Herstellung von Karosserieteilen durch Metallumformung: Ein technischer Leitfaden

Zusammenfassung

Metallstanzen bei der Karosserieblechfertigung erfordert präzise Hochtonnagen-Prozesse, um Blech in aerodynamische, strukturelle Automobilkomponenten umzuformen. Im Gegensatz zu Standardhalterungen benötigen Karosseriebleche spezielle „Class-A“-Werkzeuge, um makellose, fehlerfreie Außenflächen zu gewährleisten. Die Branche wechselt zunehmend von herkömmlichem Stahl zu hochfesten Aluminiumlegierungen, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, was fortschrittliche Tribologie und Rückfederungskompensation im Werkzeugdesign erforderlich macht.

Für Automobilingenieure und Einkäufer liegen die entscheidenden Entscheidungspunkte in der Auswahl der richtigen Werkzeugtechnologie – typischerweise Transferzahle für große Bleche gegenüber Progressivzahle für kleinere strukturelle Teile – sowie der Lieferantenauswahl basierend auf deren Fähigkeit, strenge Oberflächenqualitätsstandards unter dem Druck der Serienproduktion einzuhalten.

Verfahrensauswahl: Transferzahle vs. Progressivzahle

Die Herstellung von Karosserieteilen wird durch die Geometrie, Größe und Menge der Bauteile bestimmt. Während bei Standardstanzen einfaches Abkanten verwendet werden kann, erfordern Karosserieteile komplexe mehrstufige Umformverfahren. Die beiden dominierenden Technologien sind Transferstanzen und Progressivstanzen, wobei jede unterschiedlichen technischen Anforderungen dient.

Transferstanzen: Der Standard für große Bleche

Für große, oberflächenkritische Komponenten wie Motorhauben, Türen, Dächer und Kotflügel ist das Transferstanzen der Industriestandard. Bei diesem Verfahren wird das Bauteil früh im Prozess vom Metallband getrennt und anschließend durch automatisierte Greifer oder Schienen zwischen den Stationen transportiert. Dadurch kann das Teil unter jedem Winkel frei manipuliert werden, was für Tiefziehungen und komplexe Konturen unerlässlich ist, ohne durch ein Trägerband eingeschränkt zu sein.

Progressivstanzen: Geschwindigkeit für strukturelle Bauteile

Das progressive Druckdruckverfahren führt einen kontinuierlichen Metallstreifen durch mehrere Stationen, wobei das Teil bis zum letzten Schnitt an dem Streifen befestigt bleibt. Diese Methode ist für kleinere, umfangreichere Strukturbauteile wie Säulen, Verstärkungen und Halterungen schneller und kostengünstiger. Die Verbindung zum Streifen begrenzt jedoch die Möglichkeit, das Teil für komplexe Geometrien zu drehen, was es für große Außenhautplatten weniger geeignet macht.

Werkstoffauswahl: Stahl vs. Aluminium

Materialauswahl in metallstanzen bei der Karosserieblechfertigung ist ein Ausgleich zwischen Formbarkeit, Kosten und Gewichtsreduzierung. Der Drang nach Kraftstoffeffizienz und Reichweiteerweiterung bei Elektrofahrzeugen (EV) hat die Einführung leichter Materialien beschleunigt und die Stempelparameter grundlegend verändert.

Die Umstellung auf Aluminium

Aluminiumlegierungen (Serie 5000 und 6000) werden zunehmend für Verschlüsse (Hauten, Heckschutzgitter) bevorzugt, da sie im Vergleich zum Stahl bis zu 40% Gewichtsersparnis bieten. Aluminium stellt jedoch erhebliche Herausforderungen bei der Herstellung dar. Es hat eine höhere Tendenz zum "Rückschlag" die Elastizität des Metalls, wodurch es nach der Formung zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt die Überkrönung im Druckformformat erfordert. Außerdem ist Aluminium anfälliger für Galling (Adhäsion am Werkzeug), was spezielle Schmierstoffe und PVD-beschichtete Matrizen erfordert, um zu verhindern, dass es reißt.

Hochentwickelter Hochfester Stahl (AHSS)

Trotz des Anstiegs von Aluminium bleibt Stahl aufgrund seiner überlegenen Zugfestigkeit für Sicherheitskäfigkomponenten dominant. Moderne "Gen 3" - Stähle bieten einen Kompromiss, indem sie eine hohe Festigkeit mit verbesserter Formbarkeit bieten. Die Hersteller beschäftigen häufig kaltgewalztes Stahl die Verarbeitung von Schrott und Stahl ist in den meisten Fällen nur durch die Verarbeitung von Schrott und Stahl erfolgt.

Erreichung der Oberflächenqualität "Klasse A"

Das Kennzeichen der Karosserieplattenherstellung ist die Anforderung an eine Oberflächenqualität der Klasse A. Eine Oberfläche der Klasse A bezieht sich auf die sichtbare Außenhülle des Fahrzeugs, die mathematisch perfekt und frei von ästhetischen Mängeln sein muss. Im Gegensatz zu internen Bauteilen (Klasse B) oder versteckten Halterungen (Klasse C) müssen die Leuchten der Klasse A das Licht gleichmäßig reflektieren, ohne Wellen oder Verzerrungen.

Fehlerprävention und -erkennung

Um dieses Qualitätsniveau zu erreichen, ist eine annähernd saubere Umgebung wie in einem Reinraum auf der Stanzfläche erforderlich. Schon ein mikroskopisch kleines Staubteilchen, das in der Form eingeschlossen ist, kann eine „Pickel“- oder Delle auf der Karosserie verursachen und sie damit ausschussreif machen. Zu den häufigen Fehlern, gegen die Ingenieure ankämpfen, gehören:

• Orangenschaleffekt: Eine raue Oberflächenstruktur, verursacht durch falsche Korngröße im Rohmaterial oder übermäßiges Dehnen.
• Lüdering (Streckrissbildung): Sichtbare Fließlinien, die entstehen, wenn die Streckgrenze des Metalls ungleichmäßig überschritten wird.
• Senkstellen: Vertiefungen, die durch Schrumpfung des Materials über innere Versteifungsrippen oder Aufsätze entstehen.

Spitzenhersteller setzen automatisierte optische Inspektionssysteme und das „Stoning“ ein – ein manueller Prozess, bei dem erfahrene Werkzeugmacher mit einem Schleifstein über die Karosserie reiben, um Höhen- und Tiefpunkte sichtbar zu machen, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Diese Detailgenauigkeit unterscheidet einen allgemeinen stempelarbeiten für Fahrzeuge betrieb von einem spezialisierten Hersteller von Karosserieteilen.

Kostenfaktoren und Lieferantenqualifizierung

Die Wirtschaftlichkeit des Stanzens wird durch die Abschreibung der Werkzeuge und die Zykluszeit bestimmt. Die anfänglichen Investitionskosten für einen Satz von Class-A-Transferwerkzeugen können mehrere Millionen Dollar erreichen. Daher geht die Lieferantenauswahl über den Stückpreis hinaus; sie betrifft die gesamte Lebenszyklusfähigkeit.

Vom Prototyp zur Serienproduktion

Ein wesentlicher Engpass für OEMs ist der Übergang von Prototypen mit Weichwerkzeugen zur Serienproduktion mit Hartwerkzeugen. Lieferanten, die beide Phasen beherrschen, reduzieren das Risiko erheblich. Hersteller wie Shaoyi Metal Technology vereinfachen diesen Übergang, indem sie Fähigkeiten anbieten, die sich von schnellem Prototyping bis hin zur Hochvolumenproduktion skalieren lassen. Ihre Anlage unterstützt Pressenkapazitäten von bis zu 600 Tonnen und erfüllt die IATF-16949-Standards, wodurch sichergestellt wird, dass die strengen Qualitätskontrollen aus der Prototypenphase auch beim Hochlaufen der Produktion auf mehrere Millionen Einheiten beibehalten werden.

Wesentliche Bewertungskriterien

Bei der Prüfung eines potenziellen Partners für Karosserieteile sollten Einkaufsteams Folgendes überprüfen:

• Pressentonnnage und Tischgröße: Verfügen sie über die Pressen mit über 1000 Tonnen Presskraft, die für einteilige Karosserieseiten oder Motorhauben erforderlich sind?
• Simulationssoftware: Setzen sie AutoForm oder Dynaform ein, um Rückfederung und Materialdickenreduzierung vor dem Schneiden des Stahls vorherzusagen?
• Sekundäre Operationen: Können sie Kantenrollen (das Falten der Außenkante über die Innenverkleidung) sowie die robotergestützte Montage durchführen?

Fazit

Beherrschen metallstanzen bei der Karosserieblechfertigung erfordert eine Zusammenführung von metallurgischer Wissenschaft, Präzisionsengineering und strenger Qualitätskontrolle. Da Fahrzeugdesigns immer aerodynamischer und leichter werden, wird die Abhängigkeit von fortschrittlichen Aluminiumumformverfahren und der Perfektion von Class-A-Oberflächen weiter zunehmen. Der Erfolg in diesem Bereich hängt davon ab, mit Herstellern zusammenzuarbeiten, die nicht nur über die notwendige Infrastruktur mit hoher Presskraft verfügen, sondern auch fundierte Kenntnisse in Bezug auf Werkzeugreibungslehre und Minderung von Fehlerbildungen nachweisen können.

Häufig gestellte Fragen

1. Was ist der Unterschied zwischen Class-A- und Class-B-Stanzflächen?

Class-A-Oberflächen sind die sichtbaren Außenteile eines Fahrzeugs (Motorhauben, Kotflügel, Türen), die eine makellose, spiegelähnliche Oberfläche erfordern, die für eine Lackierung geeignet ist. Class-B-Oberflächen sind innere oder strukturelle Bauteile (Bodenbleche, innere Türrahmen), bei denen kleinere ästhetische Unvollkommenheiten wie Werkzeugspuren oder Wellen akzeptabel sind, solange die strukturelle Integrität gewährleistet bleibt.

2. Warum wird Aluminium bei modernen Karosserieteilen häufiger verwendet?

Aluminium wiegt etwa ein Drittel von Stahl, was die Kraftstoffeffizienz bei Verbrennungsmotoren deutlich verbessert und die Reichweite von Elektrofahrzeugen verlängert. Obwohl es teurer ist und aufgrund des Rückfedereffekts schwieriger zu stanzen, rechtfertigen die Gewichtseinsparungen die Kosten bei Premium- und EV-Modellen.

3. Welche Pressentonnage ist zum Stanzen von Karosserieteilen erforderlich?

Das Stanzen großer Karosserieteile erfordert in der Regel große hydraulische oder mechanische Pressen, die oft zwischen 1.000 und 3.000 Tonnen oder mehr betragen. Diese hohe Kraft ist notwendig, um das Metall in komplexe Formen fließen zu lassen, ohne es zu reißen, insbesondere bei der Verarbeitung von hochfesten Legierungen.