Blechboxenfertigung: Vollständiger Konstruktions- und Prozessleitfaden

Herstellung von Blechboxen

Die Herstellung von Blechkästen ist der Prozess der Formgebung von Teilen, einschließlich Blechkästen, aus einem Metallblech durch Stanzen, Schneiden, Prägen und Biegen. 3D-CAD-Dateien werden in Maschinencode umgewandelt, der eine Maschine steuert, um die Bleche präzise zu schneiden und zum Endprodukt zu formen. 

Blechteile sind für ihre Langlebigkeit bekannt. Teile für die Serienfertigung sind trotz höherer Rüst- und Materialkosten wirtschaftlich, während Prototypen in Kleinserie höhere Stückkosten aufweisen können. Da die Teile aus einem einzigen Blech gefertigt werden, muss die Konstruktion eine gleichmäßige Dicke gewährleisten. 

Einführung in die Blechkastenfertigung

Von der Automobilindustrie über die Luft- und Raumfahrt bis hin zur Elektronik und Architektur sind die Einsatzmöglichkeiten von Blechgehäusen, kundenspezifischen Metallgehäusen und Blechummantelungen vielfältig und prägen Branchen weltweit. 

Es bietet Flexibilität, Präzision und Kosteneffizienz für eine breite Palette von Bauteilen und Produkten. Es ermöglicht die Fertigung komplexer Formen, Geometrien und kundenspezifischer Designs und ist damit unverzichtbar für die Herstellung von Produkten – von Automobilkarosserien bis hin zu Medizingeräten. Mit CNC-Maschinen lassen sich Toleranzen bis zu ±0.1 mm erreichen. 

Anwendungsbereiche von Blechkästen und -gehäusen

Blechkästen und -gehäuse dienen in vielen Branchen als Schutzgehäuse, die Bauteile vor Umwelteinflüssen wie Staub und Feuchtigkeit schützen. Ihre Konstruktion kann eine Belüftung beinhalten, was insbesondere für wärmeerzeugende Geräte von Vorteil ist. 

Elektronik und Telekommunikation

Präzisionslasergeschnittene Bauteile

Herstellung von Blechboxen Die Konstruktion verhindert Kurzschlüsse durch Staub oder Feuchtigkeit. Ein geeignetes Gehäuse gewährleistet den reibungslosen Betrieb der Elektronik.

• Anschlussdosen.
• Serverschränke mit Schienen und Lüftungsöffnungen.
• EMI-Dichtungen zur Verhinderung von Signalstörungen.

Industrie und Fertigung

Gehäuseplatten

Die Gehäuse widerstehen chemischer Einwirkung und mechanischer Belastung unter rauen Betriebsbedingungen.

• Verstärkte Schaltschränke.
• Sensorgehäuse mit Einsätzen.

Automobil und Luft- und Raumfahrt

Gehäuse schützen elektrische Systeme in Fahrzeugen. 

• Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen.
• Flugzeugboxen.
• Motorraumverkleidungen.

Medizinisch und Pharmazeutisch

Montiertes Metallgehäuse

Sie stellen sicher, dass die Geräte in kritischen Situationen ordnungsgemäß funktionieren.

• Diagnoseausrüstung.
• Behälter für chirurgische Instrumente.

Erneuerbare Energien und Outdoor

Wetterfeste Gehäuse verwenden abgedichtete, korrosionsbeständige Materialien

• Solarwechselrichterkästen.
• Steuerkästen für Windkraftanlagen.
• Polycarbonatfenster.

Die Wahl des richtigen Materials für Ihr Metallgehäuse

Die Wahl des Materials ist von großer Bedeutung. Verschiedene Materialien bieten unterschiedliche Vorteile. Die Materialauswahl beeinflusst die Leistung des jeweiligen Gehäuses. 

Edelstahlgehäuse

Edelstahl-WIG-geschweißte Ecknaht

Edelstahl, beispielsweise der Sorten 304 und 316, bietet eine Zugfestigkeit von 515–620 MPa. Dadurch ist eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit gewährleistet. Dieses Material eignet sich für die Konstruktion von Blechgehäusen und Blechgehäuse Für Anwendungen mit hohen Belastungen konzipiert. Die Güteklasse 316 bietet Beständigkeit gegenüber chloridhaltigen Umgebungen. Einsatzgebiete sind unter anderem die Schifffahrt und die chemische Industrie. Die Kosten sind bei Verwendung von Edelstahl höher, jedoch benötigt dieses Material keine zweite Beschichtung, wodurch sich die Montagezeit um 20–30 % reduziert.

Gehäuse aus Kohlenstoffstahl

Präzisions-Abkantbiegen

Eine weitere gängige Wahl ist Stahl. Kohlenstoffstahl, wie beispielsweise A36, erreicht eine Zugfestigkeit von bis zu 400 MPa. Er ist robust, langlebig und für raue Umgebungen geeignet. Da Stahl rosten kann, muss er beschichtet werden, wenn er nicht ordnungsgemäß behandelt ist. Er eignet sich für den Innenbereich. Herstellung von StahlblechenEs handelt sich um industrielle Blechgehäuse und eine wirtschaftliche Option für Anwender, da es etwas weniger kostet als Edelstahl.

Gehäuse aus verzinktem Stahl

Fertige Verteilerkästen

Hierbei handelt es sich um verzinkten und geglühten Stahl. Durch das Glühen wird die Zinkdiffusion in das Substrat sichergestellt. Dadurch wird ein Abblättern der Beschichtung beim Umformen oder Biegen verhindert. Für den Einsatz in feuchter Umgebung ist Galvanneal die beste Wahl. Je nach Beschichtung ist es zudem korrosionsbeständig.

Die Beschichtung erhöht das Gewicht nur sehr geringfügig (0.1-0.5 %) und lässt sich gut biegen, ohne dass die Zinkschicht bricht. Unter extremen Druck- und Winkelbedingungen kann sich die Schicht jedoch ablösen. Ideal für Außengehäuse wie z. B. Verteilerkästen, kostet jedoch 10-20 % mehr als einfacher Kohlenstoffstahl; dennoch verlängert es die Lebensdauer auf 20-30 Jahre in gemäßigten Umgebungen.

Aluminiumgehäuse

Metallgehäuse

Dieses Metall ist leicht und korrosionsbeständig. Unter bestimmten Bedingungen weist es eine deutlich geringere Steifigkeit als Stahl auf. Es gibt verschiedene Aluminiumsorten. Für Blechgehäuse werden jedoch hauptsächlich zwei Aluminiumlegierungen verwendet: 5052 und 6061.

Aluminium 5052 ist extrem biegsam. Es lässt sich zudem gut bearbeiten und schweißen und eignet sich daher ideal für Blechgehäuse. Aluminium 6061 hingegen ist deutlich rissanfälliger als sein Vergleichsmaterial. Allerdings lässt es sich ebenfalls gut bearbeiten.

Die leichten und korrosionsbeständigen Eigenschaften von Aluminium machen es ideal für Blechgehäuse, Sonderanfertigungen und Gehäuse. In manchen Fällen ist eine Anodisierung der Aluminiumteile für eine dauerhafte und schützende Beschichtung erforderlich. Eine Chromatierung kann ebenfalls optimal für Bauteile sein, die elektrischen Kontakt benötigen.

Konstruktionsüberlegungen für Blechgehäuse

Stanzvorgang mit Revolver

Die Konstruktion von Gehäusen aus Blech erfordert mehr als nur Ästhetik; sie bedarf eines tiefen Verständnisses der Materialeigenschaften. Richtlinien für die Blechkonstruktion, Fertigungsprozessen und Endanwendungsanforderungen. Hier sind einige wichtige Tipps, die Ihnen helfen, Ihre Konstruktionen hinsichtlich Leistung und Produktionseffizienz zu optimieren:

1. Beschreiben Sie die funktionalen Anforderungen: Ermitteln Sie die erforderlichen Abmessungen und analysieren Sie die Positionierung der internen Komponenten, wie z. B. Höhe und Größe der Bauteile sowie die Positionen der Anschlüsse. Zu den funktionalen Anforderungen gehört auch die Berechnung des Innenvolumens mit einer Sicherheitsmarge von 10–20 %. 
2. Form und Abmessungen auswählen: Die Wahl der richtigen Gehäuseform ist ein weiterer entscheidender Tipp für die Konstruktion von Blechgehäusen. Indem Sie bewährte Konstruktionsrichtlinien befolgen, können Sie häufige Fehler bei der Konstruktion von Blechkästen und -gehäusen vermeiden.
3. Materialeigenschaften berücksichtigen: Die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit Ihres Blechgehäuses hängen maßgeblich vom gewählten Material ab. Kaltgewalztes Stahlblech, verzinktes BlechAluminium und Edelstahl sind gängige Werkstoffe für die Herstellung von Blechboxen.
4. Formgebende Elemente einschließen: Um das Flächenträgheitsmoment um 20–30 % zu erhöhen, sollten steife Säume oder Flansche mit einer umlaufenden Breite von 5–10 mm gefertigt werden. Um Verformungen zu vermeiden, sollten Bohrungen mindestens im doppelten Durchmesser des Biegeradius angebracht und Senkbohrungen für bündige Befestigungselemente verwendet werden.
5. Plan für Wärme- und Lüftungsmanagement:  Integrieren Sie Lüftungsschlitze oder Belüftungsöffnungen an strategischen Stellen, um die natürliche Luftzirkulation zu fördern. Ordnen Sie diese so an, dass eine optimale Querlüftung gewährleistet ist, ohne die Schutzeigenschaften oder die Stabilität des Gehäuses zu beeinträchtigen. Verwenden Sie perforierte Metallbleche in Bereichen, die zusätzlichen Luftstrom benötigen. Dies schützt die Innenteile vor äußeren Einflüssen und Beschädigungen und ermöglicht gleichzeitig eine freie Luftzirkulation. Zusätzlich zur passiven Kühlung können Sie Lüfter oder Kühlgeräte einsetzen, insbesondere in dicht verschlossenen Gehäusen oder solchen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Diese Geräte müssen so konstruiert sein, dass sie den Zugang oder den Luftstrom nicht behindern. Die Lüftungsschlitze sollten 10–20 % der Oberfläche bedecken und im Abstand von 15 mm angeordnet sein, um die Wärmeübertragung um 50 % zu steigern.
6. Zugänglichkeit und Montage sicherstellen: Durch die Berücksichtigung der Zugänglichkeit wird sichergestellt, dass Bauteile leicht erreichbar, entnehmbar oder austauschbar sind, ohne das gesamte Gehäuse demontieren zu müssen. Vierteldrehverschlüsse erleichtern die Wartung, und um 180° schwenkbare Flügeltüren gewährleisten optimale Zugänglichkeit und einfache Montage. 
7. Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheit: Für Außenmaße ist eine Toleranz von ±0.5 mm und für Bohrungen von ±0.2 mm zu berücksichtigen. Zur Vermeidung von Rissen sollten Oberflächenbehandlungen gewählt werden, die mit Schweißnähten kompatibel sind, z. B. eine Pulverbeschichtung (50–100 µm dick) für 1000 Stunden Salzsprühnebelbeständigkeit.
8. Biegungen statt Schweißnähte verwenden: Anstatt ausschließlich auf Schweißnähte zu setzen, sollten Sie Biegungen in die Konstruktion Ihres Blechgehäuses einbeziehen. Biegungen verleihen dem Gehäuse ein schlankeres, saubereres Aussehen und erhöhen gleichzeitig seine Stabilität. Darüber hinaus entfällt der Bedarf an zusätzlichem Material und Arbeitsaufwand beim Schweißen, das bei unsachgemäßer Ausführung Schwachstellen und Roststellen verursachen kann.

Standardisierte vs. kundenspezifische Blechboxen

Maßgefertigte Blechboxen und die individuelle Anfertigung von Metallboxen sind aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile anderen Lösungen überlegen. Präzision ist einer dieser Vorteile. Anwender können die Raumausnutzung optimieren und durch die Anpassung von Abmessungen und Merkmalen der Box eine perfekte Passform für ihren jeweiligen Zweck gewährleisten. Die Langlebigkeit des Blechs garantiert zudem die langfristige Stabilität und schützt so teure Maschinen oder Bauteile. Darüber hinaus kann durch verschiedene Oberflächenbehandlungstechniken die Optik der maßgefertigten Boxen verbessert werden, wodurch das fertige Produkt ein hochwertiges und ansprechendes Aussehen erhält.

Für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt ermöglicht dies die Integration von Merkmalen wie Hybridwerkstoffen oder kundenspezifischen Zuschnitten (Toleranzen ±0.1 mm), wodurch die Designflexibilität um 70 % erhöht wird. Aufgrund der Einrichtung für Einzelstückfertigung können die Lieferzeiten drei bis sechs Wochen betragen, und die Stückkosten sind zwei- bis dreimal höher.

Fertigungsprozesse für Blechkästen

Blechfertigung Die Herstellung von Blechgehäusen umfasst mehrere wichtige Schritte, vom ersten Konzept bis zum fertigen Produkt. Das Verständnis jeder einzelnen Phase trägt dazu bei, dass das fertige Gehäuse alle technischen Spezifikationen und Qualitätsstandards erfüllt. Die Auswahl der Verfahren muss auf Basis von Volumen, Material und Toleranzen bis zu ±0.05 mm erfolgen.

Schneidprozesse

Die Bleche werden zunächst mit Schnittfugen von 0.2–0.5 mm auf die gewünschte Größe zugeschnitten, um Überschussmaterial zu entfernen. Überschüssiges Material muss ebenfalls mit Schnittfugen von 0.2–0.5 mm abgetragen werden. Beim Laserschneiden werden die Kanten mithilfe von Glasfasern verdampft, wodurch die Wärmeeinflusszone minimiert wird. Wasserstrahlschneiden eignet sich ideal für Aluminium, um thermischen Verzug zu vermeiden. Scheren ist eine kostengünstige Methode für die Massenproduktion. Stahlmetallboxenherstellung.

Laserschneiden

Laserschneiden ist ein hochpräzises und effizientes Verfahren zum Schneiden von Blechen. Dabei wird ein konzentrierter Lichtstrahl verwendet, um das Material zu schmelzen, zu verbrennen oder zu verdampfen. Hier sind einige wichtige Vorteile und Überlegungen:

• Präzision und Sauberkeit
• Schnelligkeit
• Materialkompatibilität
• Wärmeeinflusszone (HAZ)

Wasserstrahlschneideng

Beim Wasserstrahlschneiden wird ein Hochdruckwasserstrahl, oft mit einem abrasiven Material versetzt, zum Schneiden von Materialien verwendet. Dieses Verfahren bietet verschiedene Vorteile und eignet sich für verschiedene Bedingungen:

• Keine Wärmeeinflusszone
• Vielseitigkeit
• Präzision
• Vorteile für Umwelt und Sicherheit

Plasmaschneiden

Plasmaschneiden ist eine weitere effektive Methode zum Durchtrennen von Blechen. Dabei wird ein Strahl aus ionisiertem Gas verwendet, der auf extrem hohe Temperaturen erhitzt wird. Dieses Verfahren eignet sich für dickere Bleche und bietet folgende Vorteile:

• Wirkungsgrad
• Vielseitigkeit
• Kosteneffizienz
• Überlegungen

Biegen und Formen

Um Risse zu vermeiden und Winkel vorherzusagen, Berechnung der BlechbiegungBeim Luftbiegen auf CNC-Abkantpressen werden Kräfte von 50 bis 500 Tonnen bei Winkeln von 0 bis 180° und Radien von 1 bis 2 mal der Dicke (z. B. 2 mm bei 1 mm Stahl) angewendet.

Durch das vollständige Schließen der V-Matrize wird die Rückfederungskompensation erhöht und engere Toleranzen (±1°) gewährleistet. Die Biegefähigkeit von Metallen hängt von ihrer Dicke ab. Bei dickeren Metallen sind unter Umständen mehr Kraft und Spezialwerkzeug erforderlich. Jedes Metall hat einen optimalen minimalen Biegeradius.

Dies erklärt die Tatsache, dass Metall nach dem Biegen ein Stück weit in seine ursprüngliche Form zurückspringt. Arten von Kerben in BlechenKerben wie V-Kerben, Entlastungskerben und Lanzenkerben können beim Biegen helfen, indem sie die Materialstärke verringern und so das Biegen erleichtern. 

Schweißen und Fügen

Durch Wärmeeinbringung von 0.5-2 kJ/mm zur Reduzierung von Verformungen erzielt das WIG-Schweißen eine 99%ige Durchdringung bei Edelstahl bis zu einer Dicke von 4 mm. Verschiedene Metalle können mit Klebstoffen wie Epoxidharz verbunden werden, die die Lasten auf eine Fläche von 50–100 mm² verteilen und so für Vibrationsfestigkeit sorgen.

Montage und Fertigstellung

Bei 50–150 µm dicken Folien mit Bleistifthärte 5H erfolgt die Oberflächenveredelung durch elektrostatisch aufgesprühte Pulverbeschichtung, die bei 180–200 °C ausgehärtet wird. Folgende Oberflächenoptionen stehen zur Verfügung:

• Pulverbeschichtung
• Eloxieren (für Aluminium)
• Wie bearbeitet
• Galvanisieren
• Vernickelt

Kundenspezifische Blechherstellung

Boda Boda verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung in der Blechgehäusefertigung. Profitieren Sie von präzisen Toleranzen, kleinen Biegewinkeln und optimalen Designrichtlinien für Blechkonstruktionen durch die Zusammenarbeit mit Boda und deren Dienstleistungen in den Bereichen Blechgehäusefertigung und Prototypenbau. 

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Fazit

Für die Herstellung zuverlässiger, kundenspezifischer Blechboxen vereint die Blechboxenfertigung Materialwissenschaft und präzises Design. Die Wahl der richtigen Materialien und Verfahren maximiert die Leistung bei gleichzeitiger Kostenkontrolle. Die Einhaltung der Richtlinien garantiert langlebige und effektive Ergebnisse für vielfältige Anwendungen.