Was ist ein Flansch aus Blech? Ein umfassender Leitfaden

Einführung

Ob bei der Herstellung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt oder von Haushaltsgeräten, Blech dominiert als Hauptmaterial in der modernen Fertigung. Aufgrund seiner Flexibilität, seiner hohen Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht und seiner Formbarkeit ist es eine absolute Notwendigkeit. Ganz zu schweigen davon, dass es seine volle Leistungsfähigkeit erst durch spezielle, den verschiedenen Teilen hinzugefügte Merkmale entfaltet. Eines der wichtigsten und zugleich einfachsten Merkmale ist der Blechflansch.

Ein Flansch scheint nur eine Biegung am Ende eines Teils zu sein, aber er ist viel mehr als das. Dieses spezifische Merkmal ist der Schlüssel zur Verbesserung der Konstruktion und Verwendung von Teilen und hilft bei der Montage. Außerdem erhöht es die Qualität der geflanschten Teile. Blechflansche sind ein wichtiger Bestandteil des Blechbearbeitungsprozesses, und es ist wichtig, dass Ingenieure, Konstrukteure, Verarbeiter und Techniker über entsprechende Kenntnisse verfügen.

In diesem Leitfaden erfahren Sie mehr über die Komponenten und Konzepte von Flanschen: ihre Arten, Werkstoffe, Konstruktions- und Herstellungsverfahren, Anwendung und vor allem optimale Methoden. Wir werden sehen, wie dieses zentrale Teil das Ergebnis von Blechprojekten beeinflusst.

Was genau ist ein Bleche Flansch?

In der Grundform ist ein Blechflansch eine Kante oder ein erhöhter Rand auf einem Blech, der sich nach außen erstreckt. Dies geschieht in der Regel durch Biegen oder Formen des Metalls in einem bestimmten Winkel, meistens 90 Grad, obwohl einige Konstruktionen auch andere Biegewinkel zulassen. Stellen Sie sich dies als eine gefaltete Lippe eines Bauteils vor. Wie jedes geometrische Merkmal ist auch die Funktion eines Blechflansches sehr vielfältig und entscheidend für die Gesamtqualität und Leistung des Endprodukts.

Die Gründe für das Anbringen eines Flansches an einem Blechstück sind vielfältig:

Verbesserte Steifigkeit und Festigkeit: In den meisten Fällen ist dies der Hauptgrund für diese Konstruktionen. Es gibt einen großen Widerstand gegen die Biegung, der entlang der Kante auftritt und mit der Biegung zunimmt. Dies führt auch zu einer Verformung entlang der Kante, die wie ein Rückgrat wirkt, nur lokal. Bei minimalem Materialeinsatz wird ein großer Gewinn an Steifigkeit und struktureller Integrität erzielt.

Anbringungs- und Montageflächen: Mit Hilfe von Flanschen werden flache Bereiche geschaffen, die meist senkrecht zum Hauptblech verlaufen. Diese sind ideal für die Befestigung anderer Bauteile, die mit dem äußeren Teil der Blechstruktur verschraubt oder vernietet werden.

Kantenbehandlung (Sicherheit und Finish): Eine geformte Kante, insbesondere ein gesäumter Flansch (auf sich selbst zurückgefaltet), bietet eine sicherere Kante als eine Schnittkante, die scharf und gefährlich ist oder zu einer abgerundeten oder verstärkten Kante gerollt werden kann.

Versiegeln von Oberflächen: Flansche können so gestaltet werden, dass sie Dichtungsflächen aufnehmen können, die für die Herstellung staub-, wasser- oder luftdichter Gehäuse, Kanäle oder Behälter sehr wichtig sind.

Standort und Ausrichtung: Flansche können auch verwendet werden, um den Zusammenbau von Bauteilen in der richtigen Position zu fixieren oder zu stoppen.

Bevor wir mit der Diskussion über Flansche fortfahren, ist es notwendig, einige Begriffe zu definieren:

Flanschfläche: Die Oberfläche des gebogenen Teils.

Linie biegen: Die geplante Linie, die auf dem Blatt eingezeichnet werden sollte, sollte die Wende einleiten.

Biegeradius (innen): Der Wert des Innendurchmessers, der die konkave Kante der Biegung definiert.

Flanschhöhe (oder Länge): Der vertikale Abstand, gemessen parallel in Richtung der konkaven Fläche der Drehung, die an den Flansch anschließt, bis zu dessen Querschnitt.

Oberfläche der Dichtung: Ein elastisches Material sorgt für dichte Ränder und die Oberfläche des Flansches wird zur Befestigungsfläche.

Bolzenlöcher: Die kreisförmigen Öffnungen in den Flanschen dienen dazu, die Bauteile miteinander zu verschrauben.

Arten von Blechflanschen

In der Blechbearbeitung gehören Flansche zu den am häufigsten verwendeten Elementen, die durch Biegen geformt werden und zur Verstärkung, Verbindung oder Befestigung dienen. Die wichtigsten Typen sind:

Winkelflansch: Eine 90-Grad-Biegung mit einer L-Form, die hauptsächlich der Steifigkeit dient und Befestigungspunkte bietet.

Erhöhter Flansch: Der Flansch befindet sich oberhalb der Hauptfläche des Blechs, die als Freiraum oder als erhöhte Basis für die Montage genutzt werden kann.

Flacher Flansch: Der Flansch befindet sich in einer flachen Ebene mit der Basisebene für eine flache Verbindung von Oberfläche zu Oberfläche oder zur Montage.

Rohrflansch: Ein kreisförmiger Flansch, der zum Verbinden von Rohren oder zum Herstellen einer Verbindung an einer Öffnung im Blech mit Hilfe von Schrauben verwendet wird.

Ohrflansch / Öse: Kleiner, ohrförmiger, aus dem Hauptkörper herausragender Teil, der zum Auffinden, Aufhängen oder einfach zur Befestigung dient.

Geflanschte Kante: Dies ist ein Verfahren, bei dem die freie Kante des Blechs gebogen wird, um es zu verstärken oder um eine Verbindungsfläche zu schaffen. Die spezifische Form kann unterschiedlich sein (z. B. einfache Biegung, Saum).

Gerillter Flansch: Verfügt über eine Nut an der Stirnseite des Flansches, die bearbeitet oder geformt werden kann, um Dichtungen wie O-Ringe zum Abdichten oder zur Positionierung mit anderen zusammenpassenden Teilen aufzunehmen.

Bohrung Flansch: Es handelt sich um den erhöhten Rand, der um ein Loch im Blech herum entsteht. Seine Hauptfunktion besteht darin, den Bereich um die Öffnung zu verstärken, damit sie nicht reißt, oder eine Fläche für ein Lager oder eine Befestigung zu bieten.

Die Art des Flansches hängt von den Anforderungen der Anwendung ab, einschließlich der erforderlichen Festigkeit, der Art der Verbindung, der Abdichtung, der Toleranz und der Art der Verbindung mit anderen Komponenten.

Gängige Materialien für Blechflansche

Die Art des Materials, das zur Herstellung eines Flansches verwendet wird, hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung, die Produktionsfreundlichkeit und die Haltbarkeit des Flansches. Dies sind die Anforderungen an die Festigkeit, das Gewicht, die Korrosion, die Biegsamkeit und die Kosten des Materials. Gängige Werkstoffe sind:

Duktilität und Streckgrenze sind einige der Materialeigenschaften, die die Konstruktionsregeln beeinflussen. Es ist wichtig zu beachten, dass weniger dehnbare Materialien größere Biegeradien erfordern. Werkstoffe mit höherer Festigkeit benötigen eine höhere Umformkraft und haben eine stärkere Rückfederung, was im Herstellungsprozess berücksichtigt werden sollte und daher mehr Kontrolle erfordert.

Wie werden Blechflansche hergestellt?

Die vorherrschende Methode zur Herstellung von Flanschen ist das Biegen, das in der Regel auf einer Abkantpresse erfolgt. Ein grundlegendes Verständnis dieses Verfahrens verdeutlicht die wichtigsten Konstruktionszwänge. Es folgt typischerweise diesen Schritten:

Design und Materialauswahl: Legen Sie die erforderlichen Abmessungen, den Winkel und die Position des Flansches fest und wählen Sie das geeignete Blechmaterial und die entsprechende Blechstärke aus.

Schneiden: Schneiden Sie die Bleche mit Methoden wie Scheren, Laserschneiden oder CNC-Stanzen/Schneiden präzise auf die erforderliche Größe zu.

Markierung/Programmierung: Markieren Sie die beabsichtigte Biegelinie genau auf dem Rohling oder programmieren Sie sie über die CNC-Steuerung, um den Biegeprozess zu steuern.

Spannen und Einrichten von Werkzeugen: Spannen Sie das Werkstück sicher in die Umformmaschine (in der Regel eine Abkantpresse) ein und installieren Sie die für das Material und die gewünschte Biegung geeigneten Stempel- und Matrizenwerkzeuge.

Biegevorgang: Mit Hilfe der Maschine wird das Metall mit dem Stempel und der Matrize gepresst, um den Flansch in den gewünschten Winkel und die gewünschte Form zu biegen.

Qualitätssicherung: Winkel, Höhe und Länge des geformten Flansches sollten gemessen und mit dem konstruierten Flansch verglichen werden, um Qualität und Standardisierung zu gewährleisten.

Endbearbeitung (nach Bedarf): Zusätzliche Arbeitsgänge, die je nach Anwendung des Teils erforderlich sein können, z. B. Entgraten zur Beseitigung scharfer Kanten oder Aufbringen einer Schutz- oder Zierschicht (Farbe, Plattierung usw.).

Andere Methoden: Obwohl die Abkantpresse die gebräuchlichste Methode ist, können Flansche auch mit den folgenden Verfahren hergestellt werden:

Stempeln: Wird in Folgeverbundwerkzeugen oder Verbundwerkzeugen verwendet, um Flansche und andere Merkmale an großvolumigen Teilen zu formen.

Walzprofilieren: Produziert lange Teile mit gleichmäßigem Querschnitt (einschließlich Flanschen), indem das Blech durch eine Reihe von Rollen geführt wird.

Dennoch ist die Abkantpresse für die überwiegende Mehrheit der diskreten Blechteile, für die Flansche benötigt werden, nach wie vor das wichtigste Arbeitsinstrument.

Wichtige Überlegungen zu Flanschdesign und Spezifikationen

Hier trifft die Designabsicht auf die Fertigungsrealität. Die sorgfältige Beachtung dieser Details ist für ein erfolgreiches Ergebnis entscheidend.

Flanschhöhe (oder Länge): Eine unzureichende Höhe ist eine häufige Ursache für Fertigungsfehler.

Leitlinien: Zu den grundlegenden Regeln gehört "Min. Höhe ≥ 1,5 x T", während eine genauere Regel für das Umformen mit Abkantpressen, die einen angemessenen Kontakt mit der Matrize gewährleistet, häufig als "Min. Höhe ≥ 4 x T + R" ausgedrückt wird (wobei T = Dicke, R = innerer Biegeradius). Je nach Geometrie der Matrize gibt es Abweichungen, aber diese Regel zeigt, dass viel mehr als nur die Dicke erforderlich ist.

Innerer Biegeradius (R): Auswirkungen auf die Umformbarkeit und die Spannungskonzentration.

Allgemeine Regel: R ≥ T ist für die meisten Stähle ein guter Ausgangspunkt, um Rissbildung an der äußeren Biegefläche zu vermeiden.

Materielle Erwägungen: Einige Materialien wie Aluminiumlegierungen und hochfeste Stähle sind weniger dehnbar und erfordern daher größere Radien (1,5T, 2T oder mehr). Konsultieren Sie die Datenblätter.

Standardisierung: Die Verarbeiter haben Standardstempelradien. Die Verwendung dieser Standardradien (z. B. 0,8 mm, 1,6 mm, 2,4 mm, 3,2 mm oder ihre zölligen Entsprechungen) ist weniger kostspielig, als wenn man Sonderradien bestellen muss. Wenn ein Teil gleichmäßige Biegungen hat, ist es leichter einzurichten.

Merkmal Nähe zu Kurven: Löcher, Schlitze und Kanten, die zu nahe an einer Biegelinie geschnitten werden, verziehen sich wahrscheinlich während der Formgebung.

Freigabe-Regel: Halten Sie einen Mindestabstand zwischen dem Rand des Merkmals und dem Tangentenpunkt des Biegeradius. Eine gängige Empfehlung ist Min Distance ≥ 3 x T + R. Einige Quellen verwenden einfachere Faktoren wie 2T oder 2,5T von der Biegelinie selbst - klären Sie, welcher Bezugspunkt verwendet wird.

Relief biegen: Lässt sich eine unmittelbare Nähe nicht vermeiden, sollten Sie Biegereliefs (kleine Kerben oder Aussparungen an den Enden der Biegelinie) vorsehen, um eine reibungslose Bewegung des Materials zu ermöglichen, ohne das Merkmal zu verändern.

Berechnungen zur Biegung (Zulage/Abzug): Bei der Entwicklung von Flachmustern ist es notwendig, die Materialdehnung während des Biegeprozesses zu berücksichtigen. Dazu gehören Faktoren wie Biegezugabe, Biegeabzug oder K-Faktor, die zur Bestimmung von Biegewinkel, Radius, Dicke und Position der neutralen Achse verwendet werden. Diese Berechnungen werden in der Regel von CAD-Systemen durchgeführt, aber die Konstrukteure sollten das Prinzip verstehen, um eine korrekte Erstellung von Flachmustern zu gewährleisten.

Toleranzen: Geben Sie realistische Toleranzen an. In der Regel beträgt die Standard-Winkeltoleranz für Abkantungen etwa +/- 1 Grad in jeder Richtung. Die Maßtoleranzen sind nicht sehr eng und können bei normaler Arbeit im Bereich von +/- 0,25 mm bis +/- 0,75 mm liegen. Die Angabe einer sehr geringen Toleranz, die für die Anwendung des Teils nicht erforderlich ist, erhöht nur die Herstellungskosten und macht den Prozess komplizierter.

Konsistenz: Es wird empfohlen, den gleichen Biegeradius und, wenn möglich, die gleiche Flanschhöhe für mehrere Flansche in einem Teilestrom zu verwenden, da dies den Werkzeugwechsel und die Programmierung reduziert.

Wenn diese Punkte bei der Konstruktion berücksichtigt werden, lassen sich Probleme bei der Herstellung und eine schlechte Qualität der Teile minimieren.

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Vielfältige Anwendungen von Blechflanschen

Die praktischen Vorteile von Flanschen führen dazu, dass sie in einem breiten Spektrum von Branchen und Produkten eingesetzt werden:

Elektronik und Schaltschränke: Unverzichtbar für die Herstellung von starren Chassis und Gehäusen. Bieten Montageflächen für Leiterplatten, Netzteile und Steckverbinder; bilden Sitzkanten für Deckel und Paneele, die oft mit Dichtungen versehen sind.

Automobilindustrie: Wird in der gesamten Fahrzeugstruktur zur Erhöhung der Steifigkeit (Karosseriebleche, Rahmen), zur Verbindung von Bauteilen (Schweiß-/Nietflächen) und zur Herstellung von Halterungen für die Montage von Motor-, Aufhängungs- und Innenteilen verwendet.

Luft- und Raumfahrt: Entscheidend für die Herstellung leichter und dennoch steifer Strukturelemente (Rippen, Holme, Halterungen) aus Aluminium- und Titanlegierungen, bei denen das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von größter Bedeutung ist.

HLK: Wird bei der Herstellung von Rohrleitungen verwendet, um Abschnitte miteinander zu verbinden, wie z. B. TDC/TDF-Flansche, die eine Abdichtung und mechanische Befestigung der Rohrleitung ermöglichen und langen Rohrleitungen zusätzliche Steifigkeit verleihen.

Geräte: Sie bieten interne Stütz- und Befestigungspunkte für Motoren und Pumpen sowie Ablagen in Waschmaschinen, Trocknern, Kühlschränken, Backöfen usw. und glätten Kanten an Außengehäusen.

Bauwesen und Architektur: Wird für strukturelle Verbindungen, Befestigungselemente für Fassaden und Dächer, kundenspezifische Halterungen und andere architektonische Metallarbeiten verwendet.

Industrielle Maschinen: Für Maschinenschutzvorrichtungen, Steifigkeit, Sicherheitsleisten, Geräterahmen, Montageplatten für Motoren und Sensoren sowie Schalttafelgehäuse.

Mit anderen Worten: Überall dort, wo Bleche verstärkt, verbunden, befestigt oder sicher angefast werden müssen, ist der Flansch die ideale Lösung.

Allgemeine Probleme und bewährte Praktiken für Blechflansche

Um Flansche erfolgreich zu konstruieren und herzustellen, müssen gängige Probleme vorausgesehen und vermieden werden.

Gemeinsame Probleme:

Biegebruch: Versagen der Außenfläche aufgrund eines zu kleinen Radius für das Material oder Biegung parallel zu einer ungünstigen Faserrichtung.

Merkmal Verzerrung: Löcher/Schlitze in der Nähe der Biegezone verziehen sich, weil nicht genügend Abstand zum Biegebereich vorhanden ist.

Unfähigkeit zu formen: Die Flanschhöhe liegt unter dem für einen stabilen Stempelkontakt erforderlichen Minimum.

Ungenauigkeit des Winkels: Der endgültige Winkel weicht aufgrund unkompensierter Rückfederung oder inkonsistenter Materialeigenschaften von der Spezifikation ab.

Werkzeugmarkierungen: Unerwünschte Linien oder Vertiefungen auf der Oberfläche des Werkstücks, die durch den Kontakt mit dem Werkzeug, durch den vom Werkzeug ausgeübten Druck oder durch Fremdkörper entstehen.

Flange Waviness/Bow: Fehlende Ebenheit entlang der Flanschkante, insbesondere bei langen, dünnen Flanschen.

Bewährte Praktiken:

Mindesthöhenstandards: Halten Sie sich immer an die Faustregeln (4T + R für Abkantpresse) und erkundigen Sie sich bei Ihrem Verarbeiter nach Konstruktionen, die nahe an den Mindestanforderungen liegen.

Geeignete Biegeradien auswählen: Setzen Sie R ≥ T als Minimum fest und erhöhen Sie R für nicht-duktile Materialien; ansonsten verwenden Sie die Standard-Biegeradien des Herstellers.

Stellen Sie den Freiraum für Merkmale sicher: Halten Sie einen Abstand von mindestens ≥3T + R oder einen ähnlichen Abstand ein oder verwenden Sie Knickschutztüllen.

Hinweis Material & Maserung: Die Verformbarkeit des Materials sollte ebenfalls berücksichtigt werden. Geben Sie an, ob die Biegeausrichtung in Bezug auf die Maserung wichtig ist.

Legen Sie klare Zeichnungen vor: Alle Abmessungen, Winkel, Radien, Toleranzen, Materialarten und -dicken sollten deutlich angegeben werden.

Standardisierung beibehalten: Die Radien und Flansche sollten so weit wie möglich genormt sein, um den Herstellungsprozess zu erleichtern.

DFM (Design for Manufacturability): Beraten Sie sich so früh wie möglich mit Ihrem Blechverarbeiter. Dies kann ihm helfen, Probleme zu erkennen und den Entwurf an seine Prozesse anzupassen, was Zeit und Geld spart und die Qualität erhöht.

Durch diese Praktiken wird die Orientierung von der Problemlösung auf den Entwurf von Lösungen verlagert, was zu zuverlässigeren und kostengünstigeren Lösungen führt.

Schlussfolgerung

Der Blechflansch ist eine der grundlegenden Komponenten der Konstruktion, aber er ist keineswegs einfach. Er ist ein grundlegendes Bauteil, das Halt bietet, Verbindungen ermöglicht und eine breite Palette von Produkten im Herstellungsprozess formt. Von der grundlegenden Definition von Flanschen bis hin zu den feineren Details von Werkstoffen, Herstellungsverfahren und Konstruktionsparametern ist es unmöglich, Blechteile zu konstruieren, ohne ein gutes Verständnis von Flanschen zu haben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von Blechflanschen von der Konstruktion, den Materialeigenschaften und dem Wissen über den Herstellungsprozess abhängt. So können Ingenieure und Konstrukteure diese einfache, aber effektive Funktion weiterhin nutzen, um neue, effiziente und hochwertige Blechprodukte zu entwickeln.