Kapitel Eins: Was ist ein Stanzwerkzeug für Metall?

Das Stanzen von Metall ist ein Kaltumformverfahren, das mit einem Metallstreifen, dem sogenannten Rohling oder Werkzeugstahl, beginnt. Mithilfe eines oder mehrerer Stanzwerkzeuge wird das Metall geschnitten und geformt, um die gewünschte Blech- oder Profilform zu erzielen. Die auf den Rohling wirkende Kraft verändert seine Geometrie und erzeugt Spannungen, die das Werkstück für das Biegen oder Umformen in komplexe Formen geeignet machen. Stanzteile, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, können je nach Anwendung sehr unterschiedliche Größen aufweisen, von extrem klein bis extrem groß.

Das Stanzen von Metall, auch Pressen genannt, umfasst verschiedene Techniken wie Lochen, Ausstanzen, Lochen, Prägen und weitere Bearbeitungsschritte. Präzision im Design ist unerlässlich, um die optimale Qualität jedes Stanzteils zu gewährleisten.

Stanzwerkzeuge sind Spezialwerkzeuge, die speziell für die Herstellung bestimmter Designs entwickelt wurden – von einfachen Alltagsgegenständen bis hin zu komplexen Computerkomponenten. Sie können für Einzelfunktionen oder als Teil einer sequenziellen, mehrstufigen Funktionskette konstruiert werden. Es gibt vier Arten von Stanzwerkzeugen: Einzelstempelwerkzeuge, Folgeverbundwerkzeuge, Kombinationswerkzeuge und Transferwerkzeuge.

Bei der Konstruktion eines Stanzwerkzeugs sollten Sie die folgenden Stahlsorten und Materialien beachten:

Wenn das Stanzmaterial eine hohe Härte aufweist, wie beispielsweise Edelstahl, muss für das Stanzwerkzeug ein Stahl mit guter Verschleißfestigkeit, wie beispielsweise Cr12MoV, verwendet werden.

1.2 Für weiche Materialien, Bei Materialien wie Aluminium sind die Anforderungen an die Verschleißfestigkeit der Stanzwerkzeuge etwas geringer, jedoch sollte die Klebrigkeit des Materials berücksichtigt werden, um ein Anhaften an den Werkzeugen zu vermeiden. Es empfiehlt sich, einen Werkzeugstahl mit guten Antihafteigenschaften zu wählen.

Bei Werkzeugen, die während des Betriebs hohen Stoßbelastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise Stanzwerkzeuge für große Automobilabdeckungen, muss das Material eine hohe Zähigkeit aufweisen; hierfür eignen sich Stähle wie SKD11.

Wenn im Arbeitsbereich der Form Korrosionsrisiken bestehen, z. B. bei Arbeiten in einer feuchten Umgebung, sollten Sie einen Formstahl mit Korrosionsbeständigkeit, z. B. Edelstahl, wählen.

Bei kleinen Losgrößen können die Leistungsanforderungen an das Werkzeugmaterial entsprechend reduziert werden, und es können preisgünstigere Werkstoffe wie z. B. Stahl 45 ausgewählt werden. Durch eine geeignete Wärmebehandlung kann die Leistung verbessert werden.

Für große Serien empfiehlt sich Werkzeugstahl mit hoher Leistungsfähigkeit, hoher Verschleißfestigkeit und langer Lebensdauer. Für Stanzwerkzeuge in der Massenproduktion eignen sich beispielsweise Hartmetalle.

Hochpräzisionsformen erfordern eine geringe Materialverformung, wie beispielsweise CrWMn-Stahl, der eine geringe Abschreckverformung aufweist und sich für die Herstellung von hochpräzisen Stanzformen eignet.

Unter der Voraussetzung, dass die Leistungsanforderungen erfüllt werden, werden der Preis des Formstahls, die Verarbeitungskosten usw. umfassend berücksichtigt. Beispielsweise weisen einige neue Formstähle zwar gute Eigenschaften auf, sind aber teuer; Kosten und Nutzen müssen daher sorgfältig abgewogen werden.

Ein einzelner Stempel besteht aus einer konkaven Form und einem Stempel oder aus mehreren konkaven Formen und mehreren Stempeln. Jeder Stempel dient nur einmal zum Stanzen eines Lochs oder einer bestimmten Form, da seine Struktur und Funktion für einen spezifischen Prozess festgelegt sind. Er ist für die Metallverarbeitung geeignet und kann nicht für andere Verfahren eingesetzt werden. Typischerweise wird er für die Klein- und Mittelserienfertigung verwendet, insbesondere wenn die Stanzposition oder -form häufig geändert werden muss. Er lässt sich während des Produktionsprozesses flexibel anpassen und austauschen, und die Kosten für einen einzelnen Stempel sind gering. Er eignet sich für die Herstellung kleiner Serien von Metallstanzteilen mit relativ einfachen Prozessen.

Zuerst wird die zu stanzende Metallplatte in den Arbeitsbereich des Stempels gelegt. Das Werkstück wird häufig eingespannt, um während des Stanzvorgangs Stabilität zu gewährleisten. Der Stempel des Stempels senkt sich ab und übt eine Schlagkraft auf das Werkstück aus. Dadurch wird das gewünschte Loch oder die gewünschte Form erzeugt. Nach dem Aufprall wird der Stempel vom Werkstück abgehoben, um für den nächsten Stanzvorgang bereit zu sein. Anschließend wird das Werkstück manuell entnommen und der Vorgang wiederholt.

2.1 Schnellere Produktion – Mehrere Schnitte können mit mehreren Stanzformen durchgeführt werden.

2.2 Positionierung des Rohlings – Das Einlegen und Umpositionieren des Rohlings ist einfach. Er lässt sich mit geringem Aufwand drehen, wenden und verschieben.

2.3 Komplexe Geometrien – Erzeugt komplexe Geometrien ohne die Notwendigkeit spezieller Berechnungen oder Anpassungen.

2.4 Handhabung der Werkzeuge – Die Werkzeuge sind leichter und kostengünstiger in der Handhabung.

2.5 Werkzeuge – Die Werkzeuge sind kleiner und leichter zugänglich.

Das Folgeverbundwerkzeug, auch als kontinuierliches Werkzeug oder Formwerkzeug bezeichnet, ist ein Kaltumformwerkzeug, das streifenförmige Rohmaterialien in einem einzigen Stanzhub verarbeitet. Mehrere Stationen ermöglichen die gleichzeitige Durchführung mehrerer Stanzvorgänge an einem Werkzeugsatz. Jeder Stanzvorgang wird im Werkzeug abgeschlossen. Das Materialband bewegt sich dabei mit einer festen Distanz, und die Stanzteile werden schrittweise im kontinuierlichen Werkzeug geformt. Die kontinuierliche Umformung ist ein Verfahren mit konzentrierten Prozessen und ermöglicht das einfache Beschneiden, Einschneiden, Nuten, Stanzen, Umformen und Ausklinken. Dieser Prozess wird in einem Werkzeug durchgeführt.

Das Folgeverbundwerkzeug kann mehrere Bearbeitungsschritte in einem Durchgang durchführen. Der typische Arbeitsablauf eines Folgeverbundwerkzeugs ist wie folgt:

(1) Die Metallplatte oder das Metallband wird in Form einer Spule in das Folgeverbundwerkzeug eingeführt. Das Zuführsystem führt das Metallmaterial, um dessen präzise Positionierung in der Form zu gewährleisten.

(2) Das System führt den Metallstreifen in die Form, das Klemmsystem sorgt dafür, dass der Metallstreifen während des gesamten Stanzvorgangs stabil bleibt, und das Führungssystem sorgt dafür, dass der Metallstreifen genau positioniert wird.

(3) Erster Stanzvorgang: Im ersten Stanzvorgang des Folgeverbundwerkzeugs durchläuft der Metallstreifen den ersten Stempel und die erste Matrize, um den ersten Stanzvorgang abzuschließen, der beispielsweise Stanzen, Schneiden oder Formgebung sein kann.

(4) Das Metallband führt das Werkstück, das den ersten Bearbeitungsschritt abgeschlossen hat, durch das bewegliche System zum Ort des nächsten Bearbeitungsschritts.

(5) Zweiter Stanzvorgang: Im zweiten Stanzvorgang durchläuft der Metallstreifen erneut einen Satz Stempel und Matrizen, um den zweiten Stanzvorgang abzuschließen. Dieser Vorgang wird im gesamten Werkzeug wiederholt, wobei jeder Arbeitsgang an einem durchgehenden Metallstreifen durchgeführt wird.

(6) Fahren Sie fort, bis das Werkstück alle vorgesehenen Prozesse durchlaufen hat.

(7) Entnahme: Nach Abschluss aller Arbeitsschritte wird das Werkstück aus der Form entnommen, um mit dem nächsten Arbeitsgang, wie z. B. der Montage oder der Weiterverarbeitung, fortzufahren.

3.1 Folgeverbundwerkzeuge eignen sich ideal zur Herstellung einfacher bis mittelschwerer Teile mit sich wiederholenden Formen und einheitlichen Merkmalen.

3.2 Sie sind hocheffizient für die kontinuierliche Materialzufuhr und erfordern nur minimale Eingriffe des Bedieners.

3.3 Folgeverbundwerkzeuge eignen sich gut für lange Produktionsläufe mit einem einheitlichen Teiledesign.

3.4 Jede Station im Werkzeug ist für die Durchführung einer bestimmten Operation zuständig, wie z. B. Schneiden, Biegen, Stanzen oder Umformen, während der Streifen transportiert wird.

Das Kombinationswerkzeug ist ein Stanzwerkzeug, das die Bearbeitung des Innenlochs und die Formgebung des Außenlochs gleichzeitig an derselben Station durchführt (es kann mehrere Stanzvorgänge in einem Hub ausführen). Mehrere Bearbeitungsschritte, wie das Stanzen mehrerer Löcher oder das Formen von Oberflächen, können in einem Stanzvorgang abgeschlossen werden. Die Mehrprozesskonstruktion vereint in gewissem Maße die Vorteile von Einzelstempelwerkzeugen und Folgeverbundwerkzeugen.

Kombinationswerkzeuge finden in vielen Stanzverfahren Anwendung. Wenn ein Stanzteil mehrere Merkmale aufweisen soll und diese Bearbeitungsschritte unabhängig voneinander durchgeführt werden können, kommt ein Kombinationswerkzeug zum Einsatz. Kombinationswerkzeuge ermöglichen die Stanzung mehrerer Merkmale mit jedem Presshub. Darüber hinaus gewährleisten sie eine hervorragende Bauteilplanheit.

4.1 Effizienz - Verbundwerkzeuge schneiden komplizierte Teile in einem einzigen Arbeitsgang, wodurch die Notwendigkeit mehrerer Werkzeuge entfällt.

4.2 Kosteneffizienz - Durch das Stanzverfahren mit Verbundwerkzeugen werden Teile schnell hergestellt, was Zeit und Geld spart.

4.3 Geschwindigkeit – Durch das Stanzverfahren mit Verbundwerkzeugen werden Teile in Sekundenschnelle hergestellt und können über 1000 Teile pro Stunde produziert werden.

4.4 Wiederholgenauigkeit - Durch die Verwendung eines einzigen Werkzeugs beim Stanzverfahren mit zusammengesetzten Werkzeugen wird sichergestellt, dass jedes Teil die gleichen Abmessungen und die gleiche Konfiguration aufweist.

Die Rohmaterialien werden mithilfe automatischer oder manueller Vorrichtungen in die vorgesehene Position gebracht. Beim Absenken des oberen Formteils durch den Pressenschieber berühren Formteil, Entlader und Stempel im oberen Formteil zunächst das Material und setzen es unter Druck. Anschließend wirken die Außenkanten des Stempels und die konkave Formwand aufeinander ein und erzeugen so Erhebungen und Vertiefungen. Gleichzeitig wird die Innenbohrung der Form ausgestanzt, um das Werkstück vom Material zu trennen.

Die Rohmaterialien werden direkt nach dem Stanzen durch die Verbundform geformt.

Das Transferstanzen ähnelt dem Folgeverbundstanzen, jedoch werden die Teile mithilfe eines mechanischen Transfersystems von einer Station zur nächsten transportiert. Es kommt hauptsächlich dann zum Einsatz, wenn die Teile vom Band getrennt werden müssen, um weitere Bearbeitungsschritte im freien Zustand durchführen zu können. Das Transferwerkzeug kann ein einzelnes Werkzeug oder mehrere Werkzeuge bzw. Maschinen sein, die in einer Reihe angeordnet sind und eine Produktionslinie bilden. Typischerweise wird es zur Herstellung komplexerer Teile verwendet, wobei jede Arbeitsstation unterschiedliche Bearbeitungsschritte wie Stanzen, Biegen, Strecken usw. durchführen kann.

5.1 Transferwerkzeuge eignen sich für komplexe Teile, die mehrere Arbeitsgänge und eine präzise Positionierung erfordern.

5.2 Sie sind in der Lage, komplexe Teile mit engen Toleranzen herzustellen.

5.3 Transferwerkzeuge werden aufgrund ihrer Effizienz und Automatisierungsmöglichkeiten häufig in der Serienfertigung eingesetzt.

5.4 Das Werkstück durchläuft verschiedene Stationen, wobei jede Station Bearbeitungsvorgänge wie Schneiden, Biegen, Stanzen oder Prägen durchführt.

Beim Transferstanzen wird das Werkstück mithilfe einer Übertragungsvorrichtung transportiert. Nach dem Stanzen an jeder Station wird das Werkstück mechanisch oder manuell zur nächsten Station für den Stanzvorgang befördert. Transferstanzsysteme können aus mehreren einzelnen Stanzwerkzeugen oder einer Werkzeugreihe bestehen.

Im Allgemeinen werden Stahl, Aluminium, Kupfer, Edelstahl und Messing als Rohmaterialien für Stanzarbeiten verwendet.

6.1 Die Einzelstempelmatrize ist einfach und flexibel, aber die Geschwindigkeit ist gering.

6.2 Mit dem Folgeverbundstanzverfahren lassen sich Teile mit komplexen Geometrien schnell, kostengünstig und mit hoher Wiederholgenauigkeit herstellen.

6.3 Das Stanzverfahren mit zusammengesetzten Werkzeugen erfolgt in einem einzigen Arbeitsgang und eignet sich daher für Teile mit relativ einfacher Struktur.

6.4 Die Transferdüse eignet sich für Situationen, in denen mehrere Prozesse innerhalb eines Hubs abgeschlossen werden müssen.

Wartung

Entfernen Sie Metallspäne, Ablagerungen und Schmierstoffreste nach jedem Gebrauch oder in regelmäßigen Abständen vom Werkzeug. Verwenden Sie Bürsten, Druckluft oder Reinigungsmittel (geeignet für das Werkzeugmaterial), um die Werkzeugoberfläche sauber zu halten. Bei der Massenproduktion von Automobilteilen kann beispielsweise eine tägliche Reinigung des Werkzeugs erforderlich sein.

Um die Reibung zwischen den beweglichen Teilen des Werkzeugs zu verringern, sollte regelmäßig das geeignete Schmiermittel aufgetragen werden. Hochwertige Stanzöle oder -fette beugen Verschleiß und Überhitzung vor. Die Schmierhäufigkeit hängt von der Stanzgeschwindigkeit und der Belastung ab; bei einem mäßig beanspruchten Werkzeug kann eine Schmierung einmal wöchentlich erforderlich sein.

Prüfen Sie regelmäßig auf Verschleißerscheinungen wie Abnutzungsspuren an Stempeln und Matrizen, Risse oder Verformungen. Nutzen Sie Sichtprüfung, Lupen oder zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Magnetpulverprüfung. Prüfen Sie beispielsweise die Schneidkanten von Stanzwerkzeugen alle paar tausend Stanzzyklen auf Abnutzungserscheinungen.

Schärfen oder Ersetzen von Stempeln und Matrizen

Wenn die Schneidkanten von Stempeln und Matrizen stumpf werden, können sie nachgeschärft werden, um ihre Schneidleistung wiederherzustellen. Bei starkem Verschleiß müssen die verschlissenen Teile ausgetauscht werden. Beispielsweise muss ein Stempel zum Stanzen von Löchern nach einer gewissen Anzahl von Anwendungen nachgeschärft werden, um saubere Lochkanten zu gewährleisten.

Bei kleinen Rissen oder Beschädigungen am Werkzeugkörper kann Schweißen eine praktikable Reparaturmöglichkeit sein. Es ist jedoch entscheidend, ein Schweißverfahren und ein Schweißzusatzwerkstoff zu verwenden, die für das Werkzeugmaterial geeignet sind, um sicherzustellen, dass der reparierte Bereich ähnliche Eigenschaften wie das Originalmaterial aufweist. Nach dem Schweißen muss das reparierte Teil in der Regel wärmebehandelt und nachbearbeitet werden, um seine Form und Abmessungen wiederherzustellen.

Wenn sich die Werkzeugkomponenten durch Vibrationen oder Stöße während des Stanzvorgangs verschieben, muss die Ausrichtung korrigiert werden. Dies kann durch Unterlegen von Distanzscheiben oder mithilfe von Präzisionsjustiermechanismen erfolgen, um Stempel und Matrizen neu auszurichten. Beispielsweise kann eine Fehlausrichtung bei einem Folgeverbundwerkzeug zu einer ungenauen Teileformung führen; durch die Neuausrichtung der Stationen lässt sich dieses Problem beheben.

Ein Stanzwerkzeug ist ein Spezialwerkzeug, das im Fertigungsprozess eingesetzt wird. Es dient dazu, Metallbleche zu schneiden, zu formen oder in die gewünschten Formen und Bauteile zu bringen.

Sie besteht typischerweise aus mehreren Teilen, wie dem Werkzeugsatz (einschließlich Ober- und Unterteil), Stempeln und Aussparungen. Die Stempel dienen dazu, Kraft auszuüben, um das Metall zu verformen oder zu schneiden.

Es gibt vier Arten von Stanzwerkzeugen, je nachdem, welche Operationen sie ausführen: Stanzwerkzeuge zum Ausschneiden von Formen aus einem größeren Blech, Lochwerkzeuge zum Erstellen von Löchern und Biegewerkzeuge zum Falten des Metalls.

Die Stanzwerkzeuge werden aus Materialien wie Werkzeugstahl hergestellt, die hohen Drücken und wiederholten Stößen während des Stanzvorgangs standhalten können.

Präzision in Konstruktion und Fertigung ist entscheidend, da sie die Genauigkeit und Qualität der Stanzteile bestimmt. Um eine gleichbleibende Leistung und lange Lebensdauer in der industriellen Fertigung zu gewährleisten, wo sie eine Schlüsselrolle bei der effizienten Massenproduktion von Metallkomponenten spielen, müssen sie ordnungsgemäß gewartet werden.