Verständnis des Arbeitsprinzips des Verbundwerkzeugs

Haben Sie sich jemals gefragt, warum einige gestanzte Teile nahezu perfekte Rundlaufgenauigkeit erreichen, während andere regelmäßig Toleranzprüfungen nicht bestehen? Die Antwort liegt oft darin, wie das Werkzeug selbst funktioniert. Unter den verschiedenen Arten von Stanzwerkzeugen, die Herstellern zur Verfügung stehen, zeichnen sich Verbundwerkzeuge durch ihre einzigartigen Betriebsmechaniken aus.

Ein Verbundwerkzeug führt mehrere Schneidvorgänge – speziell Schneiden und Stanzen – gleichzeitig in einem einzigen Pressenhub an einer Station durch. Alle Merkmale werden bezogen auf denselben Referenzpunkt in einer Operation geschnitten, wodurch kumulative Positionierfehler vermieden werden.

Diese Definition ist wichtig, weil sie ein verbreitetes Missverständnis ausräumt. Viele gehen davon aus, dass Verbundwerkzeuge einfach nur „komplexe Werkzeuge“ mit aufwändigen Merkmalen sind. Tatsächlich bezieht sich der Begriff „Verbund“ jedoch speziell auf die gleichzeitige Durchführung mehrerer Schneidvorgänge – nicht auf Komplexität. Ein Verbundwerkzeug kann vergleichsweise einfache Teile herstellen, tut dies aber mit außergewöhnlicher Präzision, da alle Schritte gleichzeitig erfolgen.

Was Verbundwerkzeuge im Metallstanzprozess einzigartig macht

Stellen Sie sich das Stanzen einer Scheibe mit einem inneren Loch und einem äußeren Rand vor. Bei getrennten Operationen würden Sie zuerst das mittlere Loch stanzen und danach den Außenradius ausschneiden – oder umgekehrt. Jeder dieser Arbeitsschritte birgt eine potenzielle Fehlausrichtung. Beim Verbundstanzverfahren erfolgen beide Schnitte im selben Moment, an derselben Station und bezogen auf denselben Bezugspunkt.

Nach Der Blechverarbeiter , das gleichzeitige Stanzen des Innendurchmessers (ID) und Außendurchmessers (OD) eines Teils verhindert Verzerrungen und verbessert die Konzentrizität – Eigenschaften, die für Scheiben und Shims in Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Energietechnik entscheidend sind. Dieser Einzelstation-Ansatz unterscheidet Verbundwerkzeuge von progressiven Werkzeugen, bei denen das Material für aufeinanderfolgende Operationen durch mehrere Stationen bewegt wird.

Das Einzelschlag-gleichzeitige Schneidkonzept

Die ingenieurtechnische Bedeutung dieses Prinzips kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Wenn alle Stanz-, Scher- und Ausbruchvorgänge in einem Pressenschlag erfolgen, eliminieren Sie:

• Kumulative Toleranzzusammenstellung aus mehreren Aufspannungen
• Registerfehler zwischen den Operationen
• Materialbewegung, die dimensionsbedingte Schwankungen verursacht
• Zeitverluste durch Werkzeugwechsel oder Stationsübergänge

Für Hersteller, die präzise flache Bauteile mit mehreren Merkmalen benötigen – wie Dichtungen, elektrische Laminierungen oder Präzisions-Spaltfolien – führt dieses Wirkprinzip direkt zu einer überlegenen Bauteilqualität. Das Material wird an derselben Station und gleichzeitig verändert, was eine sehr hohe Positionierungsgenauigkeit und reduzierte kumulative Toleranz bewirkt.

Wenn Ihre Bauteile eine enge Konzentrizität zwischen inneren und äußeren Merkmalen erfordern oder wenn Ebenheit unverzichtbar ist, hilft Ihnen das Verständnis dieses grundlegenden Prinzips, von Anfang an die richtige Werkzeugauslegung festzulegen.

Anatomie eines Verbundwerkzeug-Systems

Nachdem Sie nun wissen, warum simultanes Schneiden wichtig ist, betrachten wir, was dies überhaupt erst ermöglicht. Ein Verbundwerkzeug basiert auf einer präzisen Anordnung von Komponenten, die perfekt synchron arbeiten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Werkzeugaufbauten kehrt dieses System die traditionelle Konfiguration buchstäblich um.

Kernkomponenten einer Verbundwerkzeug-Baugruppe

Jede Verbundstempelbaugruppe enthält mehrere kritische Elemente, von denen jedes während des Schneidvorgangs eine bestimmte Funktion erfüllt. Das Verständnis dieser Komponenten hilft Ihnen dabei, Qualitätsprobleme zu beheben und effektiv mit Ihren Werkzeugpartnern zu kommunizieren.

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Fachbegriffe, auf die Sie bei der Arbeit mit diesen Arten von Stempeln stoßen werden:

• Auswerferstifte: Diese Komponenten erfüllen im Stempelhohlraum zwei Aufgaben. Laut Misumi dient ein Auswerfer sowohl als Abstreifer für den Lochstempel als auch als Ausstoßer für das fertige Produkt, das sich innerhalb des Stempels befindet. Die Auswurfsoberfläche ragt typischerweise 0,5 mm bis 1,0 mm über die Stempeloberfläche hinaus – entgegen der weit verbreiteten Annahme, dass sie bündig abschließt.
• Kippstifte: Diese kleinen Stifte im Ausschlagstempel verhindern, dass das ausgestanzte Material an der Ausschlagfläche haften bleibt. Wenn Schneidöl das Material benetzt, kann es am Ausschlag haften und zu Doppelstanzunfällen führen, die die Werkzeugform beschädigen. Die Vorstehhöhe des Auswerferstifts beträgt typischerweise 0,5 mm bis 1,0 mm.
• Zentrierstifte: Diese Führungsstifte gewährleisten eine präzise Materialausrichtung vor jedem Hub. Sie greifen in zuvor gestanzte Löcher oder Blechkanten ein, um den Streifen genau zu positionieren und konstante Abstandsbeziehungen zwischen Merkmalen sicherzustellen.
• Freistich der Matrize: Der Spalt zwischen den Schneidkanten von Stempel und Matrize beeinflusst direkt die Schnittqualität, die Werkzeuglebensdauer und die Maßgenauigkeit. Wie The Fabricator anmerkt, können die Spielmaße je nach Materialhärte und Geometrie des Stempels zwischen 0,5 % und 25 % der Metallstärke pro Seite liegen.
• Scherwinkel: Eine schräge Schneidkante am Stempel oder an der Matrize, die die momentane Schneidkraft verringert, indem sie über den Hub verteilt wird. Dies reduziert Pressenstöße und verlängert die Werkzeuglebensdauer.

Die erklärte umgekehrte Stanzanordnung

Was Verbundstempel von anderen Arten von Stempeln wirklich unterscheidet, ist ihre umgekehrte Platzierungsstruktur. Bei herkömmlichen Stanzanlagen bewegt sich der Stempel von oben nach unten, während die Matrize unten stationär bleibt. Verbundstempel kehren diese Anordnung um.

Bei einer Verbundstempelkonfiguration:

• Die Stanzmatrize ist am oberen Stempelträger montiert (bewegt sich mit dem Pressenstößel)
• Der Stanzstempel befindet sich am unteren Stempelträger (fest mit der Platte verbunden)
• Der Auswerfer wird innerhalb des oberen Stempels montiert und mit der Pressenanlage verbunden

Warum ist diese Umkehrung wichtig? Laut Accushape Die Cutting dient diese Anordnung als Gegenmaßnahme gegen das Verbiegen des Produkts während des Stanzens. Das gestanzte Produkt tritt von unten in die Matrize ein, und der Auswerfer – synchronisiert mit dem Stanzprozess – befördert das fertige Teil aus. Da das Material während des Schneidens durch den Auswerfer nach unten gedrückt wird, verringert sich die Wahrscheinlichkeit von Verbiegungen oder Verwölbungen.

Die Verwendung von Federn hinter dem Auswerfer verstärkt diesen Effekt. Die Federn erzeugen während des gesamten Hubes einen kontrollierten, gleichmäßigen Druck gegen das Material, wodurch eine effiziente Produktausstoßung bei gleichbleibender Flachheit ermöglicht wird.

Auch die Konstruktion des Auswerfers selbst ist von entscheidender Bedeutung. Die exakt gleiche Form des Auswerfers wie der Matrize verursacht Probleme. Bei der Stanzung entstehende Metallspäne können sich im Spalt zwischen Auswerfer und Matrize ansammeln und zu Verklemmungen oder ruckartiger Bewegung führen. Erfahrene Werkzeugkonstrukteure planen Entlastungen – kleine Freistiche mittels Radius- oder Fasenmerkmalen – in detaillierten Formabschnitten und Ecken ein, um eine Ansammlung von Verschmutzungen zu verhindern.

Das Verständnis dieser Komponenten und ihrer Wechselwirkungen ist zwar essenziell, doch erst die Kenntnis ihrer Bewegungsabläufe während eines kompletten Presshubs liefert tiefere Einblicke in die Erzielung konstanter Teilequalität.

Presshubablauf und Kraftdynamik

Stellen Sie sich vor, wie ein Verbundwerkzeug in Zeitlupe versagt. Was augenblicklich erscheint, entfaltet sich tatsächlich durch eine sorgfältig abgestimmte Abfolge mechanischer Vorgänge. Jede Phase des Pressenhubs spielt eine spezifische Rolle dabei, flaches Blech in ein präzises Bauteil umzuwandeln. Das Verständnis dieser Abfolge hilft Ihnen, Qualitätsprobleme zu diagnostizieren und Ihre Stanzprozesse zu optimieren.

Die fünf Phasen des Verbundwerkzeug-Pressenhubs

Wenn die Presse aktiviert wird, beginnt der obere Werkzeugschuh mit seinem Abwärtshub. Was danach geschieht, entscheidet darüber, ob Sie ein perfektes Teil oder Ausschuss erhalten. Hier ist der komplette Zyklus in seine wesentlichen Phasen unterteilt:

1. Annäherungsphase: Der obere Matrizenhalter senkt sich auf das Blechmaterial ab, das auf der unteren Matrizenanordnung positioniert ist. In dieser Phase greifen die Zentrierstifte in das Bandmaterial ein und gewährleisten eine präzise Ausrichtung, bevor der Schneidvorgang beginnt. Der Auswerfer, der innerhalb der oberen Matrize angebracht ist, bleibt bereit, das Material zu berühren. Die Pressengeschwindigkeit während der Annäherung ist typischerweise höher als während des Schneidens, um die Produktivität zu maximieren.
2. Kontaktphase: Der erste Kontakt erfolgt, wenn die Stanzkante der Matrize auf die Oberfläche des Blechmaterials trifft. In diesem Moment drückt der Auswerfer von oben fest gegen das Material und klemmt es zwischen der Auflagefläche des Auswerfers und dem unteren Stanzstempel ein. Diese Klemmwirkung ist entscheidend – sie verhindert eine Bewegung des Materials und minimiert Verformungen während des Schneidvorgangs. Gleichzeitig berühren die Durchstechstempel das Material an ihren vorgesehenen Positionen.
3. Eindringphase: Der Schneidvorgang beginnt, wenn die Stanzkanten in das Material eindringen. Hier findet die eigentliche Arbeit statt. Das Metall wird nicht einfach sauber durchtrennt, sondern erfährt einen komplexen Verformungsprozess. Zunächst tritt plastische Verformung auf, während sich das Material zusammendrückt und anfängt, sich um die Kanten des Stempels herum zu verformen. Mit zunehmender Kraft wird die Streckgrenze des Metalls überschritten, und Scherbrüche entstehen sowohl an der Stempel- als auch an der Matrizenkante. In dieser Phase laufen Stanz- und Lochvorgänge gleichzeitig ab, wobei alle Schneidkanten gleichmäßig in das Material eindringen.
4. Durchbruchphase: Die vollständige Trennung erfolgt, wenn sich die Bruchzonen von Stempel- und Matrizenseite vereinigen. Das ausgestanzte Teil fällt in den Hohlraum der Matrize, während die ausgestanzten Abfallstücke durch die entsprechenden Öffnungen fallen. Diese Phase erzeugt die maximale Schneidkraft und verursacht das charakteristische »Klicken«, das bei Stanzvorgängen zu hören ist. Der Materialbruch geschieht nahezu augenblicklich, sobald die kritischen Spannungswerte erreicht sind.
5. Rücklaufphase: Die obere Matrize zieht sich zurück und zieht die Stanzmatrize von dem frisch geschnittenen Teil weg. Während der Pressenstößel ansteigt, werden die Auswerferstifte betätigt – entweder durch Federdruck oder mechanische Betätigung – und drücken das fertige Teil aus dem Matrizenhohlraum heraus. Das Teil wird sauber ausgestoßen, und der Bandzug vorschubt, um neues Material für den nächsten Arbeitszyklus zu positionieren.

So erfolgt das gleichzeitige Stanzen und Bohren

Hierin unterscheidet sich der Einsatz einer Verbundmatrize grundlegend vom progressiven Stanzprozess. Beim progressiven Stanzformen bewegt sich das Material durch aufeinanderfolgende Stationen, in denen einzelne Operationen nacheinander stattfinden. Jede Station fügt unabhängig voneinander Merkmale hinzu. Bei einer Verbundmatrize jedoch geschieht alles gleichzeitig – was besondere Kraftdynamiken erzeugt.

Wenn Schneid- und Durchbruchkräfte kombiniert werden, entspricht die erforderliche Pressentonnage der Summe der einzelnen Schneidkräfte. Sie können nicht einfach nur die Schneidtonnage berechnen und davon ausgehen, dass dies ausreicht. Betrachten Sie eine Scheibe mit einem Außendurchmesser von 50 mm und einem Innendurchmesser von 25 mm. Die Schneidkraft schert den äußeren Umfang, während gleichzeitig die Durchbruchkraft den inneren Umfang schneidet. Ihre Presse muss beide Lasten bewältigen, die exakt zum gleichen Zeitpunkt auftreten.

Die Tonnageberechnung folgt einer einfachen Formel: Multiplizieren Sie die Länge des Schnittumfangs mit der Materialdicke und der Scherfestigkeit. Bei simultanen Operationen addieren Sie die Umfänge:

• Äußerer Schneidumfang: 157 mm (50 mm Durchmesser × 3,14)
• Innerer Durchbruchumfang: 78,5 mm (25 mm Durchmesser × 3,14)
• Gesamte Schnittlänge: 235,5 mm

Dieser kombinierte Umfang geht anschließend in die Tonnageberechnung ein. Wenn gleichzeitige Kräfte nicht berücksichtigt werden, führt dies zu einer zu gering dimensionierten Pressewahl, was unvollständige Schnitte, übermäßigen Werkzeugverschleiß und vorzeitigen Werkzeugausfall zur Folge hat.

Es gibt eine weitere, für Verbundwerkzeuge einzigartige Kraftbetrachtung. Da der Auswerfer während des Schneidvorgangs gegen das Material drückt, wird zusätzliche Kraft über den Auswurfmechanismus übertragen. Dieser Klemmungsdruck – obwohl essentiell für die Flachheit des Teils – erhöht die Gesamtlast, die Ihre Presse aufnehmen muss.

Materialverhalten unter Scherkraft

Was passiert eigentlich mit dem Metall während der Eindringphase? Das Verständnis der metallurgischen Aspekte hilft Ihnen, die Kantenqualität vorherzusagen und Probleme mit Graten zu beheben.

Während das Stanzmesser in das Material eindringt, bilden sich drei deutlich unterscheidbare Zonen an der Schnittkante:

• Überrollzone: Die Oberfläche des Materials rundet sich leicht an, während das Stanzmesser zunächst auf das Blech trifft und es nach unten drückt. Diese plastische Verformung erzeugt eine glatte, radiusförmige Kante am Einstichpunkt.
• Scherverbindung (Polierzone): Unterhalb der Überrollzone erscheint ein glatter, glänzender Streifen, wo eine saubere Scherverbindung entstanden ist. Dieser Bereich stellt den qualitativ hochwertigen Teil der Schnittkante dar. Eine korrekte Stanzspaltweite maximiert diese Zone.
• Bruchzone: Der untere Bereich zeigt ein grobes, körniges Aussehen, wo das Material auseinandergerissen wurde, statt sauber abzuscheren. Der Bruch entsteht, wenn Risse, die sich von den Kanten von Stempel und Matrize ausbreiten, aufeinandertreffen.

Grate bilden sich an der Matrizenkante, wenn der Bruchvorgang nicht sauber verläuft. Übermäßiger Spielraum, stumpfe Werkzeuge oder unzureichende Materialabstützung tragen alle zur Gratbildung bei. Bei Verbundwerkzeugen ist die Gratrichtung vorhersagbar und konstant, da der gesamte Schneidvorgang gleichzeitig mit identischen Spaltverhältnissen erfolgt.

Das Verhältnis zwischen Tiefe der Scherzone und Tiefe der Bruchzone hängt stark vom Matrizenspiel ab. Engere Spiele erzeugen mehr Glanzfläche, erfordern jedoch höhere Kräfte und führen zu schnellerem Werkzeugverschleiß. Das optimale Gleichgewicht zu finden, setzt voraus, dass man versteht, wie Spielanteile sich auf das jeweilige Material auswirken – eine Beziehung, die wir im Folgenden detailliert untersuchen werden.

Matrizenspiel und Präzisionsfaktoren

Sie haben gesehen, wie der Presshub abläuft und wie sich das Material unter Scherkraft verhält. Doch hier ist eine Frage, die zwischen guten und aussortierten Teilen entscheidet: Wie groß sollte der Abstand zwischen Stempel und Matrize sein? Dieses scheinbar kleine Detail – gemessen in Tausendstel Zoll – bestimmt direkt, ob Ihre Verbundmatrize saubere Kanten oder ausgefranste Ausschussstücke produziert.

Berechnungen der Matrizenfreistellung für optimale Schnittqualität

Die Matrizenfreistellung bezieht sich auf den Spalt zwischen den Schneidkanten des Stempels und der Matrize, gemessen pro Seite. Bei falscher Wahl kämpfen Sie während der gesamten Produktion mit Graten, vorzeitigem Werkzeugverschleiß und maßhaltigen Unkonsistenzen.

Die alte Faustregel – 10 % der Materialstärke pro Seite für alle Schneidvorgänge – hält einer genauen Prüfung nicht stand. Laut Der Blechverarbeiter können Schneidfreistellungen von negativen Werten (bei denen der Stempel tatsächlich größer ist als das Loch) bis zu 25 % pro Seite reichen. Die optimale Wahl hängt von den Materialeigenschaften ab, nicht von einem pauschalen Prozentsatz.

So sieht es an jedem Extrem aus:

• Unzureichender Spielraum: Wenn der Spalt zu eng ist, wird das Metall während des Schneidens in Druck versetzt. Sobald das Ausstoßstück sich löst, umklammert das Material – aufgrund seiner elastischen Eigenschaften – die Stanzstempelseiten und erzeugt übermäßige Reibung. Diese Reibung erzeugt Wärme, die den Werkzeugstahl weich machen und abschürfende Anrisse verursachen kann. Sie werden eine sekundäre Scherverformung an den Schnittkanten, erhöhte Ausziehkräfte und eine deutlich verkürzte Lebensdauer des Stempels feststellen.
• Übermäßiger Spielraum: Zu viel Abstand verursacht eigene Probleme. Größere Grate bilden sich an der Matrizenkante. Die Überlappung nimmt stark zu, was manchmal zu Zugbrüchen in der Überlappungszone führt. Bauteile verlieren ihre Flachheit. Obwohl die Schneidkräfte abnehmen, leidet die Kantenqualität.

Der optimale Punkt ergibt etwa 20 % Scherung (polierte Fläche) und 80 % Bruch an der Schnittkante. Dieses Verhältnis zeigt eine korrekte Rissausbreitung an, bei der sich die Kanten von Stempel und Matrize sauber in der Mitte der Materialdicke treffen.

Für Stahlwerkstoffe gelten folgende allgemeine Richtlinien für Spielmaße basierend auf der Zugfestigkeit:

• Werkstoffe mit einer Zugfestigkeit unter 60.000 PSI: 6–10 % pro Seite
• Werkstoffe mit einer Zugfestigkeit zwischen 60.000 und 150.000 PSI: 12–14 % pro Seite (steigend mit der Festigkeit)
• Werkstoffe mit einer Zugfestigkeit über 150.000 PSI: Reduzierung auf etwa 5 % pro Seite

Warum benötigen hochfeste Werkstoffe geringere Spielmaße? Diese Stähle weisen eine sehr geringe Duktilität auf – sie brechen, bevor sich nennenswerte Verformungen einstellen. Da das Metall normalerweise beim Schneiden fließt, dieses Fließen hier aber fehlt, wirken engere Spielmaße besser.

Einfluss der Materialdicke auf die Leistung von Verbundwerkzeugen

Materialart und -dicke interagieren miteinander und beeinflussen sämtliche Aspekte Ihres Verbundwerkzeugeinsatzes. Gehen Sie nicht davon aus, dass sich alle Materialien gleich verhalten, nur weil sie dieselbe Nenndicke haben.

Betrachten Sie dieses Szenario aus The Fabricator's untersuchung: Das Durchbohren eines 0,5-Zoll-Lochs in 0,062 Zoll dickem 304-Edelstahl erfordert etwa 14 % Spiel pro Seite. Verkleinert man das Loch jedoch auf einen Durchmesser von 0,062 Zoll – gleich der Materialdicke – steigt die optimale Toleranz auf 18 % pro Seite an. Das kleinere Loch erzeugt eine größere Kompression während des Schneidvorgangs und benötigt mehr Raum für den Materialfluss.

Die folgende Tabelle fasst die empfohlenen Toleranzen basierend auf Materialart und Festigkeitsniveaus zusammen:

Forschung von AHSS-Insights zeigt die praktischen Auswirkungen dieser Entscheidungen. Tests an CP1200-Stahl zeigten, dass die Erhöhung des Spielraums von 10 % auf 15 % die Lochaufweitung deutlich verbesserte. Ein Spielraum von 20 % schnitt besser ab als 10 %, jedoch nicht so gut wie 15 % – was beweist, dass mehr nicht immer besser ist.

Warum Verbundstempel eine überlegene Konzentrizität erzielen

An dieser Stelle zeigt das Arbeitsprinzip des Verbundstempels seinen größten Vorteil. Bei der progressiven Stanzbearbeitung oder Transferstanzen bewegt sich das Material zwischen den Stationen. Jeder Transfer birgt das Risiko einer Fehlausrichtung. Selbst bei präzisen Führungsstiften und sorgfältiger Bandführung summieren sich kumulative Positionierfehler.

Kombinationswerkzeuge beseitigen dieses Problem vollständig. Da das Ausschneiden und Stanzen gleichzeitig an einer Station erfolgen, beziehen sich alle Merkmale auf denselben Bezugspunkt zum selben Zeitpunkt. Es besteht keine Möglichkeit, dass sich das Material verschiebt, und es gibt keinen Spielraum für Registerfehler zwischen den Arbeitsgängen.

Dieser Einzelbezugspunkt-Ansatz liefert messbare Ergebnisse:

• Konzentrizität: Innere und äußere Merkmale weisen eine enge Positionsbeziehung zueinander auf, da sie aus demselben Bezug heraus geschnitten werden. Bei Scheiben, Dichtungen und elektrischen Laminierungen bedeutet dies konsistente Verhältnisse von Innendurchmesser zu Außendurchmesser über Tausende von Teilen hinweg.
• Flachheit: Der Auswerfmechanismus drückt das Material während des Schneidens fest gegen den unteren Stempel, wodurch das Wölben oder Durchhängen verhindert wird, das entsteht, wenn Ausschneiden und Stanzen getrennt erfolgen.
• Gratgleichmäßigkeit: Alle Grate entstehen auf derselben Seite des Teils mit gleichbleibender Richtung – vorhersehbar und beherrschbar bei nachfolgenden Bearbeitungsschritten.

Welche Toleranzfähigkeiten können Sie realistisch erwarten? Bei sachgemäß gewarteter Verbundwerkzeugtechnik liegen typische Toleranzen für die Positionierung von Merkmalen zueinander zwischen ±0,001 und ±0,003 Zoll. Die Konzentrizität zwischen Innen- und Außendurchmesser erreicht üblicherweise 0,002 Zoll TIR (Total Indicator Runout) oder besser. Diese Fähigkeiten übersteigen das, was Stufenfolge- und Stanverfahren typischerweise für vergleichbare Bauteilgeometrien liefern.

Die inhärente Präzision dieses Verfahrens macht Verbundwerkzeuge zur bevorzugten Wahl für Anwendungen, bei denen eine genaue Ausrichtung der Merkmale entscheidend ist – doch um zu entscheiden, ob dieser Ansatz für Ihre spezifische Anwendung sinnvoll ist, müssen mehrere zusätzliche Faktoren bewertet werden.

Verbundwerkzeuge im Vergleich zu Folgestanz- und Transferwerkzeugen

Sie verstehen nun, wie Verbundwerkzeuge ihre Präzision durch gleichzeitiges Schneiden an einer einzigen Station erreichen. Doch wie schneidet dieser Ansatz im Vergleich zu Alternativen ab? Wann sollten Sie stattdessen auf Stufenfolge-Schneiden setzen? Und was ist bei Transfer-Schneiden für größere Bauteile zu berücksichtigen? Die richtige Auswahl setzt voraus, nicht nur zu wissen, was jeder Werkzeugtyp leistet, sondern auch, warum er auf diese Weise funktioniert.

Unterschiede in den Funktionsprinzipien der verschiedenen Werkzeugtypen

Jeder Werkzeugtyp arbeitet nach grundlegend unterschiedlichen Prinzipien – und diese Unterschiede beeinflussen direkt, welche Bauteile produziert werden können, in welchen Stückzahlen und mit welchen Präzisionsanforderungen. Wir erläutern, wie jeder Ansatz tatsächlich funktioniert.

Verbundwerkzeuge: Gleichzeitiges Schneiden an einer Station

Wie bereits erläutert, führen Verbundwerkzeuge alle Schneidvorgänge in einem Presshub an einer Station durch. Das Material wird eingelegt, gleichzeitig ausgestanzt und durchlocht und verlässt die Station als fertiges Flachteil. Es erfolgt kein Materialtransport, keine Bewegung von Station zu Station und somit auch keine kumulativen Positionierfehler.

Laut Keats Manufacturing ist das Stanzen mit Verbundwerkzeugen ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, das sich ideal für die Herstellung von Flachteilen wie Scheiben und Radrohlingen in mittleren bis hohen Stückzahlen eignet. Die technische Logik ist einfach: weniger Operationen bedeuten weniger Variablen, und weniger Variablen bedeuten eine genauere Kontrolle von Konzentrizität und Ebenheit.

Folgeverbundwerkzeuge: Bearbeitung in aufeinanderfolgenden Stationen

Beim Folgeverbundwerkzeug-Stanzen wird ein kontinuierlicher Metallbandstreifen durch mehrere Stationen geführt, wobei jede Station einen bestimmten Vorgang – Schneiden, Biegen, Durchlochen oder Formen – ausführt. Das Werkstück bleibt während des gesamten Prozesses mit dem Trägerstreifen verbunden und wird erst in der letzten Station abgetrennt.

Dieses Arbeitsprinzip ermöglicht etwas, das Verbundwerkzeuge nicht leisten können: komplexe Geometrien, die mehrere Umformoperationen erfordern. Die-Matic weist darauf hin, dass das Stufenfolge-Stanzen ideal für die Hochgeschwindigkeitsproduktion komplexer Teile in mittleren bis hohen Stückzahlen ist, da der kontinuierliche Prozess den Handlingaufwand minimiert und den Durchsatz maximiert.

Doch hier liegt der Kompromiss. Jeder Stationentransfer führt zu potenziellen Ausrichtungsabweichungen. Selbst bei präzisen Führungsstiften kann die kumulative Wirkung mehrerer Positioniervorgänge die Genauigkeit zwischen Merkmalen beeinträchtigen – ein Aspekt, der bei Teilen mit engen Konzentrizitätsanforderungen von großer Bedeutung ist.

Transferwerkzeuge: Diskretes Werkstückhandling

Das Transferstanzen kombiniert Elemente beider Ansätze, basiert jedoch auf einem eigenständigen Prinzip. Laut Worthy Hardware wird beim diesem Verfahren das Teil am Anfang – nicht am Ende – vom Metallband getrennt und mithilfe automatisierter Greifer oder mechanischer Arme stationenweise mechanisch weitertransportiert.

Warum würden Ingenieure einen scheinbar komplexeren Ansatz wählen? Die Antwort liegt darin, was dadurch ermöglicht wird: Tiefziehen, Handhabung großer Teile und Operationen, bei denen das Werkstück vollständig vom umgebenden Material befreit sein muss. Transferwerkzeuge können Stanzen, Biegen, Ziehen und Schneiden in einem einzigen Fertigungszyklus integrieren – Vorgänge, die unmöglich sind, solange das Teil mit einem Trägerstreifen verbunden bleibt.

Einfache Werkzeuge: Einzeloperation

Am anderen Ende der Komplexitätsskala befinden sich einfache Werkzeuge. Diese führen pro Hub eine einzige Operation durch – ein Loch, ein Ausschneiden, eine Biegung. Obwohl sie einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung sind, erfordern einfache Werkzeuge mehrere Aufstellungen und Werkstückhandhabungen für alles über grundlegende Bauteile hinaus. Jede zusätzliche Operation vervielfacht die Handhabungszeit und kann Positionierfehler verursachen.

Vergleichsanalyse: Werkzeugtypen im Überblick

Die folgende Tabelle fasst zusammen, wie sich diese Werkzeugtypen hinsichtlich wichtiger betrieblicher und leistungsbezogener Merkmale unterscheiden:

Die richtige Werkzeugart für Ihre Anwendung wählen

Klingt kompliziert? Vereinfachen wir die Entscheidung. Die richtige Wahl hängt von drei Hauptfaktoren ab: Bauteilgeometrie, Genauigkeitsanforderungen und Produktionsvolumen.

Wann sich Verbundwerkzeuge lohnen

Wählen Sie diesen Ansatz, wenn Ihre Anwendung folgende Kriterien erfüllt:

• Flache Teile, die nur durch Ausstanzen und Lochvorgänge bearbeitet werden müssen
• Hohe Konzentrizitätsanforderungen zwischen inneren und äußeren Merkmalen
• Kritische Flachheitsanforderungen, die keine Verzerrung beim Stationenwechsel tolerieren können
• Mittlere Produktionsmengen, bei denen die Kosten für fortgeschrittene Werkzeuge nicht gerechtfertigt sind
• Anwendungen wie Scheiben, Dichtungen, elektrische Laminationen und Präzisionsausgleichscheiben

Die technische Logik ist überzeugend. Wie Keats Manufacturing betont, erzeugt ein Hub flachere Teile, und der Einsatz eines Verbundwerkzeugs ermöglicht eine hohe Wiederholgenauigkeit. Wenn Ihre Qualitätskennzahlen auf Konzentrizität und Flachheit ausgerichtet sind, liefern Verbundwerkzeuge die bessere Leistung.

Wenn fortgeschrittene Werkzeuge überlegen sind

Das Stanzprägen mit fortschreitendem Werkzeug wird unter anderen Umständen zur bevorzugten Wahl:

• Hochvolumige Produktion, bei der die Kosten pro Teil minimiert werden müssen
• Teile, die Biegen, Umformen oder andere Operationen zusätzlich zum Schneiden erfordern
• Komplexe Geometrien mit mehreren Merkmalen, die schrittweise hinzugefügt werden können
• Kleine Teile, bei denen die Bandverbindung ein besseres Handling als separate Rohlinge bietet

Laut Die-Matic bietet das Stufenfolgepressverfahren hohe Produktionsgeschwindigkeit, kurze Taktzeiten, geringere Arbeitskosten und niedrigere Stückkosten. Der kontinuierliche Prozess eliminiert den Bauteilumgriff zwischen den Operationen und ist daher außerordentlich effizient für geeignete Anwendungen.

Wann Transfermatrizen unverzichtbar sind

Das Transferpressverfahren ist nicht nur eine Alternative – für bestimmte Anwendungen ist es die einzige machbare Option:

• Große Teile, die aufgrund der Streifenförder-Beschränkungen nicht geeignet sind
• Tiefgezogene Bauteile, bei denen sich das Material frei ohne Verbindung zum Streifen bewegen muss
• Teile, die Bearbeitungen an allen Seiten oder komplexe Orientierungsänderungen erfordern
• Konstruktionen mit Gewinden, Rippen, Rändelungen oder ähnlichen komplexen Merkmalen

Worthy Hardware betont, dass das Transferpressverfahren mehr Flexibilität bei der Handhabung und Ausrichtung von Bauteilen ermöglicht und sich daher für komplexe Konstruktionen und Formen eignet, die auf keine andere Weise hergestellt werden können.

Die technische Logik hinter jedem Ansatz

Warum existieren diese unterschiedlichen Wirkprinzipien? Jedes hat sich entwickelt, um spezifische Herausforderungen in der Fertigung zu lösen.

Verbundwerkzeuge entstanden aus der Notwendigkeit heraus, bei flachen Bauteilen hohe Präzision zu erreichen. Indem Ingenieure die Materialbewegung zwischen den Arbeitsgängen eliminierten, konnten sie eine exakte Ausrichtung der Merkmale garantieren. Der Kompromiss – die Beschränkung auf reine Schneidvorgänge – war akzeptabel, da viele kritische Anwendungen (wie beispielsweise elektrische Laminierungen oder präzise Dichtungen) genau dies erfordern.

Fortschreitende Werkzeuge wurden entwickelt, um die Hochleistungsproduktion zunehmend komplexer Teile zu bewältigen. Das Geniale am kontinuierlichen Bandansatz liegt in seiner Effizienz: Das Material wird automatisch zugeführt, die Arbeitsgänge erfolgen mit der Taktrate, und erst die endgültige Trennung erfordert einen Handhabungsaufwand. Für Automobilhalterungen, elektronische Kontaktelemente und ähnliche Serienbauteile bleibt dieser Ansatz unübertroffen.

Transferwerkzeuge schließen die Lücke, wo weder Verbund- noch Progressivwerkzeuge geeignet sind. Wenn Bauteile zu groß für das Bandzuführsystem sind, tiefgezogen werden müssen oder Fertigungsschritte erfordern, die mit einer Bandbefestigung nicht kompatibel sind, bietet das Transferstanzen die Lösung. Der mechanische Transfervorgang fügt zwar Komplexität hinzu, ermöglicht aber eine Herstellungsflexibilität, die auf andere Weise nicht erreichbar ist.

Das Verständnis dieser grundlegenden Unterschiede hilft Ihnen dabei, fundierte Entscheidungen bezüglich der Werkzeugauswahl zu treffen. Doch sobald Sie Verbundwerkzeuge als den richtigen Ansatz für Ihre flachen, hochpräzisen Bauteile identifiziert haben, stellt sich die nächste Frage: Welche Qualitätsresultate können Sie realistisch von diesem Einzelstationen-Prozess erwarten?

Qualitätsresultate aus dem Verbundwerkzeugverfahren

Sie haben gesehen, wie Verbundwerkzeuge im Vergleich zu progressiven und Transfer-Alternativen abschneiden. Doch hier geht es um das, was wirklich zählt, wenn die Teile auf Ihrem Prüftisch ankommen: messbare Qualitätsresultate. Der einstationige simultane Schneidansatz klingt nicht nur theoretisch gut – er liefert konkrete, quantifizierbare Vorteile, die direkt beeinflussen, ob Ihre Teile die Qualitätsprüfungen bestehen oder durchfallen.

Qualitätsvorteile des einstationigen Verbundwerkzeugverfahrens

Wenn Sie sich für das Stanzen mit Verbundwerkzeug entscheiden, wählen Sie nicht nur eine Fertigungsmethode – Sie wählen ein bestimmtes Qualitätsprofil. Laut Progressive Stanz- und Umformtechnik verbessert eine Einzelstation die mechanische Genauigkeit und erleichtert die Aufrechterhaltung der Teilebenheit sowie das Erreichen enger Maßtoleranzen. Was bedeutet dies jedoch in der Praxis?

Betrachten Sie, was bei Mehrstationenprozessen geschieht. Jedes Mal, wenn das Material zwischen Stationen übertragen wird, summieren sich Positionierungsabweichungen. Die Führungsstifte müssen erneut eingreifen. Der Bandzug ändert sich. Thermische Ausdehnung beeinflusst die Ausrichtung. Selbst bei hochpräziser Werkzeugausführung summieren sich diese Mikrovarianzen über mehrere Arbeitsgänge hinweg.

Kompaktwerkzeuge eliminieren jede dieser Fehlerquellen. Das Material tritt in das Werkzeug ein, alle Schnittvorgänge erfolgen gleichzeitig, und das fertige Teil wird ausgestoßen – alles in einem einzigen Hub an einer einzigen Station. Es besteht schlichtweg keine Möglichkeit, dass sich das Teil zwischen den Arbeitsgängen verschiebt, dreht oder verkippt.

Hier sind die spezifischen Qualitätskennzahlen, die durch den Einsatz von Kompaktwerkzeugen direkt beeinflusst werden:

• Konzentrizität: Innere und äußere Merkmale behalten eine Positions­genauigkeit innerhalb von 0,002 Zoll TIR oder besser, da sie im selben Moment und von demselben Bezugspunkt aus geschnitten werden
• Flachheit: Die Teile bleiben plan, da das Auswerfmechanismus während des gesamten Schneidvorgangs einen gleichmäßigen Druck ausübt und so das häufig bei sequenziellen Vorgängen auftretende Wölben oder Vertiefen verhindert
• Konsistenz der Grate: Alle Grate entstehen auf derselben Seite mit identischer Ausrichtung, wodurch nachfolgende Bearbeitungsschritte vorhersehbar und effizient sind
• Dimensionsstabilität: Toleranzen zwischen Merkmalen von ±0,001 bis ±0,003 Zoll sind bei sachgemäßer Werkzeugpflege routinemäßig erreichbar
• Gleichmäßigkeit der Kantenqualität: Jede geschnittene Kante weist dasselbe Verhältnis von Scherverformung zu Bruch auf, da bei allen Schneidvorgängen identische Spielverhältnisse bestehen
• Wiederholbarkeit: Die Konsistenz von Teil zu Teil verbessert sich, da weniger Prozessvariablen vorhanden sind, die während der Produktion zu Abweichungen führen könnten

Wie Verbundwerkzeuge eine überlegene Maßhaltigkeit erreichen

Die technische Logik ist einfach: Da das Bauteil zwischen den Arbeitsgängen nicht bewegt wird, besteht keine Möglichkeit einer Fehlausrichtung oder Registerungenauigkeit. Untersuchen wir jedoch genau, wie sich dies auf die Maßgenauigkeit auswirkt.

Bei der progressiven Metallstanzung stellen Sie sich vor, wie eine einfache Scheibe hergestellt wird. Zunächst bewegt sich der Streifen zu einer Stanzstation, an der das Zentrumloch gestanzt wird. Danach bewegt sich der Streifen zu einer Ausschneidestation, an der der Außendurchmesser geschnitten wird. Selbst bei präzisen Führungsstiften, die das zuvor gestanzte Loch erneut erfassen, treten geringfügige Abweichungen auf. Genauigkeit des Streifenvorschubs, Spiel im Führungsschlitz und Materialrückfedern tragen alles zur positionsbedingten Unsicherheit zwischen den inneren und äußeren Merkmalen bei.

Stellen Sie sich nun dieselbe Scheibe in einer Verbundform hergestellt vor. Der Stanzstempel und die Ausschneidewerkzeugmatrize greifen gleichzeitig in das Material ein. Beide Schneidkanten beziehen sich auf dieselbe Position zum exakt gleichen Zeitpunkt. Das Ergebnis? Perfekte Konzentrizität zwischen Innen- und Außendurchmesser – nicht aufgrund einer sorgfältigen Ausrichtung zwischen Stationen, sondern weil keine Ausrichtung zwischen Stationen erforderlich ist.

Als fachleute betonen , indem Teile mit einem Werkzeug hergestellt werden, gewährleisten Hersteller Konsistenz und Genauigkeit sowie eine hohe Flachheit und gute Maßhaltigkeit. Dies ist keine Marketingaussage – es ist eine direkte Konsequenz der zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien.

Kritische Anwendungen, bei denen diese Qualitätsmerkmale entscheidend sind

Bestimmte Anwendungen erfordern das Qualitätsprofil, das nur ein Verbundwerkzeugverfahren liefern kann. Wenn Sie Komponenten fertigen, bei denen die Ausrichtung der Merkmale die Funktion direkt beeinflusst, wird dieser Präzisionsstanzprozess unverzichtbar statt optional.

Scheiben und Distanzscheiben: Diese scheinbar einfachen Komponenten erfordern eine enge Konzentrizität zwischen Innenbohrung und Außendurchmesser. Eine exzentrische Scheibe sitzt nicht richtig auf, wodurch eine ungleichmäßige Lastverteilung entsteht, die zu Lockerung der Verbindungselemente oder vorzeitigem Versagen führen kann. Verbundwerkzeuge stellen sicher, dass die Konzentrizität von Innendurchmesser zu Außendurchmesser bereits durch das Fertigungsprinzip garantiert wird.

Dichtungen: Dichtungskomponenten erfordern eine gleichmäßige Geometrie über das gesamte Bauteil hinweg. Jede Abweichung im Verhältnis zwischen Schraublöchern und Dichtflächen erzeugt Leckagen. Da Verbundwerkzeuge alle Merkmale gleichzeitig schneiden, bleiben die Positionszusammenhänge vom ersten bis zum zehntausendsten Bauteil konstant.

Elektrische Lamellen: Lamellen für Motoren und Transformatoren benötigen eine präzise Geometrie, um Energieverluste zu minimieren und korrekte magnetische Flusspfade sicherzustellen. Der Vorteil der Ebenheit bei der Verbundwerkzeugbearbeitung ist hier besonders entscheidend – bereits geringe Verformungen beeinträchtigen die Stapelmontage und die elektromagnetische Leistung. Laut Metalcraft Industries erreicht das Präzisions-Metallstanzen Toleranzen von 0,001 bis 0,002 Zoll bei komplexen Konstruktionen, bei denen kein Fehler zugelassen ist.

Präzisionsflachbauteile: Jede Anwendung, die mehrere Merkmale erfordert, um enge Positionstoleranzen einzuhalten, profitiert von der Einzelstation-Betriebsweise. Dazu gehören Instrumentenkomponenten, optische Halterungen und Präzisionsbauteile.

Der Qualitätsvorteil des Verbundwerkzeugs liegt nicht darin, irgendwie „bessere“ Teile herzustellen – es geht darum, Teile zu fertigen, bei denen bestimmte Qualitätskennzahlen entscheidend für die Funktion sind. Wenn Konzentrizität, Ebenheit und Maßgenauigkeit darüber entscheiden, ob Ihre Baugruppe funktioniert oder versagt, liefert das Prinzip des gleichzeitigen Schneidens in einer einzigen Station Ergebnisse, die sequenzielle Verfahren einfach nicht erreichen können.

Das Verständnis dieser Qualitätsresultate hilft Ihnen dabei, den richtigen Werkzeugansatz festzulegen. Der nächste Schritt besteht jedoch darin, einen praktischen Rahmen zu entwickeln, um zu bestimmen, wann Verbundwerkzeuge wirklich die optimale Wahl für Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen sind.

Entscheidungsrahmen für Verbundwerkzeug-Anwendungen

Sie kennen nun die Qualitätsvorteile, die Verbundwerkzeuge bieten. Doch hier ist die praktische Frage, vor der jeder Entwicklungsingenieur steht: Ist dieser Ansatz für Ihre spezifische Anwendung geeignet? Eine falsche Entscheidung bei der Werkzeugauswahl verschwendet Entwicklungszeit, treibt die Kosten in die Höhe und kann die Bauteilqualität beeinträchtigen. Lassen Sie uns einen klaren Entscheidungsrahmen entwickeln, der Ihnen hilft zu bestimmen, wann die Auswahl eines Verbundwerkzeugs sinnvoll ist – und wann nicht.

Wann Verbundwerkzeuge vorgesehen werden sollten

Nicht jedes gestanzte Bauteil profitiert vom Arbeitsprinzip des Verbundwerkzeugs. Dieser Ansatz überzeugt in bestimmten Szenarien, in denen seine besonderen Eigenschaften mit Ihren Anforderungen übereinstimmen. Bevor Sie sich für die Werkzeugentwicklung entscheiden, prüfen Sie Ihre Anwendung anhand dieser Kriterien.

Ideale Szenarien für die Auswahl eines Verbundwerkzeugs:

• Flache Teile, die nur abgelängt und durchlocht werden müssen: Kombinationswerkzeuge führen ausschließlich Schneidoperationen durch. Wenn Ihr Bauteil Biege-, Form-, Zug- oder andere formgebende Operationen erfordert, benötigen Sie stattdessen Progressive- oder Transferwerkzeuge.
• Engere Konzentrizitätsanforderungen: Wenn innere und äußere Merkmale präzise Positionierungsbeziehungen beibehalten müssen – denken Sie an Scheiben, Dichtungen oder Lamellen – eliminiert das Prinzip des gleichzeitigen Schneidens Justageunsicherheiten, die mehrstationalen Prozessen eigen sind.
• Kritische Flachheitsvorgaben: Das Ausstoßsystem übt während des Schneidens einen gleichmäßigen Druck aus und verhindert so Wölbungen oder Vertiefungen, die entstehen, wenn Abtrennen und Durchbohren separat erfolgen. Bauteile, die eine Flachheit von 0,002 Zoll oder besser erfordern, profitieren deutlich davon.
• Mittlere Produktionsmengen: Laut Branchenquellen wird das kombinierte Stanzen kosteneffizient bei Stückzahlen zwischen 10.000 und 100.000 Teilen, bei denen sich die Werkzeugkosten durch geringeren Arbeits- und Maschinenaufwand amortisieren lassen.
• Einfache bis mittelkomplexe Geometrien: Mehrere Löcher, innere Ausschnitte und unregelmäßige Außenprofile sind allesamt realisierbar – solange keine Umformung erforderlich ist.

Hier ist eine kurze Selbstbewertungs-Checkliste, die Ihre Entscheidung zum Metallstanzen leitet:

Anwendungskriterien für die Auswahl von Verbundwerkzeugen

Neben der grundlegenden Checkliste beeinflussen mehrere anwendungsspezifische Faktoren, ob Verbundwerkzeuge die beste Wahl für Sie sind. Das Verständnis dieser Anforderungen an die Werkzeuge ermöglicht es Ihnen, fundierte Entscheidungen zu treffen, bevor Sie Ressourcen einsetzen.

Einschränkungen, die Sie berücksichtigen müssen:

• Keine Umformfähigkeit: Verbundwerkzeuge können Material nicht biegen, ziehen, prägen oder anderweitig umformen. Wenn Ihr Bauteil Formänderungen erfordert, die über das flache Schneiden hinausgehen, benötigen Sie einen anderen Ansatz – oder eine nachgeschaltete Operation.
• Geometrieeinschränkungen: Während Verbundwerkzeuge mäßige Komplexität gut bewältigen, können äußerst komplizierte Teile mit Dutzenden von Merkmalen als unpraktisch erweisen. Das Werkzeug wird schwierig herzustellen und zu warten.
• Höhere Kräfte pro Hub: Da alle Schneidvorgänge gleichzeitig stattfinden, übersteigt der erforderliche Gesamtnennkraftbedarf denjenigen, den ein fortlaufender Werkzeugtyp an einer einzelnen Station benötigen könnte. Ihre Presse muss die gesamte Last auf einmal bewältigen können.
• Überlegungen zur Teileausschleusung: Das fertige Teil muss zuverlässig aus dem Werkzeughohlraum austreten. Sehr große Teile oder ungewöhnliche Geometrien können die Ausschleusung erschweren und spezielle Ausstoßvorrichtungen erfordern.

Presseanforderungen und Tonnagenberechnungen

Die Auswahl der richtigen Presse für den Einsatz von Verbundwerkzeugen erfordert eine sorgfältige Kraftanalyse. Im Gegensatz zum progressiven Stanzprozess – bei dem sich die Kräfte auf mehrere Stationen verteilen – konzentrieren Verbundwerkzeuge alle Schneidkräfte auf einen einzigen Hub.

Die Tonnagenberechnung folgt einer einfachen Formel:

Tonnage = (Gesamter Schneidumfang × Materialdicke × Scherfestigkeit) ÷ 2000

Bei Verbundwerkzeugen umfasst der „gesamte Schneidumfang“ jede gleichzeitig wirkende Schneidkante – den äußeren Abtrennungs-Umfang sowie alle Durchbruch-Umfänge. Laut branchenleitlinien , typischerweise reichen die Scherfestigkeiten von Materialien von 30.000 PSI für Aluminium bis zu 80.000 PSI für Edelstahl.

Überlegungen zum Pressentyp:

• Offene Rückseite, neigbare (OBI) Pressen: Gut geeignet für Arbeiten mit Verbundwerkzeugen. Laut stanzenreferenzen hilft das Betreiben einer OBI-Presse in der geneigten Position mit Luftausblasvorrichtung dabei, das Teil aus dem Werkzeugkern zu entfernen.
• Geradseitige Pressen: Bieten überlegene Steifigkeit für höhere Presskraftanforderungen und Arbeiten mit engeren Toleranzen.
• Mechanisch vs. hydraulisch: Mechanische Pressen bieten Geschwindigkeitsvorteile bei Serienfertigung; hydraulische Pressen bieten Vorteile bei Kraftsteuerung für dicke oder schwierige Materialien.

Vergessen Sie nicht, die Ausziehkraft in Ihre Berechnungen einzubeziehen. Die Kraft, die erforderlich ist, um Material von den Stempeln abzuziehen, erhöht den Schneidkraftbedarf typischerweise um 5–10 %, kann jedoch bei anspruchsvollen Anwendungen bis zu 25 % erreichen.

Nachdem Ihre Anwendungskriterien bewertet und die Pressenanforderungen verstanden wurden, folgt der letzte Schritt: die Verbindung dieser ingenieurtechnischen Prinzipien mit der praktischen Umsetzung – die Zusammenarbeit mit Werkzeugpartnern, die Ihre Spezifikationen in produktionsfertige Matrizenlösungen umsetzen können.

Präzisionswerkzeugpartner und Fertigungsexzellenz

Sie haben Ihre Anwendungskriterien bewertet, den Tonnagebedarf berechnet und festgestellt, dass Verbundmatrizen das richtige Verfahren sind. Nun folgt der entscheidende Schritt, der darüber entscheidet, ob Ihre Präzisionsstanzmatrizen konsistent hochwertige Teile liefern – oder zu einer kostspieligen Quelle von Produktionsproblemen werden. Die Lücke zwischen theoretischem Matrizendesign und zuverlässiger Fertigungsleistung hängt vollständig von der Umsetzung ab.

Einführung von Verbundwerkzeug-Lösungen in der Produktion

Der Übergang vom Konzept zur serientauglichen Werkzeugausführung erfordert mehr als nur das maschinelle Bearbeiten der Werkzeugteile nach Vorgabe. Die moderne Entwicklung präziser Stanzwerkzeuge integriert Simulation, Validierung und iterative Optimierung, lange bevor Metall auf Metall trifft.

Berücksichtigen Sie, was typischerweise bei fehlerhafter Implementierung schiefgeht:

• Werkzeugspiele, die theoretisch funktionieren, in der Praxis aber zu vorzeitigem Verschleiß führen
• Auswerfmechanismen, die sich bei Produktionsgeschwindigkeit verkeilen
• Materialflussmuster, die unerwartete Grate oder Kantenfehler erzeugen
• Tonnagenberechnungen, die den realen Kraftbedarf unterschätzen

Jeder dieser Fehler lässt sich auf dieselbe Ursache zurückführen: unzureichende Validierung vor der Produktionsfreigabe. Laut Der Studie von Keysight zum Stanzprozess-Simulation , ist die Werkzeugkonstruktion entscheidend für die Effizienz und Lebensdauer der Matrize, wobei Materialien wie Werkzeugstahl oder Hartmetall aufgrund ihrer Haltbarkeit je nach den spezifischen verarbeiteten Metallen ausgewählt werden. Doch allein die Materialauswahl garantiert keinen Erfolg – das gesamte System muss unter realen Betriebsbedingungen zusammenarbeiten.

Die Rolle der CAE-Simulation bei der Matrizenentwicklung

Der computergestützte Ingenieurbau hat die Herangehensweise von Stanzmatrizenherstellern an Präzisionswerkzeuge revolutioniert. Anstatt physische Prototypen zu bauen und durch Versuch und Irrtum zu iterieren, verwenden moderne Dienstleistungen für die Matrizenentwicklung Simulationen, um Folgendes vorherzusagen:

• Materialflussverhalten während des Schneidvorgangs
• Spannungsverteilung über Stempel- und Matrizenbauteile
• Mögliche Ausfallarten, bevor sie in der Produktion auftreten
• Optimale Spielmaßeinstellungen für bestimmte Werkstoffgüten
• Kraftanforderungen und Auswerfer-Timing-Parameter

Dieser simulationsbasierte Ansatz reduziert die Entwicklungszyklen erheblich. Anstatt Probleme erst während der Produktion zu entdecken – wenn Werkzeugänderungen teuer und zeitaufwendig sind – treten Störungen bereits in der virtuellen Testphase zutage. Das Ergebnis? Werkzeuge, die bereits ab dem ersten Produktionsschlag korrekt funktionieren.

Wie in der Branchentrendanalyse festgestellt, ermöglicht fortschrittliche Simulationssoftware Konstrukteuren, Materialoptionen zu prüfen und Designs vor der Produktion zu optimieren, was letztendlich zu Kosteneinsparungen und einer besseren Gesamtproduktqualität führt. Diese Fähigkeit ist für das automobilnahe Stanzwerkzeugwesen unverzichtbar geworden, da die Erfolgsquote beim ersten Durchlauf direkten Einfluss auf die Programmzeitpläne hat.

Ingenieurtechnische Unterstützung bei der Entwicklung präziser Stanzwerkzeuge

Erfolgreiche Implementierung von Verbundwerkzeugen erfordert neben Simulationsfähigkeiten Ingenieurpartner, die sowohl die theoretischen Funktionsprinzipien als auch die praktischen Einschränkungen der Serienfertigung verstehen. Diese Kombination erweist sich als überraschend selten.

Viele Werkzeuglieferanten sind hervorragend darin, präzise Komponenten zu bearbeiten, verfügen jedoch nicht über tiefgreifende Fachkenntnisse in der Physik des Umformprozesses. Andere verstehen die Theorie, haben aber Schwierigkeiten, dieses Wissen in robuste Produktionswerkzeuge umzusetzen. Die Hersteller, die konsequent Präzisionsstanzformen liefern, die von Anfang an funktionieren, vereinen beide Fähigkeiten.

Was man bei einem Partner für Formenbau beachten sollte:

• Qualitätssystem-Zertifizierung: Die IATF 16949-Zertifizierung weist auf ein Qualitätsmanagementsystem im Automobilbereich hin – den anspruchsvollsten Standard in der Präzisionsfertigung
• Simulationsfähigkeit: Integration von CAE, um Konstruktionen vor dem Bearbeiten des Stahls zu validieren
• Schnellprototypisierung: Die Fähigkeit, schnell vom Konzept zur physischen Werkzeugfertigung überzugehen, wenn die Entwicklungszeiträume verkürzt sind
• Erfolgsquote beim ersten Durchlauf: Nachgewiesene Erfolge, die eine gleichbleibende Formenleistung ohne umfangreiche Testläufe belegen
• Materialkenntnisse: Kenntnis darüber, wie verschiedene Stahlsorten, Aluminiumlegierungen und hochfeste Werkstoffe unter zusammengesetzten Schneidbedingungen in Stanzformen reagieren

Die globaler Stanzmarkt wird voraussichtlich etwa 372,6 Milliarden US-Dollar erreichen, wobei die Nachfrage nach hochpräzisen Bauteilen in den Bereichen Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Energie zunimmt. Dieses Wachstum treibt Hersteller dazu, auf Werkzeugpartner zu setzen, die sowohl Präzision als auch Geschwindigkeit bieten können.

Ein Fall für umfassende Matrizenkonstruktionskompetenz

Bei der Bewertung von Stanzmatrizen-Herstellern für die Entwicklung von Verbundmatrizen sollten Sie prüfen, wie deren Fähigkeiten mit Ihren spezifischen Anforderungen übereinstimmen. Einige Hersteller sind auf Serienwerkzeuge mit hohem Volumen spezialisiert; andere konzentrieren sich auf komplexe Progressivmatrizen. Für präzise flache Bauteile, die die Konzentrizitäts- und Planlaufvorteile eines Verbundmatrizenverfahrens erfordern, benötigen Sie Partner, deren Expertise zu Ihrer Anwendung passt.

Shaoyi stellt eine starke Option für Hersteller dar, die präzise Verbundmatrizenwerkzeuge suchen, die an OEM-Standards angepasst sind. Ihr Ansatz kombiniert mehrere Fähigkeiten, die für den Erfolg von Verbundmatrizen entscheidend sind:

• IATF-16949-Zertifizierung: Nachweis von Automotive-tauglichen Qualitätssystemen, die eine konsistente Schablonenleistung sicherstellen
• Fortgeschrittene CAE-Simulation: Virtuelle Validierung, die potenzielle Probleme erkennt, bevor physische Werkzeuge hergestellt werden, und fehlerfreie Ergebnisse unterstützt
• Schnellprototypisierung: Entwicklungszeiträume von bis zu 5 Tagen, wenn Programmzeitpläne einen schnellen Durchlauf erfordern
• 93 % Erstprüfabnahmequote: Eine Kennzahl, die zeigt, wie technische Expertise in produktionsfertige Werkzeuge ohne umfangreiche Iterationen umgesetzt wird

Für Hersteller, die umfassende Möglichkeiten in Bezug auf Formdesign und -fertigung erkunden, bietet ihre ressource für Automotive-Stanzwerkzeuge detaillierte Informationen zu verfügbaren Dienstleistungen in der Werkzeugkonstruktion.

Verbindung von Prinzipien mit Produktionserfolg

Das Funktionsprinzip der Verbundstempel ermöglicht außergewöhnliche Konzentrizität, Flachheit und Maßgenauigkeit – jedoch nur, wenn es korrekt umgesetzt wird. Die Lücke zwischen theoretischem Vorteil und praktischer Leistung hängt ab von:

• Genau Übersetzung der Anwendungsanforderungen in die Werkzeugvorgaben
• Durch Simulation bestätigte Konstruktionen, die das reale Verhalten vorhersagen
• Präzisionsfertigung von Werkzeugkomponenten gemäß den vorgegebenen Toleranzen
• Richtige Pressenauswahl und -einrichtung für die auftretenden gleichzeitigen Schneidkräfte
• Regelmäßige Wartungsmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Werkzeugleistung während der gesamten Produktionslaufzeit

Wenn diese Elemente zusammenwirken, liefern Verbundwerkzeuge die qualitativ hochwertigen Ergebnisse, die sie zur bevorzugten Wahl für präzise Flachteile machen. Wenn eines dieser Elemente nicht erfüllt ist, bleiben die Vorteile des Einzelstation-Gleichzeit-Schneidens theoretisch und werden nicht realisiert.

Ihre Teile versagen nicht, weil Verbundwerkzeuge an sich problematisch sind. Sie versagen, wenn die Umsetzung nicht mit dem Prinzip übereinstimmt. Die Zusammenarbeit mit Werkzeugpartnern, die sowohl die ingenieurtechnischen Grundlagen als auch die praktischen Fertigungsgegebenheiten verstehen, verwandelt Verbundwerkzeuge von einer Spezifikation auf dem Papier in eine zuverlässige Produktionsleistung – Teil für Teil, Hub für Hub.

Häufig gestellte Fragen zum Arbeitsprinzip von Verbundwerkzeugen

1. Was ist der Unterschied zwischen einem Verbundwerkzeug und einem Folgewerkzeug?

Kombinationswerkzeuge führen mehrere Schneidoperationen (Ausschneiden und Durchbohren) gleichzeitig in einem Hub an einer Station durch und erzeugen fertige Teile mit hervorragender Konzentrizität. Progressive Werkzeuge bewegen das Material nacheinander durch mehrere Stationen, wobei an jeder Station eine Operation ausgeführt wird. Während progressive Werkzeuge komplexe Teile mit Biege- und Formoperationen verarbeiten können, zeichnen sich Kombinationswerkzeuge bei flachen Bauteilen mit engen Toleranzen zwischen Merkmalen aus, da alle Schnitte sofort auf denselben Bezugspunkt bezogen werden.

2. Was ist der Unterschied zwischen Kombinations- und Kombinationswerkzeug?

Kombinationswerkzeuge sind auf Schneidvorgänge beschränkt – insbesondere auf gleichzeitiges Ausschneiden und Durchbohren. Kombinationswerkzeuge können sowohl Schneid- als auch Umformvorgänge (wie Biegen oder Ziehen) im selben Hub durchführen. Wenn Ihr Bauteil eine Formänderung erfordert, die über das flache Schneiden hinausgeht, benötigen Sie ein Kombinationswerkzeug oder einen alternativen Werkzeugansatz statt eines Kombinationswerkzeugs.

3. Was sind die Hauptvorteile des Stanzens mit Kombinationswerkzeug?

Die Verbundwerkzeug-Stanzung bietet drei wesentliche Vorteile: hervorragende Konzentrizität zwischen inneren und äußeren Merkmalen (typischerweise 0,002 Zoll TIR oder besser), ausgezeichnete Teilebenheit aufgrund des Auswerfedrucks während des Schneidens und hohe Maßgenauigkeit (±0,001 bis ±0,003 Zoll). Diese Vorteile ergeben sich aus der Vermeidung von Materialbewegung zwischen den Arbeitsgängen – alle Merkmale werden in einem Hub vom selben Bezugspunkt aus geschnitten.

4. Welche Arten von Teilen eignen sich am besten für die Herstellung mit Verbundwerkzeugen?

Verbundwerkzeuge sind ideal für flache Teile, die ausschließlich Abtrennen und Durchlochen erfordern, wie beispielsweise Scheiben, Dichtungen, elektrische Blechpakete, Füllblätter und präzise flache Komponenten. Teile, die eine enge Konzentrizität zwischen Bohrungen und Außenkanten, kritische Ebenheitsanforderungen sowie mittlere Losgrößen (10.000–100.000 Stück) benötigen, profitieren am meisten von diesem Werkzeugansatz.

5. Wie berechnet man die Pressenkraft für Verbundwerkzeug-Arbeitsgänge?

Berechnen Sie die Gesamtkraft für den Verbundwerkzeug durch Multiplikation des gesamten Schneidumfangs (äußerer Umbruch plus alle Durchbrechungsumfänge) mit der Materialdicke und der Scherspannung, dann Division durch 2000. Da alle Schneidkräfte gleichzeitig auftreten, muss die Presse die kombinierte Last in einem Hub aufnehmen können. Addieren Sie 5–10 % für die Abzugs­kraft. Dies unterscheidet sich von fortlaufenden Werkzeugen, bei denen sich die Kräfte auf mehrere Stationen verteilen.