Zusammenfassung

Risse in Ziehwerkzeugen sind ein kritischer Fehler im Herstellungsprozess, der hauptsächlich durch übermäßige Spannungen, Materialfehler, Bedienungsfehler und eine schlechte Werkzeugkonstruktion verursacht wird. Zu den Hauptursachen zählen lokalisierte Druckspannungen, die zu Kaltverfestigung führen, die Freisetzung innerer Spannungen im Material sowie metallurgische Fehler im Werkzeug oder dem Werkstück. Unzureichende Schmierung, falsche Ausrichtung der Ausrüstung und fehlerhafte Werkzeuggeometrie – wie beispielsweise falsche Radien oder Passungen – tragen ebenfalls erheblich zum vorzeitigen Versagen des Werkzeugs bei.

Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal verstehen: Rissbildung vs. Aufspaltung

Bevor eine Störung diagnostiziert wird, ist es wichtig, zwischen Rissbildung und Aufreißen zu unterscheiden, da ihre zugrundeliegenden Ursachen und Lösungen grundlegend verschieden sind. Eine falsche Identifizierung des Ausfallmodus führt oft zu falschen und unwirksamen Korrekturmaßnahmen. Obwohl beide zu einem ausgeschlossenen Bauteil führen, resultieren sie aus entgegengesetzten Spannungszuständen.

Spalten ist ein Bruch unter Zugbelastung. Er tritt auf, wenn das Metall über seine maximale Dehnungsfähigkeit hinaus gestreckt wird. Dieser Vorgang wird häufig von einer sichtbaren Materialdickeminderung begleitet, die als „Einschnürung“ bekannt ist. Stellen Sie sich vor, wie man ein Stück Kaugummi auseinanderzieht, bis es in der Mitte dünner wird und schließlich reißt. Bei einem Tiefziehprozess zeigt sich ein Aufreißen typischerweise als horizontaler Bruch in der Nähe eines Stempelradius, wo das Material zu stark gedehnt wurde. Gängige Lösungen beinhalten die Vergrößerung des Stempelradius, die Verbesserung der Schmierung oder die Verwendung eines Materials mit besseren Dehnungseigenschaften.

Rissbildung , ist hingegen ein Druckversagen. Es entsteht durch zu starke lokalisierte Kompression, wodurch das Material in einem bestimmten Bereich übermäßig festgewalzt und spröde wird. Wie in einer Analyse von Der Blechverarbeiter detailliert beschrieben, führt dieser Versagensmodus dazu, dass das Metall an der Bruchstelle dicker ist als im ursprünglichen Zustand. Risse treten häufig als vertikale Brüche auf und kommen zunehmend bei hochfesten Stählen und rostfreien Stählen vor. Der Versuch, einen Riss mit einer Lösung zu beheben, die für einen Spalt gedacht ist, verschlimmert das Problem nur.

Zur Unterstützung einer korrekten Diagnose sollten folgende wesentliche Unterschiede berücksichtigt werden:

Materialbedingte Ursachen und inhärente Fehler

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften sowohl des Werkstücks als auch des Werkzeugs selbst sind häufige Ursachen für Rissbildung. Aus dem Material resultierende Fehler können subtil sein, haben jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Produktionsausbeute und die Werkzeuglebensdauer. Diese Probleme lassen sich grob in Fehler des zu umformenden Rohmaterials und Defekte im Werkstoff des Werkzeugs einteilen.

Bei dem Werkstück ist eine ungeeignete Rohstoffauswahl eine der Hauptursachen. Materialien mit geringer Plastizität oder einem hohen Kaltverfestigungsindex, wie austenitischer Edelstahl, sind besonders anfällig. Während der Verformung können diese Materialien eine Phasenumwandlung durchlaufen, die eine spröde Martensitstruktur hervorruft und sie dadurch rissanfällig macht, wie Experten bei Kanou Mould . Darüber hinaus können Oberflächenfehler am Rohling, wie Kerben oder Kaltverschweißungen, den gleichmäßigen Materialfluss in die Matrize stören und zu Brüchen führen, ein häufiges Problem, auf das hingewiesen wird von Genaues Formen .

Auf Seiten der Werkzeuge ist die Qualität des Matrizenmaterials von größter Bedeutung. Eine aus minderwertigem Hartmetall hergestellte Matrize kann beispielsweise zu einem katastrophalen Ausfall führen. Eine detaillierte Fehleranalyse in The Fabricator's Tube & Pipe Journal führt metallurgische Fehler wie Porosität infolge einer unsachgemäßen Sinterung als Hauptursache an. Wenn Hartmetallpulver nicht richtig gesintert wird, verbinden sich Wolfram- und Kobaltbestandteile nicht korrekt miteinander, was die strukturelle Integrität der Matrize sowie ihre Belastbarkeit gegenüber Ziehspannungen verringert. Dadurch entstehen Schwachstellen, an denen Risse leicht entstehen und sich ausbreiten können.

Um materialbedingte Ausfälle zu vermeiden, sind mehrere Strategien wirksam:

• Materialauswahl: Wählen Sie Materialien mit guter Plastizität und Umformbarkeit für den vorgesehenen Einsatz aus. Bei Materialien, die sich stark verfestigen, planen Sie einen Zwischenglühprozess ein, um die Duktilität wiederherzustellen.
• Qualitätskontrolle: Führen Sie eine sorgfältige Prüfung der eingehenden Rohmaterialien durch, um Oberflächenfehler oder Uneinheitlichkeiten in der Dicke zu erkennen.
• Die Materialvorgabe: Bestehen Sie auf hochwertigen, ordnungsgemäß gesinterten Hartmetallen oder anderen geeigneten Werkzeugstählen von renommierten Lieferanten. Stellen Sie sicher, dass das Matrizenmaterial für die Belastungen beim Ziehen der jeweiligen Werkstückmaterialien geeignet ist.

Betriebsbedingte Fehler: Prozessbelastungen, Schmierung und Ausrichtung

Auch bei perfekten Materialien und Matrizenkonstruktion sind Fehler im Ziehprozess selbst eine Hauptursache für Risse. Diese betriebsbedingten Fehler resultieren oft aus dem komplexen Zusammenspiel von Spannungen, Reibung und mechanischer Einrichtung. Ihre Behebung erfordert eine sorgfältige Überwachung und Kontrolle des Fertigungsumfelds.

Eine der grundlegendsten Ursachen ist die freisetzung innerer Spannungen . Wie mehrere Branchenquellen festhalten, ist innerer Spannungsabbau ein unvermeidlicher Nebeneffekt der Metallherstellung. Während des Ziehprozesses werden diese gespeicherten Spannungen freigesetzt, was sich als Risse äußern kann – manchmal unmittelbar nach dem Umformen oder sogar nach einer Lagerungszeit. Dies gilt insbesondere für Werkstoffe mit einem hohen Verfestigungsindex.

Unzureichende Schmierung ist ein weiterer kritischer Betriebsfehler. Schmierstoffe bilden einen schützenden Film zwischen Matrize und Werkstück, wodurch Reibung und Wärme reduziert werden. Wenn dieser Film versagt, kommt es zum direkten Metall-auf-Metall-Kontakt, was zu Kaltverschweißungen, erhöhten Ziehkräften und letztlich zu Brüchen führt. Die Wahl des Schmierstoffs ist entscheidend; bei anspruchsvollen Materialien wie Edelstahl können spezielle Schmierstoffe wie PVDF-Folien notwendig sein, um eine wirksame Trennschicht aufrechtzuerhalten.

Und schließlich: mechanische Fehlausrichtung kann ungleichmäßige Spannungen verursachen, die zu einem vorzeitigen Bruch der Matrize führen. Eine abgenutzte Riemenscheibe, die Draht beispielsweise in einem falschen Winkel in die Matrize führt, erzeugt ein inkonsistentes Verschleißmuster. Dadurch konzentrieren sich Spannungen auf bestimmte Stellen innerhalb der Matrize, was zu lokalisiertem Verschleiß und Rissbildung führt. Wie eine Fallstudie zeigte, lag das Problem nicht an der Matrize, sondern an der vorgelagerten gerillten Riemenscheibe, die die Fehlausrichtung verursachte.

Bediener können die folgende Checkliste verwenden, um betriebsbedingte Störungen zu diagnostizieren und zu vermeiden:

• Schmierstoffprüfung: Stellen Sie sicher, dass das Schmiersystem ordnungsgemäß funktioniert und dass das für das Material und den Prozess geeignete Schmiermittel verwendet wird.
• Ausrichtungsüberprüfung: Überprüfen Sie regelmäßig alle Komponenten der Ziehbank, einschließlich Riemenscheiben und Führungen, auf Verschleiß und stellen Sie eine korrekte Ausrichtung des Werkstücks in die Matrize sicher.
• Parametersteuerung: Stellen Sie sicher, dass die Ziehgeschwindigkeiten und Reduktionsverhältnisse innerhalb der empfohlenen Grenzwerte für das zu verarbeitende Material liegen.
• Spannungsmanagement: Bei Materialien, die anfällig für verzögertes Rissbildungen sind, sollten Spannungsarmglühen so bald wie möglich nach dem Umformen in Betracht gezogen werden.

Fehlerhafte Werkzeugauslegung und minderwertige Konstruktion

Die Qualität der Auslegung und Konstruktion des Ziehwerkzeugs ist entscheidend für seine Leistungsfähigkeit und Lebensdauer. Fehler in einem dieser Bereiche können zu Spannungskonzentrationen und Problemen beim Materialfluss führen, die direkt zu Rissen führen, unabhängig von der Materialqualität oder der Betriebsgenauigkeit. Ein gut ausgelegtes Werkzeug ermöglicht einen gleichmäßigen Materialfluss, während ein schlecht ausgelegtes Werkzeug diesem entgegenwirkt.

Häufige Gestaltungsfehler betreffen eine ungeeignete Geometrie. Wenn beispielsweise die stempel- und Matrizenradien zu klein (zu scharf) sind, kann dies den Materialfluss in den Matrizenhohlraum einschränken, die Zugspannung erhöhen und Brüche verursachen. Umgekehrt kann ein zu großer Radius zur Bildung von Falten führen. Laut CNstamping , eine unsachgemäße Freistellung zwischen Stempel und Matrize ist eine weitere häufige Ursache für Risse. Ebenso konzentriert eine zu geringe Annäherungswinkellänge den Ziehdruck auf einen zu kleinen Bereich, presst das Schmiermittel heraus und führt zu Aufreibungen und Ausfällen.

Eine minderwertige Konstruktion kann selbst ein perfektes Design untergraben. Die Passform zwischen dem Hartmetalleinsatz und dem Stahlgehäuse ist entscheidend für die mechanische Unterstützung und die Wärmeableitung. Wenn der Einsatz nicht vollständig abgestützt ist – beispielsweise aufgrund eines konisch gestalteten Gehäuse-Innendurchmessers – kann er die Ziehkräfte nicht aushalten und bricht. Eine korrekte Presspassung des Einsatzes in das Gehäuse ist unerlässlich, um die maximale Kontaktfläche sicherzustellen, wodurch das Gehäuse als Wärmesenke fungieren kann und verhindert wird, dass der Einsatz überhitzt.

Um diese Probleme zu vermeiden, ist die Zusammenarbeit mit einem sachkundigen und erfahrenen Werkzeughersteller von entscheidender Bedeutung. Ein Spezialist kann sicherstellen, dass das Werkzeug korrekt für die spezifische Anwendung konstruiert und gebaut wird, wobei Materialeigenschaften, Zugabemaße und Betriebsbelastungen berücksichtigt werden. Zum Beispiel setzen Spezialisten wie Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. fortschrittliche CAE-Simulationen ein, um das Werkzeugdesign zu optimieren, und nutzen umfassende Projektmanagement-Expertise, um hochwertige, zuverlässige Werkzeuge für anspruchsvolle Anwendungen wie das Automobil-Stanzen bereitzustellen.

Wichtige Aspekte bei der Konstruktion und Herstellung von Werkzeugen sind:

• Optimierte Geometrie: Stellen Sie sicher, dass Radien, Freiräume und Annäherungswinkel auf das jeweilige Material und die Bauteilgeometrie abgestimmt sind.
• Adequate Einsatzabstützung: Verwenden Sie spannungsarm geschliffene Einsätze und stellen Sie sicher, dass sie vollständig innerhalb des Werkzeughalters abgestützt sind, um den Wärmeübergang und die mechanische Festigkeit zu maximieren.
• Materialfluss: Bei nicht rechtwinkligem Ausgangsmaterial sollten Konstruktionen mit versenkten konischen Ecken in Betracht gezogen werden, um zu verhindern, dass scharfe Ecken in die Flanken des Werkzeugs eindringen.
• Zusammenarbeit mit Experten: Arbeiten Sie eng mit Werkzeuglieferanten zusammen, um Designs zu validieren und sicherzustellen, dass hochwertige Fertigungsverfahren eingehalten werden.

Häufig gestellte Fragen

1. Warum bricht der Matrizenblock während des Umformprozesses?

Ein Matrizenblock kann aus mehreren Gründen reißen, hauptsächlich bedingt durch Spannungen und Materialintegrität. Zu den Hauptursachen zählt die Spannungskonzentration aufgrund eines fehlerhaften Matrizendesigns oder einer Fehlausrichtung, wodurch eine enorme Kraft auf einen kleinen Bereich konzentriert wird. Ein weiterer entscheidender Faktor ist die ungleichmäßige Verteilung von Karbiden im Werkzeugstahl, die Schwachstellen erzeugt. Schließlich können hohe Temperaturen während des Betriebs die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber Rissen verringern, insbesondere wenn die Matrize nicht ordnungsgemäß gekühlt wird.

2. Was verursacht Risse in Metall?

Risse im Metall entstehen im Allgemeinen, wenn die Spannung die Festigkeit des Materials übersteigt. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, beispielsweise durch mechanische Überlastung durch äußere Kräfte (wie beim Tiefziehen), thermische Spannungen durch schnelles Erhitzen oder Abkühlen, bleibende innere Spannungen aus vorherigen Fertigungsschritten sowie Umwelteinflüsse wie Korrosion, die das Material im Laufe der Zeit schwächen. Materialfehler wie Porosität oder Einschlüsse wirken ebenfalls als Ausgangspunkte für Risse.

3. Was verursacht die meisten Risse beim Umformen von Blech?

Beim Umformen von Blech entstehen die meisten Risse durch übermäßige lokal begrenzte Verformung. Dies liegt häufig an einem falschen Stempelabstand, bei dem der Spalt zwischen Stempel und Matrize zu gering ist und das Metall dadurch abschert oder reißt. Eine schlechte Ausrichtung kann ebenfalls ungleichmäßige Spannungen erzeugen, die zum Versagen führen. Eine weitere häufige Ursache ist unzureichende Materialabstützung oder -klemmung, wodurch sich das Blech ungleichmäßig dehnt und seine Dehnungsgrenze überschreitet, was zu Rissen oder Aufspaltungen führt.