Metallstanzung: Was ist das, wie funktioniert es und wie unterscheidet es sich von anderen Verfahren?

Metallstanzung ist ein Kaltumformungsverfahren, das in vielen Branchen – von der Elektromechanik über die Energieversorgung, Küchenrobotik, Verkaufsautomaten, professionelle Beleuchtung bis hin zur Gasverteilung – eine wichtige Rolle spielt und die Herstellung von Teilen mit sauberen und wiederholbaren Profilen aus Coils oder Blechen ermöglicht.

Dieser Leitfaden von Minifaber zum Metallstanzen erklärt:

• Was ist Metallstanzung?
• Wann ist das Scheren anderen Schneidverfahren vorzuziehen?
• Welche Metalle können diesem Verfahren unterzogen werden?
• Was sind die Vorteile des Scheren in Bezug auf Produktivität und Qualitätsstandards?

Was ist Stanzen (und wie unterscheidet es sich vom Stanzen)?

Ausgehend von der Definition des Metallstanzens ist zu betonen, dass es sich um einen Kaltumformungsprozess handelt, bei dem ein Teil vom Rohmaterial durch Scheren zwischen Stempel und Matrize, den aktiven Teilen der Form, die durch eine Presse gegeneinander gedrückt werden, getrennt wird.

Die Bewegung des Stempels relativ zur Matrize, die durch einen begrenzten und funktionalen Raum, den sogenannten Spalt, voneinander getrennt sind, bewirkt das Scheren des Materials.

Bei diesem Verfahren werden Matrizen für die herzustellende Form konstruiert und unter mechanischen Pressen oder Servopressen eingesetzt. Das verwendete Rohmaterial liegt in Form von Rollen, Bändern oder Quadraten vor. Die flache, geschnittene Form wird als Stanzteil bezeichnet.

Beim Stanzverfahren werden standardisierte Werkzeuge, bestehend aus einer Matrize, einem Stempel und einer Blechpresse, unter speziellen Maschinen, den sogenannten Stanzmaschinen, verwendet. Bei Minifaber werden Stanzmaschinen mit Laserschneiden kombiniert, um gleichzeitig die Vorteile beider Verfahren zu nutzen.

Bei diesem Verfahren wird flaches Blech als Rohmaterial verwendet. Beim Laserschneiden wird die anfängliche Vorbohrung, die zur Durchführung des Schnitts vorgenommen wird, als Piercing bezeichnet.

Es ist wichtig, den Unterschied zwischen Stanzen und Lochen zu verstehen, da in beiden Fällen der physikalische Mechanismus derselbe ist: Der Stempel dringt in das Blech ein, bis er eine saubere Schnittzone auslöst, gefolgt von einem kontrollierten Bruch entlang der Kante der Matrize.

Das Stanzen hinterlässt vier typische Spuren an der Kante: eine kleine Abrundung an der Eintrittsstelle, eine glatte Schnittzone, eine Bruchzone und einen Grat an der Austrittsstelle, dessen Höhe nicht nur von der Art des Materials und der Dicke, sondern auch von der Präzision der Werkzeuge abhängt.

Die Qualität des für die Herstellung der Stanzwerkzeuge verwendeten Materials und die Präzision der Bearbeitung sind entscheidend für einen guten Schnitt und die Langlebigkeit der Werkzeuge selbst.

Unterschied zwischen industriellem Metallstanzen und anderen Schneidverfahren

Der Unterschied zwischen Stanzen und anderen thermischen oder mechanischen Schneidtechnologien ohne Form liegt in der Präzision, aber nicht nur.

Beim Scheren wiederholt sich nach der Konstruktion und Feinabstimmung der Matrize bei jedem Presshub die gleiche Sequenz, wodurch eine extrem hohe Maßhaltigkeit, minimale Zykluszeiten und mit steigendem Volumen sinkende Stückkosten erzielt werden können.

Der Vorteil des Stanzens besteht darin, dass es die bestmögliche Technik ist, wenn Sie viele identische Teile mit wiederholbaren Toleranzen und mehreren Schritten, die im selben Zyklus kombiniert werden, herstellen müssen. Es ist die Technologie, die das beste Gleichgewicht zwischen Qualität, Zeit und Stückkosten bietet.

Stanzwerkzeuge: Typen

Beim Metallstanzverfahren ist die Wahl des Werkzeugs der erste Faktor, der Qualität, Produktivität und Kosten pro Teil bestimmt. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle Stanzwerkzeuge für das Metallstanzen gleich sind.

Hinsichtlich ihrer Funktion lassen sie sich unterteilen in:

• einfache Stanzwerkzeuge
• Verbundwerkzeuge
• Stufenwerkzeuge für das progressive Stanzen
• Transferwerkzeuge, bei denen das Teil sofort vom Grundmaterial getrennt wird

Wenn Sie den Unterschied zwischen den verschiedenen Typen verstehen, können Sie den Prozess richtig einrichten.

Einfache, zusammengesetzte, progressive und Transferwerkzeuge: So funktionieren sie

Zunächst ist zu beachten, dass das einfache Werkzeug bei jedem Presshub nur einen einzigen Arbeitsgang ausführt, beispielsweise nur Stanzen oder nur Biegen. Dies ist die einfachste Lösung, die sich eignet, wenn die Stückzahlen eine größere Komplexität nicht rechtfertigen, wenn Sie die Bearbeitungsstufen aus logistischen oder betrieblichen Gründen trennen möchten oder wenn das zu stanzende Teil sehr hohen ästhetischen Anforderungen unterliegt.

Beim Stanzen ist das Ausgangsmaterial ein Reststück, ein Streifen oder ein Quadrat; beim Biegen oder anderen Stanzvorgängen kann es sich um ein bereits gestanztes Teil handeln. In diesem Fall sprechen wir von einem Folgewerkzeug.

Das Verbundwerkzeug hingegen kombiniert mehrere Vorgänge in einem einzigen Presshub, zum Beispiel Stanzen, Biegen und Prägen.

Die Verwendung dieser Art von Stempel gewährleistet die geometrische Beziehung zwischen mehreren Elementen der Figur, was die Bearbeitungszeit verkürzt.

Der Stufenstempel fällt in den Bereich des fortlaufenden Stanzens und wird auch als fortlaufender Stempel bezeichnet. In diesem Fall wird das Blech in Form von Rollen oder Coils angeliefert. Eine automatische Pressenzuführungslinie übernimmt das Abwickeln des Bandes, das Richten der Krümmung der Rolle, das Schmieren und schließlich das Zuführen unter die Presse mit konstanter Geschwindigkeit.

Das Band durchläuft eine Reihe von Stationen, an denen jeweils ein oder mehrere Arbeitsschritte durchgeführt werden – wie Scheren, Biegen, flaches Ziehen oder Prägen - bis am Ausgang ein fertiges Teil entsteht. In der Stufenform sorgen Pilotlöcher für den richtigen Abstand. Die Untersuchung dieser Abfolge von Arbeitsgängen, die als Band, Durchgang oder Liste bezeichnet wird, minimiert den Ausschuss. Dies ist zweifellos die bevorzugte Lösung, wenn es um die Produktion großer Teileserien geht, da sie Maßhaltigkeit, minimale Zykluszeiten und die Integration mehrerer Phasen in derselben Station kombiniert. Im Folgeverbundwerkzeug bleibt das Teil mit dem Grundmaterial verbunden und wird erst im letzten Arbeitsgang endgültig freigegeben.

Das Transferwerkzeug hingegen kann man sich als eine endliche Abfolge von Stationen vorstellen, bei der das Werkstück sofort vom Grundmaterial getrennt und durch eine mechatronische Hilfsvorrichtung, den sogenannten Transfer, zu den nachfolgenden Stationen transportiert wird. Diese Art von Werkzeug eignet sich für mittelstark tiefgezogene Teile, bei denen das Ausgangsteil sofort in der ersten Station mit einem festen Führungswerkzeug mit Kopf-/Schwanzform freigegeben wird.

Es ist zu beachten, dass jede Stanzform ein mechatronisches Minisystem ist. Die verschiedenen Sensoren – darunter solche für die Anwesenheit von Teilen, Bandbruch und Überlastung – kommunizieren mit der Presse und verhindern Schäden und Ausfallzeiten. Das Bandzuführsystem ist mit der Pressenbewegung gekoppelt.

Stempel und Matrize bestehen aus sehr feinkörnigem Werkzeugstahl, um Verschleiß und Ausbrüche zu begrenzen. Während der mechanischen Bearbeitung werden Wärmebehandlungen wie Härten und Anlassen durchgeführt, um die Härte zu erhöhen, ohne die Zähigkeit zu beeinträchtigen. Am Ende des Konstruktionszyklus werden Stempel und Matrizen auf Hochglanz poliert und mit PVD-Beschichtungen aus Titan-Aluminium-Nitriden und anderen Materialien versehen.

Stempel und Matrizen werden zusammen mit den anderen Komponenten der Form auf einem oberen und unteren Formhalter montiert, die wiederum durch ein hochpräzises Führungssystem aus Säulen und Kugellagern miteinander verbunden sind.

In Formen mit Blechpressen werden Druckplatten verwendet, um das Blech während des Scheren, Tiefziehens oder Biegens in Position zu halten. Die Blechpresse wird durch elastische Elemente wie Gummi, Federn und Stickstoffzylinder belastet. Die Führungsstempel haben die Aufgabe, das Band in vorgestanzten Löchern zu zentrieren und die korrekte Bewegung des Bandes innerhalb der einzelnen Stationen der Form sicherzustellen. Eine angemessene und optimierte Schmierung reduziert Reibung, Festfressen und Verschleiß und verbessert die Qualität und Lebensdauer der Form.

Die Qualität der Schnittkante und die Stabilität des Prozesses hängen von unzähligen Variablen ab, die bestmöglich gesteuert werden müssen, um ein einwandfreies Ergebnis zu gewährleisten.

Das zu stanzende und zu prägende Material (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing, Kupfer), die Dicke und der Umfangsschnitt pro Hub beeinflussen die erforderliche Kraft und damit die Tonnage der Presse.

Der Stempel-/Matrizenabstand ist ebenfalls ein wichtiger Parameter, denn wenn er zu gering ist, kommt es zu größerem Verschleiß, und wenn er zu groß ist, kommt es zu vermehrter Gratbildung und Schrägbruch.

Schneidwerkzeuge eignen sich für eine Vielzahl von Materialien – von Stahl über Edelstahl, Aluminium, Messing und Kupfer bis hin zu Titan –, aber auch für vorverzinktes oder vorlackiertes Blech, wobei in diesem Fall Vorkehrungen zum Schutz der Oberfläche getroffen werden müssen.

Wofür wird das Stanzen von Metall verwendet und in welchen Branchen

Das Stanzen von Metall wird verwendet, um schnell Formteile aus Blech zu erhalten (oder Löcher/Öffnungen zu schaffen), mit wiederholbaren Toleranzen und niedrigen Stückkosten für die Serienfertigung.

Das Stanzen von Metall ist eine der führenden Dienstleistungen, die das Team von Minifaber im Bereich der Metallbearbeitung anbietet.

Wir arbeiten für folgende Branchen:

• Elektromechanik
• Medizin
• Robotik
• Beleuchtungstechnik
• Haushaltsgeräte
• Verkaufsautomaten
• Gasversorgung