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Grundlagenwissen

Blechbearbeitung und Metallbearbeitung - Biegen, Stanzen & Co.

| Redakteur: Frauke Finus

Blechbearbeitung - Was das überhaupt ist und welche Fertigungsverfahren, Materialien, Maschinen und Werkzeuge interessant sind, erfahren sie in diesem Beitrag!

Mittels Blechbearbeitung entsteht hier die Karosserie eines Autos.
Mittels Blechbearbeitung entsteht hier die Karosserie eines Autos.
( Bild: Audi )

Fertigungsverfahren - Eine Definition

Auch der Begriff der Fertigungsverfahren sollte genauer beleuchtet werden, ehe wir uns weiter mit der Blechverarbeitung und der Blechbearbeitung und den zughörigen Fertigungsverfahren beschäftigen. In der Fertigungstechnik werden unter dem Begriff Fertigungsverfahren all die Herstellungstechniken verstanden, welche zur Herstellung von geometrisch fest definierten, festen Körpern, sogenannten Werkstücken, eingesetzt werden. Fertigungsverfahren können die Größe und Form von Körpern ändern, können deren Oberflächenbeschaffenheit verändern oder auch die Stoffeigenschaften eines Materials verändern. Werden Körper ohne feste Form hergestellt, handelt es sich um den Bereich der Verfahrenstechnik, welcher klar von der Fertigungstechnik zu unterscheiden ist. Um aus den Werkstücken fertige Produkte zu schaffen, müssen häufig mehrere Fertigungsverfahren miteinander kombiniert werden. Dies ist auch bei den Fertigungsverfahren der Blechbearbeitung sehr häufig der Fall.

Was ist Blech?

Bei Blech handelt es sich nicht um ein eigenständiges Material. Die Bezeichnung dient vielmehr für Metalle, die in Form gebracht werden. In der Regel weist ein Blech eine rechteckige Form auf. Charakteristisch ist zudem, dass die Dicke eines Bleches deutlich geringer ist als dessen Länge und Breite.

Neben Stahl können zahlreiche weitere Metalle wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und Gold sowie Messinglegierungen zu Blechen verarbeitet werden. Um zu Blech verarbeitet zu werden sollten die verwendeten Materialien jedoch spezifische Charakteristika, das heißt eine gewisse Zähigkeit und Steifigkeit, aufweisen und natürlich duktil, das heißt verformbar, sein. Aus diesen Anforderungen resultieren Einschränkungen in Bezug auf die verwendbaren Materialien. So ist es nicht möglich sehr spröde oder enorm steife Materialien zu Blech zu verarbeiten.

Blechbearbeitung: Lasertube-Familie von BLM: die LT7 schneidet Rohre und Profile.
Blechbearbeitung: Lasertube-Familie von BLM: die LT7 schneidet Rohre und Profile.
( Bild: BLM )

Demnach ist Blech ein Halbzeug, das großflächig herstellbar ist, wobei Bleche in der Regel leicht, dünn, stabil, elastisch und eben sind. Aufgrund dieser Spezifika eignen sie sich für alle Arten von Verkleidung und Abdeckung. Zudem ist Blech vielfältig verformbar, das heißt man kann es schweißen, biegen, stanzen oder schneiden. Aus Blech können verschiedenste Formen hergestellt werden, weshalb es als Ausgangsmaterial für die unterschiedlichsten Produkte dient.

Was ist Blechbearbeitung?

Unter dem Begriff „Blechbearbeitung“ wird eine Vielzahl von Fertigungsprozessen subsumiert. Grundsätzlich bezeichnet das Wort Blechbearbeitung die Herstellung von Produkten, Komponenten und Bauteilen aus Metall. Zu den Prozessen der Blechbearbeitung zählen neben dem Schweißen, Schneiden und Biegen auch das Stanzen, Formen, Walzen und Verbinden. Zur Blechbearbeitung wird in der Regel auch die Blechumformung gerechnet, wobei zu diesen Verfahren die folgenden Unterkategorien gehören:

  • Schweißen
  • Kleben
  • Biegen
  • Lochen
  • Ziehen
  • Stahlbau
  • Schichtformung
  • Heizwicklung
  • Schneiden
  • Schlitzen
  • Biegestanzen
  • Laserschneiden
  • Laserbearbeitung

Blechbearbeitung bei Dieringer Blechbearbeitung.

Im Rahmen der Blechbearbeitung können sowohl weiche oder widerstandsfähige Bleche hergestellt werden, wobei die unterschiedlichen Merkmale durch differente Legierungen erreicht werden. So existieren zahlreiche Elemente, die dem Stahl bereits im flüssigen Zustand im Zuge der Metallbearbeitung beigemischt werden können und die Materialeigenschaften des hergestellten Bleches bestimmen. Zu diesen Elementen zählen neben Silizium, Nickel und Chrom zum Beispiel auch Titan, Kupfer, Niob und Molybdän.

Mittels Blechbearbeitung entsteht hier die Karosserie eines Autos.
Mittels Blechbearbeitung entsteht hier die Karosserie eines Autos.
( Bild: Audi )

In der Metallbearbeitung können Bleche aus unterschiedlichen Stahlsorten sowie Aluminium und weiteren Metallen gefertigt werden – diese sind abermals in differenten Legierungen erhältlich. Zur Kategorisierung der unterschiedlichen Bleche existieren mittlerweile Normen, unter welchen die Materialien unter Rekurs auf ihre Eigenschaften subsumiert werden. Zudem wurden Werkstoffnummern eingeführt, damit eine übersichtliche Strukturierung der Bleche gegeben ist.

Historischer Exkurs der Blechbearbeitung

Wer sich auf die Suche nach der ältesten Form der Metallbearbeitung begibt, stößt unweigerlich auf das Schmieden. Beim Schmieden werden Metalle unter Einwirkung von Kraft beispielsweise mithilfe eines Hammers bearbeitet. Heutzutage ist diese Form der Metallbearbeitung nur noch sehr selten im industriellen Bereich anzutreffen und kommt vielmehr im künstlerischen Bereich zum Einsatz. Die ersten Bleche wurden aus weichen Materialien wie beispielsweise Silber und Gold gefertigt. Die Schmieden konnten diese Materialien im Zuge der Metallbearbeitung gut zu dünnen Tafeln formen, aus welchen im Anschluss unter anderem Schmuck und Münzen hergestellt wurden.

Etwa später fanden auchdie Materialien Eisen und Kupfer Eingang in die Blechbearbeitung. Vor allem im Hoch- und Spätmittelalter wurden Bleche aus Eisen verwendet, um Ritterrüstungen herzustellen. In der Metallbearbeitung war das Walzen zu dieser Zeit noch unbekannt. Stattdessen erfolgte die Blechbearbeitung mit Hämmern bzw. Hammerschlägen, bis die Materialien die gewünschte Stärke aufwiesen. Natürlich handelte es sich bei Blechen uns Silber und Gold um wertvolle Materialien - dies allein aufgrund des Wertes der Ausgangsstoffe. Allerdings avancierten auch Eisenbleche zu einem teuren Gut, denn die Blechbearbeitung war sehr aufwendig und zeitintensiv. Die Ausgangsmaterialien mussten im Rahmen der Metallbearbeitung in purer Handarbeit und mithilfe einfacher Werkzeug zu Blechen geformt werden. Die Blechbearbeitung erforderte deshalb ein hohes Maß an Übung und Erfahrung.

Eine Werkstoffübersicht zu Produkten von Thyssenkrupp finden Sie hier. Eine weitere Übersicht als technische Tabelle finden Sie hier.

Als durch Wasserkraft angetriebene große Hammer zum Einsatz kamen, führte dies zu Erleichterungen in der Metallbearbeitung. Obschon die Hämmer, die Zeit der Blechbearbeitung aufgrund ihrer enormen Dimensionen sowie ihres großen Gewichts verkürzten, konnte die Herstellungszeit – in Abhängigkeit der Größe des Bleches – noch immer mehrere Tage in Anspruch nehmen. Die ersten Maschinen zur Metallbearbeitung wurden schließlich währen der industriellen Revolution entwickelt. Mit diesen wurden Metallblöcke gewalzt, um Bleche herzustellen. Hierdurch wurde die Herstellungszeit in der Metallbearbeitung nicht nur enorm verkürzt, auch die Qualität der Bleche in Bezug auf die Ebenheit und Dicke konnte gesteigert werden. Infolge wurden Bleche nicht nur preiswerter, sondern wurden auch zur Herstellung einer Vielzahl weiterer Produkte eingesetzt.

Die beiden wichtigsten Messen in Deutschland sind die im zweijährlichen Wechsel stattfindende Blechexpo in Stuttgartund die Euroblech in Hannover.

Mittlerweile sind auch Blechbearbeitung und Metallbearbeitung in der Neuzeit angekommen und bieten eine facettenreiche Auswahl an Materialien, Materialstärken und Formaten. Anzumerken ist diesbezüglich auch, dass die jeweiligen Blecheigenschaften durch die Metallbearbeitung auf den geplanten Einsatzort abgestimmt werden können.

Fertigungsverfahren der Blechbearbeitung

Im Folgenden werden die differenten Fertigungsverfahren der Metallverarbeitung beziehungsweise Blechbearbeitung vorgestellt.

1. Umformen - Walzen, Biegen, Schmieden, Ziehen et cetera

Folgt man der DIN 8580 bildet das Fertigungsverfahren Umformen eine Hauptgruppe in der Metallverarbeitung. Bei diesem Fertigungsverfahren bleibt der Stoffzusammenhalt des Werkstoffes erhalten. Allerdings wird im Zuge der Blechbearbeitung die bereits existierende Form eines Werkstückes durch das plastische Verformen modifiziert. Ein exemplarisches Beispiel für das Umformen in der Metallverarbeitung ist das Walzen von Stahl.

Grundlagenseminare für die Blechbearbeitung bietet die Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH in Stuttgart an.

Abkanten des Bleches mit einer servoelektrischen Abkantpresse mit Mehrspindelantrieb der Firma Coast One.
Abkanten des Bleches mit einer servoelektrischen Abkantpresse mit Mehrspindelantrieb der Firma Coast One.
( Bild: Coast One )

Im Allgemeinen tritt eine plastische Formveränderung im Umformprozess dann ein, wenn sich die Atome, welche auf den so genannten Gleitebenen angesiedelt sind, durch äußere Krafteinwirkung zu verschieben beginnen. Dabei werden die bei der Blechbearbeitung auftretenden Modifikationen der technologischen und physikalischen Eigenschaften des Stoffes unter dem Begriff "Verfestigung" subsumiert.

Im Allgemeinen ist der Widerstand zur Formveränderung von Metallen bei Raumtemperatur höher als bei einer entsprechenden Umformtemperatur. Die plastische Umformung von Stahl gelingt beispielsweise bei hohen Temperaturen mit einem weitaus geringeren Arbeits- und Kraftaufwand als bei Raumtemperatur. Hinzu kommt, dass hohe Temperaturen bei der Blechbearbeitung zur sofortigen Rekristallisation des Gefüges beitragen und es nicht zu einer Verfestigung kommt.

Kalt- und Warmumformung

In der Blechbearbeitung wird zwischen dem so genannten Warm- und dem Kaltumformen differenziert. Bei der Warmumformung handelt es sich um ein Verfahren der Blechbearbeitung, bei dem bei hohen Walzguttemperaturen eine größere Verformbarkeit erreicht wird, wobei die auftretenden Kräfte geringer sind als diejenigen bei der Kaltumformung. Nachteilig gestalten sich bei der Warmumformung jedoch die schlechteren Maßtoleranzen sowie verzundete Oberflächen.

Wie funktioniert das Umformen von Blech?

Beim Verfahren des Kaltumformens im Rahmen der Metallverarbeitung sind dagegen weitaus genauere Maßtoleranzen erreichbar. Bei diesem Verfahren der Blechbearbeitung wird das Material nicht erwärmt, wodurch seine Festigkeit erhöht wird. Anders als bei der Kaltumformung ist auch die Güte der Oberflächen hochwertig. Nachteilig ist jedoch, dass nach einer Kaltumformung keine Schweißeignung mehr sichergestellt ist. Das Werkstück kann erst dann verschweißt werden, wenn es im Zuge der Blechbearbeitung weichgeglüht und damit die Spannung minimiert wurde.

Als Verband für die Unternehmen der Blech und hybride Strukturen verarbeitenden Industriebranchen und deren Forschungseinrichtungen initiiert und finanziert die Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V.Industrieforschung für und mit den Technologieführern. Der EFB berät, ermittelt die Technologietrends und gestaltet innovative Projekte. Fokus ist die schnelle Umsetzung der Ergebnisse und Sicherung der Arbeitsplätze im Interesse der Mitglieder, insbesondere der KMU.

2. Trennen - Schneiden, Stanzen, et cetera

Im Rahmen des Fertigungsverfahrens Trennen, das laut DIN 8580 ebenfalls eine Hauptgruppe unter den Fertigungsverfahren bildet, wir die Form eines festen Körpers, das heißt Werkstückes geändert, indem der Zusammenhalt örtlich aufgehoben, also vermindert, wird. Bei dieser Form der Blechbearbeitung ist die Endform des Werkstückes also in dessen Ausgangsform enthalten. Beim Trennen handelt es sich um eine Technik der Metallbearbeitung, der auch das Zerlegen zusammengesetzter Körper zugerechnet wird. Dabei kann die Hauptgruppe „Trennen“ in sechs Untergruppen untergliedert werden. Bei diesen handelt es sich um die Folgenden:

  • Zerteilen
  • Abtragen
  • Zerlegen
  • Reinigen
  • Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden
  • Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden

Welche Vorteile bietet das Wasserstrahlschneiden?

Als spanende Trennverfahren in der Blechbearbeitung gelten dabei Sägen, Fräsen, Feilen, Bohren, Drehen, Läppen, thermisches Trennen, Räumen und Hohnen. Zu den zerteilenden Trennverfahren werden dagegen das Keilschneiden und das Scherschneiden gerechnet. Im Zuge der Metallbearbeitung erfolgt der eigentliche Vorgang des Trennens an der so genannten Wirkstelle, das heißt an der Stelle, an der das Werkzeug oder die Maschine auf das Werkstück einwirken. In Bezug auf den Ablauf des Trennvorgangs in der Blechbearbeitung kann angemerkt werden, dass zwischen Werkstück und Werkstück Relativbewegungen, das heißt Schnitt-, Vorschub- und Zustellbewegungen, notwendig sind, welche von einem der Wirkpartner ausgeführt werden. Dabei wird die von außen zugeführte Leistung beziehungsweise Energie, um den Trennvorgang durchzuführen, an der Wirkstelle in Reib-, Verformungs- und Trennleistung umgewandelt. Ihre Abführung erfolgt in Form von Wärme über das Wirkpaar.

Feinschneiden bietet im Vergleich zum Stanzen wesentliche Vorteile

3. Fügen - Schweißen, Löten, et cetera

Auch beim Fügen handelt es sich in der Fertigungstechnik der Blechbearbeitung um eine der Fertigungshauptgruppen nach DIN 8580. Im Rahmen dieses Prozesses der Metallbearbeitung werden zwei oder mehr feste Körper dauerhaft miteinander verbunden, das heißt gefügt. Wichtig ist, dass die Körper durch die Blechbearbeitung eine spezifische geometrische Gestalt annehmen. Teilweise geschieht dies in der Blechbearbeitung durch die Verwendung eines „formlosen Stoffes“, d.h. die Form dieses Stoffes ist nicht definiert. Als ein formloser Stoff zählt zum Beispiel Klebstoff.

MIG-Schweißen und MAG-Schweißen einfach erklärt

Schweißprozesse für Industrie und Handwerk: EWM hat verschiedene Modelle im Portfolio mit denen sich sowohl der Energiebedarf als auch die Kosten beim Schweißen reduzieren lassen.
Schweißprozesse für Industrie und Handwerk: EWM hat verschiedene Modelle im Portfolio mit denen sich sowohl der Energiebedarf als auch die Kosten beim Schweißen reduzieren lassen.
( Bild: EWM )

Auch das Fügen weist weitere Verfahrensgruppen in der Metallbearbeitung auf. Bei diesen handelt es sich beispielsweise um Löten, Schweißen, Kleben sowie Schrauben, Durchsetzfügen oder Nieten. Um im Zuge der Blechbearbeitung eine Verbindung zwischen den Werkstücken herzustellen sind mitunter weitere Bauteile wie beispielsweise Stifte, Schrauben, Keile oder Nieten notwendig. Zudem kommen im Rahmen dieser Fertigungstechnik spezifische Werkzeuge wie zum Beispiel Lötkolben, Schlagschrauber und so weiter zum Einsatz.

Einen Überblick über verschiedene Fertigungsprozesse finden Sie hier.

4. Oberflächenbehandlung

Unter dem Begriff „Oberflächentechnik“ werden in der Metallbearbeitung alle Technologien subsumiert, die das Verändern der Oberflächeneigenschaften von Werkstücken ermöglichen. Von Bedeutung ist diesbezüglich, dass die primäre Funktion eines Werkstücks in der Metallbearbeitung durch eine Oberflächenbehandlung um zusätzliche Funktionen ergänzt werden kann. Dabei stellt das Prinzip der Funktionstrennung zwischen der Oberfläche und dem Volumen eines Werkzeugs oder Bauteiles das primäre Ziel dieser Fertigungstechnik der Blechbearbeitung dar.

Warum ist entgraten wichtig? Und was Sie dabei beachten sollten.

Das Volumen eines Werkstücks hat eine spezifische Funktion und verfügt über bestimmte Charakteristika wie Bearbeitbarkeit, Festigkeit, Gewicht und so weiter. Wird in der Blechbearbeitung ein Verfahren der Oberflächentechnik angewendet, kann das Werkstück oder Werkzeug so optimiert werden, dass es ein spezifisches Anforderungsprofil erfüllt und weite Funktionen aufweist. Dabei kann es sich um die folgenden handeln:

  • Barrierefunktion Wärmeisolation, Eindiffusion, Permeation, Korrosionsbeständigkeit)
  • mechanischer Schutz (Reibung, Verschleiß)
  • optische Funktion (Dekoration, Absorption, Reflexion)
  • Funktionsintegration (Functional Printing, Druckverfahren)
  • elektrische Funktion (elektrische Isolation, Leitfähigkeit)

Was ist Pulverbeschichtung und wie funktioniert sie?

Um eine Oberflächenbehandlung in der Blechbearbeitung durchzuführen, können differente Verfahren zum Einsatz kommen. Die Oberflächenbehandlungen sind in der Metallbearbeitung deshalb differenten Verfahrensklassen zugeteilt, bei denen es sich um die folgenden handelt:

  • Abtragen der Oberfläche (Elektropolieren, Brünieren)
  • Beschichten der Oberfläche (Verchromen, Pulverbeschichten, Lackieren)
  • mechanische Oberflächenbehandlung (Kugelstrahlen, Polieren, Schleifen)
  • chemische Oberflächenbehandlung (Beizen, Entfetten, Reinigen)

Eine umfassende Lektüre zur Blechumformung hat Klaus Siegert herausgegeben. Außerdem empfehlenswert ist „Faszination Blech“, herausgegeben von Nicola Leibinger-Kammüller.

Maschinen & Werkzeuge für die Blechbearbeitung

Im Zuge der Blechbearbeitung können differente Werkzeuge und Maschinen zum Einsatz kommen, wobei zwischen Handwerkzeugen und Elektrowerkzeugen differenziert wird. Zu den Handwerkzeugen zählen Feilen, Eisensägen, Reißnadeln, Blindnietzangen, Zangen, Hammer, Schaleisen, Feilkolben Ausdrückpistolen und so weiter. Den Elektrowerkzeugen werden dagegen Bohrmaschinen, Schlagbohrer, Schwing-, Band- und Exzenterschleifer sowie Lötkolben, Laser und so weiter zugerechnet.

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