die Blechkonstruktion

Hier sind einige Blechdesign-Tipps für die Herstellung Ihres Designs aufgeführt.

1. Es sind größere Lochdurchmesser im Vergleich zur Blechdicke erforderlich.

2. Der Abstand zwischen zwei Löchern ist am wichtigsten. Es wird empfohlen, dass dieser Abstand das Doppelte der Plattendicke beträgt. Dieser Faktor hilft Ihnen, die Metallverformung von gestanzten Löchern zu verhindern.

3. Wenn die gestanzten Löcher sehr nah an der Außenkante des Blechs liegen, wird empfohlen, zwischen dem Loch und dem Rand einen Mindestabstand gleich der Dicke des Blechs einzuhalten.

4. Zwischen der Biegung und den Löchern sollte mindestens das 1,5-fache der Materialstärke Platz sein.

Vorteile von DFM

DFM bietet Herstellern eine Marktoption, um die Qualität ihrer Produkte zu verbessern und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken. Es hat eine endlose Liste von Vorteilen, von denen einige unten aufgeführt sind:

• Sehr kostengünstig
• Senkt die Arbeitskosten
• Verbessert die Produktqualität
• Verbessert die Kundenzufriedenheit
• Reduziert die Produktentwicklungszeit
• Vereinfacht und standardisiert das Design für eine einfache Herstellbarkeit

Zu vermeidende Fehler bei der Konstruktion von Blechteilen

Es gibt bestimmte häufig auftretende Probleme bei einer Blechkonstruktion. Nachfolgend sind einige Probleme aufgeführt, die bei der Konstruktion des Blechteils vermieden werden müssen:

1. Vermeiden Sie die Verwendung von 3-D-Modellen ohne Biegungen

2. Beschränken Sie die perfekt senkrechten und scharfen Ecken des Blechs

3. Verhindern Sie die Platzierung von Features in der Nähe der Biegelinien

4. Recherchieren Sie gut, bevor Sie ein flaches Muster für die konstruierten Blechteile auswählen

5. Vermeiden Sie die Auswahl des falschen Blechherstellungstyps für das Design eines Produkts

6. Muss abhängig von der Blechdickentabelle detaillierte Spezifikationen in die CAD-Designdatei aufnehmen

7. Behalten Sie die Schweißanforderungen im Auge und stellen Sie sicher, dass Sie sie nicht unrealistisch halten

8. Berücksichtigen Sie bei der Materialauswahl immer die Stärke des U-Profils

Blech-Prototyping

Blech-Prototyping beinhaltet die Modellierung eines Musters eines metallischen Produkts zum Testen eines Konzepts. Es hilft Unternehmen, eine Idee zu testen, bevor sie mit der Massenproduktion beginnen. Im Gegensatz zum traditionellen Prototyping werden Blechprototypen in kürzerer Zeit konstruiert.

Verschiedene Unternehmen wenden unterschiedliche Methoden zur Herstellung von Blechprototypen an, von denen einige im Folgenden aufgeführt sind:

• Präzisionsprototyp-Metallstanzen verwendet eine Stanzpresse, um hochpräzise Teile zu entwickeln.
• Rapid Prototyping stellt das Modell mithilfe einer virtuellen 3D-Zeichnung her.
• Bei der inkrementellen Blechumformung wird eine Fräsmaschine verwendet, um das Produkt ohne Matrize zu formen.

Schlussfolgerung

Bleche haben eine unbestreitbare Bedeutung in unserem Leben. Sie haben umfangreiche Anwendungen, die von der Geräteindustrie, der Automobilindustrie, der Roboterindustrie und Konsumgütern reichen. Daher ist es wichtig, die Grundlagen der Blechkonstruktion und die DFM-Richtlinien für die Blechkonstruktion zu verstehen, die im Fertigungsprozess berücksichtigt werden.