Alles, was Sie über Sheet Metal Design wissen müssen

Aspekte des Sheet Metal Design

Der Prozess des Sheet Metal Design kann zeitaufwendig und kompliziert sein. Konstrukteure und Ingenieure im Bereich der Blechbearbeitung müssen bei der Optimierung ihrer Konstruktionen eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigen, darunter auch die Toleranzen. Die geringe Materialstärke von Blech ermöglicht eine Vielzahl von Verwendungszwecken, erfordert aber auch, dass sich Ingenieure und Konstrukteure der spezifischen Grenzen von Blech bewusst sind.

Professionelle Ingenieure, die sich auf die Konstruktion von Blechkisten und -gehäusen spezialisiert haben, befassen sich häufig mit dem Biegen und Umformen des Metalls in die gewünschten Formate. Die Elastizität von Blech macht es zwar zu einem sehr wertvollen Werkstoff, gleichzeitig bedeutet diese Flexibilität aber auch eine höhere Fragilität, was den Konstruktionsprozess erschwert. Besondere Sorgfalt muss auf die exakte Ausführung von Bohrungen, Schnitten und Biegungen verwendet werden, da Bleche sehr anfällig für Scher- und Rissbildung sind, insbesondere wenn mit geringen Toleranzen gearbeitet wird. Die Einhaltung einer konstanten Blechstärke ist für die Vermeidung von Brüchen und Fehlern bei der Herstellung ausschlaggebend.

Die Grundsätze des fertigungsgerechten Designs

Konstrukteure im Bereich der Blechbearbeitung wenden häufig die Grundsätze des fertigungsgerechten Designs (Design for Manufacturability, DFM) an. DFM schreibt vor, dass jedes Teil, jede Maschine, jede Struktur und jedes Produkt so konstruiert werden sollte, dass ein möglichst effizienter und kostengünstiger Fertigungsprozess erreicht wird. Die Orientierung an den DFM-Grundsätzen hilft den Konstrukteuren, Probleme bereits in den ersten Konzeptphasen zu erkennen. So können Änderungen an der Konstruktion frühzeitig vorgenommen werden, um die Fertigungskosten zu minimieren und die Kosten für eine Nachbearbeitung der Konstruktionen zu vermeiden, sobald sie in die Produktionsphase übergegangen sind.

Die Auswahl des Werkstoffs spielt eine große Rolle

Bei der Einhaltung der DFM-Grundsätze im Rahmen des Sheet Metal Design müssen die Ingenieure zunächst die Metallstärke des von ihnen zu bearbeitenden Metalls berücksichtigen. Die Auswahl des Werkstoffs ist ein wesentlicher Schritt, da hiervon die Elastizität, die Fragilität, die Langlebigkeit und die Anschaffungskosten des Blechs maßgeblich bestimmt werden.

Sobald der Werkstoff ausgewählt ist, müssen die Konstrukteure die grundlegenden Arbeitsschritte berücksichtigen, die bei der Fertigung von kundenspezifischen Blechen anfallen.

Biegen

Beim Biegen wird an einem bestimmten Punkt Druck aufgewendet, um ein Blech um eine gerade Achse zu formen. Ein Blechstück wird über einen Matrizenblock gelegt und ein Stempel wird hineingedrückt. Dadurch wird das Werkstück in die Matrize eingeführt und erhält die gewünschte Form. Zwei der gebräuchlichsten Biegewerkzeuge sind Biegepressen und Abkantpressen. Bei Blechbiegearbeiten müssen die Konstrukteure bestimmte Richtlinien befolgen und kritische Faktoren wie die Blechstärke, die Biegezugabe, den k-Faktor des Metalls und den Biegeradius des Blechs berücksichtigen.

Ziehen

Mitunter auch als Tiefziehen oder Napfziehen bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird ein Blechstück gestreckt, um eine konkave oder hohle Form zu bilden. Das Blech wird über einen Matrizenblock gelegt und mit einem Niederhalter fixiert. Anschließend wird das Blech mit einem u-förmigen Stempel in die Matrize gepresst, so dass es die gewünschte Form annimmt und sich der Werkstoff so wenig wie möglich dehnt.

Schneiden

Beim Schneiden werden Teile eines Blechs mit Hilfe von Schermessern oder Stanzmessern entfernt, die mit großem Kraftaufwand auf das Blech einwirken. Wie beim Biegen und Ziehen wird auch beim Schneiden mit Schermessern oder Matrizenmessern ein Stück Blech zwischen eine Matrize und einen Stempel platziert.

Das Schneiden von Blechen wird auch häufig mit CNC-gesteuerten CO2-Lasern oder Faserlasern durchgeführt. Diese Laser können Werkstoffe mit einer Stärke von bis zu 20 mm durchtrennen und sorgen für präzise Ergebnisse auch bei komplexen Designs. Bei der Schnittplanung muss jedoch zwingend die Breite des Laserstrahls berücksichtigt werden, da sie die Präzision und Effizienz des Schneidprozesses beeinflussen kann. Das Laserschneiden ist zwar äußerst wirtschaftlich und präzise, eignet sich aber nicht immer für bestimmte Arten von Blechen, z. B. für einige Formen von Aluminiumblechen.
 

Endbearbeitung

Bei der Endbearbeitung wird eine Schicht auf das Blech aufgetragen, um dessen ästhetisches Erscheinungsbild oder Funktionalität zu verbessern. Für die Endbearbeitung von Blechen stehen unterschiedliche Methoden zur Auswahl. Zu den gängigsten Methoden der Endbearbeitung gehören das Auftragen von Beschichtungen wie Farbe oder Pulverbeschichtung, Polieren, Plattieren oder Eloxieren. Die Wahl des Verfahrens hängt von Faktoren wie der gewünschten Oberfläche, dem Verwendungszweck des Metalls und den erforderlichen Durchlaufzeiten ab. Zu den gängigsten Methoden der Endbearbeitung gehören:

• Galvanisieren: Beim Galvanisieren wird das Blech in ein chemisches Bad getaucht, das die Oberfläche des Substrats verändert, indem eine dünne Metallschicht darauf aufgebracht wird. Dieses Verfahren dient der Optimierung der Langlebigkeit, der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der optischen Aufwertung eines Produkts.
• Polieren mit Polierscheiben: Mit einer Polierscheibe wird die Oberfläche des Metalls geschliffen, um den Glanz, die Glätte und die Leuchtkraft zu erhöhen.
• Pulverbeschichten: Trockenes Kunststoffpulver wird auf die Oberfläche eines Blechs aufgebracht, um diesem eine bessere Struktur zu verleihen oder eine glänzendere Optik zu erzielen.
• Sandstrahlen: Abrasive Werkstoffe wie Sand werden mit sehr hoher Geschwindigkeit auf das Substrat gepresst, um die Struktur des Metalls zu glätten.