Materialkunde: Werkstoff Blech

Die Herstellungs- und Verarbeitungstechniken von Blechen sind vielseitig. Entsprechend schwierig ist es daher auch, eine eindeutige Definition und Kategorisierung vorzunehmen. So existiert eine Vielzahl von Bezeichnungen und Klassifizierungen, die in der Umgangssprache zudem häufig noch verschieden verwendet werden. Hinzu kommen weitere, durch die Hersteller geprägte Begriffe oder Marken. Ein Beispiel hierfür sind die sogenannten Laserbleche, für die es keine offizielle Definition gibt. Verstanden werden darunter in der Regel Bleche, die besonders gute Eigenschaften beim Lasern aufzeigen. Hierbei handelt es sich jedoch meist nicht um speziell hergestellte Bleche, sondern vielmehr um eine besonders sorgsame Blechauswahl, die gegen entsprechende Aufpreise speziell für Laserkunden angeboten werden.

Generell gibt es einige grundsätzliche Verfahren zur Herstellung von Blech. Ausgangsprodukt sind zumeist quaderförmig gegossene Stahlklötze, die sogenannten Brammen. Diese werden beim  Warmwalzen im Stahl- bzw. Walzwerk durch reversierende oder kontinuierliche Verfahren zu Blechen der gewünschten Dicke gewalzt.

Beim kontinuierlichen Verfahren werden Brammen auf hintereinandergeschalteten Walzgerüsten auf die erforderliche Dicke gewalzt. Das fertige Produkt kann hier Längen von mehreren hundert Metern erreichen, das durch Scheren in die bestellte Länge geteilt oder auf sogenannte Coils gewickelt wird. Das reversierende Verfahren, bei dem das Blech durch die stetige Hin- und Her-Bewegung der Walzen auf die entsprechende Dicke hinunter gewalzt wird, eignet sich hingegen für Bleche mit Dicken von 5 mm oder mehr und Breiten von 2.000 mm oder mehr. In bestimmten Dickebereichen kann es zu Überschneidungen beider Verfahren kommen. So lassen sich bestimmte Bleche sowohl kontinuierlich als auch reversierend warmgewalzt herstellen.

Bleche bis 15 mm werden oft zu sogenannten Coils aufgewickelt, wobei Dicken über 15 mm meist nur noch als Platine gewalzt und geschnitten werden. Bleche bis 3 mm können oft noch durch einen weiteren Walzprozess – dem Kaltwalzen – auf eine höhere Qualität gewalzt werden.

Als Walzwerkerzeugnis aus Metall gibt es Blech in vielen unterschiedlichen Formaten. Eine wichtige Unterscheidung ist dabei jene zwischen Coil und Platine. Während man unter Coil ein aufgewickeltes Metallband von etlichen Tonnen Gewicht und oft mehreren hundert Metern versteht, ist eine Platine – oder auch Tafel genannt – ein bereits vom Coil auf eine bestimmte Länge abgeschnittenes, rechteckiges Blechformat.

Coils aus dem Stahlwerk werden in Servicecentern zu kleineren Coils oder Platinen (bzw. Tafeln) weiter verarbeitet. So kommen sie in richtiger Abmessung und Menge zu den Blechverarbeitern. Neben Stahl und Edelstahl lassen sich von Edelmetallen wie Gold und Silber über verschiedenst legierte Stahlsorten bis hin zu Aluminium fast alle Metalle zu einem Blech verarbeiten. Bleche sind in ihrer Breite und Länge immer größer als in ihrer Dicke.

Generell gibt es bei Blech die allgemeine Unterscheidung zwischen Feinblech und Grobblech. Als Feinblech gilt jedes Blech, das dünner als 3 mm ist. Meist wird es aus Bändern geschnitten. Grobbleche sind alle jene Bleche, die dicker als 3 mm sind. Blechtafeln gibt es im Klein-, Mittel-, Groß- und Maxiformat. Diese haben oft folgende Standardabmessungen:

• Kleinformat: 1.000 mm x 2.000 mm
• Mittelformat: 1.250 mm x 2.500 mm
• Großformat: 1.500 mm x 3.000 mm
• Maxiformat: 2.000 mm x 4.000 mm

Verschiedenste Normen fassen zudem die Ausgangsmaterialien der Bleche nach ihren Eigenschaften zusammen und helfen so, den Überblick über die vielen Sorten von Blech zu behalten.

Wer ein Blech zuschneiden will, kann dabei auf unterschiedlichste Methoden zurückgreifen. Zu den meistgenutzten Verfahren zählen unter anderem folgende Techniken:

Beim Stanzen wird das Blech mit einer manuell oder automatisch betriebenen Presse, einer Stanzmaschine oder Stanzwerkzeug ausgestanzt und dadurch getrennt. Zum Einsatz kommt das Stanzen überwiegend bei der Produktion kleiner Bauteile aus flachen Metallbändern.

Typisch für das Trennverfahren des Nibbelns sind seine Trennfuge, der werkzeugunabhängige Schnittverlauf sowie eine freie Formgebung. Dabei sorgt die Auf- und Abbewegung eines einseitig offenen Stanzwerkzeuges für die Trennung des Blechs. Dieses Werkzeug lässt sich manuell oder elektrisch antreiben, ist jedoch nur per Handarbeit zu nutzen. Zudem ist das Nibbeln ein sehr grobes Verfahren, das zunehmend weniger zum Einsatz kommt.

Bei dieser Methode des Schneidens sorgt die Hitze eines Laserstrahls dafür, dass das Blech geteilt wird. Als sehr flexibles Werkzeug eignet sich der Laser dabei vor allem für die Bearbeitung dünner Bleche. Sind feinste Schnittfugen und höchste Qualität gefragt, so ist das Laserschneiden die gängigste Methode in der flexiblen Blechverarbeitung.

Dieses Verfahren gehört zu den Methoden des thermischen Trennens. Genutzt wird hierbei ein Plasmavolumenstrom, dessen Wärme zu einer örtlichen Materialverflüssigung führt. Die hohe kinetische Energie des Plasmavolumenstroms bläst dabei den verflüssigten Werkstoff hinaus. Eingesetzt wird das Verfahren meist für Blechdicken zwischen 10 mm und 50 mm.

Bei diesem Trennverfahren wird das Blech durch eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme örtlich auf Zündtemperatur erhitzt. Durch die Zufuhr von Sauerstoff entsteht eine Schnittfuge, an der das Blech dann geteilt wird. Sollen Metalle mit großen Materialstärken getrennt werden, so ist das Brennschneiden die gängigste Methode.

Nach dem Schneiden lässt sich das Blech mit weiteren Verarbeitungstechniken formen. Die häufigsten Verfahren sind unter anderem:

Das Abkanten oder Biegen beschreibt das Umformen von Blech. Dabei wird das Blech auf die Matrize einer sogenannten Abkantpresse gelegt. Von oben fährt dann ein Werkzeug auf das Werkstück hinunter und biegt die gewünschten Winkel in das Bauteil.

Auch das Rundwalzen ist ein häufig genutztes Verfahren des Umformens. Dabei wird das Blech meist über drei Walzen plastisch verformt, um es rund zu biegen.

Dieses Verfahren gehört ebenfalls zu den Methoden des Umformens. Hierbei wird das Blech von einem Coil abgerollt und so lange durch mehrere hintereinander gereihte Walzenpaare geleitet, bis es in die gewünschte Form gebogen ist. Genutzt wird dieses Verfahren in der Regel für längliche Profile bei hohen Stückzahlen.

Beim Umformen wird das Blech durch ein Werkzeug gezielt in die gewünschte Form gepresst. In der Regel wirken Werkzeuge durch Stanzautomaten oder Umformpressen auf das Blech ein. Da die Werkzeugkosten in der Herstellung oft erhebliche Einmalkosten verursachen, kommen die Verfahren oft bei hohen Stückzahlen zum Einsatz.

Sollen zwei oder mehr Bleche miteinander verbunden werden, sind Falzen, Nieten, Löten und Schweißen die üblichen Methoden zur Verbindung.

Wichtig für die Arbeit mit Blech ist: Jede Verarbeitung führt zu einer mechanischen Belastung oder Wärmeentwicklung. Da Blech generell leicht verformbar ist, entstehen hierbei schnell Spannungen und Unebenheiten. Für alle nachgelagerten Fertigungsprozesse in der blechverarbeitenden Industrie sind jedoch nahezu spannungsfreie und möglichst ebene Bleche von hoher Bedeutung. Zudem machen auf der einen Seite die Vielzahl der unterschiedlichen Bleche, auf der anderen Seite die verschiedensten Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren das Verhalten von Blechen während der Verarbeitung oft unberechenbar. Deswegen ist es nötig, ein Blech nach seiner Bearbeitung zu richten und zu entgraten. Welche Ebenheitstoleranzen es für die einzelnen Bleche gibt, legt die DIN EN 10029 fest.